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Direktanzeigendes Zeitintervall-Meßgerät Die Erfindung geht aus von
Zeitintervall-Meßgeräten und im einzelnen einem System, bei dem das Intervall eine
bekannte Funktion der Dauer einer Steuergröße ist, die einen das Intervall bestimmenden
Vorgang auslöst.
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Es kommt häufig vor, daß technische Anforderungen an ein elektrisches
Netzwerk Grenzen für dessen Schaltzeiten bestimmen, die verhältnismäßig dicht beim
Mittelwert der Gaußschen Verteilung für die durch die Herstellung bedingten Schaltzeiten
der Geräte liegen. In einem solchen Fall müssen bei der Herstellung außerordentlich
genaue Meßgeräte verwendet werden, um Netzwerke außerhalb der festgelegten Grenzen
aussondern zu können. Andernfalls muß eine Sicherheitsspanne für die Messung vorgesehen
werden, damit alle Netzwerke auch tatsächlich innerhalb der festgelegten Grenzen
liegen. Die Größe der Sicherheitsspanne ist durch die Genauigkeit der Meßeinrichtung
bestimmt. Die Einhaltung einer Sicherheitsspanne führt zu größerem Ausschuß, weil
viele Netzwerke mit Schaltzeiten innerhalb des durch die Sicherheitsspanne gegebenen
Gebietes ausgesondert werden müssen, von denen nicht mit Sicherheit feststeht, ob
sie tatsächlich noch innerhalb der festgelegten Grenzen liegen.
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Ein typisches Beispiel hierfür ist die Messung der Verzögerungszeit
und Anstiegszeit von Transistoren, die in Rechenanlagen verwendet werden sollen.
Die Verzögerungszeit ist üblicherweise definiert als die Zeit, die die Ausgangsspannung
eines Transistors benötigt, um nach Anlegen einer Einschaltspannung auf 10% des
Endwertes der Umschaltspannung anzusteigen. Die Zeit, die die Ausgangsspannung benötigt,
um von 10% auf 90'01o anzusteigen, wird üblicherweise mit Anstiegszeit bezeichnet.
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Das am weitesten verbreitete Verfahren zur Bestimmung der Schaltzeiten
von Netzwerken ist das herkömmliche oszillographische Verfahren. Bei diesem Verfahren
wird die Ausgangsspannung eines Netzwerkes im Betrieb zur Bestimmung des zu messenden
Zeitintervalls mit einer Bezugszeit verglichen, die beispielsweise aus der Kippspannung
des Oszillographen abgeleitet wird. Das zu prüfende Netzwerk wird durch einen Impuls
aus einem Impulsgenerator zum Umschalten veranlaßt. Dieser Umschaltbefehl triggert
gleichzeitig die Horizontalablenkung eines Oszillographen, wobei auf dem Schirm
der Beginn der Zeitmessung angezeigt wird. Die Bedienungsperson schätzt visuell
die Meßzeit für einen bestimmten Prozentsatz der Ausgangsspannung des geprüften
Netzwerkes ab. Die Meßzeit wird als Funktion des Abstandes auf der X-Achse des Schirms
bestimmt. Obwohl im Labor mit Hilfe dieses Verfahrens Messungen mit brauchbarer
Genauigkeit durchgeführt werden können, ist seine Anwendung in Herstellungsbetrieben
teuer, ungenau und zeitraubend.
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Die Erfindung will daher ein genaueres Meßgerät für die Schaltzeiten
von Netzwerken schaffen, bei dem die Reproduzierbarkeit und die Stabilität unter
wechselnden Arbeitsbedingungen und sich ändernden Eigenschaften der Netzwerke verbessert
sind. Außerdem sollen die Meßgenauigkeit und Geschwindigkeit erhöht und der Aufwand
für das Meßgerät und auch die Herstellungskosten der Netzwerke verringert werden.
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Die Erfindung geht dazu aus von einer Schaltungsanordnung zur Bestimmung
der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt des Anlegens eines Steuerimpulses an ein mit
zeitlicher Verzögerung eine elektrische Spannung schaltendes elektrisches Netzwerk
und dem Zeitpunkt des Erreichens einer vorbestimmten (Toleranzgüte) Ausgangsspannung
eines derartigen Netzwerkes, daß- die Größe der Ausgangsspannung des Netzwerkes
eine Funktion der Zeitdauer des Steuerimpulses ist, insbesondere zur Messung der
Ansprech- bzw. Verzögerungszeit und der sogenannten Anstiegszeit eines Transistors.
