DE1292188B

DE1292188B - Schaltungsanordnung mit einem von Impulsen gesteuerten Transistorschaltkreis

Info

Publication number: DE1292188B
Application number: DEN17871A
Authority: DE
Inventors: Claude Jean Principe Frede Can; Ruyter Christian De
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1959-12-08
Filing date: 1960-02-10
Publication date: 1969-04-10
Also published as: NL139856B; NL258728A; GB942405A; DK106042C; FR1251371A; CH417686A; US3142764A; ES263028A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- eine möglichst große Arbeitsschnelligkeit 2x1 erreianordnung, bestehend aus einem Transistorschalt- chen, sondern es wird nur eine vereinfachte Kippkreis mit einer mit der Basis dieses Transistors schaltung angegeben, bei der der nicht gesättigte gekoppelten Quelle von Steuerspannungsimpulsen, Transistor zugleich als Verstärker verwendet werden einer in der Kollektorzuleitung liegenden Speise- 5 kann.

Spannungsquelle und einem in der Emitterzuleitung Demgegenüber kennzeichnet sich die Erfindung

in bezug auf den Emitterstrom in rückwärtiger dadurch, daß eine die Emitter-Basis-Strecke des Richtung geschalteten Halbleiterelement (Diode oder Transistors enthaltende Parallelstrecke zum HaIb-Transistor), ferner mit einer Vorwärtsstromquelle leiterelement gebildet ist, daß der Spannungsschwellkonstanten Stromes, die das Halbleiterelement über- 10 wert des Halbleiterelementes kleiner als derjenige brückt und den Transistor in seinem eingeschalteten dieser Parallelstrecke und die aus dem Halbleiter-Zustand nur so weit aussteuert, daß er noch unter- element und der Vorwärtsstromquelle gebildete Parhalb der Sättigung bleibt. allelschaltung derart bemessen ist, daß infolge des am

Solche Einrichtungen sind bekannt und insbeson- Halbleiterelement auftretenden Spannungsabfalls der dere beschrieben worden in »IRE Transactions on 15 Transistor im Ruhezustand noch schwach leitend Circuit Theory«, CT-4 Nr. 3, September 1957, S. 236 bleibt.

bis 240, und »Proceedings of the IRE«, Juni 1958, Anders gesagt, man läßt den Transistor als A-Ver-

S. 1240 bis 1254. Der letztgenannte Artikel beschreibt stärker arbeiten und vermeidet dabei, ihn einerseits unter anderem Transistoreinrichtungen mit direkter in seinem Sättigungsgebiet oder sogar in der Nähe Kopplung für logische Systeme (S. 1250 bis 1252 ₃₀ dieses Gebietes arbeiten zu lassen und ihn anderer- und S. 1252 bis 1254) und weiter, ebenso wie der _seits vollkommen zu sperren, erstgenannte Artikel, Transistoreinrichtungen für Das vorerwähnte Halbleiterelement, insbesondere

logische Stromsysteme. ein Germaniumelement, wie z. B. ein Transistor oder

Die Transistoren sollen nicht gesättigt oder etwa eine Diode, ist also in bezug auf den Emitterstrom ungefähr gesättigt arbeiten, wobei schon eine verhält- 25 des Transistors in rückwärtiger Richtung geschaltet, nismäßig schwache Vorwärtsspannung zwischen dem wobei dieses Element jedoch eine Schwellwertspan-Kollektor und der Basis die Bandbreite verringert, nung hat, die niedriger ist als die des die Emitterweiche der Transistor zu übertragen imstande ist. Falls Basis-Strecke des Transistors umfassenden Paralleldie Transistoren außerhalb ihres Sättigungsbereiches kreises. Infolgedessen durchfließt im »Aus«-Zustand verwendet werden und eine hinreichend hohe Grenz- 30 der von der genannten Vorwärtsstromquelle gelieferte frequenz haben, z. B. von der Größenordnung von Strom im wesentlichen den das genannte HaIbmehreren hundert MHz, ist die Hauptbegrenzung die leiterelement enthaltenden Kreis, wobei der Spandurch die Kapazitäten der Kreise und der Transisto- nungsabfall an den Klemmen dieses Kreises ren bedingte. Eine Stromlogik, die mit Signalen bestrebt ist, den Transistor in Vorwärtsrichtung vorschwacher Amplitude zu arbeiten gestattet, erlaubt 35 zuspannen.

es, die ungünstigen Wirkungen dieser Kapazitäten in Um die Schwellwertspannung des die Emitterhohem Maße herabzusetzen. Basis-Strecke des Transistors umfassenden Kreises

In den bekannten Schaltungen ist der Emitterstrom zu steigern, kann eine Schwellwertdiode vorgesehen eines jeden Transistors im »Aus«-Zustand Null. Ent- werden, zweckmäßig eine Siliziumdiode für einen sprechend den verwendeten Transistoren kann eine 40 Germaniumtransistor von der durch Diffusion legierschwache sperrende Vorspannung nötig sein, um den ten Art, wobei diese Diode in der Durchlaßrichtung, genannten Emitterstrom im »Aus«-Zustand auf- in Reihe mit der genannten Emitter-Basis-Strecke zuheben. Wenn diese Vorspannung höher ist, ist die und vorzugsweise zwischen der genannten Vorwärts-Gefahr eines Isolationsdurchschlages zwischen der stromquelle und dem Emitter des Transistors einBasis und dem Emitter mit einem damit einhergehen- 45 geschaltet ist. den Emitter-Rückstrom vorhanden. Falls das vorgenannte Halbleiterelement keine

