DE1462997A1 - Elektronische Vorrichtung mit wenigstens einem integrierten Stromkreis - Google Patents

Elektronische Vorrichtung mit wenigstens einem integrierten Stromkreis

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Description

17 374 P " γ-ν 1"Γν Jerlin, den 6β April I966
SOGIETE SUISSE POUR L1INDUSTRIE HOiILOGERE S,A0,
Genlve (Schweiz)
Elektronische Vorrichtung mit wenigstens einem integrierten Stromkrc-is
(Zusatz zu Patent . e()Patentanmeldung S 96 138 VIIIc/21g))
Die Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung mit wenigstens einem rus Feldeffekttransistoren gleichen Leitungstyps mit isolierter steuerelektrode und aus Kondensatoren gebildeten integrierten elektronischen Stromkreis, wobei die Transistoren und die Kondensatoren auf derselben oeite eines monakristallinen Holbleiterkörpers vorgesehen und so untereinander verbunden sind, dass sie einen bestimmten elektronischen Stromkreis bilden, der aus wenigstens einer Sp&nnungsverstärker-Grundschaltung besteht, die von einem Transistor und einem Kondensator gebildet wird, welche in Reihe geschaltet und dazu bestimmt sind, an eine periodische Speisespannungsquelle angeschlossen zu werdene
Gremäss dem elektronischen Stromkreis, der die S-Dannungaverstärker-Grundsohaltuiig viufweist, ist es notwendig, αaaa diese bei Abwesenheit von Steuerspannung an ihrem Eingang rasch einen Kondeneator geringer Kapazität mit einer Spannung aufladen kann, deren Wert dem Höchstwert der an ihrem Ausgang erscheinenden
ofmn*L
Spannung sehr nahekommt· Überdies mu.:;s diener Kondensator bi zum Erscheinen einer ο teuer spannung von aur-reiehender Grosre geladen bleiben»
a der Erfindung ist die Grün da c haltung c;o ausgelegt, dass sie den obigen Anforderungen genügt» Sie kennzeichnet sich dadurch, dass sie einen zweiten Transistor aufweist, dessen eine Elektrode an den Verbindungspunkt des ersten 'i'ransi stora und des Kondensators angeschlossen ist und deseen steuerelektrode dazu bestimmt ist, an die periodische Sparmungsquelle angeschlossen zu werden, wobei die andere Elektrode des zweiten Transistors den Ausgang der Grundschaltung bildet»
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 das Schaltbild der Grundschaltimg der Vorrichtung gemäss der Erfindung,
Pig« 2 in Perspektive den als integrierten Stromkreis ausgeführten Stromkreis nach Pigo 1?
3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Pig«. 2,
4 und 5 zwei erläuternde Schaubilder zu der Schaltung der Pig, 1,
6 und 7 die Schaltbilder von zwei bistabilen Stromkreisen, die zwei bzw· eine Schaltung nach Pig» 1 auf weisen,
lNSPecT6D
8, 10 und 12 drei Frequenzteilerstufen, die jeweils eine Schaltung nach Figo 1 aufweisen,
Pig« 9a - 9e, 11a - 11f und 13a - 13e sechzehn erläuternde Diagramme zu den Stromkreisen der Fig· 8, 10 und 12,
Fig* 14 das Schaltbild eines mehrstufigen Frequenzteilers, und
Fig· 15a - 15f sechs erläuternde Magramme zu der Schaltung nach Pigβ 14·
Wie aus Fig· 1 ersichtlich ist, weist die Spannungsverstärker-G-rund schaltung einen Feldeffekttransistor T- mit isolierter Steuerelektrode auf, der mit einem Kondensator G^ in Heihe geschaltet und an eine Quelle S. angeschlossen ist, die eine Speisespannung ν in Form von trapezförmigen üinv/eg-Impulsen liefert· Der Punkt I, der eine Elektrode 1 des Transistors T- und eine Elektrode 3 des Kondensators G1 verbindet, ist an eine Elektrode 5 äines zweiten Transistors T2 angeschlossen, dessen andere Elektrode 6 an den Ausgang 7 geschaltet ist. Die Steuerelektrode 8 des Transistors T- ist an den Eingang 10 geschaltet^ während'die mit 9 bezeichnete des Transistors Tp an die Quelle S- angeschlossen ist© Die zweite Elektrode 2 des Translators T- liegt an Masse·
Fig· 2 zeigt die oben beschriebene Grundschaltung in ihrer integrierten Form» Sie ist auf einer Seite eines Eirikristall-Halbleitera, im vorliegenden Fall eines Silizium-Einkristalls 11 vom
1ΒΌ9812/090 0 _ ««aiilM* -4-
IT-Typ, verwirklicht» Die Elektroden der Transistoren T^ und T sowie eine Elektrode des Kondensators Cj werden von in das Kristall 11 eindiffundierten p-Zonen gebildet· Die Elektrode 1 des Transistors T- , die Elektrode 5 des Transistors T2 und die Elektrode 3 des Kondensators CL bestehen aus ein und derselben Zone 135<» Die zweite Elektrode 2 des Transistors I- besteht aus der Zone 2, während die zweite Elektrode 6 des Transistors Tp aus der Zone 6 besteht» Drei andere Zonen 12, 13 und 14 sind fei'ner in derselben "Fläche 'des Einkristalls 11 vorgesehen, doch Liind sie vom N+-Iyp„ Die Zone 12 soll es ermöglichen, den Kristall 11 an Masse zu legen, während die Zonen und 14 die Bildung von Inversionszonen unter den Anschlüssen der Steuerelektroden der Transistoren verhindern sollen» Auf der Isolierschicht 15 aus Siliziurnoxyd befinden sich aufgetragene Motallschicht.en, die die Steuerelektroden 8 und 9 der Transistoren T1 und T2 sowie die zweite Elektrode 4 des Kondensators C, bilden. Eine andere Schicht 16 bildet den Ohmschen Kontakt der Zonen 2 und 12, der dazu bestimmt ist, die Elektrode 2 des Transistors T- und das Einkristall 11 an Masse zu legen.
