DE1541954C3

DE1541954C3 - Kondensatorüberladevorrichtung für ein Schieberegister

Info

Publication number: DE1541954C3
Application number: DE1541954A
Authority: DE
Inventors: Frederik Leonard Johan Eindhoven Sangster
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1966-10-25
Filing date: 1967-10-12
Publication date: 1981-07-09
Also published as: NL6615058A; AT274433B; DE1541954B2; ES346339A1; DE1541954A1; SE343706B; DK130130C; NL163392B; FR1557707A; NL163392C; DK130130B; BE705579A; US3546490A; NL6615057A; NL6711463A; GB1175600A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kondensatorüberladevorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derart aufgebautes Schieberegister ist aus der GB-PS 7 60 919 bekannt. Dabei erhalten die Basen aller Transistoren gemeinsam ein Taktsignal, und die Kondensatoren erhalten alle gemeinsam an dem von der Kollektorelektrode abgekehrten Anschluß ein anderes Schiebesignal. Diese bekannte Anordnung verwendet eine Vielzahl von Dioden in jeder Stufe und ist für die Verarbeitung rein binärer Signale vorgesehen. Eine originalgetreue Übertragung verschieden großer Signale durch das Schieberegister ist dabei nicht beschrieben.

In der Zeitschrift »IEEE Transactions on Military Electronics«, Vol. Mil-9, Nr. 3/4, Juli-Oktober 1965, ist auf S. 250 in F i g. 6 ein Schieberegister angegeben, das aus einer Anzahl Transistoren besteht, bei denen jeweils an die Basis ein Kondensator angeschlossen ist. Zwischen dem Emitter eines Transistors und der Basis des folgenden Transistors ist jeweils ein Schalter angeschlossen, und die Schalter aufeinanderfolgender Stufen werden zueinander abwechselnd geschlossen. Bei jedem Signaltransport von einer Stufe zur nächsten geht infolge der Basis-Emitter-Schwellspannung der Transistoren ein Teil der Signalspannung verloren. Mit dieser bekannten Anordnung ist ein originalgetreuer Signaltransport somit nicht möglich.

In der US-PS 32 30 388 ist ein Schieberegister für digitale Daten beschrieben, bei dem jede Stufe einen Transistor und einen Kondensator enthält, der den Kollektor des Transistors mit der Basis des Transistors

so der folgenden Stufe verbindet. Die Basen der Transistoren aufeinanderfolgender Stufen werden über je einen Widerstand durch unterschiedliche Schaltspannungen angesteuert. Dabei arbeiten der Kondensator und der Widerstand an der Basis als Differenzierglied. Eine orginalgetreue Übertragung verschiedener Signalwerte ist dabei nicht angegeben.

In der DE-PS 10 73 544 ist eine Transistor-Torschaltung aus einer Anzahl Stufen beschrieben, die je einen Kondensator und einen Transistor enthalten, dessen Kollektor-Emitter-Strecke den Kondensator mit dem Kondensator der folgenden Stufe verbindet, wobei der Kondensator den Kollektor und die Basis des Transistors der zugehörigen Stufe verbindet. Diese bekannte Torschaltung soll abhängig von den gleichzeitig an den Basen der Transistoren anstehenden Steuersignalen einen Impuls in möglichst kurzer Zeit vom Eingang der Reihenschaltung der Transistoren zum Ausgang durchschalten. Ein Betrieb dieser Torschaltung

als Schieberegister ist nicht angegeben.

Aus der GB-PS 10 41 501 ist ein weiteres Schieberegister bekannt, das einen integrierten Schaltkreis mit einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Transistorstufen enthält. Die Stufen weisen je einen Transistor auf, der als Emitterfolger geschaltet ist, und die Signale werden in Form von Minoritätsladungsträgern in zwischen den Emitterfolgern liegenden Transistorstrukturen gespeichert, wobei die mit dem Basis-Kollektorpn-Übergang übereinstimmenden Übergänge dieser Transistorstrukturen als in Vorwärts-Richtung betriebene Speicherdioden und die mit dem Emitter-Basis-pn-Übergang übereinstimmenden Übergänge als rasch koppelnde Dioden betrieben werden. Die Basis jeder dieser Transistorstrukturen ist fest mit dem Emitter des vorangehenden Emitterfolgers und der Emitter jeder dieser Transistorstrukturen ist fest mit der Basis des folgenden Emitterfolgers verbunden. Die Kollektoren der Transistorstrukturen sind abwechselnd mit unterschiedlichen Leitungen verbunden, die zueinander komplementäre Schaltsignale führen. Auch bei diesem bekannten Schieberegister tritt wegen der Basis-Emitter-Schwellspannung der Transistoren bei der Signalübertragung von einer Stufe auf die folgende ein Verlust auf.

In dem älteren deutschen Patent 15 49 050 ist ein mehrstufiges Analog-Schieberegister geschützt, bei dem jede Stufe einen Kondensator enthält und die Kondensatoren aufeinanderfolgender Stufen durch eine Diode und die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors verbunden sind und die Basen aller Transistoren miteinander verbunden sind. Ferner erhält ein Anschluß der Kondensatoren trapezförmige Impulse mit in aufeinanderfolgenden Stufen entgegengesetzter Polarität.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kondensatorüberladevorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die einfach und in leicht integrierbarer Form mit möglichst wenigen Elementen aufgebaut ist und bei der unterschiedliche Signale mit möglichst geringem Signalverlust über eine große Anzahl von Stufen mit hoher Schaltfrequenz transportiert werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Prinzipschaltung einer Stufe der Vorrichtung nach der Erfindung, bei der der Verlauf der Spannung der Schaltspannungsquelle 5Ί der Fig. 1 in Fig. 2 dargestellt ist.

Fig.3 eine Vorrichtung zum Verzögern elektrischer Signale nach der Erfindung, bei der der Spannungsverlauf in verschiedenen Punkten dieser Vorrichtung als Funktion der Zeit in F i g. 5 dargestellt ist.

F i g. 4 die Schaltung in den Einheiten der F i g. 6,8,12 und 17,

Fig.6 eine weitere Vorrichtung nach der Erfindung, bei der der Verlauf der Spannungen der Schaltspannungsquellen Si, 52 und S₃ der Fig.6 als Funktion der Zeit in F i g. 7 dargestellt ist,

Fi g. 8 eine weitere Vorrichtung nach der Erfindung, bei der der Verlauf der Spannungen der Schaltspannungsquellen Si, S₂ und Sj der Fig. 8 als Funktion der Zeit in F i g. 9 dargestellt ist.

F i g. 10 die Schaltung einer Einheit /7), die an die Stelle einer oder mehrerer Einheiten der F i g. 3,6,8,12 und 17 treten kann,

Fig. 11 die Schaltung einer Einheit n, die eine oder mehrere Einheiten der Fig. 3, 6, 8, 12 und 17 ersetzen kann,

Fig. 12 eine weitere Vorrichtung zur Verwendung der Schaltung nach der Erfindung, bei der der Verlauf der Spannungen der Schaltspannungsquellen Si bis Sb und Sk, Sl der F i g. 12 als Funktion der Zeit dargestellt ist.

Fig. 14 die Vorrichtung nach Fig. 12, bei der eine andere Ein- und Ausgangsschaltung verwendet wird,

Fig. 15 und 17 eine Filterschaltung zur Verwendung der Vorrichtung nach Fig.3 bei der der Verlauf der Spannungen der Schaltspannungsquellen Si, Sz, Sb und S) der Fig. 15 als Funktion der Zeit in Fig. 16 dargestellt ist,

Fig. 18 die Amplitude-Frequenzkurve eines Kammfilters,

Fig. 19 einen Zweipol, welcher parallel zu einem oder mehreren der Kondensatoren Q, bis C_n in der Schaltung nach der F i g. 3 angebracht werden kann.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltung ist T_n ein npn-Transistor. C_n-\ ein erster Kondensator und C_n ein zweiter Kondensator. Si ist eine Schaltspannungsquelle, die z. B. eine Spannung liefert, deren Wellenform in F i g. 2 dargestellt ist. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Spannung zwischen der Basiselektrode und Erde im Zeitintervall τι gleich £Volt und im Zeitintervall τ₂ gleich 0 Volt ist.