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Das Erfindungsgemäße besteht in der Verwendung eines derart ausgebildeten
Impulsgenerators, daß er
Steuerimpulse geeichter Dauer an das Netzwerk
abzugeben vermag, ferner von so geschalteten Spannungsmeßvorrichtungen, daß sie
den jeweiligen Wert der Ausgangsspannung des Netzwerkes anzeigen, und ferner in
der Verwendung von dem Impulsgenerator derart zugeordneten Regelgliedern für die
Veränderung der Dauer der Steuerimpulse, daß jeweils die Impulsdauer der vorbestimmten
Ausgangsspannung des Netzwerkes angepaßt werden kann. Zwar sind Teile der erfindungsgemäßen
Schaltung, wie Oszillatoren mit geeichter Impulsdauer, Spannungsmessungen und Kurzzeitmessungen
usw., für sich bereits bekannt, aber nicht die spezielle erfindungsgemäße Schaltung
zur Toleranzprüfung von Netzwerken, insbesondere Transistoren.
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Der Erfindung liegt eine Erkenntnis zugrunde, die in folgendem an
Hand der Messung der Verzögerungs- und Anstiegszeiten von Transistoren erläutert
worden soll. Es hat sich gezeigt, daß, wenn ein Transistor durch einen Impuls, der
kürzer ist als seine Gesamtumschaltzeit, eingeschaltet wird, zwei Dinge beobachtet
werden können: 1. Die Spitzen-Ausgangsspannung des Transistors tritt genau zu dem
Zeitpunkt auf, in dem der Steuerimpuls endet; 2. die Dauer des Steuerimpulses ist
gleich der Zeit, die der Transistor benötigt, um diese Spitzenspannung zu erreichen.
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Um diese Umstände mit Vorteil auszunutzen, ist bei der praktischen
Ausführung der Erfindung ein Oszillator mit dem Eingang eines Transistorschalters
in einer Emitterfolgeschaltung verbunden, um den Transistor ein- und auszuschalten.
Ein leer laufendes Koaxialkabel geeichter einstellbarer Länge und mit charakteristischer
Impedanz ist dabei mit seinem Eingang so angeschaltet, daß die Kabelkapazität über
den Transistorschalter geladen und- entladen werden kann. Dadurch werden Impulse
am Lastwiderstand des Emitterfolgers erzeugt. Die Dauer jedes Impulses ist genau
gleich der Umlaufszeit des eingeschalteten Kabelteils.
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Ein zu prüfendes Netzwerk, beispielsweise ein Transistor, wird teilweise
durch die Impulse am Lastwiderstand umgeschaltet, und die Spitzen-Ausgangsspannung
des Prüftransistors bei teilweisem Umschalten wird mit einer bekannten Spannung
verglichen, die einen Teil der gesamten Umschaltspannung des Prüftransistors darstellt.
Durch richtige Einstellung der Kabellänge kann die Spitzen-Ausgangsspannung des
Prüftransistors gleich der bekannten Spannung gemacht werden. Dann ist die Umlaufszeit
des Impulses im eingeschalteten Kabelteil gleich der Zeit, die der Transistor benötigt,
um den vorgewählten Teil des Umschaltzustandes zu erreichen. Die charakteristische
Kabelimpedanz kann so gewählt werden, daß sie automatisch jede Änderung des Steuerstromes
für den Prüftransistor kompensiert, wenn der Transistor umzuschalten beginnt.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bestehen zunächst
darin, daß sie, verglichen mit früher bekannten Schaltungen, verhältnismäßig einfach
ist. Außerdem lassen sich z. B. bei der Prüfung von Transistoren getrennte und direkte
Ziffernablesungen für die Verzögerungszeit und Anstiegszeit des Transistors erreichen.
Durch Verwendung eines passiven Zeitnormals, wie eines Koaxialkabels, entsprechend
einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung, bleibt die Schaltung verhältnismäßig
unbeeinflußt von Änderungen der Betriebstemperatur, der Netzspannung und von Abweichungen
der Bauteile.
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Für ein Ausführungsbeispiel wurde gefunden, daß Messungen mit einer
Reproduzierbarkeit von ± 0,2 Millimikrosekunden durchgeführt werden konnten, während
die besten Geräte bekannter Art nur eine Reproduzierbarkeit von nicht mehr als ±
3 Millimikrosekunden für ähnliche Messungen erreichen. Das Ausführungsbeispiel weist
außerdem eine Genauigkeit von 0,5 Millimikrosekunden für Zeitintervalle von ungefähr
10 Millimikrosekunden Länge und einer Genauigkeit von ± 1 Millimikrosekunde für
Messungen im Bereich von 100 Millimikrosekunden auf. Die Genauigkeit der besten
Schaltungen bekannter Art für ähnliche Messungen betrug ± 7,1/o zuzüglich ± 5 Millimikrosekunden.
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F i g. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild der Gesamtanordnung
und der Funktion der Erfindung; F i g. 2, 3 und 4 zeigen schematische Schaltbilder
von Teilen der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung; F i g. 2 A und 4 A zeigen schematische
Teilschaltbilder von abgeänderten Ausführungen gemäß der Erfindung.
