DE1142189B - Einrichtung zur Umwandlung bipolarer in unipolare Impulse - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

ANMELDETAG: 20. MÄRZ 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 10. JANUAR 1963

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung von elektrischen Impulsen behebiger Polarität mit einem in Emitter-Grundschaltung geschalteten Transistor mit einem Kollektorbelastungswiderstand und einer mit seinem Kollektor gekoppelten Ausgangsklemme. Solche Einrichtungen sind schon längst bekannt, insbesondere als Impulsverstärker. Die Erfindung hat jedoch zum Ziel, eine derartige Einrichtung anzugeben, mittels welcher elektrische Eingangsimpulse beliebiger Polarität als Ausgangsimpulse einer bestimmten, gleichbleibenden Polarität übertragen werden können. Solche Einrichtungen können z. B. in Zähl- und/oder Rechenmaschinen mit Vorteil verwendet werden, worin Impulse aus verschiedenen Quellen durch eine gemeinsame Einrichtung ausgewertet werden müssen.

Es sind bereits Schaltungsanordnungen zur Umwandlung bipolarer in unipolare Impulse bekanntgeworden. Bei diesen werden jedoch mindestens zwei Verstärkerelemente in bistabiler Schaltung benötigt.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Transistors über einen Widerstand an Masse liegt und daß der Basis des Transistors ein derartiger Vorstrom zugeführt wird, daß der Transistor unterhalb des Knickes seiner Kollektorstrom-Kollektorspannungs-Charakteristik arbeitet, so daß bei Anlegen eines Impulses genügender Amplitude in Sperrichtung an die Basis des Transistors die Spannung seines Kollektors in bezug auf Masse in an sich bekannter Weise infolge einer Verlagerung des Arbeitspunktes des Transistors bis oberhalb des Knickes seiner Kollektorstrom - Kollektorspannungs - Charakteristik steigt, bei Anlegen eines vorwärts gerichteten Impulses an die Basis des Transistors diese Kollektorspannung ebenfalls steigt, und zwar um die entsprechende Zunahme des durch den Emitterstrom am Emitterwiderstand verursachten· Spannungsabfalls.

Mit anderen Worten beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß ein unterhalb des Knickes seiner Kollektorstrom - Kollektorspannungs - Charakteristik in Emitter-Grundschaltung betriebener Transistor bei Einschalten eines Emitterwiderstandes und bei Anlegen von vorwärts gerichteten Impulsen an seine Basis sich wie eine unmittelbare Verbindung zwischen Eingangsklemme (Basis) und Ausgangsklemme (Kollektor) verhält, wobei diese Klemmen an die Anzapfung eines aus den Kollektor- und Emitterwiderständen bestehenden Spannungsteilers angeschlossen ist. Um nur eine minimale Abschwächung der vorwärts gerichteten Impulse zu bekommen, Einrichtung zur Umwandlung
bipolarer in unipolare Impulse

Anmelder:

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

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

Wilhelmus Hubertus Louis Ciaessen,
Eindhoven (Niederlande),

ist als Erfinder genannt worden

wird man vorzugsweise den Emitterwiderstand in bezug auf den Basis-Emitter-Vorwärtswiderstand des Transistors dementsprechend groß wählen, und will man die Quelle von vorwärts gerichteten Impulsen so wenig wie möglich belasten, so wird man, bei gegebenem totalem Belastungswiderstand zwischen Emitter und Kollektor, einen Emitterwiderstand ungefähr gleichen Wertes wie der Kollektorwiderstand nehmen.