Zwischen dem Kondensator C_n und dem Kondensator C„_r liegt die Schaltspannungsquelle Si, und die Basiselektrode des Transistors T_n ist mit dem von der Kollektorelektrode abgekehrten Anschluß des Kondensators C_n verbunden. Im Zeitintervall ri ist die Spannung zwischen der Basiselektrode des Transistors und Erde gleich E Volt. Der Transistor wird stromleitend sein, solange die Spannung am Kondensator C_n-1 geringer als £ Volt ist und die Basis-Emitter-Schwellenspannung des Transistors T_n außer Betracht gelassen wird. Der Transistor wird von einem Strom durchflossen werden, der eine Zunahme der Spannung am Kondensator C_n-\ und eine Abnahme der Spannung am Kondensator C_n bewirkt. Sind beide Kondensatoren gleich groß und wird angenommen, daß der Kollektor-Emitter-Strom- ( verstärkungsfaktor gleich 1 ist, so wird die Spannungszunahme am Kondensator C„_i in derselben Zeitdauer gleich der Spannungsabnahme am Kondensator C_n sein. Die Ausgangsspannung am Kondensator C_n-1 wird gleich EVoIt sein, da beim Erreichen dieser Spannung die Basis-Emitter-Grenzschicht des Transistors T_n in den gesperrten Zustand gelangt. Die Ausgangsspannung am Kondensator C_n wird daher gleich (V_n-AV) Volt sein, wobei A V gleich der Spannungszunahme am Kondensator C_i und V_n die Spannung am Kondensator C_n am Anfang der Ladungsübertragung zwischen den beiden Kondensatoren ist. Wird die Spannung E Volt als Bezugspegel gewählt für die Information -AV, die im Kondensator C_n-\ vorhanden war, so ist die Information — A Kauf den Kondensator C_n übergegangen und gleichzeitig der Kondensator C_n-1 auf den Bezugspegel aufgeladen. Der Kondensator C,,_i ist demnach wieder in einen Zustand gebracht, um von einem vorhergehenden Speicherelement neue Informa-

t>5 tion zu empfangen.

Obenstehendes zeigt, daß dieselbe Ladung, welche aus dem Kondensator C_n- \ genommen wird, dem Kondensator C_n zugeführt wird. Diese Ladung fließt

durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T_n, und bei dieser Ladungsübertragung geht keine Ladung infolge der Basis-Emitterschwellspannung des Transistors T_n verloren. Hierdurch ist es möglich, viele Stufen hintereinander anzuordnen, ohne daß große Verluste auftreten.

Die in F i g. 3 dargestellte Vorrichtung zum Verzögern elektrischer Signale besitzt eine Kettenschaltung von (n +1) Stufen, die je einen Transistor enthalten und bei denen zwischen der Kollektorelektrode und der Basiselektrode je ein Kondensator angebracht ist. Eine solche Stufe wie auch die symbolische Wiedergabe einer solchen Stufe sind in F i g. 4 dargestellt. Deutlichkeitshalber wird darauf hingewiesen, daß die Buchstaben E, B und C der F i g. 1 mit den Buchstaben E, B und C der Fig.4 übereinstimmen. In der weiteren Beschreibung wird mit Eder Emittereingang, mit Cder Kollektorausgang und mit ßder Basiseingang der betrachteten Stufe bezeichnet. In Fig.3 ist der Kollektorausgang jeder Stufe mit dem Emittereingang der nachfolgenden Stufe galvanisch verbunden, mit Ausnahme der (7j+l)-ten Stufe, bei der der Kollektorausgang mit dem Basiseingang der erwähnten Stufe durchverbunden ist. Das

' Ausgangssignal der Kettenschaltung wird beim Kollektorausgang der Stufen entnommen. Der Emittereingang der Stufe 0 ist über die Reihenschaltung des Widerstandes Ro und der Quelle des Eingangssignals V, an Erde gelegt. Die Basiseingänge der gerade numerierten Stufen 0, 2, 4 usw. sind über die Schaltspannungsquelle 5Ί an Erde gelegt, während die Basiseingänge der ungerade numerierten Stufen 1, 3, 5 usw. unmittelbar an Erde gelegt sind.

Für ein besseres Verständnis der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig.3 sind die Spannungsformen in verschiedenen Punkten dieser Vorrichtung als Funktion der Zeit untereinander in Fig.5 dargestellt. Die Graphik 5a zeigt den Verlauf der von der Schaltspannungsquelle S] gelieferten Spannung. Es handelt sich um eine symmetrische Blockspannung mit +E Volt als Maximum und -E Volt als Minimum, während die Periodenzeit dieser Blockspannung gleich 7" Sekunden ist. Diese Periodenzeit muß mindestens um einen Faktor 2 kleiner sein als die Periodenzeit der maximal auftretenden Signalfrequenz im Eingangssignal V, nach

ι_.^; Fi g. 5b. Während der Zeitintervalle To, τ 2, ta und r_b hat der Punkt B\ in Fig. 3 ein Potential von -EVoIt gegenüber dem Punkt B₀. Der Transistor T₀ wird während der erwähnten Zeitintervalle nicht leitend sein, wenn die Eingangsspannung V,> — E Volt ist, und auch die gerade numerierten Transistoren T₂, 7i usw. werden nicht leitend sein, da die Spannungen an den ungerade numerierten Kondensatoren Ci, Cj usw. nie größer als + E Volt werden können. Die ungerade numerierten Transistoren werden in denselben Zeitintervallen leitend sein, solange die Spannungen an den gerade numerierten Kondensatoren kleiner als EVoIt sind. Die gerade numerierten Kondensatoren werden aufgeladen, bis deren Spannung gleich EVoIt geworden ist, und die Spannung an jedem ungerade numerierten Kondensator wird in gleichem Maße abnehmen, wie die Spannung am vorangehenden gerade numerierten Kondensator zunehmen wird. Dabei wird also vorausgesetzt, daß sämtliche Kondensatoren gleich groß sind und der Köllektor-Emitter-Strom verstärkungsfaktor jedes Transistors gleich 1 ist.

Während der Zeit, in der der Punkt B\ eine Spannung von + E Volt gegenüber dem Punkt Bq aufweist, wird Information über die Größe des Eingangssignals V, auf den Kondensator C₀ weitergegeben, also in Fig.5a während der Zeitintervalle τ\. Ti, Ts und τη.

Die Größe des Eingangssignals während dieser Zeitintervalle ist gleich - E, O, +E bzw. 0 Volt. Der Transistor T₀ wird während dieser Zeitintervalle von einem Strom gleich (E- Vi)Z(Ro.+ r) [A] durchflossen, der die am Kondensator Co vorhandene Spannung von EVoIt abfallen läßt. Die den Transistor To während der erwähnten Zeitintervalle durchfließenden Ströme sind

ίο in Fig.5c und das Verhalten der Spannung am Kondensator Co ist in F i g. 5d dargestellt. Aus letzterer Figur ist ersichtlich, daß die Spannungsabnahmen am Kondensator Co während der Zeitintervalle T\, Ti, Ts und τι linear mit der Zeit verlaufen, was nur dann gilt, wenn der Widerstand Ro viele Male größer ist als der innere Basis-Emitter-Widerstand r des Transistors To. Der größte Spannungsabfall tritt im Zeitintervall T\ auf, nämlich ZlE=EVoIt, während der Spannungsabfall im Intervall Ts gleich 0 Volt ist. Folglich wird nur für im Intervall — E< V/+ E Volt liegende Eingangssignale ein linearer Zusammenhang zwischen dem Spannungsabfall Δ V am Kondensator Co und dem erwähnten Eingangssignal bestehen. Der Widerstand Ro muß nun so groß gewählt werden, daß bei einem Eingangssignal von 0 Volt die Spannung am Kondensator C₀ während der Zeit, in der der Punkt B\ ein Potential von +EVoIt gegen Erde hat, gerade gleich 0,5 · EVoIt geworden ist. Der dazu erforderliche mittlere Ladestrom i_gem-E/ (Ro+r) wird bestimmt durch die Größe des Kondensators Co und die Zeitdauer jeder Periode T, in der das Potential des Punktes B\ gleich +E Volt ist. Der erwähnte Ladestrom ist gleich CoE/2 τ, wobei 0,5 E der Spannungsabfall am Kondensator Co bei einem Eingangssignal von 0 Volt ist. Daraus folgt, daß für eine richtige Einstellung des mittleren Ladestromes, die als Nulleinstellung bezeichnet wird, gelten muß: τ= 1/2 - C₀ · Ro. Günstige Werte für die Nulleinstellung im Zusammenhang mit einem guten Signal-Rausch-Verhältnis und der erforderlichen Schaltleistung liegen zwischen 1 μAund 1 mA.

Die Vorrichtung nach F i g. 3 läßt sich zur Laufzeitverzögerung von z. B. Audiofrequenz- oder Videofrequenz-Signalen verwenden. Die Verzögerungszeit pro Stufe ist dann gleich l/2TSekunden, so daß die gesamte Laufzeitverzögerung nach der Stufe n gleich 1/2(7?+1) · 7[Sek.] beträgt. Die erwähnte Laufzeitverzögerung pro Stufe kann man mittels einer Vorrichtung nach Fig. 6 steigern. In dieser Vorrichtung sind drei Schaltspannungsquellen Si, S₂ und S3 zwischen Erde und den unterschiedlichen Punkten B\, B2 und ft angebracht.

Der Verlauf der von den Schaltspannungsquellen gelieferten Spannungen als Funktion der Zeit ist in Fi g. 7 dargestellt.