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Nach dem Blockschema .der F i g. 1 erzeugt ein Oszillator
10 eine Folge von Impulsen, und ein geeichter Impulsbreitenumformer 11 ändert
die Breite dieser Impulse in vorbestimmter Weise. Gemäß einer zweckmäßigen praktischen
Ausführung der Erfindung besteht der Breitenumformer aus einer Vielzahl von Koaxialkabelabschnitten,
die auf verschiedene vorbestimmte Längen geschnitten sind und wahlweise auf eine
noch zu beschreibende Art in die Prüfschaltung eingeschaltet werden können. Die
Ausgangsimpulse von dem Breitenumformer 11 werden an eine Schaltung 12 angelegt,
die das zu prüfende Netzwerk enthält, und die Ausgangsspannung des zu prüfenden
Netzwerkes wird an eine Vergleichsschaltung 13 gegeben, in der der Spitzenwert der
Ausgangsspannung des zu prüfenden Netzwerkes mit einer bekannten Spannung verglichen
wird. Ein Rückkopplungsweg 16 sorgt dafür, das die Einstellung des Impulsbreitenumformers
notwendigerweise so vorgenommen wird, daß die Ausgangsspannung des zu prüfenden
Netzwerkes gleich der bekannten Bezugsspannung ist. Diese Rückführung kann von einer
Bedienungsperson oder durch eine der vielen bekannten elektromechanischen Rückkopplungsanordnungen
bewirkt werden.
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Im schematischen Schaltbild der F i g. 2 hat der Oszillator 10 die
Form eines frei laufenden Transistor-Multivibrators, der eine getrennte Batterie
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zur Zuführung der Betriebsspannung besitzt, um gleichstrommäßig einen erdfreien
Betrieb des Multivibrators zu ermöglichen. Die Transistoren 18 und 19 sind
nach der herkömmlichen Eccles-Jordan-Schaltung über Kreuz gekoppelt und besitzen
in Sperrichtung eingeschaltete Dioden 20 und 21, die in Reihe mit den Emitterelektroden
geschaltet sind, um den Widerstand der Basis-Emitter-Diode des Transistors nach
bekannter Art zu vergrößern. Zwischen Erde und einer Bezugsspannungsleitung 24 der
Multivibratorschaltung besteht eine Streukapazität 22. Der Multivibrator benutzt
PNP-Transistoren, die durch kurze Umschaltzeiten gekennzeichnet sind, und daher
ist die Schaltung in der Lage, einen Ausgangsimpuls mit extrem kurzer Anstiegszeit
der Vorderflanke
zu erzeugen. Bei einem Multivibrator dieser Art
für eine Impulswiederholungsfrequenz von 100 kHz wurde eine Anstiegszeit für die
Impulse kleiner als 4 Millimikrosekunden gefunden.
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Ein Kondensator 23 koppelt die sich ändernde Ausgangsspannung des
Multivibrators 10 am Kollektor des Transistors 19 an den Eingang eines Umformtransformators
26, der die verhältnismäßig langen, scharfen Impulse vom Multivibrator
10 mit umgekehrter Polarität und mit unwesentlicher Beeinflussung der Impulse
an den Eingang des Transistorschaltkreises 27 legt. Die Schaltung 27 ist als Emitterfolger
ausgebildet, mit einer Bezugsleitung 25 im Eingang und Erde als Bezugspunkt für
den Ausgang.
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Der Transformator 26 besteht in der Praxis aus einem Stück Koaxialkabel,
das auf einen Ferritring gewickelt ist. Es ist aus F i g. 2 zu sehen, daß jede Ader
des Kabels eine Bezugsspannungleitung, die einer Leitung sich ändernder Spannung
zugeordnet ist, mit einer einer anderen Schaltung zugeordneten Leitung über Kreuz
verbindet. Eine solche Anordnung ermöglicht die Ankopplung der Impulse auf die vorher
erwähnte Art, während gleichzeitig der Multivibrator 10 vom Schaltkreis 27
wirksam getrennt wird, so daß der Kondensator 22 keinen Nebenschluß bilden kann,
um die Eingangsimpulse am Transistor 28 im Schaltkreis 27 vorbei und
durch den Lastwiderstand 29 des Emitterfolgers zu leiten.
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Die beschriebene Anordnung des Multivibrators 10 unter Verwendung
des Umwandlungstransformators 26 war notwendig, um den Transistor 28 als Emitterfolger
schalten zu können, ohne die Schaltung über den eigenen Lastwiderstand 29 betreiben
zu müssen. Die Diode 30 und der Widerstand 31 sind dem Eingang des Transistorschaltkreises
27 parallel geschaltet, um eine Wiederherstellung der Gleichstromkomponente nach
bekannter Art zu bewirken. Der Transistor 28 leitet normalerweise in Abwesenheit
von Eingangsimpulsen vom Multivibrator 10, die zwischen seine Basis- und
Emitterelektrode angelegt werden, nicht.
