DE1223878B

DE1223878B - Circuit arrangement for the edge steepening of square-wave pulses

Info

Publication number: DE1223878B
Application number: DEZ10020A
Authority: DE
Inventors: Peter Frech
Original assignee: Zuse KG
Current assignee: Zuse KG
Priority date: 1963-03-29
Filing date: 1963-03-29
Publication date: 1966-09-01

Description

Schaltungsanordnung zur Flankenversteilerung von Rechteckirapulsen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Flankenversteilerung von Rechteckimpulsen aus Triggerimpulsen anderer Form mit Hilfe eines transistorisierten sogenannten Schmitt-Triggers und einer nachgeschalteten Transistorausgangsstufe in Emitter-Basis-Schaltung, wobei der Transistor der Ausgangsstufe von anderem Leitfähigkeitstyp als die Transistoren des Schmitt-Triggers ist.Circuit arrangement for increasing the edge of rectangular pulses The invention relates to a circuit arrangement for increasing the edge of square-wave pulses from trigger pulses of a different shape with the help of a transistorized so-called Schmitt trigger and a downstream transistor output stage in an emitter-base circuit, the transistor of the output stage being of a different conductivity type than the transistors of the Schmitt trigger is.

Solche Schaltungen sind an sich bereits bekannt. Die Ausgangsstufe trennt den Verbraucher der Rechteckimpulse vom Schmitt-Trigger ab und bildet zwei Schaltpotentiale, von denen eines im Gegensatz zu den Schaltpotentialen des Schmitt-Triggers, wie sie an den Kollektorelektroden abgreifbar sind, identisch mit einem Betriebspotential des Triggers sein kann.Such circuits are already known per se. The output stage separates the consumer of the square-wave pulses from the Schmitt trigger and forms two Switching potentials, one of which, in contrast to the switching potentials of the Schmitt trigger, as they can be tapped at the collector electrodes, identical to an operating potential of the trigger can be.

Bei einer bekannten Schaltung ist die Emitterelektrode des Ausgangsstufentransistors mit dem Abgriff einer Gleichspannungsquelle verbunden, mit dem auch die Kollektorwiderstände der Schmitt-Trigger-Schaltung verbunden sind. Die Basiselektrode des Ausgangsstufentransistors liegt an einem Zwischenabgriff des Kollektorwiderstands - eines der Schmitt-Trigger-Transistoren, während an einem Kollektorwiderstand der Ausgangsstufe, der auf einen für Schmitt-Trigger und Ausgangsstufe gemeinsamen Abgriff der Betriebsspannungsquelle führt, die gewünschten Rechteckimpulse abgegriffen werden.In a known circuit, the emitter electrode of the output stage transistor is connected to the tap of a DC voltage source, to which the collector resistors of the Schmitt trigger circuit are also connected. The base electrode of the output stage transistor is connected to an intermediate tap of the collector resistor - one of the Schmitt trigger transistors, while the desired square-wave pulses are tapped from a collector resistor of the output stage, which leads to a tap of the operating voltage source that is common to the Schmitt trigger and output stage.

Die Schaltung genügt den steigenden Anforderungen nach kurzen Schaltzeiten vielfach nicht mehr, so daß die Aufgabe zu lösen ist, eine Ausgangsstufe für Schmitt-Trigger auszubilden, die Rechteckimpulse mit extrem steilen Flanken liefert.The circuit meets the increasing requirements for short switching times often not anymore, so that the task has to be solved, an output stage for Schmitt trigger train that delivers square-wave pulses with extremely steep edges.

Die Erfindung besteht darin, daß ein Zwischenabgriff der Gleichspannungsquelle, dessen Potential zwischen den Schaltpotentialen des Schmitt-Triggers, vorzugsweise in der Mitte zwischen den Potentialen der beiden Abgriffe der Gleichspannungsquelle für den Betrieb des Schmitt-Triggers, liegt, mit der Emitterelektrode des Ausgangsstufentransistors verbunden ist, während die Kollektorelektrode dieses Transistors über einen Widerstand mit demselben Abgriff der Gleichspannungsquelle wie der gemeinsame Emitterwiderstand des Schmitt-Triggers verbunden ist.The invention consists in that an intermediate tap of the DC voltage source, its potential between the switching potentials of the Schmitt trigger, preferably in the middle between the potentials of the two taps of the DC voltage source for the operation of the Schmitt trigger, lies with the emitter electrode of the output stage transistor while the collector electrode of this transistor is connected through a resistor with the same tap of the DC voltage source as the common emitter resistor of the Schmitt trigger is connected.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand zweier Ausführungsformen näher erläutert, die in F i g. 1 bzw. F i g. 2 dargestellt sind. Ihre Funktion wird dann an Hand von Zeitdiagrammen in F i g. 3 erklärt.The invention is explained in more detail below with reference to two embodiments which are shown in FIG. 1 and F i g. 2 are shown. Their function is then illustrated using timing diagrams in FIG. 3 explained.

