DE1197925B - Transistorbestueckter Schmitt-Trigger fuer hohe Schaltfrequenzen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer: 1197 925

Aktenzeichen: J 25322 VIII a/21 al

Anmeldetag: 22. Februar 1964

Auslegetag: 5. August 1965

1 .

Die Erfindung betrifft einen transistorbestückten Schmitt-Trigger für hohe Schaltfrequenzen mit einem Eingangstransistor, dessen Kollektor über ein Schaltglied an die Basis eines Ausgangstransistors gekuppelt ist und bei dem die Emitter beider Transistoren über einen gemeinsamen Widerstand an eine Spannung angeschlossen sind. Ein bekannter Schmitt-Trigger dieser Art ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt und weiter unten näher beschrieben. Bei diesem bekannten Trigger ist das Schaltglied passiv. In dem angeführten Beispiel besteht es aus einem Widerstand und einer Kapazität in Parallelschaltung. Bei dieser bekannten Schaltung arbeiten die Transistoren, um stabile Betriebszustände zu erzielen, im Sättigungsbereich, und dadurch sind Schaltverzögerungen bedingt. Man hat daher bei Schaltungen dieser Art Transistoren eingesetzt, die mit kurzer Verzögerungszeit einschaltbar sind. Solche Transistoren sind aber sehr kostspielig.

Bei einer bekannten Transistor-Multivibrator-Schaltung hat man einen weiteren Transistor eingefügt, der als Quelle konstanten Stroms für die Summe der Ströme durch die beiden Schalttransistoren wirkt. Dadurch wird die Ausgangsspannung von der Einstellung eines zeitbestimmenden Widerstandes unabhängiger.

Bei einer bekannten Transistorbinärstufe hat man für jeden der beiden Transistoren des bistabilen Kreises einen weiteren Transistor zur Stromversorgung vorgesehen und kann damit die Betriebsweise im Sättigungsgebiet vermeiden. Diese Schaltung erfordert aber eine Anzahl zusätzlicher Dioden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schaltkreis der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er bei Bestückung mit einfachen Transistoren und möglichst wenig Schaltmitteln mit sehr geringer Verzögerungszeit betrieben werden kann.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied einen dritten, mit seiner Basis an den Kollektor des Eingangstransistors und einen vierten, mit seinem Kollektor an die Basis des Ausgangstransistors angeschlossenen Transistor aufweist, die emitterseitig über einen gemeinsamen Widerstand an eine Spannung angeschlossen sind.

Während bei dem bekannten, obenerwähnten Schmitt-Trigger das Schaltglied passiv ist, ist es bei Schaltungen nach der Erfindung aktiv.

Ein Trigger nach der Erfindung läßt sich durch geeignete Bemessung der einzelnen Schaltglieder und der aufgeprägten Spannungspotentiale so betreiben^ daß die Transistoren nicht im Sättigungsbereich Transistorbestückter Schmitt-Trigger für hohe
Schaltfrequenzen

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N.Y. (V. St. A.)

ίο Vertreter:

Dr. H.-K. Hach, Patentanwalt,
Leonberg, Bodelschwinghweg 4

Als Erfinder benannt:

Richard Lowell Delanoy, Endicott, N.Y.;
George Joseph Laurer, Endwell, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 7. März 1963 (263 610) - -

arbeiten, ohne daß darunter die Stabilität der Schaltung leidet.

Unter vergleichbaren Umständen sind daher die Schaltzeiten bei Triggerschaltungen nach der Erfindung kürzer als bei der erwähnten bekannter Triggerschaltung.

Bei Triggerschaltungen nach der Erfindung ist die Basis des Ausgangstransistors von dem Kollektor des Eingangstransistors getrennt. Der Ausgangstransistor kann demzufolge einen optimal niedrigen Eingangswiderstand haben. Dies gestattet es, die Empfindlichkeit der Schaltung zu steigern und die Hysteresis zu verringern, indem gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung die mit dem Kollektor des vierten Transistors verbundenen Basis des Ausgangstransistors über einen Widerstand an ein festes Bezugspotential angeschlossen wird.