Die Erfindung zielt darauf ab, die verhältnismäßig andere Aufgabe zu erfüllen hat, als das Potential des hohen Grenzfrequenzen der Transistoren bei zwi- Emitters des Transistors zu fixieren, wenn letzterer schenliegenden Werten ihres Kollektorstromes noch im »Aus«-Zustand ist, kann dieses Element eine besser auszuwerten und zugleich die Schwierigkeiten 50 Diode sein. Es kann insbesondere vorteilhaft eine zu beseitigen, die der Verwendung einer etwa not- Germaniumdiode sein.

wendigen rückwärts gerichteten Anfangsvorspannung Andererseits kann die Schaltungsanordnung nach

zwischen der Basis und dem Emitter derselben, um der Erfindung Kopplungsmittel umfassen, um die am den Transistor im »Aus«-Zustand zu halten, anhaften Kollektor des Transistors erzeugten Signale auf einen können. 55 Pegel zurückzubringen, der im wesentlichen dem der

Mono- oder bistabile Kippschaltungen, bei denen der Basis dieses Transistors zugeführten Signale in mindestens einer stabilen Lage der Kippschaltung unter Signalumkehr entspricht. Diese Mittel umdie Emitter-Basis-Wege zweier Transistoren in Vor- fassen vorzugsweise eine Diode, die in rückwärtiger wärtsrichtung eingestellt sind und bei denen durch Richtung zwischen dem gemeinsamen Punkt des einen der beiden Transistoren ein so hoher Kollektor- 60 Kollektors des Transistors und eines Widerstandes, strom fließt, daß infolge des Spannungsabfalls über über welchen dieser Kollektor aus der Speisespandem entsprechenden Widerstand die Kollektorspan- nungsquelle gespeist wird, und einer mit einem Punkt nung bis auf einen Wert herabgesetzt ist, wo der konstanten Potentials über einen zweiten Widerstand Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor dieses Tran- verbundenen Ausgangsklemme eingeschaltet ist. Die sistors unterhalb 1 ist, sind bekannt. Dieser Transistor 65 rückwärtige Durchschlagspannung (Zenerspannung) ist daher gesättigt, und die Gesamtschaltung arbeitet dieser Kopplungsdiode kann derart gewählt sein, daß nicht als Verstärker etwa nach Klasse A. Bei dieser die genannte Diode immer von einem rückwärtigen bekannten Schaltung wird nicht danach getrachtet, Entladestrom durchflossen wird, wobei der von der

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Speisespannungsquelle gelieferte Strom den Kollek- nung oder Zenerspannung weit unterhalb 40 V, so

torstrom des Transistors immer übersteigen muß. daß der von der Quelle 6 gelieferte Strom von 7 mA

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer diese Diode in Sperrichtung und den Widerstand 9

Zeichnung beispielsweise näher erläutert. durchfließt, an dessen Klemmen er einen Spannungs-

F i g. 1 ist ein Schaltbild einer ersten Ausführungs- 5 abfall bewirkt, wobei die Ausgangsklemme 10 auf

form; ein verhältnismäßig hohes negatives Potential, z. B.

Fig. 2 ist ein Erläuterungsdiagramm; von —1,4V, gebracht wird.

F i g. 3 ist das Schaltbild einer bevorzugten Ab- Wenn an die Basis des Transistors 1 ein negatives

Wandlung dieser Ausführungsform und zeigt die Potential, z.B. von —1,2V, gelegt wird, wird der Kaskadenschaltung zweier Anordnungen; io Transistor leitend. Der Verbindungspunkt seines

F i g. 4 ist ein Schaltbild einer zweiten Ausfüh- Emitters und der Diode 2 wird auf diese Weise auf

rungsform, bei der das Signal nicht umgekehrt wird; ein negatives Potential etwas niedriger als das an

F i g. 5 ist das Schaltbild einer dritten Ausführungs- seine Basis angelegte Potential gebracht, was hinform mit zwei Komplementärausgängen; reicht, um die Diode 2 zu sperren, so daß der ganze

F i g. 6 ist das Schaltbild eines Systems mit meh- 15 von der Quelle 3 gelieferte Strom den Transistor 1

reren Teilanordnungen nach Fig. 3, welches eine durchfließt. Der Kollektorstrom entspricht dann prak-

»Oder«-Torschaltung bildet; tisch 6 mA, und der die Zenerdiode 8 durchfließende

F i g. 7 ist das Schaltbild einer Kippschaltung mit Strom beträgt nicht mehr als etwa 1 mA, wobei die

zwei Teilanordnungen nach F i g. 3, und Ausgangsklemme 10 auf ein Potential von —< 0,2 V

Fig. 8 ist ein Prinzipschaltbild eines logischen 20 gebracht wird.

