DE1152140B

DE1152140B - Transistor stage for amplifying rectangular pulses

Info

Publication number: DE1152140B
Application number: DET18897A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinz Schwarzer
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1960-08-25
Filing date: 1960-08-25
Publication date: 1963-08-01

Description

Transistorstufe zur Verstärkung rechteckförmiger Impulse Die Erfindung bezieht sich auf eine Transistorstufe in Emitterschaltung zur Verstärkung von rechteckförmigen Impulsen, die der Basiselektrode des Transistors über mindestens eine Diode, beispielsweise über ein Dioden-Verknüpfungsnetzwerk zugeführt werden, wobei die Stufe vorwiegend kapazitiv belastet ist.Transistor stage for amplifying rectangular pulses. The invention refers to a transistor stage in the emitter circuit for the amplification of square-shaped Pulses sent to the base electrode of the transistor via at least one diode, for example are fed via a diode link network, the stage being predominantly is capacitively loaded.

In elektronischen Rechenmaschinen findet man oft Kombinationen von sogenannten logischen Schaltkreisen mit speichernden Elementen (Flip-Flops) oder Impulsverstärkern, in denen vorzugsweise Transistoren als aktive Bauelemente verwendet werden. Als logische Schaltkreise bezeichnet man Netzwerke, die mehrere binäre Eingangsgrößen miteinander zu einer oder mehreren Ausgangsgrößen verknüpfen. In der Praxis sind solche Schaltkreise häufig aus Dioden und Widerständen aufgebaut in der Art der bekannten Diodenkonjunktionen und -disjunktionen.In electronic calculating machines one often finds combinations of so-called logic circuits with storing elements (flip-flops) or pulse amplifiers, in which transistors are preferably used as active components. Logical circuits are networks that combine several binary input variables with one another to form one or more output variables. In practice, such circuits are often made up of diodes and resistors in the manner of the known diode conjunctions and disjunctions.

Im allgemeinen werden an die Impulsform des Ausgangsimpulses keine strengen Forderungen gestellt, wenn ein Speicherelement dem Verknüpfungsnetzwerk nachgeschaltet ist. In einigen Fällen jedoch sind besondere Maßnahmen in dieser Hinsicht zu treffen, wenn nämlich das Verknüpfungsergebnis direkt zur Steuerung eines zeitlich genau festgelegten Vorgangs benutzt werden soll.In general, there are no effects on the pulse shape of the output pulse Strict demands are made when a storage element joins the interconnection network is downstream. In some cases, however, special measures are included in this Respect to meet, namely when the link result directly to the control a precisely timed process is to be used.

In solchen Fällen tritt besonders störend in Erscheinung, daß die Impulsflanken am Ausgang des Verstärkers verzögert sind und stark an Steilheit gegenüber den Eingangsimpulsen eingebüßt haben, so daß die Ansteuerung der weiteren Vorgänge zeitlich verschoben wird. Der Grund dafür liegt einerseits in den konzentrierten und verteilten Kapazitäten im Verstärkerausgangskreis, andererseits in den Dioden der logischen Schaltkreise im Verstärkereingangskreis.In such cases it is particularly disturbing that the Pulse edges at the output of the amplifier are delayed and strongly opposed to steepness have forfeited the input pulses, so that the control of further processes is postponed. The reason for this is on the one hand in the concentrated and distributed capacitances in the amplifier output circuit, on the other hand in the diodes the logic circuits in the amplifier input circuit.