F i g. 1 enthält einen Transistor-Schmitt-Trigger mit zwei Transistoren 1 und 2, einem gemeinsamen Emitterwiderstand 3, zwei Kollektorwiderständen 4 und 5 und mit einem R-C-Koppelglied 6,7. Der Basiselektrode des ersten Transistors 1, die über einen Spannungsteiler 9, 10 gleichspannungsmäßig vorgespannt ist, wird über einen Serienwiderstand 11 von einem Eingang 12 ein Triggerimpuls zugeführt. Der Impuls ändert den Innenwiderstand des ersten Transistors, was in bekannter Weise bewirkt, daß auch der zweite Transistor 2 kurzzeitig seinen Innenwiderstand ändert und daß am Kollektoranschluß 13 dieses zweiten Transistors ein Spannungsimpuls abgreifbar ist. In Abwesenheit von Triggerimpulsen am Eingang 12 verharrt die Schaltung in ihrem einzigen stabilen Zustand, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der erste Transistor leitend und der zweite gesperrt ist.F i g. 1 contains a transistor Schmitt trigger with two transistors 1 and 2, a common emitter resistor 3, two collector resistors 4 and 5 and an RC coupling element 6, 7. The base electrode of the first transistor 1, which is biased in terms of DC voltage via a voltage divider 9, 10 , is supplied with a trigger pulse via a series resistor 11 from an input 12. The pulse changes the internal resistance of the first transistor, which in a known manner has the effect that the second transistor 2 also briefly changes its internal resistance and that a voltage pulse can be tapped off at the collector terminal 13 of this second transistor. In the absence of trigger pulses at the input 12, the circuit remains in its only stable state, which is characterized in that the first transistor is conductive and the second is blocked.

Der am Punkt 13, dem Ausgang des Schmitt-Triggers abgreifbare Spannungsverlauf während eines Kippvorganges ist in F i g. 3 als oberstes Zeit-diagramm dargestellt. Im Ruhezustand liegt dieser Punkt auf einem Potential, das der positiven Betriebsspannung entspricht, die den beiden Kollektorwiderständen zugeführt wird und die aus einer Batterie 14 geliefert wird. Angeregt durch einen Triggerimpuls beginnt der Transistor 2 zu leiten; das Potential am Punkt 13 sinkt auf einen Wert, der zwischen der positiven Betriebsspannung und der mit dem gemeinsamen Emitterwiderstand des Schmitt-Triggers verbundenen negativen Betriebsspannung liegt. Die negative Betriebsspannung ist hier der Einfachheit halber als Nullspannung angenommen.The voltage curve that can be tapped off at point 13, the output of the Schmitt trigger, during a tilting process is shown in FIG . 3 shown as the top timing diagram . In the idle state, this point is at a potential which corresponds to the positive operating voltage which is supplied to the two collector resistors and which is supplied from a battery 14. When excited by a trigger pulse, transistor 2 begins to conduct; the potential at point 13 falls to a value which lies between the positive operating voltage and the negative operating voltage connected to the common emitter resistance of the Schmitt trigger. For the sake of simplicity, the negative operating voltage is assumed to be zero voltage here.

Unterschreitet das Eingangssignal am Eingang 12 die Ansprechschwelle der Schaltung, so fällt der Schmitt-Trigger wieder in den stabilen Zustand.If the input signal at input 12 falls below the response threshold the circuit, the Schmitt trigger falls back into the stable state.