Die oben beschriebene Grundschaltung arbeitet wie folgt:
Um das Verständnis der Arbeitsweise zu erleichtern, soll zunächst nur der von dem Transistor T^ und dem Kondensator C-gebildete Teil, dh. unter Weglassung des Transistors T2, in Betracht gezogen und untersucht werden, wie gross die Spannung
6AD ORKMNAL -5-
12/0900
ν., in Abhängigkeit von der Bingangaspannung (steuerapannung) ve ist.
Essoll angenommen werden, dass, einerseits, die Quelle S-Impulse der in Fig. 4 dargestellten trapezförmigen Spannung liefert und, andererseits, die Schwellenspannung des Transistors T- grosser als die des pn-Übergangs ist, der von der Zone mit dem Einkristall gebildet wird· Wenn die Steuerspannung (Eingangsspannung) τ Hull ist, schwankt die Ausgangsspannung V1
6 ■ I
auf Grund der Wirkung des pn-Übergangs praktisch zwischen 0 und V und entspricht hinsichtlich der Form der Spannung vQ (vgl· die Kurve X in Fig· 5)· Wenn nun die Spannung ν angelegt und dabei fortschreitend erhöht wird, wird die Spannung v.. fortschreitend niedriger, wobei sich ihre Form fortschreitend verändert, wie die Kurven X und Z der Fig. 5 zeigen. Angesichts dieser Veränderung der Form der Spannung ν^ können verschiedene Verstärkungsfaktoren der Schaltung bestimmt werden, je nachdem, ob auf den Spitzenwert, den Mittelwert oder den effektiven Wert derSpannung v- Bezug genommen wird·
Sie folgenden Ausführungen beziehen sich auf den Spitzenwert, der für das Funktionieren von elektronischen Stromkreisen mit einer oder mehreren örundsehaltungen wichtiger ist·
Tür α·η Stroaeättigungazustand des Transistor» T^ ist dl«e»r Spitzenwert -
-6- U62997
1S
= A.to-__.to
Λ =
dt *o
1S ~ K'*Ve
worin V die Schwellenspannung de3 transistors T1 und K'. eine
CU I
von dessen Geometrie abhängige Konstante ist»
V^ *= 0 zu erhalten, ist es notwendig
zu haben, was der Pail ist» wenn die S teuer spannung vQ wenigstens
ve
Bei einer geeigneten Wahl der Werte A, G1 und K1 kann erreicht werden, dass dieser Wert von ve viel niedriger ala der der Spannung ν ist·
soll nun die gesamte Schaltung in Betracht gezogen werden, d»n. alt dem Traneistor T2* und zwar in dem VbII9 in du tin atrichelt dargestellter Kondensator C1, dessen KapesitÄt viel
8AD ORlQINAIr
geringer als die dea Kondensators O^ ist, an den Ausgang 7 der Üchaltung angeschlossen ist*
Angenommen, dass die Spannung ν Null und der Kondensator O9 entladen ist· Ein Impuls der Spannung vQ hat dann einerseits eine Spannung v- von praktisch demselben Wert wie vQ und andererseits eine Bteuerspannung des Transistors Tp zwischen seiner Steuerelektrode 9 und der seine Kathode bildenden Elektrode zur Folge, üieser Transistor T2 wird somit leitend gemacht j, was das Aufladen des Kondensators C0 auf die Ausgongaspannung vB zur Folge hat, deren Höchstwert der Differenz zwischen V und V (Schwellenspannung des Transistors To) entspricht· Wenn dieser Höchstwert von V_ erreicht ist, wird der Transistor T0 gesperrt, weil seine Steuerspannurig dann mit seiner Schwellenspannung gleich ist β Die Abnahme der ijpunnung ν bewirkt noch eine jVbnnhrae üieser ot euer spannung des Transistors T^ in der Weise, dess er gesperrt bleibt und somit keine 'jititladung des Kondensators Op erfolgen kanne
Wenn jetzt eine Eingangsspannung, ν mit einem grö3seren Wert als
—, angelegt wird, v/ird der Transistor T1 leitend, so dass
der nächste Imi^uls von ν das jirscheinen dor St euer spannung dei) Transistors Tp be\/irkt, und par diesmal zwischen seiner Steuerelektrode 9 und der Elektrode 'J9 die ,Jetzt seine Kathode, bildet· Dor Transistor T0 wird somit leitend, was die i&rtladung des Kondensctors (J^ durch seine beiden Transistoren T? und T1 zur VoIge hat·
8 O9F^1 2/0 9
JIe ersichtlich, kann die oben beschriebene Grundscftaltung ,_ ■.; als gesteuerter gleichrichter verwendet werden, wenn es eichbei der Quelle O1 um eine "./echselspanniuigs- oder Zweiriehtungsimpulsquelle handelt«,
