DE1235990B - Impulsfolgegenerator - Google Patents

Description

DEUTSCHES WIW^k PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 21 al-36/02

Nummer: 1 235 990

Aktenzeichen: R 39077 VIII a/21 al

1235 990 Anmeldetag: 22. Oktober 1964

Auslegetag: 9. März 1967

Die Erfindung betrifft einen Impulsfolgegenerator zum progressiven Erzeugen von Ausgangsimpulsen in verschiedenen Ausgangsleitungen mit mehreren in Kaskade geschalteten Stufen, deren jede zwei Verstärkerelemente mit jeweils einer ersten Elektrode und einer Ausgangselektrode, zwischen denen ein Stromweg besteht, sowie einer Steuerelektrode zum Steuern des Widerstandes dieses Stromweges enthält.

Bei der Bildaufnahme für Fernsehübertragungszwecke ist es vielfach üblich, an Stelle einer Vidicon- oder dergleichen Kameraröhre einen Festkörper-Bildwandlerschirm zu verwenden, der mit einer Vielzahl von kleinen Photoelementen besetzt ist. Diese Photoelemente werden mittels einer gitternetzartigen Anordnung von horizontalen und vertikalen Leiterstreifen, die einzeln abtastbar sind, erregt. Für die Bildwiedergabe kann ein ähnlicher Bildwandlerschirm mit einer Anordnung von lichtemittierenden Elementen, die in entsprechender Weise adressiert sind, verwendet werden. Um eine dem kommerziellen Fernsehen vergleichbare Auflösung zu erreichen, haben derartige Bildwandlerschirme bis zu 500 und mehr solche Leiterstreifen, und zwar sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Koordinatenrichtung. Für die Abtastung dieser Leiterstreifen kann man zwei getrennte Impulsfolgegeneratoren verwenden, deren jeder die verschiedenen Leiterstreifen der betreffenden Koordinatenrichtung nacheinander mit Spannungsimpulsen beliefert. Man kann aber auch nur in einer Koordinatenrichtung mit einem solchen Impulsfolgegenerator abtasten, während die Abtastung in der anderen Richtung auf andere Weise erfolgt.

Aus Gründen der Platz- und Kostenersparnis sowie auch aus anderen Gründen ist für den genannten Zweck ein Impulsfolgegenerator erwünscht, der in Form einer integrierten Schaltung am Umfang des Bildwandlerschirmes angeordnet werden kann. Ein solcher Generator sollte daher schaltungstechnisch möglichst einfach und aus möglichst wenigen Kornponenten aufgebaut sein. Außerdem sollten die nacheinander auftretenden Ausgangsimpulse des Generators konstante Amplitude haben, ohne sich zu dehnen, sich zu verschleifen oder anderweitig ihre Form zu ändern. Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Impulsfolgegenerator zu schaffen, der den genannten Anforderungen genügt.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer bekannten Anordnung zur Erzeugung treppenförmiger elektrischer Ablenkspannungen aus, die mehrere in Kaskade geschaltete Stufen enthält, in Impulsfolgegenerator

Anmelder:

Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold₅

Patentanwälte, München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Paul Kessler, Weimer, Princeton, Ν. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. Oktober 1963
(317 964)

deren jeder zwei dreielektrodige Verstärkerelemente, und zwar in Form von Flächentransistoren, vorgesehen sind, die in diesem Falle als Flip-Flop-Kreis geschaltet sind. Die erfindungsgemäße Anordnung, die nicht für die Erzeugung treppenförmiger Spannungen, sondern für die Erzeugung von Impulsfolgen konstanter Amplitude gedacht ist, arbeitet demgegenüber allerdings nicht mit solchen Flip-Flop-Kreisen. Sie benutzt ferner als Verstärkerelemente keine Flächentransistoren, sondern an sich bekannte Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode, auf deren Aufbau und vorteilhafte Eigenschaften noch kurz eingegangen werden wird.