Wie man aus dem obersten Zeitdiagramm der F i g. 3 ersehen kann, vollziehen sich die Kippvorgänge in einer endlichen Zeitspanne, und es besteht das Bedürfnis, die daraus resultierenden schrägen Impulsflanken zu versteilern. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein weiterer Transistor 15 dem Schmitt-Trigger nachgeschaltet wird. Dieser Transistor ist gemäß der Erfindung vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie die Schmitt-Trigger-Transistoren. In Fig. 1 sind die Schmitt-Trigger-Transistoren vom npn-Typ, der Schalttransistor 15 vom pnp-Typ. Letzterer ist erfindungsgemäß in Emitter-Basis-Schaltung aufgebaut, mit einem Arbeitswiderstand 16 in der Kollektorleitung, wobei seine Emitterelektrode mit einem Abgniff der Spannungsquelle 14 verbunden ist, dessen Potential zwischen dem erwähnten positiven und negativen Betriebspotential des Schmitt-Triggers liegt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung benutzt hierfür ein Potential, das genau in der Mitte zwischen den Schmitt-Trigger-Betriebspotentialen liegt. In F i g. 3 ist dieses Potential gegenüber Erde U und mit einer -igestrichelten Linie bezeichnet. Durch diese Wahl der Betriebsspannung für den Schalttransistor 15 wird eine wesentlich steilere Impulsanstiegsflanke erreicht, da die gestrichelte Linie in F i g. 3 den Schmitt-Trigger-Ausgangsimpuls in seinem steilsten Bereich schneidet und da erst in diesem Moment, d. h., wenn die Basisspannung des Schalttransistors negativer als die Emitterspannung wird, der Schalttransistor zu leiten beginnt. Am Ausgang 17 des Schalttransistors läßt sich deshalb ein Impuls abgreifen, dessen Form im untersten Zeitdiagramrn der F i g. 3 angedeutet ist.As can be seen from the top timing diagram in FIG . 3 , the tilting processes take place in a finite period of time, and there is a need to steepen the resulting inclined pulse edges. This is achieved according to the invention in that a further transistor 15 is connected downstream of the Schmitt trigger. According to the invention, this transistor is of the opposite conductivity type to that of the Schmitt trigger transistors. In FIG. 1 , the Schmitt trigger transistors are of the npn type and the switching transistor 15 is of the pnp type. The latter is constructed according to the invention in an emitter-base circuit, with a load resistor 16 in the collector line, its emitter electrode being connected to a tap of the voltage source 14, the potential of which lies between the aforementioned positive and negative operating potential of the Schmitt trigger. A preferred embodiment of the invention uses a potential for this which lies exactly in the middle between the Schmitt trigger operating potentials. In Fig. 3 is this potential with respect to earth U and denoted by a dashed line. With this choice of the operating voltage for the switching transistor 15 , a significantly steeper pulse rising edge is achieved, since the dashed line in FIG. 3 intersects the Schmitt trigger output pulse in its steepest range and only at this moment, i.e. i.e., when the base voltage of the switching transistor becomes more negative than the emitter voltage, the switching transistor begins to conduct. A pulse can therefore be tapped off at the output 17 of the switching transistor, the shape of which is shown in the bottom time diagram in FIG . 3 is indicated.

Ein weiterer Vorteil des Schalttransistors ist ebenfalls aus diesem Zeitdiagramm zu ersehen: Während die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers am Punkt 13 sich zwischen zwei Potentiale bewegt, die beide nicht 0 Volt (Erdpotential) sind, erhält man am Ausgang des Schalttransistors in Abwesenheit von Triggerimpulsen Erdpotential, während die Ausgangsspannung durch einen Triggerimpuls etwa auf den Wert des Mittelabgriffs der BetriebsspannungsqueRe 14 steigt.Another advantage of the switching transistor can also be seen in this time diagram: While the output voltage of the Schmitt trigger at point 13 moves between two potentials that are both not 0 volts (ground potential), ground potential is obtained at the output of the switching transistor in the absence of trigger pulses , while the output voltage rises approximately to the value of the center tap of the operating voltage source 14 due to a trigger pulse.