Während der ersten 1/3 7 Sekunde jeder Abtastperiode T, die wenigstens zweimal so klein sein muß wie die Periodendauer der maximal auftretenden Signalfrequenz, hat der Punkt Bi ein Potential von + E Volt gegen Erde, während die Punkte B\ und Bi Erdpotential aufweisen. Während der darauffolgenden 1/3 T

bo Sekunden jeder Abtastperiode That der Punkt B₂ ein Potential von + EVoIt Erde, während die Punkte B\ und Bi Erdpotential aufweisen.

Während der letzten 1/3 Γ Sekunden jeder Abtastperiode T hat der Punkt B\ ein Potential von +EVoIt gegen Erde, während die Punkte B₂ und Bz Erdpotential aufweisen. Während dieser letzten 1/3 TSekunden jeder Abtastperiode erfolgt eine Informationsübertragung auf den Kondensator C) der Stufe 0, und während 2/3 T

130 228/2

Sekunden jeder Abtastperiode erfolgt keine neue Informationsübertragung. Die Verzögerung pro Stufe ist dann gleich 2/3 T Sekunden geworden, so daü die Laufzeitverzögerer nach der Stufe /' dann 2/3 · (n+\) ■ 7~[Sek.] betragen wird. In Fig. b ist ein Beispiel von drei Schaltquellen und drei Leitungen lh, ft und B₃ gezeigt, welche die Basiseingänge der Stufen 0,3 und 1, 4 und 2, 5 verbinden.. Man kann aber im allgemeinen p-Schaltquellen und p-Leitungen ΰ\ bis B_p verwenden. Es wird dann pro Abtastperiode /;-mal geschaltet, und für die Weitergabe von Information werden nur T/p Sekunden beansprucht. Die Vcr/.öge-

rungszeit pro Stufe wird dann T Sekunden

betragen. Man braucht dann aber auch ρ Schallquellen. Entsprechend der gewünschten Bandbreite on<-\ der gewünschten gesamten Verzögerungszeit wird es einen Wert für ρ geben, bei dem die Gesamtzahl der erforderlichen Stufen minimal ist.

Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung zum Verzögern elektrischer Signale, die gegenüber den Vorrichtungen nach Fig.3 und 6 den Vorteil bietet, daß bei gleichbleibender Gesamtverzögerungszeit die auftretenden Verluste bei der Informationsübertragung zwischen den Kondensatoren infolge des Umslimdes, daß die Kollektor-Emitter-Stromverstärkungsfaktoren nicht genau gleich 1 sind, beschränkt werden. In dieser Figur sind drei kongruente Ketten I, II und III parallel geschaltet. Die Basiselektroden der Transistoren in den Stufen IH₀, III3, Hi und I₂ sind beim Punkt B\ über die Schaltspannungsquelle Si an Erde gelegt. Die Basiselektroden der Transistoren an den Stufen IEII₁, lh, Io und Ij sind beim Punkt Bi über die Schaltspannungsquelle & an Erde gelegt, während die Basiselektroden der Transistoren in den Stufen HI₂, Mo, II3 und I, beim Punkt Wt über die Schaltspannungsquelle S3 an Erde gelegt sind. Die Emittereingänge der ersten drei Stufen I₀, Mo und 11 Io sind über den Widerstand Ro und die Signalquelle V,mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Die Kollektorausgänge G, Cn, Cm der Stufen I_n, II „ und IU_n sind über die unterschiedlichen Trenndioden Du D\\, An miteinander verbunden. Der Ausgang kommt zyklisch abwechselnd aus einer der Stufe I_n, M_n und III«, während gleichfalls zyklisch abwechselnd Information in eine der Stufen Io, IIo und IHo eingegeben wird. Hierdurch ist erreicht, daß die Periodendauer der Blockspannungen der Schaltquellen Si, S₂ und Sj gleich 3 Tsein darf, wobei 7* wenigstens zweimal so klein ist wie die Periodendauer der maximal auftretenden Signalfrequenz. Die erwähnten Blockspannungen haben eine Wellenform, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist. Während 1/3 von 3 Γ Sekunden jeder Periode 3 Terfolgt eine Informationsübertragung zwischen zwei Kondensatoren, und während 2/3 von 3 T Sekunden erfolgt keine Informationsübertragung. Dies bedeutet, daß die Verzögerungszeit pro Stufe dann gleich 2/3 · 3 ^Sekunden ist, so daß zur Erhaltung einer bestimmten Gesamtverzögerungszeit dreimal weniger Stufen in jeder der Ketten I, II und III erforderlich sind. Wenn man im allgemeinen η Ketten parallel schaltet, wie es in Fig.8 für drei Ketten dargestellt ist, werden die erwähnten Verluste um einen Faktor 1 In reduziert.

Dadurch daß eine oder mehrere Stufen in den Vorrichtungen nach F i g. 3, 6 oder 8 durch eine Stufe m der Fig. 10 ersetzt wird, erreicht man, daß die früher erwähnten Verluste ausgeglichen werden. Die in Fig. 10 dargestellte Stufe m hat einen Emittereingang E, der mit der Emitterelektrode des Transistors T_n, verbunden ist, einen Basiseingang B, der mit der Basiselektrode des Transistors T_1n verbunden ist, und einen Kollektorausgang C, der über die Diode D₁₁,1 mit der Kollektorelektrode des Transistors T_m verbunden ist. Die Kollektorelektrode des Transistors T_n, ist einerseits über den Kondensator C_n, mit der Basiselektrode des Transistors T_n, und andererseits mit der Basiselektrode des Transistors TR\ verbunden, während die Kollektorelektrode des Transistors TR\ an einem Punkt konstanten Potentials gelegt ist. Die Emitterelektrode des Transistors TR\ ist über den Kondensator C_n, \ mit der Basiselektrode des Transistors T_m und der Basiselektrode des Transistors TRi verbunden. Die Emitterelektrode des Transistors TOi ist gleichzeitig mit der Kollektorelektrode des Transistors TRi verbunden.

Zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode des Transistors TRi liegt eine Diode D_m2, während die Emitterelektrode des Transistors TRi über den Kondensator Cmi an Erde gelegt ist. Der Emittereingang £der Stufe m ist mit dem Kollektorausgang der Stufe (m— 1) verbunden. Der Kollektorausgang der Stufe m ist mit dem Emittereingang der Stufe (m+\) verbunden, während der Basiseingang der Stufe m über die Schaltspannungsquelle S₀ an Erde gelegt ist. Diese Schaltspannungsquelle liefert eine Spannung nach Fig.5a. Die Basiseingänge der beiden Stufen (m-\) und (m+\) sind an Erde gelegt. Die Wirkungsweise der Stufe in der Schaltung nach F i g. 10 ist wie folgt:

Während der Zeitintervalle To, ti, τ*, T6 (F i g. 5a) ist der Transistor T_m+i stromleitend, und die Kondensatoren C_n, und C_n, \ werden aufgeladen, bis deren Spannung gleich E Volt geworden ist. Der Kondensator C_n, ₂ wird in den erwähnten Zeitintervallen über die Diode D_m2 entladen. Während der Zeitintervalle τ\, τ₃, Ts, T₇ (F i g. 5a) ist der Transistor T_n, stromleitend, und die im Kondensator C_m-i vorhandene Information Δ V wird auf den Kondensator C_n, weitergegeben. Die Endspannung am Kondensator C_n, ist dann gleich (E-Δ V) Volt. Gleichzeitig wird in den zuletztgenannten Zeitintervallen der Kondensator C_n, 1 von der Pumpschaltung (TRi, D_n, 1, C_n, 2) entladen, bis die Spannung an diesem Kondensator gleich (Ε— Δ V) Volt geworden ist. In den auf die zuletztgenannten Zeitintervalle folgenden Zeitintervallen wird sowohl die im Kondensator C_n, vorhandene Information Δ VaIs auch die im Kondensator C_n, 1 vorhandene Information Δ V'auf den Kondensa- ( tor C_m+ 1 weitergegeben. Die Endspannung am Kondensator C_m+ 1 ist dann gleich

C+CmI

JK[VoIt],

wobei Cden Kapazitätswert der Kondensatoren C_mund Cn₊I darstellt. Durch die Anbringung der Stufe m zwischen den Stufen (m-\) und (m+1) der F i g. 10 ist also erreicht, daß die information Δ Vim Kondensator C_m-i, um einen Faktor (\+C_m\/C) verstärkt, auf den Kondensator C_m+i weitergegeben wird. Für eine gute Wirkung der Stufe m der Schaltung nach F i g. 10 ist es notwendig, daß C_m2> C_n,\ ist, so daß die durch den Transistor TK₂ abgeführte Ladung reichlich genügt, um den Kondensator C_n, 1 gegebenenfalls völlig entladen zu können.