Bei einer bekannten Transistorstufe ist beispielsweise ein Basiswiderstand vorgesehen, der bei pnp-Transistoren nach der negativen Betriebsspannung führt und so bemessen ist, daß der Transistor im Ruhestand leitet. Ein positiver Eingangsimpuls sperrt den Verstärkertransistor; dann werden die mit der Basiselektrode des Transistors verbundenen disjunktiven Dioden des Diodennetzwerkes leitend und ziehen den Basisstrom ab, während sie mit dem Aufhören des Eingangsimpulses sperren. Ehe der Transistor wieder leitend werden kann, müssen jedoch noch die erwähnten Kapazitäten im Ausgang sowie die Basiskapazität des Transistors umgeladen werden, wozu ein gewisser Basisstrom nötig ist. Dieser kann jetzt nicht mehr über das Diodennetzwerk geliefert werden, sondern muß über den Basiswiderstand gezogen werden. Das bewirkt eine gewisse Schaltverzögerung.In a known transistor stage, for example, a base resistor is provided which, in the case of pnp transistors, leads to the negative operating voltage and is dimensioned in such a way that the transistor conducts when it is idle. A positive input pulse blocks the amplifier transistor; then the disjunctive diodes of the diode network connected to the base electrode of the transistor become conductive and draw off the base current, while they block when the input pulse ceases. Before the transistor can become conductive again, the mentioned capacitances in the output as well as the base capacitance of the transistor have to be reloaded, for which a certain base current is necessary. This can no longer be supplied via the diode network, but must be drawn via the base resistor. This causes a certain switching delay.

Durch die Erfindung sollen die beschriebenen Nachteile vermieden werden.The invention is intended to avoid the disadvantages described.

Es sind Transistorverstärkerschaltungen als Impulsformerstufen bekannt, bei denen eine Rückkopplung des Ausgangsstromes auf den Eingangsstrom über einen Übertrager vorgesehen ist. Bei einer derartigen bekannten Schaltung ist eine Diode in solcher Polung in den Rückkopplungsweg zwischen den übertrager und die als Steuerelektrode wirkende Basis des Transistors eingeschaltet, daß der Rückkopplungsweg bei der Rückflanke des positiven Stetierimpulses gesperrt wird. Diese Rückflanke wird daher auch bei dieser Schaltung infolge der sich nicht genügend schnell umladenden Basiskapazität verzögert übertragen.There are transistor amplifier circuits known as pulse shaper stages, where the output current is fed back to the input current via a Transformer is provided. One such known circuit is a diode in such polarity in the feedback path between the transformer and the control electrode Acting base of the transistor switched on that the feedback path at the trailing edge of the positive continuous pulse is blocked. This trailing edge is therefore also at this circuit as a result of the base capacitance which is not recharging quickly enough transmitted with a delay.

Bei einer anderen bekannten Rückkopplungsschaltung liegt die Rückkopplungswicklung eines mit seiner Primärwicklung in den Kollektorkreis des Transistors eingeschalteten Ausgangsübertragers mit der einen Klemme direkt an der Basis des Transistors und ist mit seiner anderen Klemme über eine Zenerdiode in Reihe mit der Steuerstromquelle geschaltet. Bei dieser Schaltung wird die Vorderflanke der Steuerimpulse durch den Zenerdurchbrach die Rückflanke durch die normale Flußrichtung der Diode versteilert.Another known feedback circuit has the feedback winding one switched on with its primary winding in the collector circuit of the transistor Output transformer with one terminal directly at the base of the transistor and is with its other terminal in series with the control current source via a Zener diode switched. In this circuit, the leading edge of the control pulses is triggered by the Zener breached the trailing edge steepened by the normal flow direction of the diode.

Die Erfindung vermeidet den Aufwand einer Zenerdiode nebst der dafür erforderlichen besonderen Vorspannungsquelle. Sie geht von einer Transistorstufe in Einitterschaltung aus, bei der die zu verstärkenden rechteckförmigen Impulse der Basiselektrode des Transistors über mindestens eine Diode zugeführt werden, wobei die Stufe vorwiegend kapazitiv belastet ist.The invention avoids the expense of a Zener diode in addition to the special bias source required for this. It is based on a transistor stage in a single-conductor circuit, in which the square-wave pulses to be amplified are fed to the base electrode of the transistor via at least one diode, the stage being predominantly capacitively loaded.