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Die Emitterfolgeschaltung des Schalters 27 wird durch einen Kollektorwiderstand
32 und eine Batterie 33 vervollständigt, die die Betriebsspannung für den Transistor
28 liefert. Der Widerstand 32 ist im allgemeinen für die zu beschreibende Anwendung
wesentlich größer als der Widerstand 29.
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Die Kollektorelektrode des Transistors 28 ist über eine Leitung 36
an den Eingang eines Impulsbreitenumformers mit Koaxialkabel 11 verbunden,
wie in F i g. 3 gezeigt. Dieses Kabel besteht im wesentlichen aus einer leer laufenden
Übertragungsleitung, bei der der Innenleiter des Kabels mit der Leitung 36 und der
Außenleiter mit Erde verbunden ist. Gemäß F i g. 3 kann die wirksame Länge eines
ersten Teiles des Kabels 11 durch die Betätigung des Zehner-Wahlschalters
37 und des Einer-Wahlschalters 38 geändert werden. Der durch die Schalter 37 und
38 beeinflußte Teil des Kabels besitzt eine erste charakteristische Impedanz Zol.
In der gezeigten Stellung verbindet der Schalter 37 die Kabelabschnitte 39 und 40
in Reihe mit der Leitung 36, um auf diese Weise die minimale Kabellänge mit einer
Umlaufszeit von 10 Millimikrosekunden darzustellen. Die Einstellung des Schalters
37 in seine verschiedenen Schaltstellungen vergrößert die wirksame Länge des Kabels,
indem längere Kabelabschnitte in Reihe geschaltet werden. Die hinzugefügten Abschnitte
sind so zugeschnitten, daß jede Schaltstufe des Schalters 37 eine zusätzliche Umlaufszeit
von 10 Millimikrosekunden dem Kabel hinzufügt. Um die übersichtlichkeit der Zeichnung
nicht zu beeinträchtigen, sind in F i g. 3 nur einige der zusätzlichen Kabelabschnitte
dargestellt.
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Die Betätigung des Schalters 38 schaltet zusätzliche Kabellängen ein,
um die wirksame Umlaufszeit der eingeschalteten Teile des Kabels um jeweils 1 Millimikrosekunde
für jede Schaltstufe zu vergrößern.
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Ein Schalter 42 ist vorgesehen, um zusätzlich weitere Kabelabschnitte
mit einer zweiten charakteristischen Impedanz Zog in Zehner- und Einerstufen durch
die weitere Betätigung der Wahlschalter 43 und 44 hinzuzufügen. Die Schalter
37, 38, 43 und 44 besitzen markierte Skalenscheiben, um die Ausbreitungszeit
der eingeschalteten Kabelteile anzuzeigen. Wie gezeigt, ist in Reihe mit dem Kabelabschnitt
47 zwischen den Schaltern 42 und 43 ein Widerstand 46 geschaltet.
Der Zweck des Widerstandes 46 und der zusätzlichen Kabelabschnitte mit der charakteristischen
Impedanz Zog soll nachfolgend erklärt werden.
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Die verteilte Kapazität der eingeschalteten Teile des Kabels 11 wird
über den Widerstand 32 von der Batterie 33 geladen, wenn der Transistor
28 abgeschaltet ist. Eine Begrenzerschaltung ist zwischen die Leitung 36
und Erde geschaltet und besteht aus einem regelbaren Widerstand 47 und einer
Spannungsbegrenzerdiode 48, die mit Hilfe ihrer Durchbruchsspannung in Sperrichtung
begrenzt. Der Begrenzer hält die maximale Ladespannung des Kabels auf einem Spannungspegel,
der wesentlich kleiner ist als der sonst erreichbare Pegel auf dem Kabel in der.
beschriebenen Schaltung. Der Begrenzer wird benötigt, um den Transistor 28 zu schützen,
da die Batterie 33 eine Klemmenspannung besitzt, die in der Lage ist, das Kabel
auf eine wesentlich größere Spannung aufzuladen als nötig, um damit eine schnelle
Aufladung auf die gewünschte Prüfspannung sicherzustellen. Durch diese Begrenzung
der maximalen Kabelladung ist die Maximalfrequenz, mit der das Kabel geladen und
entladen werden kann, entsprechend vergrößert.