Beim Trigger nach der Erfindung ist es auch möglich, am Kollektor des Eingangstransistors, der mit der Basis des dritten Transistors verbunden ist, einen zusätzlichen Ausgangsanschluß anzubringen, an dem inverse Ausgangsimpulse abgegriffen werden können. Ein solcher Abgriff ist bei dem bekannten Schmitt-Trigger nicht möglich. Inverse Ausgänge können dort nur über zusätzliche, umkehrende Schaltmittel gewonnen werden.

Ein weiterer Ausgangsanschluß kann an dem Kollektor des mit dem Eingangstransistor verbun-

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denen, im Schaltglied vorgesehenen dritten Transi- Für die Kollektor-Basis-Kupplung ist bei dem stors vorgesehen sein. An diesem Ausgangsanschluß Trigger nach der Erfindung ein aktives Schaltglied können Ausgangsimpulse abgegriffen werden, die zu 50 vorgesehen, das zwei Transistoren 51 und 52 entdenen am Kollektor des Ausgangstransistors phasen- hält. Die Emitteranschlüsse 53 und 54 der Transigleich sind. Die Ausgangssignale an den beiden zu- 5 stören 51 und 52 sind über einen gemeinsamen sätzlich vorgesehenen Ausgangsanschlüssen haben Widerstand 56 an einem Spanmmgsanschluß 55 ankeine zusätzliche Zeitverzögerung. geschlossen, und die Kollektoranschlüsse 57 und 58

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung Widerstand 56 an einen Spannungsanschluß 55 annäher erläutert. In der Zeichnung zeigt Spannungsanschlüsse angeschlossen. Der Basis-

F i g. 1 einen bekannten Schmitt-Trigger, io anschluß 61 des Transistors 51 ist direkt an den

F i g. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Kollektoranschluß 36 des Eingangstransistors 30 anSchmitt-Triggers nach der Erfindung und geschlossen. Der Basisanschluß 62 des Transistors 52

Fig. 3 den Spannungsverlauf bei der Schaltung liegt an einem Spannungsanschluß 63. Mit 64 ist ein

nach F i g. 2. ungleichphasiger Ausgängsanschluß und mit 65 ein

Bei dem bekannten Schmitt-Trigger nach Fig. 1 15 zusätzlicher gleichphasiger Ausgangsanschluß be-

ist mit 10 ein Eingangstransistor und mit 11 ein zeichnet.

Ausgangstransistor bezeichnet. Die Emitteranschlüsse Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: 12 und 13 liegen über einen gemeinsamen Wider- Es sei angenommen, daß der Trigger sich in seinem stand 15 an dem Spannungsanschluß 14 und die normalen Ruhezustand befindet. Die Eingangsspan-Kollektoranschlüsse 16 und 17 liegen über je einen ao nung beträgt dann 0 Volt. Die Transistoren 30 und Widerstand 19, 20 an dem Spannungsanschluß 18. 51 sind abgeschaltet, und die Transistoren 31 und 52 Der Kollektoranschluß 16 des Eingangstransistors 10 sind eingeschaltet. Wenn nun das Eingangssignal an ist über ein passives Schaltglied an den Basisanschluß dem Basisanschluß 44 negativ wird und die obere 21 des Ausgangstransistors gekoppelt. Das passive Umschaltspannung UTP unterschreitet, dann wird Schaltglied besteht aus einem Widerstand 22 und 25 der Transistor 30 eingeschaltet. Diese obere Umeiner Kapazität 23 in Parallelschaltung. Das Aus- schaltspannung UTP ist ungefähr so groß wie die gangssignal wird von dem Kollektoranschluß 17 ab- Summe der Ruhespannung an der Basis des Transigenommen, und das Eingangssignal wird auf den stors 31 und dem Spannungsabfall an der Basis-Basisanschluß 24 des Eingangstransistors 10 gegeben. Emitter-Verbindung der Transistoren 30 und 31. Durch den Widerstand 25 wird der Transistor U 30 Wenn der Transistor 30 eingeschaltet wird, wird die vorgespannt. Basis des Transistors 51 positiv, so daß der Transi-

Wie bekannt, ist die in Fig. 1 dargestellte Schal- stör 51 eingeschaltet wird und der Transistor 52 ab-

tung bistabil. In Abhängigkeit von der Spannung des geschaltet wird. Der Transistor 31 wird dabei abge-