Die Erfindung besteht darin, daß zwischen dem Kollektorwiderstand und der Kollektorelektrode des Transistors die Primärwicklung eines übertragers liegt, dessen Sekundärwicklung mit ihrer einen Klemme an festem Potential liegt und mit ihrer anderen Klemme über einen Richtleiter mit der Basiselektrode verbunden ist.The invention consists in that between the collector resistance and the collector electrode of the transistor, the primary winding of a transformer whose secondary winding is at a fixed potential with one of its terminals and connected with its other terminal via a directional conductor to the base electrode is.

An Hand der Fig. 1 und 2 wird die Erfindung erläutert, wobei Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeigt, deren Wirkungsweise mit lElfe der Spannungsdiagramme in Fig. 2 im folgenden erklärt werden soll.The invention is explained with reference to FIGS. 1 and 2, FIG. 1 showing a circuit arrangement according to the invention, the mode of operation of which is to be explained below with reference to the voltage diagrams in FIG.

Die Schaltung in Fig. 1 setzt sich zusammen aus einem Diodennetzwerk 1, einer Transistorverstärkerstufe 2 und einem Verbraucher 3, der beispielsweise durch die Eingangsschaltung einer weiteren Transistorstafe gebildet wird.The circuit in Fig. 1 is composed of a diode network 1, a transistor amplifier stage 2 and a consumer 3, which is formed, for example, by the input circuit of a further transistor stage.

Das Diodennetzwerk 1 verwirklicht die konjunktive und disjunktive Verknüpfung verschiedener Eingangsgrößen; es ist jedoch als Voraussetzung für die sinnvolle Anwendung der Erfindung nicht wesentlich, da die geschilderte Schaltverzögerung schon auftritt, wenn nur ein einziger Richtleiter, z. B. 4, im Verstärkereingang liegt.The diode network 1 implements the conjunctive and disjunctive linking of various input variables; However, it is not essential as a prerequisite for the meaningful application of the invention, since the switching delay described occurs when only a single directional conductor, e.g. B. 4, is in the amplifier input.

Die Transistorstufe 2 ist aus einem pnp-Transistor 5 in Emitterbasissehaltung aufgebaut, der im Ruhezustand leiten soll.The transistor stage 2 is made up of a pnp transistor 5 in emitter base configuration, which is intended to conduct in the idle state.

Die Basiselektrode ist darüber über einen Basiswiderstand 6 mit der negativen Betriebsspannung verbunden. An einem Kollektorwiderstand 7 wird die Ausgangsspannung abgenommen, die dem Verbraucher 3 zugeführt wird. Im vorliegenden Beispiel bildet eine weitere Transistorstufe 8 diesen Ver-Verbraucher 3. Diese ist im statischen Fall über einen Basiswiderstand 9 gesperrt. Das Ausgangssignal der Stufe 2 wird der Basis des Transistors 8 über einen Vorwiderstand 10 zugeführt, der von einem Kondensator 11 überbrückt ist und bewirkt, daß die Basis des Transistors 8 im Ein- und Ausschaltmoment schnell umgeladen wird. Ein positiver Schaltimpuls wird z. B. über den Richtleiter 4 des logischen Netzwerkes 1 auf die Basis des Transistors 5 übertragen, so daß er den vorher leitenden Transistor sperrt. Die Basisumladung des Transistors 5 geschieht unmittelbar mit dem Impulsstrom. Die Zeitkonstante der Vorderflankenneigung des Ausgangsimpulses ist gegeben durch die Größe der Elemente 7, 9, 10, 11 sowie durch die Größe der Basis-Emitter-Kapazität des nachfolgenden Transistors 8. Da ün Sperrmoment des Transistors 5 in den Kondensator 11 ein Ladestrom fließt, der als Basisstrom in Transistor 8 wirksain wird, wird dieser nachfolgende Transistor 8 schneller leitend, als die Spannungszeitkonstante am Kollektor von Transistor 5 zunächst vermuten läßt.The base electrode is connected to the negative operating voltage via a base resistor 6. The output voltage that is fed to the consumer 3 is picked up at a collector resistor 7. In the present example, a further transistor stage 8 forms this consumer 3. In the static case, this is blocked via a base resistor 9. The output signal of stage 2 is fed to the base of transistor 8 via a series resistor 10 , which is bridged by a capacitor 11 and has the effect that the base of transistor 8 is rapidly reloaded when switched on and off. A positive switching pulse is z. B. transmitted via the directional conductor 4 of the logic network 1 to the base of the transistor 5 , so that it blocks the previously conductive transistor. The base charge of the transistor 5 takes place directly with the pulse current. The time constant of the leading edge inclination of the output pulse is given by the size of the elements 7, 9, 10, 11 and by the size of the base-emitter capacitance of the subsequent transistor 8. Since a locking torque of the transistor 5 flows into the capacitor 11, a charging current flows is wirksain as the base current in transistor 8, the subsequent transistor 8 becomes faster conductive than can the voltage time constant at the collector of transistor 5 is initially assume.