Fig» 6 zeigt einen bistabilen Stromkreis, der pub zwei 3pan~ nungeverstF.rkergriindücheltungen gemäss der Erfindung gebildet wird, nämlich «-.ms T1, O1, T0 und T! 1, ü1 .,, ΐ*2» die ^eide von der Quelle O1 gespeist werden und so geschaltet sind, dr-ss der j&ngang und der Ausgang der einen an dem Ausgang und dem Eingang der anderen liegen» Ausserdem weist jede der beiden schaltungen einen dritten Transistor T-z bzw«, T1^ auf, der jeweils mit dem ersten Transistor T1 bzw» T'., parallelgeschaltet ist, wobei die Steuerelektrode des dritten Transittors dazu bestimmt ist, an eine Steuersparmung ν bzw. v1 gelegt zu werden» Die Kondensatoren ΰ und C1 bestehen im wesentlichen aus der jiin— gangskppaziti'.t der Srcnsistoren T^ und T1O
Auf Grund der oben im Hinblick auf die Arbeitsweise der G-rundschaltung gegebenen Erläuterungen ist auch die Arbeitsweise dieser bistabilen Sch?Itung verständliche Je nachdem, ob die Steuerspannung ν oder v1 angelegt wird, nimmt die Schaltung entweder den einen oder den anderen ihrer stabilen Zustände ein*.
Fig· 7 zeigt eine Variante der oben be,c5chriebenen bistabilen Schaltungβ V/ie ersichtlich, besteht der Unterschied darin, dass
809812/0900
sie aus einer Grund schaltung gemriss der Erfindung, nämlich der Schaltung !?«., G.., T„ und aus einer von einem i'ransistor und einem Kondensator gebildeten Grundschsltung, d«ho der schaltung T1.., G1-, noch dem Hauptpatent besteht» ,/ie im vorhergehenden Fall, v/eist jede der beiden schaltungen einen mit dem Eingangstransistor parallelgeschalteten weiteren Transistor T, bzw„
T», auf·
Diese Schaltung arbeitet v/ie die Schaltung nach l'ig« 6, mit dem Unterschied, dass sie einen bevorzugten stabilen Zustand hat, d»he einen stabilen Zustand, den aic stets unter der Wirkung von ν einnimmt, wenn die beiden Kondensatoren C und e P
G1 entladen sind« Sie kann in vorteilhafter './eise als Speicher in einem l^requenzteiler verwendet werden, vie weiter unten noch erläutert wird·
Fig· 8 zeigt das Schaltbild einer !!"requenzteilerstufe, die mittels einer Spannungaverstärkerschaltung T2, G2, T^ gemäss der Erfindung und zwei jeweils aua einem.transistor und einem Kondensator bestehenden Grundschaltungen T1, G1 bzw. T^, G* verwirklicht wurde·
Der Eingang und der Ausgang der Schaltung T2» Ö2» ^3 an den Ausgang der Schaltung SD-, 0- bzw· an den Eingang der Schaltung T., C* geschaltet, deren Ausgang an den Eingang der Schaltung T1, G* geschaltet ist» Sie drei Stromkreise werden
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von der Quelle o.. gespeist, die eine periodische Spannung ν .in Form von trapezförmigen Impulsen lieferte Diese üpannung bildet gleichzeitig die eingangs3pannung v e» deren i>lreC1Ue zu teilen is to Diese üch-v.ltung .arbeitet wie folgt:
Angenommen, der aus eier Eingangskepazität des Transistors 1\ bestehende Kondensator ΰ ist aufgeladen, so das3 der Transistor T, einen Strom leiten kann, während der Transistor I1- gesperrt ist»
Ein von der Quelle Li-. gelieferter' Spannuugsimpula ν bewirkt infolgedessen das Era ehe inen dieser Spannung ν an dem Punkt I, was wiederum bewirkt, dass der Transistor Tp leitend, wird und der Kondensator G sich durch die Transistoren Tp und T^ entlädt· Da die Steilheit des Transiators Tp gegenüber der des Transistors T. gering ist, erfolgt die Entladung des Kondensators in einer längeren Zeitspanne als t (siehe i'ig. 4)» so dass keine Spannung an dem Punkt IV und somit keine Spannung va am Ausgang 17 des Frequenzteilers vor dem nächsten Spannungsimpuls ν erscheint* Letztere bewirkt, dass der Transistor T-leitend wird, der Transistor Tp blockiert vird, die Spannung an dem Punkt II erscheint und der Kondensator C wiederaufgeladen v/ird» Da die uteilheit des Transistors T^ geringer als die des Transistors T. ist, erfolgt das ,/iederaufladen in einer längeren Zeitspanne als t (Fig· 4), so dass ein Impuls
der Spannung va an dem Ausgang 17 erscheinen kann» 9
0 900
6ADOfWlAL
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Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass für zwei Impulse der Spannung vQ am Eingang 21 nur ein Impuls der Spannung ν am Ausgang 17 kommt» Ihre Frequenz wird also durch zwei geteilt, :. .