Erfindungsgemäß ist ein Impulsfolgegenerator der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkerelemente an sich bekannte Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode verwendet werden, daß in jeder Stufe die Ausgangselektrode des ersten Verstärkerelementes mit der Steuerelektrode des zweiten Verstärkerelementes verbunden, die Ausgangselektrode des zweiten Verstärkerelementes gleichstrommäßig mit der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelementes der nächstfolgenden Stufe gekoppelt und zwischen Steuerelektrode und erste Elektrode des ersten Verstärkerelementes ein Kondensator geschaltet ist, daß während bestimmter Zeitintervalle erste Erregersignale zwischen Ausgangs-

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elektrode und erste Elektrode beider Verstärkerelemente jeweils alternierender Stufen und während anderer Zeitintervalle zweite Erregersignale zwischen Ausgangselektrode und erste Elektrode beider Verstärkerelemente der übrigen Stufen gelegt werden und daß von jeder Stufe ein Impuls der jeweiligen Ausgangsimpulsfolge und gegebenenfalls ein zweiter, hierzu komplementärer Impuls angenommen wird. Die Ausgangsimpulse können jeweils von der Ausgangselektrode des zweiten Verstärkerelementes der betreffenden Stufe abgenommen werden. Diejenigen Klemmen, der die ersten bzw. die zweiten Erregersignale zugeführt sind, können in den entsprechenden Stufen mit der Ausgangselektrode des ersten Verstärkerelementes über einen Widerstand und mit der Ausgangselektrode des zweiten Verstärkerelementes über die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Richtleiters verbunden sein, wobei die ersten Elektroden sämtlicher Verstärkerelemente an einem Bezugspotentialpunkt, beispielsweise Masse, liegen. Vorzugsweise haben die ersten und die zweiten Erregersignale gleiche Folgefrequenz und sind gegenphasig zueinander. Der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelementes kann selektiv ein Startimpuls zugeführt werden. as

Auf Grund ihrer schaltungstechnisch sehr einfachen Ausführung und wegen der Verwendung von lediglich kapazitiven und ohmschen Schaltungskomponenten sowie einfachen Richtleitern und Feldeffekttransistoren, die sich leicht als Dünnschichtelemente mit äußerst geringen Abmessungen herstellen lassen, kann die Anordnung ohne weiteres als integrierte Schaltung aufgebaut werden, wobei sie den betriebsmäßigen Erfordernissen, d. h. amplituden- und formkonstante Impulsfolgen zu erzeugen, einwandfrei genügt. Die Anordnung eignet sich daher vorzüglich für den eingangs erwähnten Verwendungszweck als Impulsfolgegenerator in Festkörper-Bildwandlerschirmen für die Bildabtastung und Bildwiedergabe.

Die Anordnung hat jedoch noch viele andere Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise kann man die Anordnung so einrichten, daß sie zwei komplementäre Ausgangsimpulsfolgen liefert und damit für Schieberegister oder ähnliche Zwecke verwendbar wird. Zu diesem Zweck kann man in jeder Stufe in Reihe mit dem an die Ausgangselektrode des ersten Verstärkerelementes angeschalteten Widerstand einen zusätzlichen Richtleiter legen und in jeder Stufe zwischen Steuerelektrode und erste Elektrade des zweiten Verstärkerelementes einen Kondensator schalten, wobei man dann die komplementären Ausgangsimpulse von der Ausgangselektrode des zweiten bzw. der Ausgangselektrode des ersten Verstärkerelementes abnimmt. Wenn man die Ausgangselektrode des zweiten Verstärkerelementes der letzten Stufe der Kaskade mit der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelementes der ersten Stufe rückkoppelt, erhält man eine Anordnung, die beispielsweise als Ringzähler verwendet werden kann. Geradeaus- oder Unidistanzzähler stellen weitere Anwendungsmöglichkeiten dar. Auch kann man die Anordnung gewünschtenfalls so einrichten, daß die Ausgangsimpulse in ihrer Breite eingeengt sind.

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Impulsfolgegenerators,

F i g. 2 ein Kennliniendiagramm eines für die erfindungsgemäße Anordnung verwendbaren Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode,

F i g. 3 eine Reihe von an verschiedenen Stellen der Schaltung nach F i g. 1 auftretenden Spannunisverläufen,

F i g. 4 ein schematisches Schaltbild einer anderen Ausführungsform nach F i g. 1 und

F i g. 5 eine Reihe von an verschiedenen Punkten der Schaltung nach F i g. 4 erscheinenden Spannungsverläufen.

Obwohl der erfindungsgemäße Impulsfolgegenerator mit besonderem Vorteil als integrierter Abtastimpulsgeber in Festkörper-Bildwandlerschirmen für die Bildabtastung oder Bildwiedergabe verwendet werden kann, hat er auch andere Anwendungsmöglichkeiten, und zwar sowohl in integrierter als auch in nichtintegrierter Form.