Mit der Rückflanke des Eingangsimpulses wird der Richtleiter 4 gesperrt und dadurch die Basiselektrode von dem logischen Netzwerk 1 abgetrennt. Bei Ab- wesenheit der übertragerwicklungen 15, 16 und der Diode 17 leitet der Transistor 5 erst völlig, wenn seine Basis über den Widerstand 6 aufgeladen ist. Da gleichzeitig jedoch auf der Ausgangsseite die konzentrierten und verteilten Kapazitäten umgeladen werden müssen, ändert sich die Kollektorspannung 13 des Transistors 5 nur langsam, der durch den Kondensator 11 fließende Strom ist dementsprechend gering und die Basis des Transistors 8 wird nur langsam umgeladen, so daß die Ausschaltdauer von Transitsor 8 groß wird. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Verzögerung zu verkürzen und eine der Idealkurve 14 (Fig. 2) möglichst ähnliche Ausgangsspannung zu erzielen.With the trailing edge of the input pulse, the directional conductor 4 is blocked and the base electrode is thereby separated from the logical network 1. In AB of the transformer 15, 16 and the diode 17 being the transistor 5 conducts only completely when its base is charged through the resistor. 6 Since at the same time, however, the concentrated and distributed capacities must be reloaded on the output side, the collector voltage 13 of the transistor 5 changes only slowly, the current flowing through the capacitor 11 is correspondingly low and the base of the transistor 8 is only slowly reloaded, so that the The switch-off time of Transitsor 8 becomes long. The object of the invention is to shorten this delay and to achieve an output voltage that is as similar as possible to the ideal curve 14 (FIG. 2).

Zu diesem Zweck ist ein übertrager im Ausgangskreis von Transistor 5 so angeordnet, daß seine Primärwicklung 15 zwischen der Kollektorelektrode und dem Widerstand 7 liegt und seine Sekundärwicklung 16 auf der einen Seite mit dem Emitterpotential und auf der anderen Seite über einen Richtleiter 17 nüt der Basiselektrode des Transistors 5 verbunden ist.For this purpose, a transformer is arranged in the output circuit of transistor 5 so that its primary winding 15 is between the collector electrode and the resistor 7 and its secondary winding 16 is on one side with the emitter potential and on the other side via a directional conductor 17 to the base electrode of the Transistor 5 is connected.