Die Fig. 9a bis 9e zeigen die Spannungen vQ, Vj, vw und
In dem Frequenzteiler sind die Eingangsspannung (Steuerapannuiig) ν , deren frequenz zu teilen ist, und die Speisespannung ν identisch· Wenn zwar bei einer mittleren oder hohen Frequenz keine Gefahr besteht, d^as der den Speicher der schaltung bildende Kondensator 0 vorzeitig durch Sperrströme der Übergangszonen entladen wird, ao ist dies aber nicht so, wenn es sich um eine sehr niedrige Frequenz handelt* Im letzteren Pail ist es notwendig, eine Speisespannung mit einer höheren Frequenz als der der Steuerspannung zu haben, so dass der Kondensator 0 während einer Periode der Steuerspannung durch die Speisespannung wiederaufgeladen werden kann»
Pig·'-10 zeigt das Schaltbild einer Frequenzteilerstufe für sehr niedrige Frequenzen· Wie ersichtlich ist, v/eist dieser Stroutkreis die'in Fig. 7 dargestellte bistabile Schaltung auf, die von zv/ei Grundschältuhgen gebildet wird, von denen die ersteh gemaas der Erfindung, zwei Transistoren I,, Tc und einen Kondensator G^ und flie ;zweite einen ^Transistor T~ U11(J einen Konden-
sator Or aufweist» Die beiden Stromkreise werden von einer ο
Quelle S1 mit ein und derselben Spannung vQ gespeist* Der Ausgang des ersten Stromkreises T,, C,, Tc ist einerseits an den Eingang des zweiten Stromkreises Tg, Cg und andererseits durch einen Transistor Tp an Masse gelegto Die Steuerelektrode des Transistors T2 ist an den Ausgang einer dritten einschaltung angeschlossen, die einen Transistor T.. und einen Kondensator G- aufweist und von einer Quelle S2 gespeist wird, die die Eingangsspannung (Steuerspannung) ν liefert» Die Steuerelektrode des Transistors T1 liegt über einen Transistor T«, dessen Steuerelektrode an die Quelle S1 angeschlossen ist, an dem Ausgang der zweiten Grundschaltung Tg, Cg» Der Ausgang dieses Stromkreises Tg, Og liegt ferner einerseits am Eingang des Stromkreises T^5, G~, T,- und andererseits über einen Transistor T., dessen Steuerelektrode an die Quelle S2 angeschlossen ist, an Masse» Im vorliegenden Pail ist die Frequenz der Spannung ν doppelt so hoch wie die Frequenz der Spannung ν ·
Diese Frequenzteilerschaltung arbeitet wie folgt:
Angenommen, dass der Kondensator C entladen und der Transistor Tg infolgedessen gesperrt ist* Dann bewirkt ein von der Quelle S1 gelieferter Spannungsimpuls vQ, dass die Steuerspannung des Tranaiatora T, schneller erhöht wird als die des Transistors. Tg· Da,der Transistor T, somit leitend wird, bleibt der Kondensator CL entladen und der Transistor Tg gesperrt, so dase die
2/Ό900 eAD°R1Q1NAU
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Spannung vQ an dem Punkt IY und die Spannung vg infolgedessen an dem Ausgang 18 des Frequenzteilers erscheint« Auch erfolgt eine Aufladung des Kondensators G* durch den Transistor T7, so dass der Transistor T- in den leitenden Zustand versetzt wird« Beim nächsten Impuls der Spannung vQ, der gleichzeitig mit einem Impuls der Spannung ν gegeben wird, erscheint an dem Punkt I keine Spannung, weil der Transistor T-j leitend ist» Dagegen wird der Tranaistor T, leitend gemacht, was die Sperrung des Transistors T, zur Folge hat« Da der Transistor T2 ebenfalls gesperrt ist, erscheint die Spannung vQ an dem Punkt II, so dass der Kondensator G durch den Transistor T^ aufgeladen, der Transistor Tg leitend, der Kondensator 0f durch die Transistoren T7 und T. entladen und der Transistor