Der Emitterwiderstand wirkt selbstverständlich einer Verstärkung der in Sperrichtung angelegten Impulse entgegen, indem eine starke Gegenkopplung im Emitterkreis auftritt. Zum vollständigen Sperren des Transistors müssen diese Impulse demzufolge eine Amplitude aufweisen, die mindestens gleich groß ist wie die bei Abwesenheit eines Eingangsimpulses am Emitterwiderstand auftretende Spannung. Eine Spannungsverstärkung der in Vorwärtsrichtung angelegten Impulse ist allein mit der Einrichtung nach der Erfindung nicht zu erzielen. Wünscht man jedoch die in Sperrichtung angelegten Impulse zu verstärken, so kann das Auftreten einer nennenswerten Gegenkopplung im Emitterkreis des Transistors dadurch verhindert werden, daß der Emitterwiderstand durch die Reihenschaltung einer in Sperrichtung geschalteten Diode und einer diese Diode in Vorwärtsrichtung polarisierenden Spannungsquelle überbrückt wird. Dabei ist die Spannung dieser Quelle dem in Abwesenheit eines Eingangsimpulses am Emitterwiderstand auftretenden Spannungsabfall ungefähr gleich. Bei Anlegen eines Impulses in Sperrichtung

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Verbindung zwischen seiner Basis oder der Eingangsklemme und seinem Kollektor oder Ausgangsklemme 4 verhält. Dabei kann man sich die Verhältnisse so vorstellen, als ob diese Klemmen un-

5 mittelbar an die Anzapfung eines aus dem Kollektorwiderstand 2 und aus dem Emitterwiderstand 5 bestehenden Spannungsteilers angeschlossen wären.

Der soeben erwähnte Spannungsteiler 2, 5 stellt natürlich eine Belastung der Quelle von Eingangs-

o impulsen dar, insbesondere was die vorwärts gerichteten oder negativen Impulse betrifft. Ist der Eigenwiderstand der Impulsquelle nicht sehr klein, dann werden diese vorwärts gerichteten Impulse dementsprechend abgeschwächt. Um diese Abschwächung

5 möglichst klein zu halten, wird der Emitterwiderstand 5 in bezug auf den Basis-Emitter-Vorwärtswiderstand groß gewählt, z. B. gleich 6 kQ, und um gleichzeitig die Impulsquelle so wenig wie möglich zu dämpfen, wird bei gegebenem Belastungswiderstand 2, 5 zwi-

an die Basis des Transistors wird die Diode leitend, so daß die Spannung am Emitterwiderstand nicht unterhalb derjenigen der die Diode polarisierenden Spannungsquelle abnehmen kann und das Auftreten einer nennenswerten Gegenkopplung im Emitterkreis des Transistors verhindert wird. Bei Anlegen eines Impulses in Vorwärtsrichtung bleibt die Diode jedoch gesperrt und ohne Wirkung.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist das Schaltbild einer beispielsweisen Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 2 zeigt Charakteristiken eines in dieser Ausführungsform verwendbaren Transistors.

Die Einrichtung, schematisch dargestellt in Fig. 1,
enthält einen Transistor 1, welcher in Emitter-Grundschaltung geschaltet ist und wovon der Kollektor
über einen Kollektorbelastungswiderstand 2 von
z. B. 6 k& mit der negativen Klemme einer Speise- 20 sehen Emitter und Kollektor der Emitterwiderstand 5

Spannungsquelle 8 von z.B. 10 V und über einen ungefähr gleichen Wertes gewählt wie der Kollektor-

Kopplungskondensator3 mit einer Ausgangsklemme4 widerstand 2.