Sobald sich der Strom im Kollektor des Transistors 5 geringfügig ändert, wird in der Wicklung 16 eine kleine Spannung induziert, die einen Basisstrom erzeugt und so die Basis zusätzlich auflädt. Der Strom im Kollektor steigt weiter, induziert eine größere Spannung in der Wicklung 16 und bewirkt einen größeren Basisstrom usw., bis die KoHektorendspannung erreicht ist. Der Richtleiter 17 gewährleistet im statischen Betrieb, daß der Transistor 5 leitend bleibt, daß also die Basis über den Widerstand 6 negativ gegen den Emitter vorgespannt ist.As soon as the current in the collector of the transistor 5 changes slightly, a small voltage is induced in the winding 16 , which generates a base current and thus additionally charges the base. The current in the collector continues to rise, inducing a greater voltage in winding 16 and causing a greater base current, etc., until the final KoHektor voltage is reached. In static operation, the directional conductor 17 ensures that the transistor 5 remains conductive, that is to say that the base is negatively biased against the emitter via the resistor 6.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist also gerade dann wirksam, wenn die oben geschilderte Flankenverzögerung, verursacht durch die Abtrennung des logischen Netzwerkes 1 vom Transistoreingang, auftreten würde. In Fig. 2 ist die praktisch damit erreichte Kurvenforrn 18 dargestellt. Diese Kurvenform läßt sich insbesondere dann erzielen, wenn die Belastung nicht wie üblich am Kollektor von Transistor 5, sondern wie in Fig. 1 dargestellt zwischen dem übertrager 15 und dem Kollektorwiderstand 7 angeschlossen ist. Dann fließt nämlich der kapazitive Strom, den der Kondensator 11 aus dem Transistor 5 zieht, ebenfalls über die übertragerwicklung 15 und beschleunigt noch die Basisumladung.The arrangement according to the invention is therefore effective precisely when the edge delay described above, caused by the separation of the logical network 1 from the transistor input, would occur. In Fig. 2 the curve shape 18 practically achieved thereby is shown. This curve form can be obtained in particular when the load is not, as usual, shown at the collector of transistor 5, but as shown in FIG. 1 is connected between the transformer 15 and the collector resistor 7. The capacitive current drawn by the capacitor 11 from the transistor 5 then also flows through the transfer winding 15 and accelerates the base charge reversal.

Die Erfindung ist sinngemäß auch bei Schaltungen mit npn-Transistoren oder bei im Ruhezustand gesperrten Transistoren anwendbar, wobei die Betriebsspannungen und die Polarität der Impulse entsprechend zu wählen sind.The invention is analogous also to circuits with npn transistors or in the case of transistors blocked in the idle state, the operating voltages and the polarity of the pulses must be selected accordingly.

Die Schaltung nach Fig. 1 arbeitet mit den folgenden Werten der Schaltelemente zufriedenstellend, doch stellen sie nicht die alleinmögliche Realisierung dar.The circuit of FIG. 1 operates satisfactorily with the following values of the switching elements, but they are not the only possible implementation.

Sämtliche Richtleiter ........... OA 460 Transistoren 5, 8 .............. OC 615 Widerstand 6 ................ 56 kü Widerstand 7 ................ 3,3 k9 Widerstand 9 ................ 8,2 LQ Widerstand 10 ................ 1 k9 Kondensator 11 ............... 330 pF übertrager 15, 16 ............. Ü = 1: 1 FerritkernmitlinearerübertragungscharakteristikAll guides ........... OA 460 transistors 5, 8 .............. OC 615 resistor 6 ............. ... 56 kü resistor 7 ................ 3.3 k9 resistor 9 ................ 8.2 LQ resistor 10 ................ 1 k9 capacitor 11 ............... 330 pF transformer 15, 16 ........ ..... Ü = 1: 1 ferrite core with linear transmission characteristics

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Transistor stage in emitter circuit for amplifying square-wave pulses which are fed to the base electrode of the transistor via at least one diode, the stage being predominantly capacitively loaded, in particular for calculating machine circuits, characterized in that between the collector resistor (7) and the collector electrode of the transistor (5), the primary winding (15) of a transformer is located, the secondary winding (16) of which has one terminal at a fixed potential and its other terminal is connected to the base electrode of the transistor via a directional conductor (17).

2. Transistor stage according to claim 1, characterized in that the predominantly capacitive load is connected to the connection point of the transformer winding (15) and the collector resistor (7). C Publications considered: German Auslegeschriften Nos. 1086 746, 1075 663.