T- gesperrt wirde Die Schaltung verharrt trotz der ^eckströme in diesem Zustand, weil der Kondensator G durch den nächsten Impuls der Spannung v_ wiederaufgeladen wird* Beim nächsten Impuls der Spannung ν erscheint diese an dem Punkt I, weil der Transistor T- gesperrt ist* Dadurch werden die Transistoren T2 und T- leitend, so dass an den Punkten II und IY und somit an dem Ausgang 18 des Stromkreises keine Spannung erscheint. Beim nächsten Impuls der Spannung vQ allein wird die Schaltung in ihren Ausgangszustand gebracht. Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass auf zwei Impulse der Spannung v_ am Eingang 23 nur ein einziger Impuls der Spannung v_ am Ausgang 18 der Prequenzteilerstufe kommt»
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Die Fig« 11a bis 11f zeigen die Spannungen ν , ν , und YjY
Die beiden oben beschriebenen und in Fig» 8 und 10 dargestellten Frequenzteilerstufen haben jeweils den Teilungsfaktor' zwei ο Wenn sehr hohe Frequenzen zu teilen sind, ist es oft von Vorteil, über Frequenzteilerstufen mit einem grösseren Teilungsfaktor verfügen zu können«
Fig» 12 zeigt das Schaltbild einer Frequenzteilerstufe, mit der ein grösserer Teilungsfaktor erzielt werden kann« Diese Stufe besteht aus einer Grundachaltung T-,, C,, Tp gemliss der Erfindung und aus einer G-rund schaltung T^, G^» Der Ausgang des ersten Stromkreises T-, G-, Tp ist gleichzeitig an den Eingang eines Transistors T,, der den Eingang des zweiten Stromkreises T^, C, an Masse legt» und über einen Kondensator C, an den Eingang dieses zweiten Stromkreises geschaltete Der Ausgang des zweiten Stromkreises 2·?, 0, ist an den Eingang des ersten Τ-, C-, Tp geschaltet» Ein mit dem Eingang des zweiten Stromkreises Ϊ,, G, parallelgeschalteter Kondensator Op ist an eine Stromquelle S, angeschlossen, die beispielsweise aus einer mit einem grossen Ohmachen 'Yiderstand in Reihe liegenden Batterie bestehen kann» Die beiden Grundschaltungen werden von einer Quelle Sx mit sinusförmiger Spannung gespeist»
Der-oben beschriebene Frequenzteiler arbeitet v/ie folgt:
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~ 15 ~
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Es soll von dem Moment ausgegangen werden, in dem sich der Kondensator Gp entlädto Da der Transistor T, gesperrt ist, erscheint die Spannung vQ der Quelle S, an dem Punkt II, so dass der Transistor T^ leitend wird» Somit erscheint an dem Punkt IY und infolgedessen auch an dem Ausgang 19 des Frequenzteilerkreises keine Spannung« Der Kondensator C2 wird jetzt von der Quelle S, aufgeladene Sobald die Spannung des Kondensators Gp einen die Schwellenspannung des Transistors T, übersteigenden Wert erreicht, wird die Spannung an dem Punkt II durch den Strom des Transistors T~ verminderte Dies hat zur
I J
Folge, dass die Spannung an dem Punkt IV erscheint und somit die Spannung an dem Punkt I^urch den Kondensator G, erhöht wird, was dazu beiträgt, den Kondensator C2 auf eine höhere Spannung aufzuladen© Dadurch wird der Transistor T, vollständig leitend und der Transistor T^ gesperrt* Die an dem Punkt IT erscheinende Spannung ν lädt den Kondensator C durch den Transistor T2 auf, was zur Folge hat, dass der Transistor Ti mit einer bestimmten Verzögerung leitend wird und der Kondensator Gp sich entlädt, deh« die Schaltung wird wieder in den Zustand versetzt, von dem die Beschreibung ihrer Arbeitsweise ausging.