Systems mit Dioden, das mit Teilanordnungen nach Diese Stromlogikemrichtung ist an sich bekannt.

F i g. 3 versehen ist. Sie nutzt aber die Hochfrequenzeigenschaften des

Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform umfaßt verwendeten Transistors nicht völlig aus, als dies

einen Transistor 1 vom Typ PNP, vorzugsweise einen z. B. bei mit sehr hohen Frequenzen arbeitenden Hochfrequenz-Diffusionsflächentransistor, z. B. einen 25 Rechenmaschinen wünschenswert sein könnte.

Germaniumtransistor. Eine Germaniumdiode 2 ist in Die F i g. 2 gibt eine graphische Darstellung des

Sperrichtung in den Emitter-Massenkreis dieses Tran- vorgenannten Artikels in den »Proceedings of the

sistors eingeschaltet. Nach der Erfindung hat diese IRE« wieder, welche die Grenzfrequenz des Kollek-

Diode eine niedrigere Schwellwertspannung als die tor-Emitter-Stromverstärkungsfaktors eines Transi-

der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 1. Eine 30 stors als Funktion seiner Basis-Kollektor-Spannung

Vorwärtsstromquelle konstanten Stromes, die aus und seines Kollektorstromes zeigt. Diese graphische

einer geeigneten Spannungsquelle 3 in Reihe mit Darstellung zeigt ebenfalls eine Belastungsgerade R,

einem Widerstand 4 besteht, liegt zwischen Masse welche die Achse der Spannungen schneidet in einem

und dem gemeinsamen Punkt der Emitterverbindung Punkt H, welcher der Speisespannung des Kollektors

des Transistors 1 und der Diode 2 und speist die aus 35 entspricht, und die eine einer Grenzfrequenz von

der Diode 2 und der Emitter-Basis-Strecke des Tran- 135 MHz entsprechende Kurve in einem Punkt E

sistors 1 bestehenden Parallelzweige. Die Basis des schneidet, welcher z. B. einem Höchststrom von

Transistors 1 liegt an Masse über einen Widerstand 5, 6 mA des Transistors 1 von F i g. 1 entspricht. Der

und sein Kollektor wird aus einer Speisespannungs- Höchstwert des Stromes des Transistors 1 ist auf den

quelle als Quelle rückwärtigen Stroms gespeist, die 40 der Quelle 3 beschränkt, und der Minimumwert sei-

aus einer in Reihe zwischen diesem Kollektor und ner Kollektor-Basis-Spannung ist ebenfalls dadurch

Masse geschalteten Spannungsquelle 6 und einem beschränkt, daß die Quelle 6 mehr Strom als die

Widerstand 7 besteht. Der Kollektor des Transistors 1 Quelle 3 liefert, so daß die Kollektor-Masse-Spannung

ist außerdem mit einer Kopplungsdiode 8 verbunden, höher als die Zenerspannung der Diode 8 bleibt,

deren andere Klemme über einen Belastungswider- 45 welche selbst höher ist als die maximale negative

stand 9 an Masse liegt. Spannung, die zwischen der Basis des Transistors

Der von der Quelle 3 gelieferte Strom wird im und Masse angelegt werden kann. Der Punkt E kann

wesentlichen durch den Wert des Widerstandes4 also günstig gewählt werden, z.B. derart, daß der

bestimmt. Wenn z. B. die Quelle 3 eine Spannung Transistor 1 längs des größten Teils seiner Be-

von 6 V und der Widerstand 4 einen Wert von 50 lastungsgerade in einem Gebiet arbeitet, worin seine

1 kOhm hat, beträgt dieser Strom etwa 6 mA. An- Grenzfrequenz gleich 135 MHz oder höher ist.

genommen, daß die Schwellwertspannung der Emitter- Wenn der Transistor 1 nichtleitend ist (Punkt H

Basis-Strecke des Transistors 1 die der Diode 2 über- in Fig. 2), ist seine Grenzfrequenz aber weit nied-

steigt und daß das an die Basis des Transistors an- riger als 135 MHz, und sogar niedriger als 70 MHz.

gelegte Potential den Transistor sperrt, also der 55 Dieser Effekt wird der verhältnismäßig hohen Kapa-

Widerstand 5 nicht vorgesehen ist, so durchfließt der zität der Übergangsschicht des Emitters des Tran-

von der Quelle 3 gelieferte Strom im wesentlichen die sistors zugeschrieben, welche Kapazität hauptsächlich

Diode 2. dann wirksam und schädlich ist, wenn der Transistor

Die Quelle 6 liefert ebenfalls einen Strom, der im nichtleitend ist. Der Transistor würde also ein noch

wesentlichen durch den Widerstand 7 bestimmt ist. 60 schnelleres und wirksameres Element einer Einrich-

Wenn z. B. angenommen wird, daß diese Quelle eine tung für ein logisches System bilden, wenn er bei

Spannungsquelle von 40 V ist und der Widerstand 7 einer solchen Einrichtung etwa nach Art eines

einen Wert von 5,6 kOhm hat, beträgt dieser Strom Α-Verstärkers arbeiten könnte, d. h. zum Beispiel

etwa 7 mA. zwischen den Punkten H' und E von F i g. 2.

