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Koinzidenzgatter mit im Ruhezustand stromdurchflossenen Transistoren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Koinzidenzgatter mit im Ruhezustand stromdurchflossenen
Transitoren, in deren Basisstromkreisen für jede zu bewertende Koinzidenz Sperrschaltmittel,
vorzugsweise Dioden, vorgesehen sind, zum Bewerten positiver Steuerimpulse mit relativ
langsamem Anstieg und relativ großer Spannungsamplitude.
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Es ist in der Impulstechnik bekannt, Koinzidenzgatter sowohl aus Transistoren
vom Typ npn als auch aus Transistoren vom Typ pnp aufzubauen. Zur Anzeige der Koinzidenz
benutzt man dabei aber immer den Einschaltvorgang, d. h. den Zustandswechsel vom
Sperr- zum Leitzustand, da der Einschaltvorgang sich bei Transistoren rascher vollzieht
als der durch das Abführen der in der Basis des Transistors gespeicherten Ladungsträger
stets verzögerte Ausschaltvorgang, d. h. der Zustandswechsel vom Leit- zum Sperrzustand.
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Zur Verkürzung des Ausschaltvorganges kann bei Transistoren beider
Typen die Abftießzeit der Ladungsträger zwar in einem bestimmten Maße durch die
Wahl des Arbeitsbereiches beeinflußt, aber nicht völlig ausgeschaltet werden, z.
B. durch Betreiben des Transistors unterhalb seines Sättigungsbereiches. Das Vermeiden
des Sättigungs- und übersättigungsbereiches bedingt aber entweder einen zusätzlichen
Schaltmittelaufwand oder schränkt die Toleranzen der Schaltung ein. Die verbleibende
Verzögerung ist dann trotzdem immer noch größer als bei der Ausnutzung des Einschaltvorganges.
Außerdem bringt das Vermeiden der übersättigung besonders bei Steuerimpulsen mit
relativ langsamem Anstieg und relativ großer Spannungsamplitude eine erhöhte Verlustleistung
während des Schaltvorganges mit sich, die zu einer Verkürzung der Lebensdauer des
Transistors führen kann.
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Auf Grund dieses Sachverhaltes ist der Transistortyp in den Koinzidenzgattern
durch die Art der Steuerimpulse - ob negativ oder positiv - festgelegt, da zum Umsteuern
vom Sperr- zum Leitzu-@tand für einen Transistor vom Tyyp pnp stets ein negativer
und für den Transistor vom Typ npn ein aositiver Steuerimpuls benötigt wird. Für
positive Steuerimpulse mußte also im Koinzidenzgatter bisher immer ein Transistor
vom Typ npn verwendet werden. Diese haben aber nach dem bisherigen Stand der Technik
gegenüber den Transistoren vom Typ pnp ;ine geringere Betriebssicherheit, eine kürzere
Lebenslauer und sind im Preis teurer.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ;in Koinzidenzgatter
für positive Steuerimpulse mit -elativ langsamem Anstieg und relativ großer Spannungsamplitude
zu schaffen, das einen Transistor vom Typ pnp zur Anzeige der Koinzidenz enthält.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß den im Basisstromkreis
eines Transistors vorgesehenen Sperrschaltmitteln je ein Kondensator zur Aufnahme
der beim übergang vom Leit- zum Sperrzustand des Transistors aus seiner Basis abfließenden
Ladungsträger parallel geschaltet ist und die Sperrschaltmittel durch Schaltmittel,
vorzugsweise einen Widerstand, eine Vorspannung erhalten, durch die sie im Ruhezustand
leitend gemacht werden und die bereits durch einen Bruchteil der positiven Steuerimpulsamplitude
kompensierbar ist.