Die Fig» 13a bis 13e zeigen die Spannungen ν , Y^, v-r-r und Vjy für den Fall eines Teilungsfaktors 4»
Figo 14 zeigt das Schaltbild eines Frequenzteilerkreisesp der
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eine bestimmte Anzahl von Stufen der drei oben beschriebenen und in Fig» S, 10 und 12 dargestellten Ausführungen aufweist.» Diese Schaltung ist dazu bestimmt, eine hohe Frequenz in eine sehr niedrige Frequenz zu teilen» Die Anzahl der Stufen hängt offensichtlich von dem Verhältnis der beiden Frequenzen ab»
Die erste Stufe A des Frequenzteilers ist von dem in Fig» 12 dargestellten Typo Sie ist einerseits über einen Widerstand R an eine Gleichstromquelle IJ7 und andererseits an eine Quelle S. sinusförmiger Spannung, deren Frequenz zu teilen ist, angeschlossen© Diese erste Stufe Λ ist on die folgende Stufe B, die von dem in Figo 8 dargestellten Typ ist, über einen üntkopplungskreis angeschlossen, der von der Quelle S~ gespeist wird und zwei in lieihe liegende Transistoren T-., und T-ρ aufweist? die durch die Spannung des Ausgangs 19 bzw« durch die des Punktes II der Stufe Λ (siehe ^1Ig- 12), dohe durch phasenverschobene Impulse, gesteuert v/erden» Der Verbindungspunkt der Transistoren T--, und T-p ist an den Eingang der Stufe B angeschlossen» Der Ausgang 17 der Stufe B ist über einen Sntkopplüngskreis, bestehend aus den Transistoren T11 und T-o, dem eine Spannungsverstärker-Grundschaltung vorgeschaltet ist, die von einem Transistor T-]* und einem Kondensator C^ gebildet wird, an die folgende Stufe B^ vom gleichen Typ geschaltete Die Gesamtheit dieser beiden Stromkreise bildet somit eine Variante des Entkopplungskreises, der effektiv eine Spannungs- und Leistungsverstärker schaltung nach der Hauptanmeldung ist» Der Stufe B-
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folgt eine bestimmte Anzahl von Stufen gleichen Typs, die untereinander durch diesen zweiten Entkopplungskreis verbunden sind, bis zu der Stufe Bn, deren Ausgang über einen Entkopplungskreis T11, T12 an den Eingang einer Stufe 0 von dem in Fig» 10 dargestellten Typ geschaltet iste Der Stufe 0 folgt eine Anzahl von Stufen gleichen Typs, bis zur Stufe C , deren Ausgang über den Entkopplungskreis an den Ausgang 20 des Frequenzteilers geschaltet iste
Unter Berücksichtigung der oben gegebenen Erläuterungen mit Bezug auf die Arbeitsweise der Spannungsverstärker-Gi-rundschaltung und jeder der drei verschiedenen Frequensteilerstufen ist die Arbeitsweise des von diesen gebildeten, vorstehend beschriebenen Frequenzteilers verständliche Es ist noch zu erwähnen, dass der von den Transistoren T11 und T12 gebildete jintkopulungskreis neben seiner Aufgabe, die Ein^angskapazität einer Stufe von dem Ausgang der vorhergehenden Stufe zu entkoppeln, such noch die Aufgabe der periodischen Spannungsquelle erfüllt, indem er die ihn speisende Gleichspannung in diese periodische Spannung umformt»
Ferner ist noch darauf hinzuweisen, dass die Speisung der Grundsohaltungen T^,, C-i-z» die in den Entkopplungskreisen der Stufen B vorgesehen sind» unmittelbar durch die Quelle S, erfolgen kann·
E3 ist offensichtlich, dass ein mehrstufiger Frequenzteiler
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von einem einzigen Stufentyp oder auch von zwei oder drei • Stufentypen, wie der beispielsweise beschriebene frequenzteiler, gebildet v/erden kann*
Die !'ig» 15a bis 15f zeigen die Spannungen V2^j VTT' viq' vb' V17 und v19e
Der beschriebene !Frequenzteiler verbraucht nur während der sehr kurzen Zoitspc.nnen Strom, in denen die Kondensatoren-sehr geringer Kapazität dieser verschiedenen utufen aufgeladen werden, i/enn also die Stufen B des Frequenzteilers alle die gleichen Abmessungen heben, nii.iiut die von jeder dieser Stufen durchschnittlich verbrauchte Leistung linear mit der Frequenz seiner Speisespannung ab» Die von dem frequenzteiler verbrauchte Durchschnittsleistung ist infolgedessen aus;; erst gering»
Da die Integration eines mehrstufigen Frequenzteilers gemäss der Erfindung einerseits leicht ist und er andererseits sehr wenig Energie verbraucht, kann er in vorteilhafter V/eise in elektronischen Vorrichtungen verwendet werden, die darartige Charakteristiken erfordern, wie beispielsv/eise in kleinen elektronisch gesteuerten Uhren (Armbanduhren) <T
Obwohl elektronische Uhren, insbesondere Uhren mit einem Quarz— oszillator als Hegelorgan (Zeitregulierung) und einer elektruaaischen Schaltung, die dazu bestimmt ist, die Prequenz des
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Oszillators auf einen './ert zu teilen, der notwendig ist, um eine Zeitanzeigevorrichtung zu steuern, seit langem bekannt sind, ist bekanntlich bis jetzt noch keine kleine elektronische Uhr verwirklicht worden« Dies liegt an den Schwierigkeiten, die der Healisierung eines Frequenzteilers mit sehr geringem Leistungsverbrauch, der auch wirtschaftlieh in der Herstellung ist, entgegenstehen» Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung beseitigt«
Ein anderer Vorteil des !Frequenzteilers gemäss der Erfindung, und zwar ein Vorteil, der insbesondere auf der Stufe vom Typ A beruht, lässt den Frequenzteiler für eine Verwendung in einer kleinen elektronischen Uhr ganz besonders geeignet erscheinen* In der Tat, wie aus der Beschreibung der Arbeitsweise dieaer Stufe hervorgeht, erfolgt das Aufladen und Entladen dea Kondensators Op mit der Periodizität der sinusförmigen Spannung, während sich der Kondensator O^ auflädto In dem Moment, in dem der Transistor T-z leitend wird, wird der Kondensator C, während einer Periode der Spannung ν aufgeladen und entladen, während,, der Kondensator C. praktisch keine Ladung erhalt*
Wenn der Vert der Kapazität der Kondensatoren C, und CL der gleiche ist, bleibt die kapazitive Belastung für die Quelle S, praktisch konstant» Diese Tatsache ist sehr wichtig für den Fall, daas die periodische Spannungsquelle ein Hochfrequenzoszilletor, wie beispielsweise ein Quarzoszillator, isto 0. . '
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Diese Ladungskapazität, die der eine oder andere der Kondensatoren G1 oder G_ darstellt, kann in einem der Eigenfrequenz des Quarzes angepassten Stromkreis enthalten sein, was die Widergewinnung der potentiellen Energie der Ladung dieser Kondensatoren ermöglicht»
Eine elektronische Uhr, die im wesentlichen eine elektronische Vorrichtung gemäss der Erfindung darstellt, weist als Quelle S^ eine kleine elektrische Batterie und als Quelle S, einen Quarzoszillator auf, der eine sinusförmige Spannung liefert, die beispielsweise eine frequenz in der Grrössenordnung von 10 Hz hate Der in Fig« 14 dargestellte Frequenzteiler wird dann so ausgebildet, dass die Spannung an seinem Ausgang 20 eine !frequenz" von 1 Hz hat, um eine Zeitanzeigevorrichtung steuern zu können·
Patentansprüche:
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Claims (1)

PA TBN TA N WAL TE . CXAcnardf y^/7lüuer-\*&ÖTJter> ι Λ β 9 9 9 7 ng. \5TanS-\^uinricn ^/rey PATENTANWALT DIPLOMS. RICHARD MOLt-ER-BOBNEn PATENTANWALT DIPL.-INS. HANS-HEtNRICH WEV BERt-IN-DAHLEM - POOBIELSKIALLEe 68 MÖNCHEN 22 ■ WIDENMAYERSTRASSE AB TELEFON: 7SKO7 - TELEeRAMMEI PROPINDUS TELEFON ! 22 SS BS · TELEGRAMME: PROPINDUS 374 > BerJLiru, djsji 6„ April 1966 SOGIBTE SUISSE POUR L«INDUSTRIE HORLOGERE S.A., GeneSre (Schweiz) Patentanaprüche t
1. Elektronische Vorrichtung mit wenigstens einem aus Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode und vom gleichen Leitungstyp und aus Kondensatoren gebildeten integrierten elektronischen Stromkreis, wobei die Transistoren und die Kondensatoren auf derselben Seite eines monokristallinen Halbleiterkörpers angeordnet und so untereinander verbunden sind, dass sie einen bestimmten elektronischen Stromkreis bilden, der aus wenigstens einer Spannungsverstäacker-Grundsohaltung besteht, die von einem Transistor und einem Kondensator gebildet wird, welche in Reihe geschaltet und dazu bestimmt sind, an eine periodische Speiseapannungsquelle angeschlossen zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundsohaltung einen zweiten Transistor (Tp) umfasst, dessen eine Elektrode (6) an den Verbindungepunkt (i) des ersten Transistors (t-t) und dee Kondensators (C1) angeschlossen ist und dessen Steuerelektrode (9) dazu bestimmt ist» an die periodische Speisespannungsquelle (S-angeschlossen zu werden, während die andere Elektrode (6)
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des zweiten Transistors (T2) den Ausgang (7) der Grundschaltung bildete
2» Vorrichtung nach Anspruch 1, in der der integrierte Stromkreis ein bistabiler Kreis ist, dadurch gekennzeichnet, dasa letzterer aus zwei der Grundschaltungen (T1, C1, T2; T1 1JO-I1I Tp') 2^ 3eweils zwei Transistoren (T1, T2; Tp', T1 1) besteht, wobei der Ausgang und der Eingang der einen dieaer Grundschaltungen an den Eingang bzv/„ Ausgang der anderen geschaltet und die beiden Stromkreise an ein und dieselbe periodische Speisespannungsquelle (S-) angeschlossen sind»
3» Vorrichtung nach Anspruch 1, in der der integrierte Stromkreis ein bistabiler Stromkreis ist, dadurch gekennzeichnet, dass letzterer von der Grundschaltung (T1, G1, T2) mit zwei Transistoren und von einer Grundschaltung (T1 1, G1 1) mit einem Transistor gebildet wird, wobei der Ausgang und der Eingang der einen dieser Schaltungen an den Eingang und den Ausgang der anderen geschaltet und die beiden Schaltungen an ein und dieselbe periodische Speiaeapannungsquelle (S1) angeschlossen sind»
4» Vorrichtung nach Anspruch 1, in der der integrierte Stromkreis eine i'requenzteileratufe für mittlere Frequenzen ist? "dadurch gekennzeichnet, dass diese Stufe von der Grundschal-