Unter den vorgenannten Bedingungen entspricht 65 Bei der Einrichtung nach F i g. 1 ist ein solches

der Kollektorstrom des Transistors 1 seinem Leck- Arbeiten gemäß der Erfindung dadurch erreichbar,

strom I_Cg zwischen Kollektor und Basis oder ist nur daß eine die Emitter-Basis-Strecke des Transistors

wenig höher. Die Diode 8 hat eine Durchschlagspan- enthaltende Parallelstrecke zum Halbleiterelement

gebildet ist, daß der Spannungsschwellwert des Halb- Kaskadenschaltung zweier Schaltungsanordnungen leiterelementes kleiner als derjenige dieser Parallel- nach Fig. 1 mit Bezugszeichen 1... bzw. 1'... ausstrecke und die aus dem Halbleiterelement und der geht, enthält die Anordnung eine Schwellwertdiode Vorwärtsstromquelle gebildete Parallelschaltung der- . 11, die in Durchgangsrichtung in der Emitterverbinart bemessen ist, daß infolge des am Halbleiter- 5 dung des Transistors 1, und zwar zwischen diesem element auftretenden Spannungsabfalls der Transistor Emitter und dem Knotenpunkt der Diode 2 und des im Ruhezustand noch schwach leitend bleibt. Infolge- Widerstandes 4 eingeschaltet ist. dessen polarisiert dieser Spannungsabfall, z. B. von Die Halbleiterelemente der Anordnung, die von

0,8 V, die Emitter-Basis-Strecke des Transistors in einer gestrichelten Linie in F i g. 3 umgeben sind und der Vorwärtsrichtung, so daß sein Emitter-Kollektor- io z. B. den Transistor 1, die Diode 2, die Kopplungs-Kreis ebenfalls etwas leitend ist. Der die Diode 2 diode 8 und die Schwellwertdiode 11 umfassen, sind durchfließende Strom wird z. B. 5 mA betragen, und in einer gemeinsamen Schutzhülle untergebracht, •der Emitterstrom des Transistors ■ wird durch den z. B. in Kunststoff eingebettet. Diese Schutzhülle Unterschied zwischen den unterschiedlichen Span- kann gegebenenfalls auch die Widerstände der Annungsabfällen der Diode und der Emitter-Basis- 15 Ordnung enthalten, z. B. die Widerstände 4,5 und 7 Strecke des Transistors und durch den Widerstand 5 oder 5,7 und 9.

des Basiskreises dieses Transistors bei etwa ImA Fig.4 zeigt eine zweite Ausführungsform der

stabilisiert. Daraus geht hervor, daß der die Diode 8 Anordnung nach der Erfindung, bei der der Kollektor durchfließende Strom also zwischen 6 und 1 mA des Transistors 1 unmittelbar mit der Spannungsschwankt, so daß die Spannung an der Ausgangs- 20 quelle 6 und die Ausgangsklemme 10 unmittelbar mit klemme 10 zwischen —1,2 und —0,2 V schwankt dem Emitter dieses Transistors verbunden ist. Diese und hinreicht, um eine entsprechende, mit der dar- Anordnung kehrt also die empfangenen Signale nicht gestellten Einrichtung in Kaskade geschaltete Ein- um, und ihre Spannungsverstärkung ist etwas niedrichtung zu steuern. riger als 1, so daß die Anzahl solcher Anordnungen,

Praktische Massenherstellung der Einrichtung nach 25 die ohne Zwischenspannungsverstärkung in Kaskade Fig. 1 bereitet Schwierigkeiten wegen der Toleran- geschaltet werden können, beschränkt ist. Die Basiszen und der Änderungen der unterschiedlichen und Emitterkreise entsprechen im übrigen denen der Schwellspannungswerte der Transistoren und Dioden in F i g. 3 dargestellten Anordnungen, mit der Zeit. Infolge dieser Schwierigkeiten ist es Die Quelle 3 ist eine Spannungsquelle von 3 V, der

nötig, die Transistoren auszuwählen und ebenfalls die 3° Widerstand 4 hat einen Wert von etwa 1000 Ohm, Dioden für jede Partie ausgewählter Transistoren die Quelle 6 ist eine Spannungsquelle von — 2 V, und auszuwählen. Diese Schwierigkeiten sind scheinbar der Aufladewiderstand 9 hat einen Wert von noch größer, wenn man den Transistor nach Art 2000hm.