Dadurch, daß eine oder mehrere Stufen der Vorrichtung nach F i g. 3,6 oder 8 durch eine Stufe π der Schaltung nach F i g. 11 ersetzt wird, erreicht man auch, daß die erwähnten Verluste beschränkt bleiben oder völlig ausgeglichen werden können. Die in dieser Figur

dargestellte Stufe η hat einen Emittereingang E, einen Basiseingang B und einen Kollektorausgang C. Zwischen der Kollektorelektrode und der Basiselektrode des Transistors T_n liegt der Kondensator C_n. Parallel zu diesem Kondensator liegt einerseits die Reihenschaltung des Kondensators C_{n x} und der Diode D_n \ und andererseits die Reihenschaltung des Kondensators C_n 2 und der Diode D_{n 2}. Der Verbindungspunkt des Kondensators C_n 1 und der Diode D_n \ ist gleichzeitig mit der Emitterelektrode des Hilfstransistors 77? verbunden, während der Verbindungspunkt des Kondensators C_n 2 und der Diode D_{n 2} gleichzeitig mit der Kollektorelektrode des Hilfstransistors verbunden ist. Die Basiselektrode des Hilfstransistors ist mit der Basiselektrode des Transistors T_n verbunden. Die Wirkungsweise der Stufe η der Schaltung nach F i g. 11 ist wie folgt.

In den Zeitintervallen To, T2, T4 und τ& der F i g. 5a ist der Transistor T_n+1 stromleitend, und die Kondensatoren C_n, C_n 1 und C_n 2 werden aufgeladen, bis deren Spannungen gleich E Volt geworden sind. In den Zeitintervallen Ti, T3, T5 und T7 der F i g. 5a werden die Kondensatoren C_n, Ci und C_{n 2} teilweise entladen. Der Spannungsabfall Ax an den Kondensatoren C_n und C_n 1 ist gleich

Ax .=

c+c„_x

Κ Volt,

wobei Cdie Kapazität der Kondensatoren C_n-\, C_n und C_n+I und Δ V den Spannungsunterschied zwischen Spannungen an den Kondensatoren C_n- 1 und C_n in den Zeitintervallen To, T2, τι und τβ darstellen. Der Spannungsabfall am Kondensator C2 ist gleich

C„,

Ax Volt.

35

-n2

In den Zeitintervallen, in denen der Transistor T_n+] stromleitend ist, werden die Kondensatoren C_n, C_{n x} und C_n 2 aufgeladen, bis deren Spannung gleich E Volt geworden ist. Der Kondensator C_{n+ x} wird in denselben Zeitintervallen durch den Transistor T_n teilweise entladen. Der Spannungsabfall am Kondensator C_{n+ x} ist gleich

-π Ι

C + C ■

^F[VoIt],

wobei Cdie Kapazität der Kondensatoren C_n-1, C_n und C_n+] darstellt. Durch die Anbringung der Stufe η so zwischen den Stufen (n-l) und (n+\) der Fig. 11 ist also erreicht, daß die Information Δ V im Kondensator C_n-I, um einen Faktor

1 +

C + C,

55

π I

verstärkt, auf den Kondensator C_n+1 weitergegeben wird. Für eine gute Wirkung der Stufe η der Schaltung nach Fig. 11 ist es notwendig, daß C_n2 ^ C_{n x} ist, da sonst die Spannung am Kondensator C_n 2 schneller abfällt als die Spannung am Kondensator C_n 1. Die Diode D_n 2 wird dann stromleitend werden, was unerwünscht ist.

Es ist auch möglich, die erwähnten Verluste in der Schaltung nach der Fig.3 zu beschränken durch die Reihenschaltung einer während des Überladens leitenden Diode und eines zusätzlichen Kondensators, der die

Ausgangsimpedanz zwischen der Emitterelektrode und der Kollektorelektrode eines Hilfstransistors bildet, dessen Basisemitterweg gegensinnig parallel zur erwähnten Elektrode geschaltet ist und bei dem der Knotenpunkt der Diode und der Basiselektrode des Hilfstransistors mit jener Seite des ersten Kondensators verbunden ist, der die Ladung für den zweiten Kondensator entnommen ist, wie in der Fig. 19 dargestellt ist., Die Spannungsquelle E₂ liefert den Ladestrom für den zusätzlichen Kondensator Cr. Während der Zeiten jeder Abtastperiode T, in denen der Punkt B_x ein Potential von — E Volt gegenüber dem Punkt B₀ aufweist, werden beide Kondensatoren C_x und (über die Diode Dr) Cr aufgeladen, bis die Spannung an beiden Kondensatoren gleich E Volt geworden ist, wobei die innere Basis-Emitter-Schwellenspannung der Transistoren T₂ und Tr außer Betracht gelassen wird. Während dieser Zeit befindet sich der Transistor 71 in gesperrtem Zustand. Während der Zeiten jeder Abtastperiode T, in denen der Transistor 71 leitend und der Transistor T₂ gesperrt ist, wird aus einem vorhergehender; Kondensator Information auf den Kondensator G weitergegeben. Der Transistor 71 wird von einem Strom durchflossen, der eine Spannungsabnahme am Kondensator G bewirkt. In erster Näherung wird die Spannung am Kondensator Cr gleich E Volt bleiben, aber sobald die Spannung am Kondensator G abgefallen ist, wird der Hilfstransistor Tr leitend, wodurch gleichfalls die Spannung am Kondensator Cr abfällt. Wenn der Spannungsabfall am Kondensator G gleich Δ V Volt gesetzt wird, bedeutet dies, daß der Spannungsabfall am Kondensator C/? gleich Δ VVoIt ist, wenn die innere Basis-Emitter-Schwellenspannung des Hilfstransistors Tr außer Betracht gelassen ist. Wenn nun der Transistor T₂ stromleitend wird, wird die Information A V aus den beiden Kondensatoren G und (über die Diode Dr) Cr zum Kondensator C₂ weitergeleitet, der gleich groß ist wie der Kondensator G. Wird der Kollektor-Emitter-Stromverstärkungsgrad des Transistors T₂ gleich 1 gesetzt und die innere Basis-Emitter-Schwellenspannung des Hilfstransistors Tr außer Betracht gelassen, so fällt während der Zeit, in der der Transistor T₂ leitend ist, die Spannung am Kondensator C2 um einen Betrag von (1 + CrIC₂)A V Volt ab. Die Verstärkung der Information Δ V ist somit gleich dem Faktor (1 + C«/C₂). Wählt man z.B. Cr = 24OpF und G = C₂ = 20OpF, so ist die Informationsverstärkung gleich einem Faktor 2,2.

In Fig. 12 sind X_x und X₂ zwei identische Einheiten welche Abwandlungen der Vorrichtung nach Fig.8 sind. Diese Einheiten X\ und X₂ haben jedoch den Vorteil, daß sie ohne weiteres in Kaskade geschaltet werden können. Dies ist insbesondere wichtig bei einer Integration solcher Einheiten, wobei die Verteilung und Wiederkombination der in Fig. 12 dargestellten Parallelketten in jeder Einheit weitestgehend innerhalb des integrierten Kreises erfolgen muß, so daß für Eingabe und Ausgabe der zu verarbeitenden elektrischen Signale nur zwei Drähte notwendig sind. Die innerhalb der voll ausgezogenen Linien liegenden Teile Gi und G₂ der Vorrichtung nach Fig. 12 sind dem innerhalb der gestrichelten Linien liegenden Teil der' Vorrichtung nach Fig.8 ähnlich. Die Punkte 1, 2 und 3 und die Punkte 4, 5 und 6 der Fig. 12 entsprechen den Punkten B_x, B₂, B₃ der F i g. 8. Die Punkte C_K 1, Gc₂, Gc₃ und die Punkte Cl 1, Cl₂, Cl₃ der Fig. 12 entsprechen den Punkten C_x, Gi, Cm der Fig.8. Der Eingang P_x der Einheit Al, der die drei Eingänge der Kettenschaltungen

I, Il und III verbindet, ist über die Reihenschaltung des Widerstandes Ro und der Signalspannungsquelle V, an einem Punkt konstanten Potentials gelegt. Die Ausgänge Ck\, Co und Coder Kettenschaltungen I, II und III sind mit den Emitterelektroden der respektiven Transistoren 77ci. Τκι und Tk 3 verbunden, während die Kollektorelektroden dieser Transistoren mit dem Ausgang der Einheit X\, verbunden sind. Die Ausgangsklemme Pi der Einheit X\ ist einerseits mit dem Eingang der gleich aufgebauten Einheit Xi und andererseits über die Reihenschaltung des Kondensators Ck und der Schaltspannungsquelle Sk an Erde gelegt. Die in F i g. 12 angegebenen Speisepunkte 1, 2 und 3 sind über die unterschiedlichen Schalspannungsquellen Si, Si und S3 an Erde gelegt. Die in Fig. 12 angegebenen Speisepunkte 4, 5 und 6 sind über die unterschiedlichen Schaltspannungsquellen S₄, S5 und S₆ an Erde gelegt. Der Ausgang P₃ der Einheit Xz ist über die Reihenschaltung des Kondensators Cl und der Schaltspannungsquelle Sl an Erde gelegt. Die von den Schaltquellen Si bis Sb, Sk und S/. als Funktion der Zeit gelieferten Spannungen sind in F i g. 13a bis 13h dargestellt.