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Bei Anlegen eines Impulses zwischen die Basis-und Emitterelektrode
des Transistors 28 beginnt die Kollektor-Emitter-Strecke zu leiten, und die
Spannung auf- der Leitung 36 vergrößert sich sofort auf einen negativen Wert mit
Bezug auf Erde. Dieser Wert ist eine Funktion der relativen Größe des Widerstandes
29 und der Kabelimpedanz zwischen der Leitung 36 und Erde. Diese stufenförmige
Änderung der Spannung auf der Leitung 36 verursacht eine Entladung der Kabelkapazität
über den Transistor 28 und den Widerstand 29, und die Entladung setzt
sich fort mit einem im wesentlichen einheitlichen Pegel für eine Zeitdauer, die
notwendig ist, damit sich der erwähnte stufenförmige Spannungssprung auf der Leitung
36 über die wirksame Länge des Kabels im Breitenumformer 11 ausbreiten kann,
am leer laufenden Ende reflektiert werden kann und zur Leitung 36 zurückkehrt. Das
Kabel ist dann vollständig entladen, und die Spannungsdifferenz am Widerstand 29
fällt auf einen verhältnismäßig kleinen Wert, der in erster Linie durch die relativen
Größen der Widerstände 29 und 32 und durch die Klemmenspannung der Batterie 33 gegeben
ist.
Die am Widerstand 29 stehenden Spannungen werden über
die Abschneidedioden 49, 50 und 51 und die Leitung 52 mit- der Prüfschaltung 12
in F i g. 4 verbunden. Die Schaltung 12 kann irgendeine beliebige Anordnung
in einer Schaltung sein, für die folgende Bedingung gilt: a) Die Spitzen-Ausgangsspannung
der Schaltung tritt zu eurem Zeltpunkt auf, der eine bekannte Beziehung zu dem Zeitpunkt
des Endes eines Steuerimpulses besitzt, und b) die Dauer des Steuerimpulses besitzt
eine bekannte Beziehung zu der Zeit, die die Ausgangsspannung der Prüfschaltung
benötigt, um diesen Spitzenwert zu erreichen.
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In F i g. 4 enthält die Schaltung 12 den zu prüfenden Transistor
53.- er Transistor 53 ist in Emitterschaltung angeordnet und wird normalerweise
durch die in den Basis Emitter-Kreis geschaltete Batterie 56 im Sperrzustand gehalten.
Die Batterie 56 beeinflußt den Schaltkreis 27 nicht, da ihre Klemmenspannung nicht
in der Lage ist, die Dioden 49 bis 51 in Durchlaßrichtung in Abwesenheit eines durch
die Schaltung 27 erzeugten Impulses vorzuspannen.
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Das Anlegen eines negativ gerichteten Impulses von df Leitung 52 an
die Basiselektrode des Transistors 53 versucht, diesen Transistor in Durchlaßrichtung
vorzuspannen. Nach der üblichen Verzögerungszeit beginnt eine merkliche Leitung,
und eine positiv gerichtete Spannung erscheint an der Kollektorelektrode des Transistors
53 und wird über den Kondensator 57 an die Spitzenspannungsanzeigeschal-.mng 58
gelte Es wurde gefunden, daß, wenn der Transistor 53 nicht 'bis zur vollen Leitfähigkeit
ausgesteuert wird, die verstrichene Zeit vom Augenblick des Anlegens des Steuerimpulses
bis zum Erscheinen der Spitzen-Ausgangsspannung für die Teilumschaltung gleich der
Dauer des an den Transistor angelegten Steuerimpulses ist. Entsprechend kann der
Transistor 53 veranlaßt werden, jeden gewünschten Bruchteil des gesamten Umschaltvorganges
durch Betätigung der Schalter 37, 38, 43 und 44 zur Änderung der Dauer des Steuerimpulses
auszuführen. Eine direkte Ziffernablesung der zur Erreichung eines bestimmten Umschaltspitzenwertes
benötigten Zeit ist sofort mit Hilfe der Skalen auf den Schaltern verfügbar.
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Die Schaltung 58 ist für die Spitzenspannung empfindlich und besteht
aus einer Batterie 59, einem Widerstand 60, einer Diode 61 und einem
Kondensator 62, die- in Reffe geschaltet sind, wobei der gemeinsame Anschluß des
Kondensators 62 und der Batterie 59 geerdet ist. Positiv gerichtete Spannungen,
die über den Kondensator 57 und die Diode 61 eingekoppelt werden, werden im Kondensator
62 gespeichert, d,ar außerdem in einer Brücken-Meßschaltung angeordnet ist, die
die Widerstände 63 und 64 und eine der Bezugsspannungsbatterien 65 oder 66
enthält. Die im Kondensator 62 gespeicherten Ladungen werden für eine verhältnismäßig
lange Zeit gespeichert, verglichen mit der Periode der Steuerimpulsfolge vom Multivilirator
10 auf Grund des hohen Sperrwiderstandes der Diode 61 und der hohen Widerstände
der Brückenwiderstände 63 und 64. .