Der Impulsfolgegenerator kann, je nach der Anzahl der zu tastenden Ausgangsleitungen, eine beliebige Anzahl von Stufen haben. Die in F i g. 1 gezeigte Anordnung hat beispielsweise vier Stufen. Die verschiedenen Stufen sind im wesentlichen gleichartig ausgebildet, so daß hier nur die erste Stufe im einzelnen beschrieben wird. Da die Stufen gleichartig sind, sind gleiche Elemente in den verschiedenen Stufen jeweils mit gleichen Bezugsnummern mit, je nachdem, ob es sich um die Stufe 1, 2, 3 oder 4 handelt, den angehängten Buchstaben a, b, c bzw. d bezeichnet.

In F i g. 1 hat die Stufe 1 ein erstes Verstärkerelement IOa mit einer ersten oder gemeinsamen Elektrode 16 a, einer Steuerelektrode 12 a und einer Ausgangselektrode 14 a. Die Ausgangselektrode 14« ist direkt mit der Steuerelektrode 22 a des zweiten Verstärkerelementes 20 a der gleichen Stufe verbunden. Die gemeinsamen Elektroden 16 a und 26 a sind an einen Bezugspotential führenden Schaltungspunkt, angedeutet durch das übliche Schaltsymbol für Masse, angeschlossen.

Zwischen die Ausgangselektrode 14 a des ersten Verstärkerelementes 10 a und einen ersten Sammelleiter 40 ist ein Widerstand 30 a geschaltet. Zwischen den Sammelleiter 40 und die Ausgangselektrode 24 a des zweiten Verstärkerelementes 20 a ist die Reihenschaltung eines Widerstandes 32 a und eines Einwegoder Richtleiters 34a, beispielsweise einer Diode, geschaltet. Die Diode 34 a ist so gepolt, daß sie dem Ausgangsstrom des zweiten Verstärkerelementes 20 a einen niederohmigen Weg bietet.

Die Ausgangselektrode 24 a des zweiten Verstärkerelementes 20 a ist direkt mit der Steuerelektrode 126 des ersten Verstärkerelementes 10 b der nächstfolgenden Stufe (Stufe 2) verbunden sowie an eine erste Ausgangsklemme 38 a und über einen Kondensator 38 a an den Schaltungsnullpunkt angeschlossen. Der Kondensator 36 a liegt im wesentlichen zwischen der Steuerelektrode 12 & und der gemeinsamen Elektrode 16 b des Verstärkerelementes 10 b. Vorzugsweise ist der Kondensator 36 a ein linearer Kondensator.

Die übrigen Stufen sind strukturell gleichartig ausgebildet wie die beschriebene erste Stufe, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Widerstände in den Ausgangskreisen des ersten und des zweiten Verstärkerelementes der geradzahligen Stufen statt an den ersten Sammelleiter 40 an einen zweiten Sammelleiter 42 angeschlossen sind. Das heißt, die Widerstände 306, 32 b und 30 a", 32 a" in den Stufen Z

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bzw. 4 sind mit ihren oberen Enden an den zweiten Sammelleiter 42 angeschlossen. Die Widerstände 30 a, 32 a und 30 c, 32 c in den Stufen 1 bzw. 3 sind dagegen an den ersten Sammelleiter 40 angeschlossen.

Der Impulsfolgegenerator kann wie ein Ringzähler als geschlossene Schleife betrieben werden, indem man einen Schalter 54 in einem Rückkopplungszweig zwischen der Ausgangselektrode 24 d der letzten Stufe und der Steuerelektrode 12 a der ersten Stufe schließt. ίο

Erregersignale 44, dargestellt als periodisch wiederkehrende Rechteckimpulse, werden zwischen Masse und eine Anschlußklemme 46 des ersten Sammelleiters 40 gekoppelt. Erregersignale 48 einer anderen Phase werden zwischen Masse und eine Anschlußklemme 50 des zweiten Sammelleiters 42 gekoppelt. Die beiden Reihen oder Folgen von Erreger- oder Tastsignalen 44, 48, die nicht unbedingt Rechteckimpulse zu sein brauchen, sind vorzugsweise gegenphasig zueinander. Das heißt, zu dem Zeitpunkt, da ein gegebener Impuls 44 von 0 Volt auf + V Volt ansteigt, geht der entsprechende Impuls 48 von + V Volt auf 0 Volt, und umgekehrt.