Im Zeitintervall τ\ eines Schaitzyklus T haben die Punkte 1 und K ein positives Potential gegen Erde. Dadurch wird die Information über die Größe des Eingangssignals V, in der Stufe 0 der Kettenschaltung 111 (1) gespeichert werden, während die in der Stufe η der Kettenschaltung I (1) gespeicherte Information über den Transistor Tk 1 auf den Hilfskondensator Ck weitergegeben wird. Im Zeitintervall T₂ jedes Schaltzyklus Thaben die Punkte K und L ein positives Potential gegen Erde. Hierdurch wird die im Zeitintervall τ\ im Kondensator Ck gespeicherte Information auf die Stufe 0 der Kettenschaltung III (2) der Einheit X₂ weitergegeben werden. Im Zeitintervall Ti jedes Schaitzyklus wird die Information der Stufe π der Kettenschaltung I (l)auf den Hilfskondensator Ck weitergegeben, und diese Information im Zeitintervall ta wieder auf die Stufe 0 der Kettenschaltung I (2) der Einheit X₂ weitergegeben. Im Zeitintervall Ts jedes Schaltzyklus T wird die Information Ck weitergegeben und diese Information im Zeitintervall τ& jedes Schaltzyklus T wieder auf die Stufe 0 der Kettenschaltung II (2) der Einheit X₂ weitergegeben.

Fig. 14 zeigt eine Vorrichtung zum Verzögern elektrischer Signale, die gegenüber den Vorrichtungen nach F i g. 3, 6, 8 und 12 den zusätzlichen Vorteil bieten, daß die Nulleinstellung frequenzabhängig ist, was insbesondere für die Verwendung der Vorrichtung als veränderliche Verzögerungsleitung von Wichtigkeit ist. Die Vorrichtung ist aus Einheiten nach Fig. 12 aufgebaut, wobei in diesen Figuren nur die Einheiten X\ und X_n-1 dargestellt sind. Die Punkte 1, 2, 3 und K der Einheit X\ sind auf die in Fig. 12 dargestellte Weise über die Schaltspannungsquellen Si, S₂, S3 und Sk an Erde gelegt. Die Punkte 4, 5, 6 und L der Einheit X„-\ sind auf die in Fig. 12 für die Einheit X₂ dargestellte Weise über die Schaltspannungsquellen St, S₅, S₆ und S/. an Erde gelegt. Für die Übersichtlichkeit der Fig. 14 sind die Schaltspannungsquellen in dieser Figur nicht dargestellt. Der Eingang P\ der Einheit X\ ist einerseits über den Kondensator C* 5 an Erde gelegt und andererseits über die Diode Dk ι mit der Emitterelektrode des als Emitterfolger geschalteten Transistor 7\-₄ verbunden, dessen Basiselektrode über die Signalspannungsquelle Vi an einem Punkt konstanten Potentials liegt. Die Emitterelektrode des Transistors Tk 4 ist mit der Kollektorelektrode des Transistors Tk 5 verbunden.

dessen Basiselektrode einerseits an Erde gelegt und andererseits über die Diode Dk 2 mit der Emitterelektrode des Transistors T_Ks verbunden ist. Die Emitterelektrode des Transistors Tk 5 ist über den Kondensator Ck a mit dem Punkt K verbunden, der über die Schaltspannungsquelfe Sk an Erde gelegt ist. Der Ausgang P_n der Einheit X_n-1 ist einerseits über die Diode Dk3 mit dem Punkt K und andererseits mit der Basiselektrode des Transistors Tu verbunden. Die Kollektorelektrode des Transistors Tu ist einerseits mit der Basiselektrode des Transistors Tls und andererseits mit der Kollektorelektrode des Transistors 717 verbunden, dessen Basiselektrode einerseits an Erde gelegt und andrerseits über die Diode Dl ι mit der Emitterelektrode des Transistors 717 verbunden ist. Die Emitterelektrode des Transistors Tu ist über den Kondensator Cl7 mit dem Punkt L verbunden, der über die Schaltspannungsquelle Sl an Erde gelegt ist. Die Emitterelektrode des Transistors 71s ist mit der Basiselektrode des Transistors TLb verbunden, dessen Emitterelektrode über den Belastungswiderstand R an Erde gelegt ist. Die Kollektorelektroden der Transistoren T_L4, Tls und TLb liegen gemeinsam an einem Punkt konstanten Potentials.

Während der Augenblicke, in denen der Anschlußpunkt K des Kondensators Ck* ein positives Potential gegen Erde hat (Fig. 13g), ist der Transistor Tk5 gesperrt, und der Kondensator Ckα wird aufgeladen, bis seine Spannung gleich E Volt geworden ist, wie in Fig. 14 dargestellt. Während der erwähnten Augenblikke hat auch einer der Punkte 1, 2 und 3 ein positives Potential gegen Erde, so daß der Transistor in einer der O.-Stufen der Einheit X\ (Fig. 12) stromleitend ist und die im Kondensator Ck 5 gespeicherte Information zum Kondensator weitergegeben wird, der sich in der leitenden Stufe befindet. Gleichzeitig wird der Kondensator Ck s in den erwähnten Augenblicken aufgeladen, bis seine Spannung gleich E Volt geworden ist. Während der Augenblicke, in denen der Anschlußpunkt K des Kondensators Cka Erdpotential aufweist, befindet sich der Transistor Tk 5 in leitendem Zustand infolge der im Kondensator Tk α gespeicherten Ladung Q = Ck aE, und folglich ist auch der Transistor Tka stromleitend. Hierdurch fließt Ladung über die Diode Dk 1 aus dem Kondensator Cv 5 weg, und zwar so viel Ladung, bis die Spannung am Kondensator Cks gleich (0,5F-f V) ge- ' worden ist, d. h. gleich der Summe der Spannungen der Gleichspannungsquelle E\ und der Signalspannungsquelle Vj zwischen der Basiselektrode des Transistors Tk 4 und Erde. Sobald die Spannung am Kondensator Ck 5 gleich (0,5 E+ V,) Volt geworden ist, wird die Diode Dk 1 gesperrt. Der Transistor T_Ka wird gesperrt, sobald sich der Transistor 7*5 im gesperrten Zustand befindet, was der Fall ist, wenn der Kondensator Cka völlig entladen ist. Für eine gute Wirkung der Eingangsschaltung nach Fig. 14 ist es daher notwendig, daß Ck 4 > C_K 5 ist.

Die Ausgangsschaltung der Vorrichtung nach F i g. 14, welche von den Transistoren 7I₄, 715, Ti. & und Ti.7, der Diode Du, dem Kondensator C/.4 und dem Belastungswiderstand R gebildet wird, bietet einerseits den Vorteil eines hohen Eingangswiderstandes, so daß die Ausgangskapazität der Einheit X„-\ nahezu nicht belastet wird, was bei niedrigen Schaltfrequenzen (Audiofrequenzen) wichtig ist, und andererseits den Vorteil, daß bei hohen Schaltfrequenzen (Videofrequenzen) keine Verzerrung des Signals auftritt. Die Wirkungsweise der Ausgangsschaltung nach F i g. 14 ist wie folgt:

ein zusätzliches Pluszeichen angedeutet ist.

Im Zeitintervall r₍₎ steht nach Fig. 16 zwischen der Diode Da, und Erde eine Spannung von — 2F Volt, zwischen der Diode Di und Erde eine Spannung von + 4FVoIt, während die Basiselektrode des Transistors Tu Erdpotential aufweist. Der Kondensator G wird über die Diode D₄ aufgeladen werden, bis seine Spannung gleich 4F Volt geworden ist, während der Kondensator Qo über die Dioden Di und D₄ aufgeladen wird, bis seine Spannung gleich 6FVoIt geworden ist. Im Zeitintervall To werden die Kondensatoren G und Cb aufgeladen, bis ihre Spannung gleich FVoIt geworden ist. Die dazu erforderliche Ladung C-AV₄ für den Kondensator C₄ wird durch die beiden Kondensatoren Cs und C55 fließen und an diesen Kondensatoren einen Spannungsabfall gleich

Ax =

C+C

55

!O

20

herbeiführen. Die folglich durch den Kondensator C55 fließende Ladung ist gleich Cy, ■ Ax. Die dazu erforderliche Ladung C-AV_n für den Kondensator Q,

wird durch die beiden Kondensatoren Q und Cn fließen und an diesen Kondensatoren einen Spannungsabfall gleich

Ay =

C +C₇

herbeiführen.