Eingangssignals entstehen am Ausgang Rechteck- schaltet, und es entsteht ein negativer, rechteckiger

impulse. Wenn das Eingangssignal weniger negativ 35 Ausgangsimpuls.

als eine bestimmte Spannung — die untere Um- Sobald die Eingangsspannung weniger negativ

schaltspannung LTP — ist, dann ist der Eingangs- wird und die untere Umschaltspannung LTP erreicht,

transistor 10 abgeschaltet und der Ausgangstransistor die, wie aus F i g. 3 ersichtlich, weniger negativ ist

11 eingeschaltet. Wenn dagegen das Eingangssignal als die obere Umschaltspannung UTP, werden die

negativer ist als eine zweite vorbestimmte Spannung 40 Transistoren 30 und 51 abgeschaltet und die Tran-

— die obere Umschaltspannung UTP —, dann ist sistoren 31 und 52 werden wieder eingeschaltet.

der Eingangstransistor eingeschaltet, und der Aus- Der Kollektoranschluß 58 liegt über einen zusätz-

gangstransistor ist ausgeschaltet. Durch die vor- liehen Widerstand 66 am Massenpotential, wodurch

gesehene Rückkopplung zwischen den beiden Tran- die Empfindlichkeit der Schaltung sich steigert und

sistoren wird die Schaltung von einem stabilen Zu- 45 die Hysteresis verringert wird. Diese Möglichkeit,

stand in den anderen umgeschaltet. die Empfindlichkeit und Hysteresis der Schaltung zu

Wenn exakte Rechteckimpulse aus dem Eingangs- beeinflussen, setzt jedoch voraus, daß — wie bei der signal abgeleitet werden sollen, dann muß dieses Schaltung nach der Erfindung — die Basis des Ausüber Gleichstromglieder an die Basis des Eingangs- gangstransistors 31 von dem Kollektor des Eingangstransistors geleitet werden. Der Trigger hat eine 50 transistors 30 getrennt ist, damit der Transistor 31 Hysteresis, mit anderen Worten, zwischen den beiden einen optimalen niedrigen Eingangswiderstand haben Umschaltspannungen LtP und UTP besteht eine kann. Umgekehrt hat der Schmitt-Trigger nach der Spannungsdifferenz. Diese Hysteresis ist erforder- Erfindung eine ungewöhnlich gute Rauschunterlich, damit die Schaltung schnell umschaltet. Der drückung und liefert exakte Rechteckimpulse bei bekannte Trigger arbeitet im Sättigungsbereich. 55 hohen Frequenzen, z. B. im unteren Megahertzbereich,

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Trigger nach der wenn die Hysteresis heraufgesetzt wird, indem der

Erfindung ist mit 30 ein Eingangstransistor und mit Widerstand 66 vergrößert wird.

31 ein Ausgangstransistor bezeichnet. Die Emitter- Da schließlich die Transistoren 30, 31, 51 und 52

anschlüsse 32 und 33 des Eingangs- und des Aus- nicht im Sättigungsbereich betrieben werden, kön-

gangstransistors sind über einen gemeinsamen 60 nen einfache Transistoren verwendet werden, ohne

Widerstand 35 an einen Spannungsanschluß 34 an- daß dabei Zeitverzögerungen entstehen,

geschlossen. Die Kollektoranschlüsse 36 und 37 des Die Spannungen, die in Fig. 2 und 3 eingetragen

Eingangs- und Ausgangstransistors sind über je ein sind, und die Werte, die unten angeführt sind, sind

Widerstandsschaltglied 39 und 40 an Spannungs- nur beispielsweise Angaben. Die Erfindung ist nicht

anschlüsse angeschlossen. Von dem Kollektor- 65 auf diese Werte beschränkt. In Abänderung des dar-

anschluß 37 wird das übliche Ausgangssignal abge- gestellten Ausführungsbeispiels können im Rahmen

nommen, und das Eingangssignal wird an dem der Erfindung auch die Spannungen entgegengesetzte

Basisanschluß 44 eingegeben. Polung haben und entsprechend andere Transistoren-

Claims (1)