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Die Batterien 65 und 66 liefern eine Spannung, die den
Spannungswerten 10 bzw. 90% des Einschaltüberganges fir den. zu prüfenden Transistor
53 entsprechen. Ein mit Hilfe eines abgeschirmten Kabels 68 und einer Erdleitung
69 an eine Diagonale der Brücke geschalteter Voltmeter 67 zeigt den nicht abgeglichenen
Zustand der Brücke an, der durch eine Ungleichheit zwischen der in die Brücke eingeschalteten
Bezugsbatterie und der am Kondensator 62 erscheinenden Spitzenspannung erzeugt wird.
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Um eine Messung der Transistor-Verzögerungszeit durchzuführen, d.
h. der Zeit, die die Ausgangsspannung des Transistors benötigt, um auf 10°/o der
maximalen Umschaltspannung anzusteigen, wird über den Schalter 70 die Batterie 65
in den Brücken-Meßkreis eingeschaltet. Die Batterie 65 liefert eine Bezugsspannung
Etd gleich 10% der gesamten Umschaltspannung an der Kollektorelektrode des Transistors
53, wenn dieser Transistor bis zur Sättigung ausgesteuert würde. Der Schalter 37
in F i g. 3 wird so eingestellt, daß in die Schaltung solche Abschnitte des Koaxialkabels
eingefügt werden, wie nötig sind, um die Verzögerungszeit des Transistors 53 anzunähern.
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Nach Anlegen von Impulsen aus dem Oszillator 10 wird der Zeiger des
Meßgerätes 67 entweder nach links oder nach rechts ausschlagen und damit anzeigen,
daß der Transistor 53 in einem Umschaltbereich arbeitet, der entweder größer oder
kleiner ist als der 10%-Teil am Anfang seines Arbeitsbereiches. Der Schalter 37
wird dann wiederum so eingestellt, bis das Meßgerät 67 anzeigt, daß die Spitzen-Ausgangsspannung
vom Transistor 53 etwas kleiner als die Bezugsspannung E« ist. Dann wird der Schalter
38 betätigt, um zusätzliche Kabelabschnitte einzufügen und die Dauer des Steuerimpulses
in Stufen von einer Millimikrosekunde zu vergrößern, bis das Meßgerät 67 anzeigt,
daß die Ladespannung des Kondensators 62 innerhalb der Grenzen des Einstellungsbereiches
des Impulsbreitenumwandlers 11 ungefähr gleich der Spannung Etd ist. Die Zeit, die
der Transistor 53 benötigt, um bis zu seinem 10%-Punkt umzuschalten, d. h. bis zu
der Verzögerungszeit des Transistors, kann dann leicht von den geeichten Skalen
des Zehner-Schalters 37 und des Einer-Schalters 38 abgelesen worden.
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Der Transistor 28 kann in seinem leitenden Zustand unter dem Einfluß
des Impulses vom Oszillator 10 bleiben, lange nachdem der Umwandler
11 entladen worden ist. Da jedoch der Widerstand 29 wesentlich kleiner ist
als der Widerstand 32, ist die erzeugte Ausgangsspannung verhältnismäßig klein.
Ein Zweck der Abschneidedioden 49 bis 52 besteht darin, diese kleinen Spannungsabweichungen
an der Basis der Steuerimpulse zu entfernen.
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Durch den Betriebsschalter 42 können weitere Kabelabschnitte hinzugefügt
werden, um die Messung auf die Anstiegszeit des Transistors auszudehnen. Durch Betätigung
des Schalters 70 wird die Batterie 66 in die Brückenschaltung eingefügt, so daß
die Bezugsspannung jetzt Et,, ist, die die Ausgangsspannung des Transistors 53 an
seinem 90%-Umschaltpunkt darstellt. Der Abgleichvorgang wird dann wiederholt, aber
dieses Mal werden der Zehner-Schalter 43 und der Einer-Schalter 44 betätigt, und
zwar auf die vorher für die Schalter 37 und 38 beschriebene Weise, um den Abgleich
sicherzustellen. Die Stellung der Schalter 37 und 38 in ihrer vorher festgelegten
Schaltstellung wird nicht geändert. Im abgeglichenen Zustand weiß man dann, daß
die Einschaltzeit, Verzögerungszeit zuzüglich Anstiegszeit,
des
Transistors 53 gleich der Umlaufszeit der gesamten wirksamen Kabellänge im Umwandler
11 ist. Die Verzögerungszeit ist bereits durch die Betätigung der Schalter 37 und
38, wie vorher beschrieben, festgelegt worden. Daher ist die zusätzliche Arbeitszeit
des Transistors bei Einfügen von Kabelabschnitten über den Schalter 42 die gesuchte
Anstiegszeit, d. h. die Zeit, die der Transistor 53 benötigt, um seinen Umschaltzustand
vom 10'%-Einschaltpunkt zum 90'o/o-Einschaltpunkt zu ändern. Die Anstiegszeit entspricht
genau der auf den geeichten Skalen der Wahlschalter 43 und 44 angezeigten Zeit.