Daß sich die Erfindung nicht auf das geschilderte Ausführungsbeispiel allein beschränkt, soll durch die folgende F i g. 2 bewiesen werden, die eine übersetzung des Erfindungsgedankens auf den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp der Transistoren und darüber hinaus eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeigt. Hier sind also die Transistoren des Schmitt-Triggers vom pnp-Typ und der Schalttransistor vom npn-Typ, entsprechend kehren sich die Polaritäten der Betriebsspannungsquelle und die Polarität der Ansteuerimpulse und der Ausgangsimpulse um. Im übrigen verhält sich die Schaltung jedoch wie die oben geschilderte, so daß sich die Erläuterung funktionell übereinstimmender Teile erübrigt, soweit diese Teile mit denselben Nummern wie in F i g. 1 bezeichnet sind. Die, Ausgangsspannung des Schalttransistors 15, die am Ausgang 17 a abgegriffen wird, ist als mittleres der drei Zeitdiagramme in F i g. 3 angegeben. Es unterscheidet sich von dem Ausgangssignal der Schaltung gemäß F i g. 1 nur durch die Polarität.The following FIG. 2, which shows a translation of the inventive idea to the opposite conductivity type of the transistors and also shows an advantageous further development of the invention. So here the transistors of the Schmitt trigger are of the pnp type and the switching transistor of the npn type, accordingly the polarities of the operating voltage source and the polarity of the control pulses and the output pulses are reversed. Otherwise, however, the circuit behaves like the one described above, so that the explanation of functionally identical parts is unnecessary, provided that these parts with the same numbers as in FIG. 1 are designated. The output voltage of the switching transistor 15, which is tapped at the output 17 a, is shown as the middle of the three timing diagrams in FIG. 3 specified. It differs from the output signal of the circuit according to FIG. 1 only by the polarity.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde noch ein weiterer Schalttransistor 18 dem ersten Schalttransistor 15 nachgeschaltet, in dem die Polarität der Ausgangsimpule nochmals umgekehrt wird, so daß am Ausgang 19 dieses Schalttransistors eine ähnliche Impulsform abgreifbar ist wie am Ausgang 17 in F i g. 1. Dieser zweite Schalttransistor ist wieder vom gleichen Typ wie die Transistoren des Schmitt-Triggers -und ist ebenfalls in Emitter-Basis-Schaltung angeordnet, d. h. seine Emittereiektrode liegt an Erdpotential, seine Kollektorelektrode ist über einen Arbeitswiderstand mit dem erwähnten mittleren Spannungsabgriff der Betriebsspannungsquelle 14 verbunden und bildet zugleich den Ausgang 19. Dieser Schalttransistor wird über ein R-C-Koppel#glied (20, 21) angesteuert, das die Kollektorelektrode des ersten Schalttransistors 15 mit der Basiselektrode des zweiten Transistors 18 koppelt. Vorteilhafterweise verbindet man die Basiselektrode des zweiten Schalttransistors über einen Basiswiderstand 22 zusätzlich mit einem Abgriff der Betriebsspannungsquelle, der einen gleich großen Spannungsbetrag liefert wie der Mittelabgriff, jedoch entgegengesetzte Polarität aufweist. Für diesen Fall wird das Schaltkriterium zum Leitendwerden des zweiten Schalttransistors erreicht, sobald der erste Schalttransistor leitend wird.In this embodiment, a further switching transistor 18 was connected downstream of the first switching transistor 15 , in which the polarity of the output pulses is reversed again so that a similar pulse shape can be tapped at the output 19 of this switching transistor as at the output 17 in FIG. 1. This second switching transistor is again of the same type as the transistors of the Schmitt trigger and is also arranged in an emitter-base circuit, ie. H. its emitter electrode is connected to earth potential, its collector electrode is connected to the mentioned average voltage tap of the operating voltage source 14 via a working resistor and at the same time forms the output 19. This switching transistor is controlled via an RC coupling element (20, 21), which is the collector electrode of the first Switching transistor 15 couples to the base electrode of the second transistor 18. Advantageously, the base electrode of the second switching transistor is additionally connected via a base resistor 22 to a tap of the operating voltage source, which supplies the same amount of voltage as the center tap, but has opposite polarity. In this case, the switching criterion for the second switching transistor to become conductive is achieved as soon as the first switching transistor becomes conductive.

Durch eine solche erfindungsgemäße Ausbildung der dem Schmitt-Trigger nachgeschalteten Schaltverstärkerstufen werden wesentlich steilere Impulsflanken als am Schmitt-Trigger selbst erreicht, wodurch die Aufgabenstellung der Erfindung erfüllt ist.Such a design according to the invention of the Schmitt trigger downstream switching amplifier stages are much steeper pulse edges than achieved on the Schmitt trigger itself, which makes the object of the invention is satisfied.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for the edge steepening of rectangular pulses from trigger pulses of a different shape with the aid of a transistorized so-called Schmitt trigger and a downstream transistor output stage in an emitter-base circuit, the transistor of the output stage being of a different conductivity type than the transistors of the Schmitt trigger, d a d urch g e k ennzeichnet that an intermediate tap of the DC voltage source (14), whose potential is of the Schmitt trigger, preferably in the middle between the potentials of the two taps of the DC voltage source for the operation of the Schmitt trigger between the switching potentials, with the Emitter electrode of the output stage transistor (15) is connected, while the collector electrode of this transistor is connected via a resistor (16) to the same tap of the DC voltage source as the common emitter resistor (3) of the Schmitt trigger.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the base electrode of the output stage transistor (15 ) is directly connected to the collector electrode of one of the Schmitt trigger transistors (z. B. 2). Documents considered: German Auslegeschrift No. 1136 372; Valvo transistor circuits, April 1963, p. 135.