Die folglich durch den Kondensator Cj₇ fließende Ladung ist gleich C77 ■ Ay. Die Summe der Ladungen C55 · Ax und C77 · Ay wird der Ladung des Kondensators Cn entnommen. Diese Summe ist also gleich

15

C + C--

• zl K₄ +

C-

77

c+c

77

Im Zeitintervall ri, also um τ Sekunden später, wird der Kondensator Cn aufgeladen, bis seine Spannung gleich 2F Volt geworden ist. Die dazu erforderliche Ladung wird dem Kondensator G> entnommen. Die dem Kondensator G, entnommene Ladung ist also gleich

Q₉ (2) =-c|~-

A K₄

c+c-

77

A K₆ (O +

wobei C ■ A V₄(t) die Ladung darstellt, welche um τ so Sekunden früher erforderlich war, um die Spannung am Kondensator C₄ gleich F Volt zu machen, und C ■ A V₆(T-) die Ladung darstellt, welche um τ Sekunden früher erforderlich war, um die Spannung am Kondensator Cb gleich FVoIt zu machen. Im gegebenen Beispiel j^r> nach Fig. 15 ist der Punkt R der Zusammenfügungsvorrichtung A'nur mit zwei Punkten der Verzögerungsleitung verbunden. Durch Vergrößerung der Verzögerungsstufenzahl kann diese Anzahl ohne weiteres gesteigert werden. Die Gesamtladung, welche im betrachteten Zeitintervall τι durch den Kondensator C fließt, ist gleich

Q₉ = C · [α, · A K₀ (0 + a₂ ■ A K₂ U) + A₁ · A K₄ (0 -O₁-AV₆U) ]

ai = Q\/C + Cn,a₂ = Cn/C+ Ch,
b\= C_K/C+ C₅5und02 = C₇₇ZC+ C₇₇.

Es sei angenommen, daß das von der Signalspannungsquelle V, gelieferte analoge Signal eine Spektrumkomponente mit der Kreisfrequenz o) und der Amplitude A enthält, so ist der Spannungsabfall Δ Vo am Kondensator Co in komplexer Schreibweise A V · &"", wobei Δ Vm geradem Verhältnis zur Amplitude A der "50 betrachteten Spektrumkomponente steht. In aufeinanderfolgenden Verzögerungsstufen wird die betreffende Spektrumkomponente über Zeitintervalle τ, 2τ, 3τ, 4τ, 5τ, 6τ, 7τ weitergeleitet,
Zeitintervall weitergeleitete
kann geschrieben werden als:

A V- e>"-'>,
A V ■ eX'"²",

^f y . _eXf-Ji)₅
J γ . _e./«(/-4/)_>

Λ γ . _eX/-6,)^

und die über dieses Spektrumkomponente

In der Formel (4) für die durch den Kondensator C₉ fließende Gesamtladung gilt:

e^Ja{'-'\

A K₀(r) = AV -e^J\

AV₂U) = ΛΚ-ε^>('-^3ί),

A K₄(O = A K-e^>('-⁵",

AV₆U) = /lK-e^>('-⁷".

Dadurch, daß die obenstehenden Gleichungen in die Formel (4) eingesetzt, anschließend geordnet und durch C geteilt werden, findet man den Spannungsabfall am Kondensator C₉ als Funktion der Zeit:

AV₉ = AV- e^J'"⁽'"⁴"[a, · e·''"³' + a₂ ■ e'"' +

- b, ■ e-■'■"" - b-, ■ e

Während der Augenblicke, in denen der Anschlußpunkt L des Kondensators C/. 4 ein positives Potential gegen Erde hat, wird der Kondensator Cia aufgeladen, bis seine Spannung gleich EVoIt geworden ist, wie es in F i g. 14 dargestellt ist. Während dieser Augenblicke hat auch der Punkt L der Einheit X_n- \ ein positives Potential gegen Erde, so daß die Information aus einer der Stufen O der Einheit X„-\ zum Kondensator C/. der Einheit X_n-\ weitergegeben wird (siehe Fig. 12). Während der erwähnten Augenblicke ist die Spannung zwischen der Basiselektrode des Transistors T_tA 4 und Erde gleich (E+ V_e), wobei V_c gleich der Spannung am Kondensator Cl der Einheit X_n- \ ist. Diese Spannung ist gleich der Spannung am Belastungswiderstand R, wenn die Basis-Emitter-Schwellenspannungen der Transistoren Ti.4, Tl5 und 71b außer Betracht gelassen werden. Die Eingangsimpedanz der Ausgangsschaltung während der erwähnten Augenblicke ist etwa gleich /P · R, wobei β den Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor der Transistoren T/.₄, 77.₅und Ti._b darstellt. Bei β = 100 und R = 1000 Ohm ergibt dies eine Eingangsimpedanz von 1000 MOhm, die parallel mit dem Kondensator Ci. der Einheit X„-\ liegt.

/ Während der Augenblicke, in denen der Anschlußpunkte K der Diode D_Ki ein positives Potential gegen Erde hat und der Punkt L der Einheit X_n-I und der Kondensator Cia Erdpotential haben, befindet sich die Diode Dk } im leitenden Zustand, wodurch der Kondensator Cl der Einheit X„-\ aufgeladen wird, bis seine Spannung gleich E Volt geworden ist. Da der Anschlußpunkt des Kondensators Ci.α während dieser Augenblicke Erdpotential aufweist, wird der Transistor Tu stromleitend infolge der im Kondensator Ci.a aufgespeicherte Ladung Q = Cia ■ E. Dadurch kann die Ladung in der Störkapazität zwischen der Basis- und der Emitterelektrode des Transistors 77.4, zusammen mit der Ladung aus der gesamten Störkapazität zwischen der Emitterelektrode des Transistors Ti.4 und Erde schnell wegfließen, was zur Folge hat, daß der Spannungsabfall an der Basiselektrode des Transistors TiA sehr schnell von der Emitterelektrode des Transistors 77.4 gefolgt wird, so daß bei hohen Schaltfrequenzen keine Verzerrung des zu verzögernden Signals auftritt.

Die in F i g. 3 beschriebene Verzögerungsleitung kann

'-·' vorteilhaft zur Erzielung eines Filters für elektrische Signale, wie in Fig. 15 und 17 dargestellt, verwendet werden. Im Filter nach Fig. 15 sind die der Kollektorelektrode zugekehrten Anschlußenden der zweiten Kondensatoren der Verzögerungsstufen 1,3,5 und 7 mit einer Zusammenfügungsvorrichtung A' verbunden, die von den Transistoren T22. Tu und T₅₅. den Dioden D₂, Dj, Da und D₅ und den Kondensatoren Cn, Cjj, C₅₅, C77, C», G und Cm gebildet wird. Die von der Kollektorelektrode abgekehrten Anschlußenden der erwähnten zweiten Kondensatoren sind gemeinsam an einem Punkt konstanten Potentials gelegt. Die Kollektorelektroden der Transistoren 7Ί und 7") sind über die Kondensatoren Ci 1 und Cu mit der Emitterelektrode des Transistors 722 verbunden, dessen Basiselektrode an Erde gelegt ist, während die Diode D_> gegensinnig parallel zum

<■ + <■

Basis-Emitter-Weg dieses Transistors geschaltet ist. Die Kollektorelektroden der Transistoren T₅ und T₇ sind über die Kondensatoren C55 und Cn mit der Emitterelektrode des Transistors 755 verbunden, dessen Basiselektrode an Erde gelegt ist, während die Diode D5 gegensinnig parallel mit dem Basis-Emitterweg dieses Transistors geschaltet ist. Die Kollektorelektrode des Transistors T55 ist einerseits über den Kondensator Cj an Erde gelegt und andererseits mit der Emitterelektrode des Transistors T_2i verbunden, dessen Basiselektrode über die Schaltspannungsquelle 57 an Erde gelegt und dessen Kollektorelektrode über die Reihenschaltung der Diode D₁ und der Schaltspannungsquelle S₈ gleichfalls an Erde gelegt ist. Die Kollektorelektrode des Transistors T22 ist über die Reihenschaltung der Diode D₁ und der Schaltspannungsquelle Ss an Erde gelegt. Der Ausgang L/des Filters ist einerseits über den Kondensator C an Erde gelegt und andererseits mit der Kollektorelektrode des Transistors T_2J verbunden, während der Ausgang über den Kondensator Ci₀ mit der Kollektorelektrode des Transistors T₂₂ verbunden ist.