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Es ist bekannt, daß die Transistoranstiegszeit durch die wirksame
Amplitude des angelegten Steuerimpulses beeinflußt wird. Daraus können sich bei
genauen Messungen einige Schwierigkeiten ergeben, da die Spannungsdifferenz am Eingang
der Transistorschaltung sich während des Einschalt-Übergangsintervalls ändert und
dadurch die wirksame Steuergröße geändert wird. Weiterhin besitzen jedoch gemäß
einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung die Kabelabschnitte 47 und 48 und
die durch die Schalter 43 und 44 beeinflußten zusätzlichen Abschnitte eine andere
charakteristische Impedanz als die Impedanz des restlichen Kabels im Breitenumformer
11. Dieser Unterschied ändert das Widerstandsverhältnis zwischen dem Widerstand
29 und dem Widerstand des Kabels im Breitenumformer 11, so daß sich die Amplitude
des Steuerimpulses ändert. Wenn die beiden durch den Schalter 42 getrennten Kabelabschnitte
verschiedene charakteristische Impedanzen besitzen, hat jeder an den Transistor
53 angelegte Steuerimpuls eine Amplitudenstufe an einem in der Mitte gelegenen Punkt,
der dem 10 °/o-Punkt des Umschaltüberganges entspricht. Diese Amplitudenstufe ändert
die Größe des Steuerstromes des Transistors in einer Richtung, die die Änderung
der Anstiegszeit zu überdecken versucht, die im anderen Falle auftreten würde, wenn
sich die Spannungsdifferenz am Eingang der Transistorschaltung ändert. Im Umformer
11 kann in Reihe mit dem Kabelabschnitt 47 ein Widerstand 46 eingefügt werden, um
die Größe der Änderung der Spannungsstufe einem bestimmten zu prüfenden Transistor
anzupassen.
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Bei einigen Anwendungen kann es sich ergeben, daß die unterschiedlichen
charakteristischen Impedanzen, die die gewünschte Amplitudenstufe erzeugen, außerdem
eine kleinere reflektierte Stufe erzeugen können, die eine rückwärtige Stufe am
Ende des gewünschten Steuerimpulses bilden kann. Bei einigen Schaltungen kann die
reflektierte Stufe den Transistor 53 daran hindern, sofort nach Beendigung des Hauptteiles
des Steuerimpulses abzuschalten. Die Abschneidedioden 49, 50 und 51 beseitigen aber
diese Amplitudenänderungen auf Grund von Reflexionen ebenfalls. Die Dioden müssen
schnelle Umschalteigenschaften besitzen, so daß sie die Form der Steuerimpulse nicht
verändern können. Es wurde gefunden, daß Siliziumdioden mit hohen Schaltgeschwindigkeiten
für diesen Zweck geeignet sind. Die Zahl der benutzten Dioden wird durch die Größe
der abzuschneidenden Amplitudenänderungen bestimmt.
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Die Abschaltzeiten eines Transistors, d. h. die Speicherzeit und die
Abfallzeit, können ebenfalls unter Verwendung der beschriebenen Grundlagen der Erfindung
gemessen werden. Wenn man den gleichen Transistor 53 und eine ähnliche Prüfschaltung
12', gezeigt in F i g. 4 A, zugrunde legt, ist es für diesen Zweck notwendig,
den Transistor 53 normalerweise im leitenden Zustand zu halten und einen Steuerimpuls
kurzer Dauer anzulegen, der den Transistor 53 teilweise abschaltet. Die anzuzeigende
Spitzenspannung ist jetzt negativ gerichtet, und es sind nur geringfügige, aus F
i g. 4 A ersichtliche Änderungen bei den polarisierten Geräten vorzunehmen, wie
durch die mit Strichen versehenen Bezugszeichen in F i g. 4 A dargestellt.
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Die Steuerimpulse zur Messung der Abschaltzeiten sind positiv gerichtet
und können durch Ersetzen des Teiles des Transistorschaltkreises 27 rechts von der
gestrichelten Linie A -A in F i g. 2 durch den Schaltkreis 27' in F i g.
2 A gewonnen werden. Die Schaltung 27' entspricht im wesentlichen der Schaltung
27, wobei die Kollektor- und Emitterschaltelemente vertauscht sind, so daß positiv
gerichtete Impulse jetzt im Kollektorkreis auf Grund des Schaltvorganges erzeugt
und von dort über die Leitung 52' an die Prüfschaltung 12' in F i g. 4 A gegeben
werden. Zusätzlich ist eine Batterie 34 in Reihe zwischen den Widerstand 29' und
Erde geschaltet, um sowohl den Kollektorkreis des Transistors 28 zu vervollständigen
als auch den richtigen Spannungspegel für den Ein-Zustand am Eingang der Prüfschaltung
12' herzustellen. Die Batterie 56' und der damit verbundene Widerstand in der Schaltung
12' werden nicht länger benötigt, aber sie brauchen nicht entfernt zu werden, da
der Widerstand verhältnismäßig groß ist, verglichen mit dem Widerstand 29', und
die Batterie 56' unwirksam bleibt.