verbunden ist. Die Basiselektrode dieses Transistors, Der Emitterwiderstand 5 wirkt selbstverständlich z. B. ein p-n-p-Schichttransistor des Typs OC 70, er- einer Verstärkung der in Sperrichtung angelegten hält einen vorwärts gerichteten Polarisationsstrom 25 Eingangsimpulse entgegen, da eine starke Gegenüber einen Widerstand 6 von z. B. 20 kQ und ist kopplung in diesem Emitterwiderstand auftritt. Zum über einen Kopplungskondensator 7 mit einer Ein- vollständigen Sperren des Transistors 1 müssen dagangsklemme verbunden. Die Emitterelektrode des her diese Impulse eine Amplitude aufweisen, die Transistors ist über einen Widerstand 5 geerdet, mindestens gleich groß ist wie die bei Abwesenheit und zu übertragende elektrische Impulse beliebiger 30 eines Eingangsimpulses oder im Ruhezustand am Polarität werden zwischen der Eingangsklemme und Emitterwiderstand 5 auftretende Spannung. Erde der Einrichtung zugeführt. Eine Spannungsverstärkung der in Vorwärts-Nach der Erfindung wird über den Widerstand 6 richtung angelegten Eingangsimpulse ist allein mit ein derartiger Vorstrom der Basiselektrode des der beschriebenen Einrichtung nicht zu erzielen. Transistors 1 zugeführt, daß der Transistor unter- 35 Es kann jedoch wünschenswert sein, wenigstens die halb des Knickes seiner in Fig. 2 dargestellten in Sperrichtung angelegten Eingangsimpulse zu ver-Kollektorstrom - Kollektorspannungs - Charakteristik
arbeitet. Unter diesen Umständen und wenn ein
Impuls positiver Polarität, d. h. ein in Sperrichtung

gerichteter Impuls an die Basis des Transistors an- 40 Eingangsimpulse verhindert. DazuwirddieserEmittergelegt wird, steigt die Spannung seines Kollektors widerstand durch die Reihenschaltung einer in in bezug auf Masse in an sich bekannter Weise, weil Sperrichtung geschalteten Diode 9, z. B. eine Gerder Arbeitspunkt, z. B. gelegen im Punkt A (Fig. 2) maniumdiode des Typs OA 70, und einer diese Diode längs der Belastungsgerade R, nach dem Punkte' in Vorwärtsrichtung polarisierenden Spannungsquelle verlagert wird, welcher sich auf einer Charakteristik 45 überbrückt. Diese Spannungsquelle besteht im vorbefindet, die einem kleineren Basisstrom Ib ent- liegenden Fall aus einem Spannungsteiler mit zwei spricht. Dieser neue Arbeitspunkt A' liegt nämlich Widerständen 11 und 12 von z. B. 50 bzw. 53 kQ, oberhalb des Knickes der neuen Kollektorstrom- geschaltet über der Speisespannungsquelle 8, dessen Kollektorspannungs-Charakteristik. Wird hingegen Anzapfung mit der vom Emitter des Transistors 1 ein vorwärts gerichteter Impuls, im betrachteten 50 abgewendeten Elektrode (Kathode) der Diode 9 Falle ein negativer Impuls, an die Basis des Tran- verbunden und mittels eines Kondensators 10 in sistors 1 angelegt, dann steigt die Kollektorspannung bezug auf Masse entkoppelt ist. Dabei ist die Spandieses Transistors in bezug, auf Masse ebenfalls, nung am Kondensator 10 annähernd gleich groß und zwar um die entsprechende Zunahme des durch wie der in Abwesenheit eines Eingangsimpulses oder den Emitterstrom an Emitterwiderstand 5 verur- 55 im Ruhezustand am Emitterwiderstand 5 auftretende sachten Spannungsabfalls. Die elektrischen Eingangs- Spannungsabfall, d. h. ungefähr gleich der Hälfte impulse beliebiger Polarität, angelegt an die Basis- der Spannung der Speisequelle 8. elektrode des Transistors 1 über den Kondensator 7, Bei Anlegen eines Impulses in Sperrichtung an werden somit über den Kopplungskondensator 3 als die Basiselektrode des Transistors 1 wird die Diode 9 Ausgangsimpulse einer bestimmten, gleichbleibenden 60 leitend, so daß die Spannung am Emitterwiderstand 5 Polarität nach der Ausgangsklemme 4 übertragen. nicht kleiner werden kann als die Spannung der die Was die vorwärts gerichteten oder negativen Impulse Diode 9 polarisierenden Spannungsquelle 10 bis 12. betrifft, ist dies der Tatsache zu danken, daß bei Unter diesen Umständen tritt keine nennenswerte Anwesenheit eines Emitterwiderstandes beim Arbei- Gegenkopplung im Emitterwiderstand 5 auf. Eine ten des Transistors 1 unterhalb des Knickes seiner 65 beträchtlich kleine, in Sperrichtung angelegte Span- ' Kollektorstrom-Kollektorspannungs-Charakteristik nung (0,27 V, Fig. 2) genügt, um den Transistor 1 durch Zuführen eines Vorstroms an die Basis- vollständig sperren und das Potential seines Kollekelektrode der Transistor sich wie eine unmittelbare tors somit auf dasjenige der negativen Klemme der