Während der Zeitintervalle n, r_} und τ-, der Fig. 16 wird neue Information über die Größe des Eingangssignals im Kondensator G gespeichert. Die in den ungerade numerierten Kondensatoren C Cj und C5 gespeicherte Information wird zu den geraden numerierten Kondensatoren C₂, C4 und C_b weitergeleitet, wobei in den erwähnten Zeitintervallen den ungerade numerierten Kondensatoren eine Ladung zugeführt wird, bis die Spannung an diesen Kondensatoren gleich E Volt geworden ist. In diesen Zeitintervallen steht zwischen der Basiselektrode des Transistors T₂J und Erde eine Spannung von + 2EVoIt, zwischen der Diode Dj und Erde eine Spannung von +2E Volt, und

j-5 zwischen der Diode Da und Erde eine Spannung von 0 Volt. Die Transistoren T₂₂. T₂₃ und die Diode D₅ sind in den erwähnten Zeitintervallen stromleitend. Die Kondensatoren Cn, Cjj, C55 und C77 werden aufgeladen, bis ihre Spannung gleich £ Volt geworden ist, während der Kondensator Cs bis auf eine Spannung gleich 2f Volt aufgeladen wird. Die durch den Kondensator Cn fließende Ladung in z. B. dem Zeitintervall η ist gleich

ist. Im gegebenen Beispiel nach Fig. 15 ist der Punkt Q der Zusammenfügungsvorrichtung A 'über die Kondensatoren Cn und Cw nur mit Punkten der VerzögerungsC,

C₁ + C_n

C₀ · Δ V₀ (/) ,

wobei Co · Δ Vo(r) die Ladung darstellt, welche um r Sekunden früher, also im Zeitintervall ro, erforderlich war, um die Spannung am Kondensator Co gleich EVoIt zu machen. Ebenso ist die durch den Kondensator Cjj fließende Ladung im erwähnten Zeitintervall gleich

C, + C,

G ·■ Δ VAi),

wobei C₂ · 1 V₂(r) die Ladung darstellt, die um τ Sekunden früher, also im Zeitintervall ro, erforderlich war, um die Spannung am Kondensator C₂ gleich EVoIt /11 machen. Sind die Kapazitäten der Kondensatoren C« bis C) gleich C. so bedeutet dies, daß im Zeitintervall r 11

to der Kondensator C* über den Transistor T₂₂ eine Ladung zugeführt bekommt, die gleich

■■Λ

leitung der Fig. 15 verbunden. Durch Vergrößerung der Verzögerungsstufenzahl kann diese Anzahl ohne weiteres gesteigert werden, was in der Formel (1) durch

130 228/2

Eine beliebige Spektrumkomponente Δ V ■ e'"' im Frequenzspektrum des dein Kondensator C₀ angebotenen Signals liefert ein Ausgangssignal nach der Formel (5), so daß tür die Übertragungscharakteristik H (ω) der Vorrichtung, die von der Verzögerungsleitung vom Kondensator C₀ an und der Zusammenfügungsvorrichlung gebildet ist, gilt:

HUo) = e

Uh

Durch geeignete Wahl der Übertragungskoeffizienten <7|, ai... b\, bi... ist eine beliebige Amplitude-Frequenz-Charakteristik bzw. Phase-Frequenz-Charakteristik verwirklichbar.

Im Filter nach Fig. 17 sind die der Kollektorelektrode zugekehrten Anschlußenden der zweiten Kondensatoren der Verzögerungsstufen I, 3, 5 und 7 mit einer Zusammenfügungsvorrichtung verbunden, die von den Transistoren Tn, T22, Tu, T44, Ty,, Tn und den Widerständen R,, R₂, Ri, R4, R gebildet ist. Die Anschlußenden der erwähnten zweiten Kondensatoren sind mit den Basiselektroden der npn-Transistoren Tn, Tu, T55und T77 verbunden. Die Kollektorelektroden der Transistoren Tn und T_i3 sind mit der Basiselektrode des pnp-Transistors Tn verbunden. Die Emitterelektroden der Transistoren Tn und Tu sind über Widerstände R\ und /?2 an einem Punkt konstanten Potentials gelegt. Die Kollektorelektrode des Transistors T22 ist über den Ausgangswiderstand R mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden sowie auch die Emitterelektrode des Transistors T22. Die Kollektorelektroden der Transistoren T55 und T77 liegen an einem Punkt konstanten Potentials, und deren Emitterelektroden sind über die Widerstände Rs und Ra mit der Basiselektrode des npn-Transistors T44 verbunden, dessen Kollektorelektrode mit der Kollektorelektrode des Transistors T22 und dessen Emitterelektrode mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist.

Es sei angenommen, daß das von der Signalspannungsquelle V/gelieferte analoge Signal eine Spektrumkomponente mit der Kreisfrequenz ω und der Amplitude A enthält, dann ist der Spannungsabfall Δ Vo am Kondensator Ca der Verzögerungsstufe 0 in komplexer Schreibweise Δ V ■ e>", wobei Δ V in geradem Verhältnis zur Amplitude der betrachteten Spektrumkomponente steht. In aufeinanderfolgenden Verzögerungsstufen 1,2,3,4,5,6,7 wird die betreffende Spektrumkomponente über Zeitintervalle τ, 2τ, 3τ, 4τ, ίο 5r, 6r, 7τ weitergeleitet, und die über dieses Zeitintervall weitergeleitete Spektrumkomponente kann geschrieben werden als:

^J |/ . gX' -5/1 . . '

Infolge des Signals J V ■ e""" '' an der Basiselektrode des Transistors T_n und des Signals z( V ■ e""""¹" an der Basiselektrode des Transistors T₃₃ wird der Transistor T₂2 von einem Basisstrom durchflossen, der gleich:

■'2 =

ist.

Infolge des Signals Λ V ■ e

an der Basiselektrode des Transistors T₅₅ und des Signals Δ V ■ _e""⁽'~⁷" an der Basiselektrode des Transistors T₁₁ wird der Transistor T₄₄ von einem Basisstrom durchflossen, der gleich

ist.

Durch den Ausgangswiderstand R fließt dann ein Strom gleich der Differenz zwischen den Strömen nach den Formeln (7) und (8), und dadurch ist die Spannungsänderung AV(R) an diesem Widerstand gleich

Δ V(R) = ΒΔ V

■ e^jw('-⁴" Γ— · e""³ + — e^j*" + ■■■- — _e~>" - — · e ~^Ja3> 1

Eine beliebige Spektrumkomponente Δ V ■ c^J"" im Frequenzspektrum des dem Kondensator C₀ angebotenen Signals liefert ein Ausgangssignal nach der Formel (9), so daß für die Übertragungscharakteristik H(ω) der Vorrichtung gilt:

HUo) =ß-

* ]ω 3'

+ α₂ · e^jM' + ό,

, -ja 3 1

(10)

wobei a\ = R/R\, a₂-R/R2, b\ = R/R_s und bn= R/R4 ist. dem Kollektorausgang der Verzögerungsstufe η und

Durch geeignete Wahl der Übertragungskoeffizienten 65 dem Emittereingang der Verzögerungsstufe 0 und das

ai,a₂, b\, O₂ kann eine beliebige Übertragungscharakteri- Weglassen der Stufe (/J+l) der Fig. 3 kann eine

stik verwirklicht werden. abweichende Filterart für elektrische Signale verwirk-

Durch Anbringung einer Rückkopplung zwischen licht werden. Ist die Übertragungsfunktion der Verzöge-

21

rungsleitung gleich H(ω) = tx ■ exp(— ./ώτ), so wird durch die Anbringung dieser Rückkopplung die Übertragungsfunktion gleich

a ■ exp {-Jon) \ - a ■ exp (-j(u

Die Amplitude-Frequenzkurve hat eine kammförmige Gestalt mit Polen, die durch die Bedingung exp(— βοτ) = 1 gegeben werden. Diese Kurve ist in Fig. 18 dargestellt. Enthält die Verzögerungsleitung der Fig.3 η Kondensatoren und ist die Weiterleitungsfrequenz gleich η ■ ω, so wird die Grundfrequenz des Kammfilters gleich ω₀.