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Die Abschneidedioden 49 bis 51 in F i g. 2 A können weggelassen werden,
da die Batterie 34 die Auswirkung der Differenz zwischen der Kollektorspannung bei
abgeschaltetem Transistor 28 und der Kollektorspannung nach einem Steuerimpuls,
während aber der Transistor 28 sich noch im Durchlaßzustand befindet, auf einen
wesentlich kleineren Prozentsatz verringert. In ähnlicher Weise sind die verhältnismäßig
kleinen Amplitudenabweichungen an der Basis des Steuerimpulses, die durch Impedanzfehlanpassungen
verursacht sein können, jetzt verhältnismäßig klein, so daß sie vernachlässigbar
sind.
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Um die Abschaltzeiten zu messen, werden die Schaltungen nach F i g.
2 A und 4 A an Stelle der Schaltungen nach F i g. 2 und 4 durch irgendeine geeignete
Änderung der Verbindungen oder durch Schaltmittel eingesetzt. Der Transistor 53
in F i g. 4 A leitet in Abwesenheit von Steuerimpulsen, da die Batterie 34 jetzt
normalerweise eine Vorspannung in Durchlaßrichtung liefert. Positive Steuerimpulse
auf der Leitung 52' schalten den Transistor 53 teilweise aus und erzeugen negativ
gerichtete Impulse an seinem Kollektor. Die Schaltung 58' spricht auf negative Spitzenspannungen
an. Diese Spannungen werden mit den Bezugsspannungen verglichen, um wie vorher eine
Anzeige auf dem Meßgerät 67 zu erzeugen.
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Das Koaxialkabel ist im allgemeinen unempfindlich gegen Temperaturänderungen
im Betriebsbereich, der normalerweise während der Produktion auftritt. Daher ist
die Reproduzierbarkeit der mit den beschriebenen Schaltungen ausgeführten Messungen
nur von den Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf andere Schaltelemente und von
der Ablesegenauigkeit des Voltmeters 67 abhängig. Der
Temperaturfaklzrx
hat kleine, fast vernachlässigbare Einwitrkungan. Der Ablesefaktnr ist ebenfalls
klein, da die Skala dos Meßgerätes leicht so geeicht werden kann, daß sie den AbgleijQh
mit Bezug auf die gewünschten Bezugsspannungen anzeigt und eine Feineinstellung
der Zeit ergibt, wobei ein Skalenteil eine Zeitzunänne, beispielsweise von 0,2 Millimtikrosekpgden.,
darstellt, Werm diese Faktoren so festgelegt ; sia kalte jede gegebene Messung leicht
wiederholt wordtz Die Gegauigt der erfindungsgemäßen Messung ist inxi weseutcine-
Funktion der Genauigkeit, m@ der Kabel , idte so in bestimmte Längen gesütten
, da sie gewünschte Zeitstoten zur Ehcslung Bier ;Dauer des Steuerimpulses
Barstellen. Es wugefünden, daß das Abschneiden verhälbiis#%, leicht so durchführbar
ist, daß, wie &0her gezeigt, eine Genauigkeit der Zeitmessung ICicht erbat isfi,
die eine wesentliche Verbesserung gegenüber früher bekannten Verfahren darstellt.
Eine solch Ve*esserung reicht aus, um es sowohl. für Hersteuer, als auch Abnehmer
von Transistoren wüusehenert erwheaen zu lassen, Transistoren und Schalgagen :feit
Trfistoren mit dem erfindungsg=äßen V&tü= an Stelle der gegenwärtigen öszilogmphisdtea
Verfahren zu prüfen, wenn Traniiatören in Foria der Veraögernngs-, Anstiegs-, Speichu-
und Abfit gekennzeichnet werden. Ähnliche Vorteile esgebin sich in Verbindung mit
der Messung von ScW,tkreisen.
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Da die hier bene Prüfmethode im Anlegen ea Steuerfix pm bekannter
Dauer und Amplitude an eihe lirLÜ'schaliuug besfeht, die eine Spitzen-Ausgangss#.zu
eitZeitpunkt erzeugt, der .eibekate. Bedehmg im lablick auf das Ende ; suteüe@paufweist,
kann. jedes Zeitintervall, -das durch eineng Vorg =r Erzeugung eines solchen ,Spitzenwertes
in Abhänrgigkeit von einem solchen ,Impuls dniert werden kn, mit den beschriebenen
Faltungen geniesm i wer4m. .