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Auf diese Weise ist es gemäß der Erfindung erreichbar, den Übergang
vom Leit- zum Sperrzustand zu beschleunigen, da die in der Basis vorhandenen Ladungsträger
ungehindert in die zu den Sperrschaltmitteln parallel geschalteten Kondensatoren
abfließen können und die Sperrschaltmittel selbst auf Grund ihrer Vorspannung rasch
zur Wirkung kommen.
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Es ist zwar bereits bekannt, das Umsteuern eines Transistors von seinem
Leit- in seinen Sperrzustand durch in den Basisstromkreisen angeordnete Sperrschaltmittel
zu bewirken, aber diese Sperrschaltmittel besitzen keine Vorspannung und auch keine
parallel geschalteten Kondensatoren. Die Umsteuerung des Transistors ist also erst
dann erfolgt, wenn an den Sperrschaltmitteln die volle Impulsamplitude wirksam geworden
ist und alle Ladungsträger aus der Basis des Transistors abgewandert sind.
Einzelheiten
der Erfindung gehen aus dem an Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel
hervor. In der Zeichnung zeigt Fig.1 ein gemäß der Erfindung aufgebautes Koinzidenzgatter,
Fig.2 das Impulsdiagramm eines ankommenden und abgehenden Impulses.
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In der Fig. 1 ist ein gemäß der Erfindung aufgebautes Koinzidenzgatter
für das Bewerten positiver Steuerimpulse mit relativ langsamem Anstieg und relativ
großer Spannungsamplitude dargestellt, das in diesem Beispiel über drei Eingänge
EI, E 2 und E 3 verfügt.- Wie in der Zeichnung durch die auf der linken Seite
strichliert gezeichneten Linien angedeutet ist, kann die Zahl der Eingänge im Rahmen
der Erfindung vergrößert werden. Im wesentlichen besteht das Koinzidenzgatter aus
einem im Ruhezustand stromdurchflossenen Transistor Ts vom Typ pnp, in dessen Kollektorstromkreis
ein Übertrager U und ein Arbeitswiderstand R 5 zur Bestimmung des Kollektorstromes
angeordnet sind, während in seinem Basisstromkreis für jeden zu bewertenden Eingang
Sperrschaltmittel - in diesem Fall die Dioden D 1, D 2 und D 3 - mit den zur Bestimmung
der Größe des Basisstromes erforderlichen Widerständen R I, R 2 und R 3 angeordnet
sind. Zur Bestimmung der Vorspannung für die Dioden D 1, D 2 und
D 3 und der Basisspannung ist ein Widerstand R 4 vorgesehen, der im Rahmen
der Erfindung auch durch eine Diode ersetzt werden kann; deren Durchlaßrichtung
entgegen der im Emitter-Basis-Stromkreis fließenden Stromrichtung des Transistors
zu wählen ist. Das Verwenden einer Diode zur Bestimmung der Vorspannung bietet den
Vorteil, daß, wenn die notwendige Sperrspannung an der Basis des Transistors dem
maximal auftretenden Durchlaßspannungsabfall entspricht, auch bei hohen Temperaturen
und langen Steuerimpulsen auf Grund ihres niedrigen Durchlaßwiderstandes und dessen
negativem Temperaturkoeffizienten eine sichere Sperrung des Transistors gewährleistet
wird.
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Zur Verkürzung des Ausschaltvorganges des Transistors Ts im Falle
einer zu bewertenden Koinzidenz durch raschen Abtransport der in der Basis gespeicherten
Ladungsträger sind den Dioden Dl, D 2 und D 3 Kondensatoren C 1, C 2 und
C 3 parallel geschaltet. Zur Ankopplung an die Eingänge E 1, E 2 und E3 der einzelnen
Basisstromkreise, von denen jeder einen so großen Basisstrom für den Transistor
einprägt, daß dieser mit Sicherheit in seinem Sättigungsgebiet arbeitet, sind in
diesem Beispiel die Kondensatoren C4, C 5 und C 6 vorgesehen. Im Rahmen
der Erfindung könnte an Stelle der kapazitiven Ankopplung über die Kondensatoren
C4, C 5 und C 6 auch eine Gleichstromankopplung über Dioden oder Widerstände
vorgesehen sein.