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tung (Tp, up, T~) mit zwei Tranaistoren gebildet wird, deren Eingang und Auagang an den Ausgang einer ersten bzw. den Eingang einer zweiten Gründachaltung (T1, O1; T^ G^) mit einem Transistor geschaltet sind, wobei der Ausgang der zweiten Grundschaltung an den Eingang der ersten Grundschaltung geschaltet ist und die drei Stromkreise an ein und dieselbe periodische Spannungaapeisequelle (S-) angeschlossen sindo
5« Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Speisespannung der Frequenz der Steuerapannung der Grundschaltungen gleich iste
6* Vorrichtung naoh Anspruch 1, in der der integrierte Stromkreis eine Frequenzteilerstufe für niedrige Frequenzen ist» dadurch gekennzeichnet, dass diese Stufe einen bistabilen Stromkreis aufweist, der von der Grund schaltung (T,, T1-, C*) mit zv/ei Transistoren und von einer Grundschaltung (T^* 0/) mit einem Transistor gebildet wird, wobei der Ausgang und der Eingang der einen dieser Schaltungen an den Eingang bzw* Ausgang der anderen geschaltet ist und beide Schaltungen an ein und dieselbe periodische Spedsespannungaquelle (S1) angeschlossen sind, und wobei der Ausgang der ersten (T,, 0*, T1-) dieser Schaltungen andererseits über einen Transietor (Tp) an Masse gelegt ist, dessen Steuerelektrode an den Ausgang einer von der Steuerspannungsquelle gespeisten Grund-
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schaltung (T1, C1, Sp) mi ^ einem Transistor angeschlossen ist, deren Eingang über einen Transistor, dessen Steuerelektrode an die Speisespannungsquelle angeschlossen ist, an den Ausgang der zweiten Grundschaltung (Tg, Cg) des bistabilen Kreises geschaltet ist, während der Ausgang dieser zweiten Grundschaltung (Tg, Cg) über einen Transistor (T.), dessen Steuerelektrode an die Steuerspannungsquelle (S2) angeschlossen ist, an Masse gelegt ist*
7e Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Speisespannung doppelt so hoch wie die der Steuerspannung ist·
8· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis I9 dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Speisespannungsquelle eine Quelle trapezförmiger Einwegimpulse ist·
9· Vorrichtung nach Anspruch 1, in der der integrierte Stromkreis eine Frequenzteilerstufe für hohe Frequenzen ist> dadurch gekennzeichnet, dass diese Stufe die Grundschaltung (T1, C1, Tg) mit zwei Transistoren aufweist, deren Ausgang einerseits über einen Kondensator (G.) an den Eingang einer Grundschaltung (T,, G~) mit einem Translator und andererseits an die Steuerelektrode eines Transistors (T4) geschaltet iat* der den Eingang der zweiten Grundschaltung (T,, C3) an Masse legt .und deyfeelbst, zusammen mit einem parallelgeschalteten
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Kondensator (Gp), an eine Gleichspannungsquelle (S^) angeschlossen ist, wobei der Ausgang der zweiten Grundschaltung an den Eingang der ersten geschaltet ist und beide Grund-0chaltungen an eine Quelle sinusförmiger Speisespannung (S*) angeschlossen sind»
1Q· Vorrichtung nach Anspruch 1, in der der integrierte Stromkreis ein mehrstufiger Frequenzteiler ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (A, B, B1-11, G, 01-n) von wenigstens zwei der in Anspruch 4, 6 und 9 definierten drei Typen und dazu bestimmt sind, mittlere bzw» niedrige und hohe Frequenzen zu teilen, wobei der Ausgang einer Stufe über einen Entkopplungskreis (T-J1* T12) an den Eingang der folgenden Stufe geschaltet ist«
11· Vorrichtung naoh Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungskreis von zwei Transistoren (T1-], T12) gebildet wird, die in Heihe an einer Gleichspannungsquelle (S,) liegen, wobei ihre Steuerelektroden an den Ausgang einer Stufe und ihr Verbindungapunkt (b) an den Eingang (21) der folgenden Stufe gesohaltet sind bws· ist»
12· Vorrichtung naoh Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungskreis von einer Spannungs- und Leistungsverstärkerschaltung (T13» C1*) gebildet wird, die einen ersten.' Transistor und einen Kondensator aufweist, welche, in Reihe liegend, an eine periodische Speisespannungsquelle (Sj)
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angeschlossen sind, wobei die Steuerelektrode des Tranaistors einerseits an den Ausgang (17) einer Stufe und andererseits an die Steuerelektrode eines zweiten Transistors (T12) geschaltet ist, der seinerseits mit einem dritten Transistor (T11) in Reihe geschaltet ist, dessen Steuerelektrode an den Verbindungspunkt des Kondensators (O1^) und des ersten Transistors (T^-) angeschlossen ist, während der Yerbinduugspunkt (d) dea zweiten (T-J2) und des dritten Transistors (T-]-]) an den Eingang (21) der folgenden Stufe angeschlossen ist, und wobei die beiden letzteren Transistoren an eine G-leichspannungsspeisecjuelle (S^) angeschlossen sind»
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