eines Α-Verstärkers zu betreiben wünscht, weil in Wenn das an die Basis des Transistors 1 ange-

diesem Fall den Toleranzen und Änderungen des 35 legte negative Potential klein ist, z. B. von der inneren Widerstandes der Diode bei einem verhält- Größenordnung von —0,2 V, wird der größte Teil nismäßig hohen Stromwert Rechnung zu tragen ist. des von der Quelle 3 gelieferten Stromes, z. B. ein Um die vorerwähnten Schwierigkeiten in bezug Strom von 2,5 mA, die Diode 2 durchfließen, wähauf Toleranzen und Änderungen zu beseitigen, schal- rend der die Schwellwertdiode 11 durchfließende tet man gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine 40 Strom etwa 0,5 mA beträgt. Der Emitterstrom des Schwellwertdiode 11 in Durchgangsrichtung in Reihe Transistors 1 entspricht der Summe des die Schwellmit der Emitter-Basis-Strecke des Transistors, wie wertdiodell durchfließenden Stromes von 0,5 mA z. B. in Fig. 3 dargestellt. Diese Diode ist Vorzugs- und des Stromes über den Aufladewiderstand9. Der weise eine Siliziumdiode mit einer verhältnismäßig letztgenannte Strom ist seinerseits vom Potential des hohen Schwellwertspannung. Sie hat eine doppelte 45 Emitters des Transistors 1 abhängig. Es sei ange-Aufgabe: Erstens befreit sie von jeder Sorge, was die nommen, daß dieses Potential —0,1 V beträgt und Schwellwertspannungen der verwendeten Transisto- daß die Emitter-Basis-Spannung des Transistors, die ren und Dioden anbetrifft. Es ist nämlich immer einem Strom von der Größenordnung 1 mA entmöglich, für die Schwellwertdiode eine Diode von spricht, 0,1V beträgt. Der Belastungsstrom beträgt einem Typ zu wählen, dessen Schwellwertspannung 50 dann ebenfalls 0,5 mA. Die Spannung an den Kiemhöher als die des für die Diode 2 gewählten Typs ist, men der Schwellwertdiode beträgt. 0,6 V und die an so daß die Schwellwertspannung des die Schwellwert- den Klemmen der Diode 2 ist 0,5 V. diode und die Emitter-Basis-Strecke des Transistors Wenn die an der Basis des Transistors 1 angelegte

enthaltenden Zweiges jedenfalls immer höher als die negative Spannung groß ist, z. B. von der Größen-Schwellwertspannung der Diode 2 sein wird. Zwei- 55 Ordnung von —1,2 V, so fällt das Potential des tens schützt die Schwellwertdiode 11 die Basis- Emitters des Transistors etwa auf —1,05 V, so daß Emitter-Strecke des Transistors 1 sehr wirksam gegen der den Belastungswiderstand 9 durchfließende Strom einen etwaigen Durchschlag, falls eine zu hohe Rück- etwa 5 mA und der Strom über die Schwellwertdiode wärtsspannung unversehens an seiner Basis auftreten 11 etwa 3 mA beträgt. Bei diesem Strom beträgt sollte. Die Durchschlag-Rückwärtsspannung der 60 der Spannungsabfall an den Klemmen der Schwell-Basis-Emitter-Strecke eines Hochfrequenztransistors wertdiode 0,72 V, so daß die Diode 2 durch eine und namentlich eines Diffusionsflächentransistors ist negative Spannung von — 0,33 V gesperrt ist. nämlich niedrig, und zwar von der Größenordnung Die der Ausgangsklemme 10 übertragenen Span-

von 1 oder einigen wenigen Volt. Im Gegensatz dazu nungen sind also —0,1V bei einer Eingangsspanist die Durchschlag-Rückwärtsspannung oder Zener- 65 nung von —0,2 V, wobei der Transistor 1 im »Aus«- spannung der Schwellwertdiode, z.B. einer Silizium- Zustand (PunktH' in Fig.2) ist, und —1,05V bei diode, verhältnismäßig hoch, z. B. höher als 50 V. einer Eingangsspannung von —1,2 V, wobei der

Bei der Abwandlung nach F i g. 3, die von einer Transistor im »Ein«-Zustand ist (Punkt E in F i g. 2).

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Bei der in Fig. 5 dargestellten dritten Ausfüh- die Kopplungsdiode 8 und der Belastungswiderstand 9 rungsform ist die Diode 2 ersetzt durch einen Wider- oder die Diode 8" und der Widerstand 9". Der von stand 14 in Reihe mit der Emitter-Kollektor-Strecke der Quelle 6 gelieferte Strom wird sich dann aber um eines zweiten Transistors 2" von gleichem Leitfähig- den gleichen Wert ändern wie der Kollektorstrom keitstyp wie der Transistor 1. Die Basis dieses Tran- 5 des Transistors 1 bzw. 2", statt im wesentlichen sistors ist mit einer Quelle 15 konstanter negativer konstant zu bleiben.

Polarisationsspannung, z. B. von—0,9 V, verbunden; Fig. 6 ist das Schaltbild eines Systems mit Ansein Kollektor wird über einen Widerstand 7" aus Ordnungen des an Hand von F i g. 3 beschriebenen der Spannungsquelle 6 gespeist und ist über eine Typs, das eine »Oder«-Torschaltung mit drei Ein-Kopplungsdiode 8" mit einer zweiten Ausgangs- io gangen bildet. Die Diode 2, die VorwärtsstromklemmelO" gekoppelt, wobei die erwähnte Aus- quelle3, der Widerstand 4, die Speisespannungsgangsklemme über einen Widerstand 9" an Masse quelle 6, der Widerstand 7, die Kopplungsdiode 8, liegt. der Belastungswiderstand 9 und die Ausgangsklemme