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Um diese Impulsabgabe nicht zeitlich zu verschieben, wird dem an sich
verzögert zur Wirkung kommenden Ausschaltvorgang eines Transistors vom Typ pnp bei
einem gemäß der Erfindung aufgebauten Koinzidenzgatter noch dadurch begegnet, daß
für die Auslösung des Ausschaltvorganges nur ein Bruchteil der Steuerimpulsamplitude
ausgenutzt wird.
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In der Fig. 2 ist ein ankommender Steuerimpuls ui 1, der bereits
durch Koinzidenz an allen Eingängen entstanden ist, mit relativ langsamem Anstieg
und Impulsamplitude im Zeit-Spannungs-Diagramm dargestellt. Sobald die Impulsamplitude
den Steuerspannungswert us der Vorspannung zu dem Zeitpunkt t1 erreicht hat, wird
der Ausschaltvorgang des Transistors eingeleitet, und der im Kollektorstromkreis
angeordnete Übertrager U gibt die in ihm gespeicherte Energie als Impuls ui 2 ab.
Durch geeignete Dimensionierung des Übertragers U ist die Form des abgehenden Impulses
u12 und sein Ende weitgehend veränderbar.
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Die Wirkungsweise der Schaltung ist im einzelnen wie folgt: Im Ruhezustand
fließt über jeden der aus den Dioden D 1 bzw. D 2 und D3 sowie den
Widerständen R l, R 2 und R 3 gebildeten Zweige ein Strom, dessen Spannungsabfall
am Widerstand R 4 die Basis B des Transistors Ts negativer als dessen Emitter
E macht, so daß ein Emitter-Basis-Strom fließt, der den Transistor mit Sicherheit
in Sättigung hält. Der Übertrager U ist also im Ruhezustand stromdurchflossen und
speichert magnetische Energie.
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Trifft nun an einem oder zweien der Eingänge E 1, E2 oder E3 ein positiver
Impuls ein, z. B. am Eingang E1, so sperrt die Diode D1, sobald die Impulsamplitude
den durch den Widerstand R 4 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors bestimmten
Vorspannungswert erreicht, und der Transistor wird nunmehr durch den über die Diode
D 2 bzw. D 3 fließenden Basisstrom in seinem Sättigungsbereich gehalten.
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Treffen an allen drei Eingängen gleichzeitig positive Impulse ein,
so sperren alle drei Dioden D 1, D 2 und D 3 gleichzeitig den Basistrom,
und der Transistor Ts wird von seinem Leitzustand in seinen Sperrzustand umgesteuert.
Dabei gibt der Übertrager U die in ihm gespeicherte magnetische Energie in Form
eines Impulses an den Ausgang A ab. Die in der Basis des Transistors Ts noch enthaltenen
Ladungsträger können in die Kondensatoren Cl,
C 2 bzw. C 3 abfließen, ohne
die Stromänderung im Kollektorstromkreis zu verzögern. Außerdem ist in diesem Beispiel
die Basis nach Unterbrechen des Basisstromflusses über den Widerstand R4 an gleiches
Potential wie der Emitter E angeschaltet. Dieses Anschalten der Basis an das gleiche
Potential wie der Emitter E trägt zu einer schnellen Sperrung des Transistors bei
und hält die Sperrung auch dann noch aufrecht, wenn die Wirkung der Kondensatoren
C 1, C 2 und C 3 abgeklungen ist, aber noch an allen Eingängen positive Spannung
liegt.
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Im Rahmen der Erfindung könnte der Widerstand R 4 bzw. die an seiner
Stelle angeordnete Diode auch an ein Sperrpotential -I- Usp angeschlossen sein.
Dies würde eine noch schnellere und sicherere Sperrung des Transistors mit sich
bringen.