DE1136371B - Elektronische Speicherschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Speicherschaltung nach Patentanmeldung N 14032 VIIIc/21g mit einer Reihe von mindestens zwei Transistoren, bei denen die Emitterelektrode eines jeden Transistors der Reihe mit der Basiselektrode eines folgenden Transistors der Reihe gekoppelt ist.

In der Hauptpatentanmeldung wird eine Transistor mit einem Halbleiterkörper und einer an diesem angebrachten Basiskontaktelektrode sowie auf gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterkörpers wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Zonen, der Emitterzone bzw. der Kollektorzone, von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp beschrieben. Die Zonen sind hierbei mit Kontakten versehen.

Bei einem in der Hauptpatentanmeldung beschriebenen Anwendungsbeispiel eines solchen Transistors gemäß der Hauptpatentanmeldung wird der Transistor in eine Schaltungsanordnung eingeführt, in welcher an der Kollektor-Erschöpfungsschicht zeitweilig ein so hoher Spannungsunterschied auftritt, daß der Stromweg von der Emitter- zur Basiskontaktelektrode wenigstens teilweise unterbrochen wird. Diese Unterbrechung tritt bei einem bestimmten, sogenannten Abklingwert der zwischen der Kollektor- und der Basiselektrode liegenden Spannung auf. Nach der Hauptpatentanmeldung kann der Transistor nun als elektrisches Gedächtniselement geschaltet und die Kollektorspeisespannung als Steuerimpuls angelegt werden, dessen Amplitude größer ist als die Kollektor-Basis-Abklingspannung des Transistors, so daß die wirksame Basiszone des Transistors während dieses Steuerimpulses schwebendes Potential aufweist. Vorteilhaft wird dabei auf den Steuerimpuls ein Löschimpuls mit einer kleineren Amplitude als die dieser Abklingspannung angelegt, der vorhandene freie Ladungen in der Basiszone verbraucht und außerdem mit dem Steuerimpuls zu einem stufenförmigen oder sägezahnförmigen Impuls vereinigt werden kann.

Ein in der Hauptpatentanmeldung geschildertes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Ausübung des Verfahrens besitzt eine Kaskade von Transistoren, die als elektrische Gedächtniselemente geschaltet sind, und verwendet zwei Quellen von zeitlich gegeneinander verschobenen Zeitimpulsen, welche die sogenannten Steuerimpulse hefern. Bei dieser Schaltungsanordnung wird die in Form eines gegebenenfalls vorhandenen Inhalts freier Ladungen in der Basiszone eines ersten Transistors eingeschriebene Information bei jedem Zeitimpuls nach einem darauffolgenden Transistor verschoben, so daß zwei Transistoren nötig sind, um die Information während des Zeitraumes zwischen zwei aufeinanderfolgenden

Elektronische Speicherschaltung

Zusatz zur Patentanmeldung N 14032 VIIIc/21g
(Auslegeschrift 1 092 131)

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 13. Juni 1957 (Nr. 218 102)

Heine Andries Rodrigues de Miranda, Nijmegen

(Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

Zeitimpulsen von einer der Quellen zu speichern. Die Emitterelektrode des vorangehenden Transistors ist hierbei unmittelbar mit der Basiselektrode des nachfolgenden Transistors verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte elektronische Speicherschaltung der in der Hauptpatentanmeldung beschriebenen Art anzugeben, welche jedoch nur eine Quelle von Zeitimpulsen benötigt. Außer der Einsparung einer Quelle von Zeitimpulsen und der damit zusammenhängenden Vereinfachung ergibt sich der Vorteil, daß nur ein Transistor nötig ist, um die Information während des Zeitraumes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitimpulsen der einzigen Quelle von Zeitimpulsen zu speichern.

Ber der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist die Tatsache verwertet, daß bei einer Spannung gleich dem sogenannten Abklingwert der Kollektor-Basis-Spannung oder höher nicht nur der Kollektorstrom, sondern auch der einer bestimmten Vorwärts-Basis-Emitter-Spannung entsprechende Basisstrom stark verringert wird. Diese Schaltungsanordnung zur elektrischen Speicherung besitzt eine Reihe von mindestens zwei Transistoren, bei denen die Emitterelektrode eines jeden Transistors der Reihe mit der

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Basiselektrode eines folgenden Transistors der Reihe gekoppelt ist und bei der die Kollektorspeisespannung als Steuerimpuls angelegt wird, dessen Amplitude größer ist als die Kollektor-Basis-Abklingspannung des Transistors, so daß die wirksame Basiszone des Halbleiterkörpers während dieses Steuerimpulses schwebendes Potential aufweist.

Erfindungsgemäß ist die Basiselektrode eines folgenden Transistors der Reihe mit dem Emitter des

eine Ausgangscharakteristik mit einem negativen Widerstandsteil, und von einem sogenannten »Abklingwert« der Kollektor-Emitter-Spannung an sind sowohl der Basisstrom als auch der Kollektorstrom S verhältnismäßig klein. Dies ermöglicht es, ein Verzögerungsnetzwerk zwischen zwei aufeinanderfolgenden Transistoren einer Transistorreihe einzuschalten und elektrische Energie in diesem Netzwerk während der Zeit zu speichern, während die eine Spannung

vorangehenden Transistors über ein Verzögerungs- io zwischen die Kollektor- und Emitterelektroden der

netzwerk gekoppelt und werden die Kollektorelektroden sämtlicher Transistoren gleichzeitig aus einer gleichen Quelle von Spannungsimpulsen gespeist, derart, daß infolge eines während eines Spannungs-

Transistoren gelegt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Dieses Beispiel besitzt eine Reihe von vier in Kaskade ge-

Breite dieser Impulse kleinbemessene Querkondensatoren 15 usw., parallel zu den Belastungswiderständen 11 usw., angeschlossen werden.

Fig. 4 veranschaulicht die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 3. Die erste Zeile stellt die Zeitimpulse Vc dar, die gegebenenfalls stufenförmig oder sägezahnförmig sein können, wie gestrichelt bzw. strichpunktiert angedeutet. Die zweite

impulses erzeugten Stromimpulses durch die Be- 15 geschalteten Transistoren 10, 20, 30 und 40 der belastungsimpedanz eines vorangehenden Transistors schriebenen Art, deren Kollektorelektroden über eine der Reihe elektrische Energie im entsprechenden Diode 19 aus einer Quelle 18 mit negativen Impulsen Verzögerungsnetzwerk gespeichert wird, welche erst gespeist werden. Der Emitter eines jeden Transistors nach Ablauf dieses Spannungsimpulses eine bedeu- Hegt an Erde über einen Belastungswiderstand 11 tende Anzahl freier Ladungsträger in der Basiszone 20 bzw. 21 usw. und ist mit der Basis des folgenden des folgenden Transistors der Reihe erzeugt. Transistors über ein aus einem Längswiderstand 12

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeich- bzw. 22 usw. und einem Querkondensator 13 bzw. 23 nung beispielsweise näher erläutert. usw. bestehenden Verzögerungsnetzwerk gekoppelt.

Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt eines Aus- Der Emitter des letzten Transistors 40 ist mit den führungsbeispieles eines Transistors nach der Haupt- 25 Ausgangsklemmen 17 der Schaltungsanordnung verpatentanmeldung und zeigt ein vorgeschlagenes bunden, und die Basiselektrode des ersten Transistors Symbol für einen Transistor dieser Art; 10 liegt an einer Quelle 16 negativer Eingangsimpulse.

Fig. 2 zeigt eine Gruppe von Basis- und Kollektor- Nötigenfalls können, je nach der Wiederholungsstrom - Kollektor - Emitter - Spannungscharakteristiken frequenz der Zeitimpulse, kleine Widerstände 14 usw. eines Transistors von der in Fig. 1 dargestellten Art, 30 in die Basisanschlüsse der Transistoren 20, 30 und 40 mit der Emitter-Basis-Spannung als Parameter; eingeschaltet werden, und es können je nach der

Fig. 3 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der Schaltungsanordnung nach der Erfindung, und

Fig. 4 zeigt Strom- und Spannungs-Zeit-Diagramme 35 zur Erläuterung der Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispieles.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht ein Transistor nach der Hauptpatentanmeldung aus einer Platte 1

aus halbleitendem Material, wie z.B. Germanium 40 Zeile von Fig. 4 zeigt einen EingangsimpulsIb 10, oder Silicium, z.B. vom η-Typ, auf der eine in beiden die aus der Quelle 16 an die Basis des Transistors 10 Richtungen leitenden Basiselektrode 2 angeordnet ist, gelegt wird. Wenn dieser Impuls anlangt, ist der wobei ein Emitter 3 und ein Kollektor 4 durch Legie- Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors 10 spanren des Plattenmaterials gebildet sind. Der Emitter 3 nungslos, so daß kein Strom durch diesen Kreis sowohl als auch der Kollektor 4 stellen also Zonen 45 fließen kann und der Eingangsimpuls ausschließlich eines Materials von entgegengesetztem Leitfähigkeits- freie Ladungsträger in der Basiszone des Transistors typ dar, z. B. vom p-Typ. Mit jeder dieser Zonen 10 zu erzeugen vermag. Diese Ladung Vb 10 der ist eine Elektrode 5 bzw. 6 verbunden, z. B. durch Basiszone kann aber nicht abfließen und bleibt bis Löten. Ausgehend von der beim Emitterkontakt zum Zeitpunkt der Ankunft des erstfolgenden Zeitliegenden Grenzfläche der Platte, dringt ein nicht- 50 impulses Vc bestehen, wie in der dritten Zeile von leitender Teil 7 in die Basis ein. Dieser nichtleitende Fig. 4 dargestellt. Dieser Zeitimpuls hat eine steile Teil ist ein Einschnitt, der sich rings um den Emitter- Vorderflanke und eine Amplitude gleich dem Abkontakt erstreckt und durch Ätzen gebildet ist. klingwert der Kollektor-Emitter-Spannung der Tran-Infolgedessen ist der Stromweg vom Emitter nach sistoren 10 bis 40 oder größer. Infolge des Inhalts dem Basiskontakt örtlich verengt, weil der nicht- 55 an freien Ladungsträgern der Basis des Transistors 10 leitende Teil 7 an den Kollektor bis auf einen Abstand wird vom Zeitimpuls Vc ein Stromimpuls Ie 10 durch kleiner als der Minimalabstand zwischen dem Emitter seinen Emitter-Kollektor-Kreis erzeugt. Dabei wird und dem Kollektor heranrückt. Der Basiskontakt 2 dieser Stromimpuls nach einem anfänglich hohen ist deshalb vom Emitter durch den nichtleitenden Stromwert sehr schnell auf den sogenannten Abkling-Teil 7 einerseits und durch den Kollektor 4 anderer- 60 wert begrenzt, und die freien Ladungsträger in der seits getrennt, was durch das Symbol nach Fig. 1 Basiszone können vorläufig nur noch in geringem angedeutet wird. Maße weglecken. Am Ende des Zeitimpulses nimmt

Fig. 2 zeigt den Kollektorstrom Ic und den Basis- die Kollektor-Emitter-Spannung plötzlich wieder ab, strom Ib eines Transistors nach Fig. 1 als Funktion wodurch ein zweiter kurzer Emitterstromimpuls der Kollektor-Emitter-Spannung Vce. Sowohl der KoI- 65 größerer Amplitude, unter teilweiser Entladung der lektor- als auch der Basisstrom nehmen von einem Basiszone des Transistors 10 entsteht. Danach entlädt bestimmten Wert der Kollektor-Emitter-Spannung bei sich diese Basiszone mehr oder weniger schnell, entwachsender Spannung ab. Der Transistor hat mithin sprechend der Form der Zeitimpulse. Ist z. B. die

Rückflanke dieser Zeitimpulse etwas weniger steil als ihre Vorderflanke, so wird die Basiszone während des Endes der Zeitimpulse verhältnismäßig schnell entladen, wonach sie sich langsam weiter entlädt. Folgt auf den Zeitimpuls ein stufenförmiger Löschimpuls mit einer Amplitude kleiner als der Abklingwert der Kollektor-Emitter-Spannung, wie in der ersten Zeile von Fig. 4 gestrichelt angedeutet, so kann sich die Basiszone während dieses Löschimpulses völlig entladen, wie in der dritten und vierten Zeile von Fig. 4 gestrichelt angedeutet.

Der Kondensator 13 wird über den Widerstand 12 durch den den Widerstand 11 durchsetzenden Stromimpuls bis zu einer Spannung Vc 13 aufgeladen, wie in der fünften Zeile von Fig. 4 dargestellt. Nach dem Zeitimpuls entlädt sich dieser Kondensator langsam über die Widerstände 11 und 12 und, gegebenenfalls über den Widerstand 14, in die Basiszone des Transistors 20, wobei die Basiszone dieses Transistors infolgedessen eine Ladung Vb 20 freier Ladungsträger erhält, wie in der sechsten Zeile von Fig. 4 dargestellt. Infolge der Zeitkonstante des Verzögerungsnetzwerkes 12, 13 ist die Ladung der Basiszone des Transistors 20 während des ersten Zeitimpulses noch ungenügend um einen merklichen Stromimpuls durch seinen Emitter-Kollektor-Kreis zu bewirken. Infolge der Entladung des Kondensators 13 in die Basiszone des Transistors 20 ist der Inhalt dieser Zone an freien Ladungsträgern während des darauffolgenden Zeitimpulses aber so groß geworden, daß der zweite Zeitimpuls einen verhältnismäßig starken Stromimpuls /e20 durch den Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors 20 verursacht, wie in der letzten Zeile von Fig. 4 dargestellt.

Wie in den dritten und vierten Zeilen von Fig. 4 ist auch in den drei letzten Zeilen dieser Figur der Verlauf der verschiedenen Ströme und Spannungen bei Verwendung stufenförmiger Zeitimpulse gestrichelt angedeutet. Der Emitterstrom eines jeden Transistors bleibt während des zweiten Teiles des entsprechenden Zeitimpulses noch bestehen, wobei er infolge der Entladung der Basiszone dieses Transistors allmählich abnimmt.

Das Entladen der Basiszonen der unterschiedlichen Transistoren zwischen den Zeitimpulsen Vc durch einen Vorwärtsleckstrom der entsprechenden Basis-Kollektor-Dioden wird vom Gleichrichter 19 verhindert.

Die scharfen Spitzen der Emitterstromimpulse werden durch die Emitterkapazität des entsprechenden Transistors stark abgedämpft, so daß die in der vierten und letzten Zeile von Fig. 4 dargestellte Form nicht der Wirklichkeit entspricht. Trotzdem kann es vorkommen, z. B. bei verhältnismäßig langen Zeitimpulsen, daß die Emitterstromimpulse tatsächlich zwei verhältnismäßig scharfe Spitzen erhalten. Dies kann unerwünscht sein und mittels eines kleinbemessenen Kondensators 15, 25 usw. vermieden werden, der die Eigenemitterkapazität der entsprechenden Transistoren 10, 20 usw. erhöht. Die Zeitkonstante des Belastungskreises, bestehend aus dem Widerstand 11, 21 usw. und dem Parallelkondensator 15,25 usw., welcher wenigstens teilweise durch die Eigenemitterkapazität des Transistors 10, 20 usw. gebildet wird, soll von der Größenordnung der Dauer der Zeitimpulse sein.

Der Kondensator 13, 23 usw. soll sich über den Widerstand 12, 22 usw. schnell aufladen können, und er muß sich über die Widerstände 11 und 12, 21 und 22 usw. verhältnismäßig langsam entladen. Der Widerstand 12, 22 usw. soll deshalb viel kleiner sein als der Belastungswiderstand 11, 21 usw. Andererseits soll die Verzögerung, mit der die Basiszone des folgenden Transistors 20, 30 usw. aufgeladen wird, größer sein als die Breite der Zeitimpulse, da sonst der der Basis des Transistors 10 zugeführte Eingangsimpuls beim ersten Zeitimpuls bis nach der Basis des letzten Transistors 40 und selbst weiterübertragen wird. Die Zeitkonstante des aus der Eigenkapazität der Basis des Transistors 20, 30 usw. und aus dem Reihenwiderstand 14, 24 usw. bestehenden Kreises zwischen dieser Basis und dem gemeinsamen Punkt des Widerstandes 12, 22 usw. und des Kondensators 13, 23 usw. soll deshalb auch größer als die Breite der Zeitimpulse sein. Normalerweise wird der Widerstand 14, 24 usw. durch den Eigenwiderstand der Basiselektrode des Transistors 20, 30 usw. gebildet. Ist dieser Eigenwiderstand aber zu klein, so kann er, wie in Fig. 3 gezeigt, durch einen besonderen Widerstand erhöht werden. Schließlich soll die Entladezeitkonstante des Verzögerungsnetzwerkes den Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitimpulsen übersteigen. Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 bedeutet dies, daß die Zeitkonstante gleich dem Produkt der Kapazität des Kondensators 13, 23 usw. und der Summe der Widerstände 11 und 12, 21 und 22 usw. den Zeitraum zwischen den Zeitimpulsen übersteigen soll.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 stellt ein Verschiebungsregister dar, wodurch Eingangsimpulse bei jedem Impuls einer Reihe von Zeitimpulsen eine Stufe weiterübertragen oder verschoben werden. Dabei bildet die Kombination eines jeden Verzögerungsnetzwerkes mit dem nächsten Transistor ein Gedächtnis, in dem ein Impuls oder ein Ladungszustand der Basiszone des vorangehenden Transistors während des Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitimpulsen gespeichert wird. Die geschilderte Schaltungsanordnung hat also den Vorteil, daß nur ein Transistor verwendet wird, um eine gegebene Information während eines Zeitimpulsintervalls zu speichern, und daß deshalb nur eine Reihe von Zeitimpulsen der Schaltung zugeführt zu werden braucht.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektronische Speicherschaltung nach Patentanmeldung N 14032 VIIIc/21g mit einer Reihe von mindestens zwei Transistoren, bei denen die Emitterelektrode eines jeden Transistors der Reihe mit der Basiselektrode eines folgenden Transistors der Reihe gekoppelt ist und bei der nach Patentanspruch 35 die Kollektorspeisespannung als Steuerimpuls angelegt wird, dessen Amplitude größer ist als die Kollektor-Basis-Abklingspannung des Transistors, so daß die wirksame Basiszone des Halbleiterkörpers während dieses Steuerimpulses schwebendes Potential aufweist und bei der gegebenenfalls nach Anspruch 36 auf den Steuerimpuls ein Löschimpuls mit einer kleineren Amplitude als die dieser Abklingspannung angelegt wird, der vorhandene freie Ladungen in der Basiszone verbraucht und bei der gegebenenfalls nach Anspruch 37 der Steuerimpuls mit dem Löschimpuls zu einem stufenförmigen oder sägezahnförmigen Impuls vereint wird, dadurch ge kennzeichnet, daß die Basiselektrode eines folgenden Transistors der Reihe mit dem Emitter des

   vorangehenden Transistors über ein Verzögerungsnetzwerk gekoppelt ist und daß die Kollektorelektroden sämtlicher Transistoren gleichzeitig aus einer gleichen Quelle von Spannungsimpulsen gespeist werden, derart, daß infolge eines während s eines Spannungsimpulses erzeugten Stromimpulses durch die Belastungsimpedanz eines vorangehenden Transistors der Reihe elektrische Energie im entsprechenden Verzögerungsnetzwerk gespeichert wird, welche erst nach Ablauf dieses Spannungsimpulses eine bedeutende Anzahl freier Ladungsträger in der Basiszone des folgenden Transistors der Reihe erzeugt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsimpedanz ein ohmscher Widerstand ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsnetzwerk einen Längswiderstand, über den die Basiselektrode des folgenden Transistors mit der Emitterelektrode des vorangehenden Transistors verbunden ist, und eine Querkapazität enthält, über welche diese Basiselektrode an einem Punkt konstanten Potentials liegt.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Längswiderstandes klein in bezug auf den des Belastungswiderstandes ist, so daß die Aufladezeit der Querkapazität über den Längswiderstand kurz in bezug auf die Dauer der Spannungsimpulse und seine Entladezeit über die Längs- und Belastungswiderstände lang in bezug auf die Wiederholungsfrequenz dieser Impulse ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des folgenden Transistors an das Verzögerungsnetzwerk über einen derart bemessenen Widerstand angeschlossen ist, daß die Aufladezeit dieser Basiselektrode groß in bezug auf die Dauer der Spannungsimpulse, aber klein in bezug auf die Wiederholungsfrequenz dieser Impulse ist.
6. 6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichrichter in Reihe mit der Spannungsimpulsquelle im gemeinsamen Speisekreis für die Kollektorelektroden sämtlicher Transistoren liegt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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