Wenn die an der Basis des Transistors 1 angelegte 10 sind den drei verwendeten Anordnungen gemeinnegative Spannung klein ist, z. B. von der Größen- 15 sam, welche die Transistoren 1, 1' und 1", die Einordnung von —0,2 V, fließt der größte Teil des von gangswiderstände 5, 5' und 5" und die Schwellwertder Quelle 3 gelieferten Stromes, z. B. ein Strom von dioden 11, 11' und 11" enthalten. 5 mA, über den Widerstand 14 und die Emitter- Ein an der Basis von irgendeinem der Transi-

Kollektor-Strecke des Transistors 2". Der Widerstand stören 1, Γ und 1" angelegter negativer Impuls wird 14 ist derart gewählt, daß ein Potential von etwa ao der Ausgangsklemme 10 in umgekehrter Form über« +0,55 V am Verbindungspunkt der Schwellwertdiode tragen. Ein zugleich an der Basis von einem oder 11 und dieses Widerstandes, z. B. 260 Ohm, auftritt. jedem der zwei anderen Transistoren angelegter Unter diesen Bedingungen fließt ein schwacher Strom, negativer Impuls ist unwirksam, weil der von einem z. B. von der Größenordnung von 10 μΑ, über die einzigen Transistor gelieferte verhältnismäßig starke Basis-Emitter-Strecke des Transistors 1, und der 95 Strom hinreicht, um die Diode 2 zu sperren. Emitterstrom dieses Transistors über die Schwell- Die »Oder«-Torschaltung der F i g. 6 ist nur bei-

wertdiode 11 beträgt etwa 1 mA. spielsweise dargestellt. Es leuchtet ein, daß die

Die Spannung an der Ausgangsklemme 10 hat Schaltungsanordnung nach der Erfindung in einer einen verhältnismäßig großen negativen Wert und beliebigen Torschaltung oder in einer sonstigen kann durch Regelung des Widerstandes 7 oder der 30 logischen Einrichtung zur Verwendung kommen Spannung der Spannungsquelle6 z.B. auf —1,4V kann.

eingestellt werden. Die Spannung an der zweiten F i g. 7 ist das Schaltbild einer Kippschaltung mit

Ausgangsklemme 10" ist aber weniger negativ, z.B. zwei Anordnungen von dem an Hand von Fig. 3 — 0,2 V. beschriebenen Typ und einer Steuerstufe, die diese

Wenn die an der Basis des Transistors 1 angelegte 35 Kippschaltung zu einer Stufe eines Binärzählers negative Spannung groß ist, z.B. —1,4V, sind die macht.

Verhältnisse umgekehrt: Der Transistor 1 liefert einen Die Kippschaltung umfaßt zwei Anordnungen 1, 2,

Strom von etwa 5 mA, das Potential am Verbindungs- 4, 7, 8, 9,11 und Γ, 2', 4', T, 8', 9', 11', wobei die punkt der Schwellwertdiode 11 und des Widerstandes Basis des Transistors 1 mit dem Verbindungspunkt 14 ist etwa — 0,2 V und ein verhältnismäßig schwa- 40. der Kopplungsdiode 8' und des Belastungswidercher Strom, z. B. ein Strom von etwa 1 mA, fließt Standes 9', bei der Anordnung mit dem Transistor 1' über den Widerstand 14 und die Emitter-Kollektor- die Basis dieses Transistors mit dem Verbindungs-Strecke des Transistors 2". punkt der Diode 8 und des Widerstandes 9 verbunden

Unter diesen Bedingungen beträgt das Potential ■ ist. Die beiden Anordnungen werden aus den Quellen der Ausgangsklemme 10 —0,2 V und dasjenige der 45 +3 und —6 gespeist, zweiten Ausgangsklemme 10" etwa —1,4 V. Unter diesen Bedingungen leuchtet es ein, daß, wenn

Es sei bemerkt, daß die Transistoren 1 und 2" die Diode 2 leitend ist, der Verbindungspunkt der beide als A-Verstärker arbeiten. Es leuchtet ein, daß Elemente 8 und 9 verhältnismäßig stark negativ ist, auch eine veränderliche Polarisationsspannung an die so daß der Transistor 1' gut leitend und die Diode 2' Basis des Transistors 2" angelegt werden kann, so 50 gesperrt ist (Zustand »Aus«). Wenn im Gegensatz daß die Ausgangsspannung von zwei zugleich auf- dazu die Diode 2 gesperrt ist, ist der Verbindungstretenden Bedingungen abhängt. Man erhält z. B. punkt der Elemente 8 und 9 schwach negativ, so daß eine kleine Spannung an der Klemme 10 und eine der Transistor 1' schwach leitend und die Diode 2' große Spannung an der Klemme 10" nur dann, wenn leitend ist (Zustand »Ein«). Die Kippschaltung ist die an der Basis des Transistors 2" angelegte nega- 55 also bistabil.