Hierzu IO Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kondensatorüberladevorrichtung für ein Schieberegister, weiche aufeinanderfolgende, in gleicher Weise aufgebaute Stufen mit je einem Kondensator und einem Transistor aufweist, wobei der Kondensator jeder Stufe an der Kollektorelektrode des Transistors angeschlossen und über die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors mit dem Kondensator der vorangehenden Stufe verbunden ist und die Basiselektroden der Transistoren mit einer Schaltspannungsquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektroden der Transistoren (T_n) der aufeinanderfolgenden Stufen zum Empfangen einer das fortschreitende Überladen steuernden Schaltspannung in an sich bekannter Weise mit unterschiedlichen Schaltspannungen der Schaltspannungsquelle (Su S₂, S3...) verbunden sind und daß in jeder Stufe der von der Kollektor-Emitter-Strecke abgekehrte Anschluß des Kondensators (C_n) mit der Basiselektrode des Transistors (T_n) dieser Stufe verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode des Transistors (Tq) der ersten Stufe (0) über die Reihenschaltung eines Widerstandes (Ro) und einer Signalspannungsquelle (Vi) mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode des Transistors der ersten Stufe einerseits über einen Kondensator (Ck 5) und andererseits über die Reihenschaltung einer Diode (Dk i) und der dazu gegensinnig geschalteten Emitter-Basis-Strecke eines ersten Hilfstransistors (Tka) und einer Signalspannungsquelle (V) mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist und die Emitterelektrode des ersten Hilfstransistors (Tka) über die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Hilfstransistors (Tk 5), eines Kondensators (Ck a) und einer Schaltspannungsquelle mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist und gegensinnig parallel mit der Basis-Emitter-Strecke des zweiten Hilfstransistors (Tk 5) eine Diode (Dk 2) geschaltet ist (F i g. 14).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode der letzten Stufe (n) mit der Emitterelektrode eines Hilfstransistors (T_n+ 1) verbunden ist, dessen Basis- und Kollektorelektrode mit dem von der Kollektorelektrode abgekehrten Anschluß des Kondensators (C_n-1) der vorletzten Stufe verbunden sind (F ig. 3).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode des Transistors der letzten Stufe über die Basis-Emitter-Strecken mehrerer in Reihe geschalteter Transistoren (Tl4, Tls, Tl e) mit einem Widerstand (R) verbunden ist, daß die Emitterelektrode des ersten Transistors (Tu) der Reihenschaltung über die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines Hilfstransistors ^77.7), eines Kondensators (Cla) und einer Schaltspannungsquelle mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist und daß gegensinnig parallel mit der Basis-Emitter-Strecke dieses Hilfstransistors (T_L1) eine Diode (D_L 1) geschaltet ist (Fig. 14).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer Stufe (n) der Kondensator (C_n) durch zwei Reihenschaltungen aus je einem Kondensator (C_n], C„i) und eine während der Übertragung von Ladung auf die folgende Stufe (n+\) leitende Diode (D_n], D_n 2) überbrückt ist, wobei der eine Anschluß des Kondensators (C_n 1) der einen Reihenschaltung mit der Kollektorelektrode des Transistors (T_n) dieser Stufe (n)und der andere, mit der Diode (D_n]) dieser Reihenschaltung verbundene Anschluß des Kondensators (C_n ή außerdem mit der Emitterelektrode eines Hilfstransistors (TR_n) verbunden ist und der eine Anschluß des Kondensators (C_n 2) der zweiten Reihenschaltung mit der Basiselektrode des Transistors (T_n) dieser Stufe (n) sowie mit der Basiselektrode des Hilfstransistors (TR_n) und der andere, mit der Diode (D_n2) dieser zweiten Reihenschaltung verbundene Anschluß des Kondensators (C_n2) außerdem mit der Kollektorelektrode des Hilfstransistors (TR_n) verbunden ist (F i g. 11).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C_n,) wenigstens einer Stufe (m) durch die Reihenschaltung eines Kondensators (C_m\) und einer während der Übertragung von Ladung in die folgende Stufe (m+\) leitende Diode (D_m 1) überbrückt ist, wobei dieser Diode (D_n,]) die Basis-Emitter-Strecke eines als Emitterfolger geschalteten ersten Hilfstransistors (TR\) gegensinnig parallel geschaltet ist, daß der Kondensator (C_n, 1) durch die Basis-Kollektor-Strecke eines zweiten Hilfstransistors (TR2) überbrückt ist, dessen Kollektorelektrode mit dem Verbindungspunkt der Diode (D_n, 1) und des Kondensators (C_n, \) verbunden ist, und daß eine Diode (D_m2) gegensinnig parallel zu der Basis-Emitter-Strecke des zweiten Hilfstransistors (TR₂) geschaltet ist, dessen Emitterelektrode über einen Kondensator (C_m2) mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist (F i g. 10).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (Ci) wenigstens einer Stufe durch die Reihenschaltung einer während der Ladungsübertragung zur nächsten Stufe leitenden Diode (Dr) und eines zusätzlichen Kondensators (Cr) überbrückt ist, wobei die Diode (Dr) mit einem Anschluß mit der Kollektorelektrode des Transistors (Ti) dieser Stufe'verbunden und gegensinnig durch die Basis-Emitter-Strekke eines Hilfstransistors (Tr) überbrückt ist, dessen Kollektorelektrode über eine Spannungsquelle (E₂) mit dem von der Diode (Dr) abgewandten Anschluß des zusätzlichen Kondensators (Cr) verbunden ist (Fig. 19).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektroden der Transistoren der Stufen 1, (1 + p), (1 + 2p) ... miteinander verbunden sind, ebenso wie die Basiselektroden der Transistoren der Stufen 2, (2+p), (2+ 2p)..., und daß den ρ Basisknotenpunkten (B], B₂, Bz) Steuerimpulsreihen mit einer Wiederholungsfrequenz zugeführt werden, die wenigstens zweimal höher ist als die höchste Signalfrequenz, und daß die Steuerimpulsreihen in ansteigender Reihenfolge der Rangnummer der Basisknotenpunkte (B\, B₂, B₃) gegenseitig um eine Impulsbreite phasenverschoben sind (F i g. 6).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus n parallelgeschalteten

Ketten aufeinanderfolgender Stufen besteht und die Steuerimpulsreihen gleichzeitig entsprechend der Rangnummer dieser Parallelketten den Basisknotenpunkten der Stufen dieser Ketten versetzt zugeführt werden (F i g. 8, F i g. 12).

11. Verwendung der Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Filter für elektrische Signale, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kollektorelektrode zugekehrten Anschlüsse der Kondensatoren (Q, Q, Cs, Q) derjenigen Verzögerungsstufen, in denen die anderen Anschlüsse dieser Kondensatoren (Q, Cz, C₅, Q) an einem Punkt konstanten Potentials gelegt sind, mit einer Zusammenfügungsvorrichtung (A') verbunden sind, welche die in den Verzögerungsstufen jeweils über das Zeitintervall der Weiterleitungsperiode weitergeleiteten Signale zusammenfügt, und daß die Weiterleitungsperiode kleiner als die halbe Periode der höchsten zu filternden Frequenz ist (F i g. 15,17).

12. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse mehrerer Kondensatoren (C], Cs, Cs, Cj) über weitere Kondensatoren (Cw, C33, C55, Cn) mit der Emitterelektrode eines ersten bzw. zweiten Hilfstransistors (T-n, T55) verbunden sind, daß gegensinnig parallel mit den Basis-Emitterwegen der Hilfstransistoren eine Diode (D2, D₅) liegt und die Kollektorelektrode des ersten Hilfstransistors (T22) einerseits über die Reihenschaltung zweier Kondensatoren (Ct, Qo) und andererseits über die Reihenschaltung einer Diode (D*) und einer Schaltspannungsquelle (Sq) an einem Punkt konstanten Potentials liegt und der Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren (C Qo) der Reihenschaltung gleichzeitig den Ausgang (U) der Zusammenfügungsvorrichtung (A') bildet, bei der die Kollektorelektrode des zweiten Hilfstransistors mit der Emitterelektrode eines dritten Hilfstransistors (T23) verbunden ist, dessen Emitterelektrode über einen Kondensator (Cs), dessen Basiselektrode über eine Schaltspannungsquelle (Sj) und dessen Kollektorelektrode über die Reihenschaltung einer Diode (Di) und einer Schaltspannungsquelle (Ss) an einem Punkt konstanten Potentials gelegt sind, während die Kollektorelektrode des dritten Hilfstransistors (T23) mit dem Ausgang (U) der Zusammenfügungsvorrichtung (A')verbunden ist (F i g. 15).

13. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse mehrerer Kondensatoren CCi, C3) mit den Basiselektroden ebenso vieler npn-Transistoren CTn, T_i3) verbunden sind, deren Emitterelektroden über Widerstände C^i. ^2) an einem Punkt konstanten Potentials gelegt sind und deren Kollektorelektroden mit der Basiselektrode eines pnp-Transistors CT22) verbunden sind, dessen Kollektorelektrode über einen Widerstand (R) und dessen Emitterelektrode unmittelbar an Punkte konstanten Potentials gelegt sind, wobei die Kollektorelektrode des pnp-Transistors CT22) gleichzeitig den Ausgang (U) der Zusammenfügungsvorrichtung ^Λ'^ bildet und daß die Anschlüsse anderer Kondensatoren (C% Q) mit den Basiselektroden ebenso vieler npn-Transistoren CT55, Tn) verbunden sind, deren Kollektorelektroden an einem Punkt konstanten Potentials gelegt sind und deren Emitterelektroden über Widerstände (Ri, Ra) mit der Basiselektrode eines npn-Hilfstransistors (Tw) verbunden sind, dessen Emitterelektrode unmittelbar an einen Punkt konstanten Potentials gelegt ist und

dessen Kollektorelektrode mit dem Ausgang (U) der Zusammenfügungsvorrichtung (A') verbunden ist (Fig. 17).

14. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das der Kollektorelektrode zugekehrte Anschlußende des Kondensators (C_n) der letzten Stufe (n) mit der Emitterelektrode des Transistors CT₀) der ersten Stufe (0) liegt (F i g. 3,6).

15. Halbleiterelement für eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in diesen Ansprüchen erwähnten Schaltelemente größtenteils auf demselben Halbleiterelement integriert sind.