Der sogenannte Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode hat Eigenschaften, die ihn besonders für die Verwendung als Verstärkerelement in der Anordnung nach F i g. 1 geeignet machen. Der Feldeffekttransistor mit isolierter oder hochohmiger Steuerelektrode kann allgemein als ein Feldeffektbauelement vom Majoritätsträgertyp definiert werden, das aus einer Halbleiterschicht oder einem Halbleiterscheibchen mit darauf angebrachter Quellenelektrode und Abflußelektrode besteht. Eine Tor- oder Steuerelektrode ist durch eine Isolierschicht von einem die Quellenelektrode mit der Abfiußelektrode verbindenden Teil des Halbleiterscheibchens getrennt. Da die Steuerelektrode vom Halbleiter isoliert ist, entnimmt sie praktisch keinen Strom, so daß die Abflußelektrode eines Transistors direkt mit der Steuerelektrode eines anderen solchen Transistors verbunden werden kann.

Zwei geeignete Typen von Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode sind der sogenannte Dünnschichttransistor (TFT) und der sogenannte Metalloxydhalbleiter (MOS). Die physikalischen und betrieblichen Eigenschaften des Dünnschichttransistors sind in dem Artikel »The TFT — A New Thin-Film Transistor« auf S. 1462 bis 1469 der Juniausgabe 1962 der Zeitschrift »Proceedings of the IRE« beschrieben. Der MOS-Transistor und seine Eigenschaften sind in dem Artikel «The Silicon Insulated-Gate Field-Effect Transistor« von S. R. Hofstein und F. P. Heiman auf S. 1190 bis 1202 der Septemberausgabe 1963 der Zeitschrift »Proceedings of the IEEE« beschrieben. Einzelheiten dieser Bauelemente können den genannten Arbeiten entnommen werden.

Ein derartiger Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode kann je nach der Herstellungsweise des Halbleiters, seinem Leitungstyp und der Form des Energiebandes an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter und der isolierten Steuerelektrode, entweder vom Erhöhungs- oder Anreicherungstyp einerseits oder vom Verarmungstyp andererseits sein. Im vorliegenden Zusammenhang ist das Bauelement vom Anreicherungstyp von besonderem Interesse. Bei der Anreicherungsbetriebsart fließt zwischen der Quellenelektrode und der Abflußelektrode nur ein kleiner

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Reststrom, wenn die Spannungen an der Steuerelektrode und der Quellenelektrode gleich sind. Wenn die Spannung an der Steuerelektrode in bezug auf die Spannung an der Quellenelektrode in einer ersten Polaritätsrichtung ansteigt, fließt ein Strom zwischen der Quellenelektrode und der Abfiußelektrode.

Das Bauelement arbeitet als Verstärker, und die zwischen der Quellen- und der Abflußelekrode fließende Strommenge ist eine Funktion der Vorspannung zwischen der Steuerelektrode und der Quellenelektrode. Im wesentlichen wird die Leitfähigkeit bzw. der Widerstand des stromführenden Kanales zwischen Quelle und Abfluß durch die Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Quelle gesteuert. Wenn der Halbleiter aus Material vom n-Typ besteht, erfolgt ein Stromfluß zwischen Quelle und Abfluß bei gegenüber der Quelle positiv gespannter Steuerelektrode. Bei einem Bauelement aus Halbleitermaterial vom p-Typ muß man die Steuerelektrode negativ gegenüber der Quelle vorspannen, um einen Stromfluß zu erhalten.

Für die in Fig. 1 gezeigten Spannungspolaritäteit kommen Transistoren vom η-Typ in Betracht. Man kann jedoch auch Transistoren vom p-Typ verwenden, vorausgesetzt, daß man die Polaritäten der verschiedenen Tast- und Signalimpulse umkehrt und außerdem die Dioden 34 a . . . 34 rf umpolt. Die Steuerelektrode, die Abflußelektrode und die Quellenelektrode entsprechen der Steuerelektrode, der Ausgangselektrode bzw. der gemeinsamen Elektrode der einzelnen Verstärkerelemente.

Die Arbeitsweise des Impulsfolgegenerators wird am besten verständlich, wenn man zunächst einige der Betriebseigenschaften der Transistoren betrachtet. Fig. 2 zeigt eine Kennlinienschar für einen Dünnschichttransistor vom η-Typ in der Erhöhungsoder Anreicherungsbetriebsart. Dabei ist der Abflußstrom in Abhängigkeit von der Abflußspannung für verschiedene Werte positiver Steuerelektrodenspannung aufgetragen. Vorausgesetzt ist, daß die Spannung an der Quellenelektrode Null beträgt. Die speziellen Strom- und Spannungswerte eines gegebenen Transistors hängen von dem verwendeten Herstellungsverfahren sowie anderen Faktoren ab und können innerhalb weiter Grenzen verschieden sein. Die in Fig. 2 angegebenen speziellen Werte sind daher lediglich beispielsweise aufzufassen.

Zu Erläuterungszwecken ist vorausgesetzt, daß die

Tastimpulse 44 und 48 (Fig. 1) zwischen 0 und 4-5 Volt wechseln und daß die Abflußwiderstände 30a . . . 30 d und 32a . . . 32 d jeweils einen Wert von 5000 Ohm haben. Entsprechend kann man in das Kennliniendiagramm nach F i g. 2 eine Widerstandsgerade oder Lastkennlinie 60 eintragen, die die Abszisse in einem +5 Volt entsprechenden Punkt a und die Ordinate in einem +1 mA entsprechenden Punkt schneidet. Wie später noch ersichtlich werden wird, kann die Steuerelektrodenspannung einen Wert von entweder 0 Volt oder annähernd + V Volt, was im vorliegenden Beispiel +5 Volt entspricht, annehmen. Dies bedeutet, daß die statischen Arbeitspunkte in F i g. 2 durch die Schnittpunkte a und b der Lastkennlinie 60 mit den Kurven für die Steuerelektrodenspannungen 0 Volt bzw. +5 Volt gegeben sind.

Die Kennlinie für die Steuerelektrodenspannung Null fällt oder fällt nahezu mit der Abszisse zusammen. Bei einer Abflußspannung von +5 Volt und der Steuerelektrodenspannung Null fließt daher wenig

oder gar kein Abflußstrom. Wenn die Steuerelektrodenspannung auf +5 Volt ansteigt, verschiebt sich der Arbeitspunkt auf der Lastkennlinie 60 nach oben zum Schnittpunkt b mit der Kurve für die Steuerelektrodenspannung +5 Volt. Die Spannung zwi- : sehen Abfluß und Quelle ist dann kleiner als V2 Volt und soll der Einfachheit halber im folgenden gleich Null gesetzt werden.

In F i g. 2 sind nur die statischen Arbeitsbedingungen angedeutet. Die dynamischen Arbeitsbedingun- κ gen sind hiervon etwas verschieden. Zu beachten ist auch, daß, wenn die angelegte Abfiußspannung Null ist, der Abflußstrom ohne Rücksicht auf die Steuerelektrodenspannung im wesentlichen Null ist.

Es soll nun an Hand der Spannungsverläufe in Fig. 3 die Arbeitsweise des Pulsgenerators nach Fig. 1 betrachtet werden. In Fig. 3 entspricht die Bezifferung der verschiedenen Spannungsverl'äufe den Schaltungspunkten in Fig. 1, an denen diese Spannungen erscheinen.

Es sei angenommen, daß die Spannung an der Steuerelektrode 12 a des ersten Transistors IOa in der Stufe 1 über einen erheblichen Zeitraum bei 0 Volt verweilt hat, so daß der Transistor IOa nichtleitend oder gesperrt gewesen ist. Zum Zeitpunkt t₀ fällt die Spannung des dem zweiten Sammelleiter 42 zugeleiteten Uhrimpulses B auf 0 Volt ab. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an den Abflußelektroden 14 b, 24 b, 14 d und 24 d der geradzahligen Stufen ebenfalls auf 0 Volt abfällt.

Die Nullspannung der Abflußelektrode 24b erscheint auch an der Steuerelektrode 12 c des ersten Transistors IOc der dritten Stufe, wodurch der Transistor IOc gesperrt wird. Da die ersten Transistoren 10 a und 10 c der ungeradzahligen Stufen beide nichtleitend sind, gelangt der dem ersten Sammelleiter 40 zum Zeitpunkt t₀ zugeleitete Uhrimpuls der Spannung + V zu den Abfiußelektroden 14 a, 14 c dieser Transistoren, von wo aus er zugleich auf die Steuerelektroden 22 a, 22 c der zweiten Transistoren 20 a bzw. 20 c gekoppelt wird, so daß diese letztere Transistoren voll entriegelt werden. Die resultierende Abflußspannung dieser Transistoren 20 a, 20 c von (annähernd) 0 Volt verhindert, daß die Kondensatoren 36 a und 36 c sich aufladen.

Da die Kondensatoren 36 a und 36 c ladungsfrei sind, bleiben die ersten Transistoren 10 b und IOd der geradzahligen Stufen verriegelt, wenn die Uhrimpulsspannung B zum Zeitpunkt t_i auf + V ansteigt. Die zu den Abflußelektroden dieser Transistoren 10 b, IOd gelangenden +V Volt erscheinen auch an den Steuerelektroden 22 & und 22 d der zweiten Transistoren 20 b bzw. 20 d, wodurch diese letzteren Transistoren entriegelt, d.h. in den »Ein«-Zustand geschaltet werden. Die Spannungen an den Abflußelektroden 24 b und 24 d bleiben daher nahe beim Nullwert, so daß die Kondensatoren 36 b und 36d sich nicht aufladen können. Die Kondensatoren 36 a und 36 c bleiben deshalb ladungsfrei, weil die Spannung im ersten Sammelleiter 40 zu diesem Zeit- e punkt Null ist.

Zum Zeitpunkt i₂ fällt die Spannung im zweiten Sammelleiter 42 auf 0 Volt ab und werden sämtliche Transistoren der geradzahligen Stufen verriegelt. Die Spannung im ersten Sammelleiter 40 steigt auf ( + V Volt an. Zu diesem Zeitpunkt wird der Steuerelektrode 12 a des ersten Transistors 10 a ein positiver »Startimpuls« 56 zugeleitet, der den Transistor

10 a einschaltet oder entriegelt. Die Spannung an der Abflußelektrode 14 a dieses Transistors liegt dann nahe bei Null, und der zweite Transistor 20 a der ersten Stufe wird verriegelt. Dagegen gelangt zur Abflußelektrode 24 a des zweiten Transistors 20 a vom ersten Sammelleiter 40 eine Spannung von + V Volt. Diese Spannung bewirkt, daß der Kondensator 36 a sich über die Diode 34 a und den Widerstand 32 a auf + V Volt auflädt. Zugleich erscheint an der Ausgangsklemme 38 a eine positive Spannung.

Zum Zeitpunkt i₃ fällt die Uhrimpulsspannung A auf Null ab, während die Uhrimpulsspannung B auf + V ansteigt. Der Kondensator 36 b kann sich nicht entladen, da die Diode 34 a in der Sperrichtung gespannt wird. In der Praxis kann sich der Kondensator über etwa vorhandene Streustromwege um einen kleinen Betrag entladen, wie in Fig. 3 (24a und 38 a) angedeutet. Durch die positive Ladung des Kondensators 36 a wird der erste TransistorlOfe der

ο Stufe 2 zum Zeitpunkt t₃ entriegelt, so daß der zweite Transistor 20 b der zweiten Stufe verriegelt wird.

Durch die Spannung +V an der Abflußelektrode 24 b des Transistors 20 b wird der Kondensator 36 b über den Widerstand 32 b und die Diode 34 & auf + FVolt aufgeladen. An der Ausgangsklemme 386 erscheint eine positive Ausgangsspannung. Zu beachten ist, daß der Kondensator 36 a sich über den leitenden Transistor 10 b nicht entladen kann, und zwar

ο wegen des hohen Widerstandes der isolierten Steuerelektrode 12 b bewirkt.

Zum Zeitpunkt Z₄ steigt die Uhrimpulsspannung A auf + V an und fällt die Uhrimpulsspannung B auf Null ab. Wenn der StartimpuIs 56 zum oder vor dem Zeitpunkt t_i endet, ist der erste Transistor 10 a der ersten Stufe verriegelt und wird durch die Spannung + V an der Abfiußelektrode 14 a dieses Transistors der zweite Transistor 20 a voll entriegelt. Der Kondensator 36 a entlädt sich dann sehr rasch über die sehr

ο niederohmige Abfluß-Quellenstrecke 24α-26α des zweiten Transistors, und die Ausgangsspannung an der Klemme 38 a fällt sehr rasch gegen Nullpotential ab. Durch die positive Ladung des Kondensators 360 wird jedoch der erste Transistor 10 c der dritten

.5 Stufe entriegelt. Die resultierende niedrige Spannung an der Abflußelektrode 14 c hält den zweiten Transistor 20 c der dritten Stufe verriegelt, und der Kondensator 36 c lädt sich über den Widerstand 32 c und die Diode 34 c auf +V Volt auf. An der Klemme

;o 38 c erscheint dann ein positiver Ausgang.

Durch die ähnliche Untersuchung wie vorstehend läßt sich zeigen, daß der Kondensator 36 d sich zum Zeitpunkt t₅ auflädt, so daß an der Ausgangsklemme 38 d eine positive Spannung erscheint. Ferner entlädt sich der Kondensator 36 d zum Zeitpunkt f_ä über den Transistor 20 δ, wodurch der positive Impuls am Ausgang 38 b beendet wird. Durch Schließen des Schalters 54 in der Rückkopplungsschleife kann man gewünschtenfalls erreichen, daß die Erzeugung der Ausgangsimpulse für unbestimmte Zeit andauert.
Ein Amplitudenverlust in den aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen kann deshalb nicht auftreten, weil die Kondensatoren 36 a.. 36 d ihrerseits sich sämtlich auf die gleiche Spannung aufladen. Unter der Voraussetzung, daß die Impedanz der Kriechwege für sämtliche Kondensatoren gleich ist, ist auch die Streuentladung sämtlicher Kondensatoren gleich. Die Breiten der aufeinanderfolgenden Impulse sind

Claims (1)

wegen der Uhrimpulse und der Wirkungsweise der verschiedenen Transistoren stets die gleichen. Es hat sich herausgestellt, daß die Einschalt- und Ausschaltzeiten (Entriegelungs- und Verriegelungszeiten) der Transistoren eine nur vernachlässigbar geringe Auswirkung auf die Impulsbreite haben, wenn der Verstärkungsgrad der verschiedenen Stufen genügend hoch ist. Damit der Pulsgenerator nach F i g. 1 einwandfrei arbeitet, sollten die folgenden Bedingungen er- füllt sein:

1. Der Verstärkungsgrad jeder Transistorstufe soll größer als 1 sein, so daß eine vollständige Transistorschaltwirkung auftritt;

2. das Produkt aus Verstärkungsgrad und Bandbreite einer Transistorstufe soll größer als IIT sein, wobei T = t_t — i₀, t_z~t_v usw.;

3. die Lade- und Entladezeit der Kondensatoren 36 a... 36 d soll wesentlich kürzer als T, beispielsweise V2 T oder weniger sein;

4. die Kapazität jedes Kondensators soll größer als I_l Tl Δ ν sein, wobei I_l der Abflußstrom des Transistors bei Verriegelung und Av die maximal zulässige Spannungsänderung am Kondensator durch Streuwirkung oder Kriechwirkung sind;

5. der Sperrstrom der in der Sperrichtung vorgespannten Diode soll kleiner als der Reststrom eines verriegelten Transistors sein;

6. Die Kapazität einer Diode soll erheblich kleiner, beispielsweise Vio oder weniger, als die Kapazität des entsprechenden Kondensators 36 a... 36 d sein, und

7. die an die Ausgangsklemmen 38 a ... 38 d angeschalteten Lastelemente sollen eine so hohe Impedanz haben, daß sie keine Entladung der entsprechenden Kondensatoren 36 a... 36 d verursachen können.

Die obengenannten Bedingungen werden bei Verwendung von aufgedampften Dünnschichttransistoren oder Metalloxydhalbleitern ohne weiteres erfüllt.

Außer der oben beschriebenen Betriebsart kann man Impulse größerer Breite mit der gleichen Folgefrequenz dadurch erzeugen, daß man den Startimpuls 56 über ein längeres Zeitintervall an die Steuerelektrode 12a legt. Beispielsweise erhält man durch Verdopplung der Startimpulsbreite die doppelte Ausgangsimpulsbreite. Man kann mit dem Pulsgenerator auch vorbestimmte Impulsgruppierungen erzeugen, indem man unter geeigneter Programmierung Startimpulse bestimmten Steuerelektroden oder auch nur einer einzigen der Steuerelektroden zuleitet. Der Pulsgenerator läßt sich ferner auch als Schieberegister, bei dem keine langfristige Speicherung er- forderlich ist, verwenden. Beispielsweise läßt sich der Generator für die Umwandlung von Serien- in Parallelbetrieb und umgekehrt benutzen.

Fig. 4 zeigt schematisch eine abgewandelte Ausführungsform des Pulsgenerators nach Fig. 1. Die Anordnung nach F i g. 4 ist hauptsächlich in dreierlei Hinsicht anders ausgestaltet:

1. Die Dioden 64 a ... 64 d sind jeweils zwischen die Abflußelektroden 14a... 14a* und Widerstände 30 a... 30 d geschaltet;

2. zwischen die Abflußelektroden 14a... 14d und Masse sind jeweils Kondensatoren 66 a... 66 d geschaltet, und

3. an die Abflußelektroden 14a... 14a" sind jeweils Ausgangsklemmen 68a...68a* angeschlossen.

Fig. 5 zeigt eine Reihe von Spannungsverläufen für die Anordnung nach Fig. 4, wobei durch die Bezifferung der verschiedenen Kurven diejenigen Punkte der Schaltung nach Fig. 4 bezeichnet sind, an denen die betreffenden Spannungsverläufe erscheinen. Durch Vergleich der Spannungsverläufe nach Fig. 3 und Fig. 5 sieht man, daß die Spannungen an den Abflußelektroden 24 a ... 24 d und den Ausgangsklemmen 38 a ... 38 d in den Schaltungen nach Fig. 1 und Fig. 4 die gleichen sind. Lediglich die Spannungsverläufe an den Abflußelektroden 14 a ... 14 d sind unterschiedlich.

Dieser Unterschied ergibt sich aus der Tatsache, daß die Kondensatoren 66 a ... 66 d normalerweise auf 4- V Volt aufgeladen werden, wenn keine Ausgangsimpulse erzeugt werden. Beispielsweise ist der erste TransistorlOa in der ersten Stufe normalerweise verriegelt. Wenn die Uhrimpulsspannung A von 0 auf +V Volt ansteigt, lädt sich der Kondensator 66 a auf +V Volt auf, um so lange seine Ladung zu behalten, bis der erste TransistorlOa durch einen Startimpuls 56 entriegelt wird. Obwohl der Kondensator 66a in den Intervallen zwischen den Uhrimpulsen durch Kriechstrom etwas Ladung verlieren kann, wird er beim nächsten Anstieg der Uhrimpulsspannung A stets wieder auf die volle Spannung + V Volt aufgeladen.

Ein interessantes Merkmal der Anordnung nach Fig. 4 besteht darin, daß die beiden Ausgangsspannungen einer Stufe jeweils komplementär sind. Das heißt, wenn die Spannung am Ausgang68α z.B. 0 Volt beträgt, ist die Spannung am Ausgang 38 a + V Volt und umgekehrt. Dieses Merkmal macht die Anordnung nach Fig. 4 besonders für den Schieberegisterbetrieb geeignet, wo komplementäre Ausgänge von einer Stufe entweder erwünscht oder erforderlich sind. Außerdem ist eine vielseitigere Verwendungsmöglichkeit als Pulsgenerator gegeben, da sowohl positive als auch negative Ausgänge zur Verfügung stehen.

Patentansprüche:

1. Impulsfolgegenerator zum progressiven Erzeugen von Ausgangsimpulsen in verschiedenen Ausgangsleitungen mit mehreren in Kaskade geschalteten Stufen, deren jede zwei Verstärkerelemente mit jeweils einer ersten Elektrode und einer Ausgangselektrode, zwischen denen ein Stromweg besteht, sowie einer Steuerelektrode zum Steuern des Widerstandes dieses Stromweges enthält, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkerelemente an sich bekannte Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode verwendet werden, daß in jeder Stufe die Ausgangselektrode des ersten Verstärkerelementes mit der Steuerelektrode des zweiten Verstärkerelementes verbunden, die Ausgangselektrode des zweiten Verstärkerelementes gleichstrommäßig mit der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelementes der nächstfolgenden Stufe gekoppelt und zwischen Steuerelektrode und erste Elektrode des ersten Verstärkerelementes ein Kondensator geschaltet ist, daß während bestimmter Zeitintervalle erste Erregersignale zwischen Ausgangselektrode und erste Elektrode beider Verstärker-

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