tive Vorspannung ihrem Betrage nach kleiner ist als Die Steuerstufe umfaßt einen dritten Transistor 15,

die verhältnismäßig hohe, an der Basis des Transi- dessen Basis mit einer Eingangsklemme 17 verbunden stors 1 angelegte negative Spannung. Auf diese Weise ist und über einen Widerstand 16 an Masse liegt, läßt sich also eine Vergleichseinrichtung für kleine Der Kollektor dieses Transistors ist unmittelbar mit Spannungen oder eine »Und«-Torschaltung verwirk- 60 der Spannungsquelle 6 verbunden, und sein Emitter liehen. Es kann auch der Transistor 2" durch eine liegt über einen Belastungswiderstand 18 an Masse. an seiner Basis angelegte positive Polarisationsspan- Der Verbindungspunkt des Emitters des Transistors nung von einigen zehntel Volt gesperrt werden, wo- 15 und des Widerstandes 18 ist mit dem Verbinbei der Transistor 1 stark leitend wird; dies gestattet dungspunkt der Dioden 2 und 11 und des Widereine »Oder«-Torschaltung zu verwirklichen. 65 Standes 4 über einen Kondensator 19 und mit dem Wenn man nur eine einzige der Ausgangsklemmen Verbindungspunkt der Dioden 2', 11" und des 10 und 10" verwendet, können natürlich die Kopp- Widerstandes 4' über einen Kondensator 19' gelungsteile der anderen Klemme entfallen, entweder koppelt.

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Der Transistor 15 ist normal nichtleitend, da seine Basis im wesentlichen das gleiche Potential wie sein Emitter hat. Wenn ein negativer Impuls an die Eingangsklemme 17 angelegt wird, wird ein negativer Impuls von im wesentlichen gleicher Amplitude an den Klemmen des Belastungswiderstandes 18 durch den vom Transistor 15 gelieferten und über diesen Widerstand fließenden Strom erzeugt.

Wenn z. B. die Diode 2' vor der Zufuhr des Eingangsimpulses leitend war (Zustand »Ein«), wobei der Transistor 1' schwach leitend, der Transistor 1 stark leitend und die Diode 2 nichtleitend war, so wird der den Verbindungspunkten der Dioden 2, 11 und der Dioden 2', 11' zugeführte negative Impuls den Transistor 1 sperren, ohne den Zustand der Diode 2 zu ändern, und den Transistor 1' und die Diode 2' ebenfalls sperren. Da der Transistor 1' jedoch anfangs schwach leitend war, wird der bei seiner Sperrung an seinem Kollektor erzeugte, der Basis des Transistors 1 übertragene negative Impuls eine kleinere Amplitude haben als der durch den gleichen Eingangsimpuls am Kollektor des anfangs stark leitenden Transistors 1 erzeugte, der Basis des Transistors 1' zugeführte Impuls. Andererseits war die Diode 2 anfangs gesperrt, während die Diode 2' zu Beginn leitend war. Infolgedessen erfolgt die Sperrung der Diode 2' mit einer gewissen Verzögerung wegen ihrer dynamischen Kapazität, d. h. wegen der in dieser Diode angesammelten freien Ladungsträger, die sogar zu Beginn den Durchgang eines kurzen Rückstromimpulses über die erwähnte Diode 2' gestatten. Die Basis des zu Beginn stark leitenden Transistors 1 erhält somit einen schwachen negativen, leicht verzögerten und abgerundeten Impuls, während die Basis des zu Beginn schwach leitenden Transistors 1' einen starken negativen, unverzögerten Impuls erhält. Der letztgenannte Transistor wird also unmittelbar nach dem Einsetzen des am Emitter des Transistors 15 erzeugten Impulses stark leitend, während der Transistor 1 schwach leitend wird, so daß die Diode 2 leitend wird. Diese Wirkungsweise beruht auf dem unterschiedlichen Verhalten der Germaniumdioden 2 bzw. 2' einerseits und der Siliziumdioden 11 und 11' und der Hochfrequenztransistoren 1 bzw. 1' andererseits. Der Zustand der Diode 2 unterliegt 4s keiner Umkehrung, während der Zustand der Diode 2' eine Umkehrung erfährt. Da diese Diode unter den vorgenannten Anfangsverhältnissen das langsamste Element der Kippschaltung ist, würde dieses Element am letzten wieder in seinen Anfangszustand zurückkehren, und es verbleibt also im umgekehrten Zustand.

Es sei bemerkt, daß die Kippschaltung unempfindlich ist gegen die bei Rückkehr des Transistors 15 in seinen nichtleitenden Anfangszustand durch Differenzierung erzeugten positiven Impulse. Diese Impulse werden tatsächlich sehr stark dadurch abgeschwächt, daß der Kreis des Emitters des Transistors 1' oder 1 stark leitend ist bzw. daß der Kreis des Emitters des Transistors 1 oder 1' schwach leitend ist und der Kreis der zugeordneten ebenfalls leitenden Diode 2 oder 2' eine sehr geringe Impedanz für solche Impulse hat.

Fig. 8 ist das Prinzipschaltbild eines logischen Systems mit Dioden, das eine Anzahl von Anordnungen vom Typ nach Fig.3 umfaßt, z.B. im rechten Teil dieser Figur. Dieses System umfaßt drei in Kaskade geschaltete Stufen, die drei Anordnungen 20, 20' und 20" mit ihren Eingangswiderständen 25, 25' und 25" und Ausgangswiderständen 29, 29' und 29", ferner eine Anordnung 30 mit ihrem Eingangswiderstand 35 und Ausgangswiderstand 39, und anschließend drei Anordnungen 40, 40' und 40" mit ihren Eingangswiderständen 45, 45' und 45" und Ausgangswiderständen 49, 49' und 49" enthalten.