stärken. Um dies zu ermöglichen, wird das Auftreten einer nennenswerten Gegenkopplung im Emitterwiderstand 5 in bezug auf in Sperrichtung angelegte

Quelle 8 zu bringen, z.B. auf -10 V. Die Verstärkung der in Sperrichtung angelegten Eingangsimpulse mit einer Mindestamplitude von 0,27 beträgt

10—5
somit = 18,5 mal.

Bei Anlegen eines vorwärts gerichteten Eingangsimpulses wird jedoch die Diode 9 durch den Spannungsabfall am Emitterwiderstand 5 gesperrt oder weiter in Sperrichtung beaufschlagt. Sie wird keinesfalls leitend und bleibt somit ohne Wirkung, so daß, abgesehen von der durch die Emitter- und Kollektorwiderstände verursachten Abschwächung und/oder Dämpfung, dieser Impuls die Ausgangsklemme 4 mit unveränderter Amplitude erreicht.

Entsprechende Einrichtungen können natürlich mit anderen Arten von Transistoren gebaut werden, insbesondere mit n-p-n-Schichttransistoren.

Auch kann der beschriebenen Einrichtung eine weitere Transistorstufe nachgeschaltet werden, wovon der Transistor im Ruhezustand leitend, z.B. gesättigt, oder gesperrt ist und durch jeden der an der Ausgangsklemme 4 auftretenden Impulse vollständig gesperrt bzw. leitend gemacht wird. Auf diese Weise erhält man, am Ausgang dieser zweiten Stufe, Impulse einer bestimmten, gleichbleibenden Polarität und konstanter Amplitude.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zur Umwandlung bipolarer in unipolare Impulse mit einem in Emitter-GrundschaltungmiteinemKollektorbelastungswiderstand und einer mit seinem Kollektor gekoppelten Ausgangsklemme geschalteten Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter dieses Transistors über einen Widerstand an Masse liegt und daß seiner Basis ein derartiger Vorstrom zugeführt wird, daß der Transistor unterhalb des Knickes seiner Kollektorstrom-Kollektorspannungs-Charakteristik arbeitet, so daß bei Anlegen eines Impulses genügender Amplitude in Sperrichtung an seine Basis die Spannung seines Kollektors in bezug auf Masse in an sich bekannter Weise steigt, infolge einer Verlagerung des Arbeitspunktes des Transistors bis oberhalb des Knickes seiner Kollektorstrom-Kollektorspannungs-Charakteristik, und daß, wenn bei Anlegen eines vorwärts gerichteten Impulses an die Basis des Transistors, diese Kollektorspannung ebenfalls steigt, und zwar um die entsprechende Zunahme des durch den Emitterstrom am Emitterwiderstand verursachten Spannungsabfalls.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterwiderstand groß ist in bezug auf den Basis-Emitter-Vorwärtswiderstand des Transistors.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterwiderstand ungefähr gleichen Wertes ist wie der Kollektorwiderstand.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterwiderstand durch die Reihenschaltung einer in Sperrichtung geschalteten Diode und einer diese Diode in Durchlaßrichtung polarisierenden Spannungsquelle überbrückt ist und die Spannung dieser Quelle dem in Abwesenheit eines Eingangsimpulses am Emitterwiderstand auftretenden Sperrungsabfall annähernd gleich ist, so daß bei Anlegen eines Impulses in Sperrichtung an die Basis des Transistors diese Diode leitend wird und das Auftreten einer nennenswerten Gegenkopplung im Emitterkreis des Transistors verhindert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 006 895.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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