1. 5 6

   typen verwendet werden, so daß die Schaltung auf die einen dritten, mit seiner Basis an den Kollektor positive Halbwelle der Eingangsspannung anspricht. des Eingangstransistors (30) und einen vierten, Schließlich ist es auch möglich, die untere und die mit seinem Kollektor an die Basis des Ausgangsobere Umschaltspannung, auch über die Null-Linie transistors (31) angeschlossenen Transistor (51, aus F i g. 3 hinaus zu verlegen. Zu diesem Zweck ist 5 52) aufweist, die emitterseitig über einen gemeines nur nötig, die Betriebsspannungen entsprechend samen Widerstand (56) an eine Spannung (55) festzulegen und dazu geeignete NPN- und PNP- angeschlossen sind.

   Transistoren vorzusehen. 2. Schmitt-Trigger nach Anspruch 1, dadurch

   Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbei- gekennzeichnet, daß die mit dem Kollektor des

   spiel, zu dem das Spannungsbild aus F i g. 3 gehört, io vierten Transistors (52) verbundene Basis des

   haben die Schaltelemente folgende Größen: Ausgangstransistors (31) über einen Widerstand

   Widerstand 35 1000 Ohm ^f* ^{em feSteS Bezu}8^sP^otential angeschlos-

   SJrstandSÖ ¹⁰M^ 3. Schmitt-Trigger nach Anspruch 1 und/oder 2,

   Widerstand 66 ...... 360 Ohm. _{15 gekennzeichnet} f_{mch einen} Ausgangsanschluß

   Die Widerstände der Widerstandsschaltglieder 59 (64), an dem mit der Basis des dritten Transistors und 60 betragen zum +6-V-Anschluß 2400 Ohm (51) verbundenen Kollektor des Eingangsund zum Massenanschluß 360 Ohm. transistors (30).

   Die Widerstände der Widerstandsschaltglieder 39 _Λ ⁴· Schmitt-Trigger nach einem oder mehreren

   und 40 betragen zum -6-V-Anschluß 360 Ohm und ^{20 der} vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet

   zum - 12-V-Anschluß 2400 Ohm. ^{durch emen} Ausgangsanschluß (65) am Kollektor

   des dritten Transistors (51).

   In dem Spannungsdiagramm Fig. 3 zeigen die 5. Schmitt-Trigger nach einem oder mehreren

   fünf Spannungskurven den Spannungsverlauf an den der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

   durch die in Fig. 3 eingetragenen Bezugsziffern 25 zeichnet, daß die Basis des vierten Transistors

   gekennzeichneten Anschlüsse der Schaltung nach unmittelbar an ein festes Potential angeschlos-

   Fig. 2. Bei den angegebenen Werten der Schalt- sen ist.

   elemente und der Potentiale, liegt die oberste 6. Schmitt-Trigger nach einem oder mehreren

   Abszisse auf 0-V-Potential, die zweite und fünfte der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

   auf — 6-V-Potential und die dritte und vierte auf 30 zeichnet, daß der Eingangs- und der Ausgangs-

   Erdpotential. Für alle Abszissen gilt der gleiche Zeit- transistor (30, 31) kollektorseitig an je einen

   maßstab. Spannungsteiler (39, 40) angeschlossen sind, der

   jeweils von dem Spannungsteiler des anderen

   Patentansprüche: Transistors unabhängig ist.

   35 7. Schmitt-Trigger nach einem oder mehreren

   1. Transistorbestückter Schmitt-Trigger für der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

   hohe Schaltfrequenzen mit einem Eingangs- zeichnet, daß die Transistoren (51, 52) des

   transistor, dessen Kollektor über ein Schaltglied Schaltgliedes (50) kollektorseitig an je einen

   an die Basis eines Ausgangstransistors gekuppelt Spannungsteiler (59, 60) angeschlossen sind.

   ist und bei dem die Emitter beider Transistoren 4°

   über einen gemeinsamen Widerstand an eine In Betracht gezogene Druckschriften:

   Spannung angeschlossen sind, dadurch ge- Deutsche Auslegeschriften Nr. 1080 605,

   kennzeichnet, daß das Schaltglied (50) 1131729.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   509 629/373 7.65 © Bandesdruckerei Berlin