Drei Eingangskreise mit den Ausgangswiderständen 9, 9' und 9" vorangehender Anordnungen sind mit den Eingangskreisen der Anordnungen 20, 20' und 20" über Dioden 21, 2Γ und 21" gekoppelt.

Die Ausgangskreise der Anordnungen 20 und 20' sind mit dem Eingangskreis der Einrichtung 30 über die Dioden 31 und 31' gekoppelt.

Der Ausgangskreis der Anordnung 30 ist mit den Eingangskreisen der Anordnungen 40, 40' und 40" über Dioden 41, 41' und 41" gekoppelt.

Der Ausgangskreis der Anordnung 20" ist ebenfalls mit den Eingangskreisen der Anordnungen 40, 40' und 40" gekoppelt, und zwar über eine Diode 31" in Reihe mit besonderen Dioden 42, 42' und 42".

Schließlich sind die Ausgangskreise der Anordnungen 40, 40' und 40" mit den Ausgangsklemmen 50, 50' und 50" verbunden. Es sei bemerkt, daß im dargestellten System jede der Anordnungen 30, 40, 40' und 40" mit ihren Eingangsdioden 31 und 31' bzw. 41 und 42, 41' und 42' oder 41" und 42" eine logische Funktion »Oder« erfüllt und daß jede der Anordnungen 20" und 30 die drei Anordnungen 40, 40' und 40" der letzten Stufe steuert.

Das System nach F i g. 8 ist lediglich beschrieben worden, um einen Begriff davon zu geben, wie die Anordnungen nach der Erfindung bei einem logischen System mit Dioden zur Verwendung kommen können.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung, bestehend aus einem Transistorschaltkreis mit einer mit der Basis dieses Transistors gekoppelten Quelle von Steuerspannungsimpulsen, einer in der Kollektorzuleitung liegenden Speisespannungsquelle und einem in der Emitterzuleitung in bezug auf den Emitterstrom in rückwärtiger Richtung geschalteten Halbleiterelement (Diode oder Transistor), ferner mit einer Vorwärtsstromquelle konstanten Stromes, die das Halbleiterelement überbrückt und den Transistor in seinem eingeschalteten Zustand nur so weit aussteuert, daß er noch unterhalb der Sättigung bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Emitter-Basis-Strecke des Transistors enthaltende Parallelstrecke zum Halbleiterelement gebildet ist, daß der Spannungsschwellwert des Halbleiterelementes kleiner als derjenige dieser Parallelstrecke und die aus dem Halbleiterelement und der Vorwärtsstromquelle gebildete Parallelschaltung derart bemessen ist, daß infolge des am Halbleiterelement auftretenden Spannungsabfalls der Transistor im Ruhezustand noch schwach leitend bleibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Speisespannungsquelle mit dem Kollektor des Transistors über einen Speisewiderstand verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Kupplungsmittel zur Zurückführung der am Kollektor des Transistors erzeugten Si-

gnale auf einen Pegel besitzt, der mit dem der an seine Basis angelegten Signale unter Signalumkehr praktisch identisch ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsmittel eine zwischen dem gemeinsamen Punkt des Kollektors des Transistors und des erwähnten Speisewiderstandes und einer Ausgangsklemme in Sperrichtung geschaltete Diode umfassen, welche Ausgangsklemme mit einem Punkt konstanten Potentials über einen zweiten Widerstand verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Emitter-Basis-Strecke des Transistors enthaltende Parallelstrecke außerdem eine in Durchlaßrichtung in Reihe mit der erwähnten Strecke geschaltete Schwellwertdiode umfaßt, welche dazu bestimmt ist, die Schwellwertspannung der erwähnten Parallelstrecke zu erhöhen. ao

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertdiode (11 bzw. If) zwischen der Vorwärtsstromquelle und dem Emitter des Transistors eingeschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsdiode

(8) eine derartige rückwärtige Entladespannung (Zenerspannung) aufweist, daß sie stets von einem rückwärtigen Entladestrom durchflossen ist und daß der von der Speisespannungsquelle gelieferte Strom den Kollektorstrom des Transistors stets übersteigt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor ein Germaniumtransistor von der durch Diffusion legierten Art ist, die Schwellwertdiode eine Siliziumdiode und das Halbleiterelement ein Germaniumelement, z. B. eine Germaniumdiode.

8. »Odere-Torschaltung mit mehreren Schaltungsanordnungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement, die Kopplungsdiode, die Speisespannungsquelle, der Speisewiderstand und die Vorwärtsstromquelle mehreren dieser Schaltungsanordnungen gemeinsam sind.

9. Bistabile Kippschaltung mit zwei Schaltungsanordnungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Transistors einer jeden dieser Schaltungsanordnungen über die Kopplungsmittel der anderen Anordnung mit dem Kollektor des Transistors derselben gekoppelt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen