DE1922761A1 - Kondensatorspeicher - Google Patents
KondensatorspeicherInfo
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Description
Abschrift
Kondensatorspeicher
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kondensatorspeicher, der eine Reihe von Kondensatoren enthält,
die über die Hauptstrombahnen von Transistoren miteinander verbunden sind, wobei die Steuerelektroden
der Transistoren gruppenweise miteinander verbunden sind und dabei Knotenpunkte bilden, denen Steuersignale zugeführt werden, die entsprechend den ansteigenden
Ordnungszahlen der Knotenpunkte in der Phase verschoben sind. Kondensatorspeicher werden
vielfach als Verzögerungsleitungen für z.B. Audiooder Videofrequenzsignale verwendet. Dabei ist es
erforderlich, daß die in einem der Kondensatoren
der Reihe vorhandene Ladung möglichst verlustfrei auf einen folgenden Kondensator der Reihe übertragen
wird.
Bei einem bekannten Kondensatorspeicher dieser Art, der in der Patentanmeldung beschrieben wurde, sind
aufeinanderfolgende Kondensatoren einer Reihe von Kondensatoren je über die Emitter-Kollektor-Strecke
eines npn-Trahsistors miteinander verbunden. Die vom
Koilektorkreis abgekehrten Anschlußklemmen der Kondensatoren sind mit den Basiselektroden der entsprechenden
Transistoren verbunden. Die Basiselektroden der Transistoren sind gruppenweise miteinander verbunden
und bilden dabei Basisknotenpunkte, denen Steuersignale zugeführt werden, die entsprechend den
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. JÜ
ansteigenden. Ordnungszahlen der Basisknotenpunkte
gegenseitig in der Phase verschoben sind. Wie in der obenstehenden'Patentanmeldung erwähnt wurde,
wird nun für Eingangssignale, die im Intervall -E<.V. <_+E liegen, wobei E die Amplitude des Steuersignals
darstellt, eine lineare Beziehung zwischen . dem Spannungsabfall Δ Y über dem Speicherkondensator
aus der ersten Stufe des Speichers und dem dieser, ers.ten S.tufe zugeführten Eingangssignal bestehen.
Im erwähnten Intervall wird Δ Y über dem erwähnten Kondensator das Intervall 0
< Δ γ <, + E durchlaufen.
Wenn das Eingangssignal V. gleich null Volt ist, wird
der Spannungsabfall Δ Y über dem Kondensator aus der
ersten Stufe gleich ?? E sein, welcher Spannungsabfall
nachstehend als "Nullpegel" bezeichnet wird. Wenn - ■ ■■
das Eingangssignal V» gleich - E volt ist, wird der Spannungsabfall A Y über dem Kondensator aus der ersten
Stufe gleich null "Volt sein;, dieser Spannungsabfall
wird nachstehend als "Spitzenpegel" bezeichnet.
Wenn die Reihe von Kondensatoren in diesem bekannten
Kondensatorspeicher groß ist, wird die Wirkung des Speichers durch die Tatsache beeinträchtigt, daß bei
Übertragung von Ladung zwischen zwei aufeinander,
folgenden Kondensatoren aus der Reihe von Kondensatoren Ladung verloren geht, weil der Kollektor-Emitter-Stromverstärkungsfaktor
<* der verwendeten Transistoren etwas kleiner als 1 ist. Dies hat zur Folge;
daß sich der Nullpegel langsam aufwärts zu dem Spitzenpegel bewegt, Je nachdem die Ladung weiter
vorgeschoben wird. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, daß auch die Transistorladeströme nach jeder
folgenden Stufe des Speichers und somit bei den' meisten Transistoren auch der Kollektor-Emitter-Stromverstärkungsfaktor
«· verringert werden. Nach einer gewissen Anzahl, meistens einigen zehn Stufen ist der
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erwähnte Nullpegel so weit vorgeschoben, daß in den oberen Spitzen des Signals der Transistor außerhalb
seines linearen Wirkungsbereiches gelangt, so daß
das Signal abgeplattet und somit verzerrt wird.
In der gleichzeitig mit der zuerst erwähnten Patentanmeldung eingereichten Patentanmeldung werden die erwähnten
LadungsVerluste völlig oder teilweise dadurch ausgeglichen,
daß einer oder mehrere der Kondensatoren aus der Reihe von der Reihenschaltung einer beim Übertragung
von Ladung leitenden Diode und eines zusätzlichen Kondensators überbrückt werden, wobei dieser zusätzliche
Kondensator die Eingangs impedanz zwischen xlem limit ter
und dem Kollektor des Ililfstransistors bildet, dessen
Basis-Emitter-Strecke zu der erwähnten Diode gegensinnig parallel geschaltet ist, während der Knotenpunkt der
Diode und der Basiselektrode des Hilfstransistors mit
derjenigen Seite des Kondensators verbunden is1^ der die
Ladung für den auffolgenden Kondensator entnommen wird.
Die obenerwähnte Lösung zum Erzielen einer vollständigen oder teilweise Kompensation der erwähnten Ladungsverluste kann in Kondensätorspeichern angewandt werden,
in denen die Reihe von Kondensatoren nicht zu groß ist. Da der Emitter-Kollektor-Stromverstärkungsfaktor oc für
jeden der verwendeten Transistoren verschieden ist, ist es erforderlich, daß die Verstärkung jedes der verwendeten
Ladungsverstärker einstellbar ist, was z.B. dadurch verwirklicht werden kann, daß der zusätzliche Kondensator
in den Ladungsverstärkern veränderlich ausgebildet
wird» Die obenerwähnte Lösung läßt sich weniger gut in Kondensatorspeichern anwenden, in denen die Reihe
von Kondensatoren groß ist und z. B. 200 Kondensatoren umfaßt. Die Anzahl benötigter Ladungsverstärker
müßte in diesem Falle etwa 5 betragen, was bedeutet, daß., zum Inbetriebsetzen eines derartigen
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BAO ORIGINAL
Kondensatorspeichers diese fünf Ladungsverstärker gesondert eingestellt werden müssen, wodurch die
Bedienung des Kondensatorspeichers erheblich erschwert wird. Außerdem wird im Zusammenhang mit
der zulässigen Verzerrung des elektrischen Ausgangssignal des Kondensatorspeichers die zulässige
Amplitude des dem Speicher zugeführten elektrischen Eingangssignals durch die Stelle bestimmt, an der
der Ladungsverstärker im Kondensatorspeicher angebracht wird. Messungen haben ergeben, daß die zulässige
Amplitude des Eingangssignals bei Verwendung von 50 Kondensatoren vor dem ersten Ladungsverstärker
etwa die Hälfte des möglichen Aussteuerraumes - E
< Y. < +E des ersten Transistors im Speicher ist, während bei Verwendung von 200 Kondensatoren
die zulässige Amplitude des Eingangssignals gleich Null ist.
Die Erfindung hat den Zweck, eine Schaltungsanordnung der beschriebenen Art zu schaffen, bei der
einerseits die zulässige Amplitude des Eingangssignals im Zusammenhang mit der zulässigen Verzerrung
des Aubgangssignals von der Anzahl Stufen
des Kondensatorspeichers unabhängig ist, während andererseits die Anzahl benötigter Ladungsverstärk
ker im Kondensatorspeicher erheblich herabgesetzt wird, wobei der Kondensatorspeicher außerdem besonders
gut in einem Halbleiterkörper integriert werden kann. .,
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende
Transistoren von entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen sind und daß die Steuersignale ent-/ ■
sprechend den ansteigenden Ordnungszahlen der Knoten-: punkte abwechselnd eine positive und negative Polarität
haben.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:'
Pig. 1 einen Kondensatorspeicher nach der Erfindung,
und
Pig. 2 den Spannungsverlauf an verschiedenen Punkten
des Kondensatorspeichers.
Fig. 3 veranschaulicht die Abschwächung eines Eingangssignals in dem Kondensatorspeicher nach der Erfindung
und die Abschwächung eines gleichen Eingangssignals
im bekannten Kondensatorspeicher.
In Pig. 1 besteht die Reihe von Kondensatoren aus den Kondensatoren C1 - G . Diese Kondensatoren sind durch
die Hauptstrombahnen der Transistoren T1 - Tn miteinander
verbunden, während die von diesen Hauptstrombahnen abgekehrten Anschlußklemmen mit einem Punkt konstan
ten Potentials verbunden sind. Es sei dabei bemerkt, daß bei Zweipoltransistoren die Hauptstrombahn die
Emitter-Kollektor-Strecke ist, während bei Feldeffekttransistoren die Hauptstrombahn die Strecke zwischen
der Quellenelektrode und der Abflußelektrode ist. Die Steuerelektroden der ungeradzahligen Transistoren sind
miteinander verbunden und bilden dabei einen ersten Knotenpunkt, der mit dem Ausgang 1 der, Schaltspannungsquelle
S verbunden ist. Die Steuerelektroden der geradzahligen
Transistoren sind gleichfalls miteinander verbunden und bilden dabei einen zweiten Knotenpunkt, der
mit dem Ausgang 3 der Schaltspannungsquelle S verbunden ist. Die Emitter-Elektrode des Transistors T1 oder,
wenn T1 ein Feldeffekttransistor ist, die Quellenelektrode
dieses Transistors ist über die Reihenschaltung eines Widerstandes R1, der Signalspannungsquelle V^
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und der Gleichspannungsquelle E1 mit einem Punkt konstanten
Potentials verbunden. Die den Hauptstrombahnen der Transistoren T1 - T zugekehrten Anschlußklemmen
der ungeradzahligen Kondensatoren sind über die ungeradzahligen Dioden D.., D~, Dt mit dem Ausgang 2 der Schaltspannungsquelle
S verbunden. Die den Hauptstrombahnen der Transistoren T.. - T zugekehrten Anschlußklemmen
der geradzahligen Kondensatoren sind über die geradzahligen Dioden Dp, D., Dn mit dem Ausgang 4 der Schaltspannungsquelle
S verbunden. Die an den Ausgängen 1, 2, und 4 der Schaltspannungsquelle S auftretenden Spannungen
sind in den Figuren 2c» 2d, 2a bzw. 2b dargestellt. Die
Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Kondensatorspeichers ist folgende.
Es sei angenommen, daß der Kondensator C1 im Zeitintervall
1V-Z eine Information e empfangen hat (siehe Fig.2e).
Im Zeitintervall Tr wird der Transistor T2 eingeschaltet, wodurch der Kondensator C1 weiter aufgeladen wird,
bis die Spannung über dem Kondensator C1 gleich null
Volt geworden.ist. Zugleich wird das im Zeitintervall*^".
im Kondensator C1 vorhandene Ladungsdefizit C1 (E-e) um
einen Faktor d geschwächt auf den Kondensator Cp übertragen,
wobei die Schwellwertspannung V, zwischen der Basis- und der Emitter-Elektrode (wenn T1 ein Zweipoltransistor
ist) oder die Schwellwertspannung zwischen der Steuerelektrode und der Quellenelektrode (wenn T1
ein Feldeffekttransistor ist) vernachlässigt wird. Die Spannung über dem Kondensator C2 sinkt dadurch auf E-d.
(E-e) ab, wobei d einen Schwächungsfaktor für die erwähnte Ladungsübertragung darstellt, der bei Verwendung
von Zweipoltraneistoren im wesentlichen durch den Emit—
ter-Kollektor-Stromverstärkungsfaktor oc der Transistoren
und bei Verwendung von Feldeffekttransistoren im wesentlichen durch in den Kondensatoren auftretende Leckströme
bestimmt wird. Im Intervall'Ζη wird der Kondensator O^
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durch den Transistor T, weiter entladen, bis die Spannung über diesem Kondensator gleich null Volt
geworden ist. Zugleich wird der im Kondensator C2
während der Zeitintervalle ^V und TTg vorhandene
Ladungsüberschuß Cp {E-d.(E-e)} um einen Faktor d
geschwächt auf den Kondensator C, übertragen. Die Spannung über dem Kondensator C, wird dadurch gleich
[Έ-d ^E-d(E-e)Jj . Im Zeitintervall χ~ wird der Kondensator
C, durch den Transistor T. weiter entladen,
bis die Spannung über diesem Kondensator gleich null Volt geworden ist. Zugleich wird das im Kondensator C_
während der Zeitintervalle X"™ und 1^8 vorhandene Ladungsdefizit
C, f E-d /E-d(E-e))] um einen Paktor d
geschwächt auf den Kondensator C. übertragen. Die Spannung über dem Kondensator C- wird dadurch gleieh
(E-d Γ E- / E-d(E-e) 1 I . Eine einfache Berechnung
ergibt, daß die Spannung V über dem n.Kondensator nach der Übertragung zwischen den (n-1).Kondensator
und dem n. Kondensator gleich E-(d-d +d'-d^+dn) E+dn.e
sein wird. Für einen großen Wert von η ist dies annähernd gleich
= E - TtT ± <*η·β^? E + dn. e . . . (1)
wenn d dem Wert 1 nahe liegt.
Das Verhalten der Spannung Vn als Punktion der Ordnungszahl η ist in Fig. 3 sowohl für den bekannten Kondensatorspeicher
(mit einer gestrichelten Linie) als auch für den Kondensatorspeicher nach der Erfindung veranschaulicht.
Die ge- _ 8 -
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strichelte linie b veranschaulicht das Verhalten des Nullpegels als Punktion der Ordnungszahl η im bekannten
Kondensatorspeicher, während die volle Linie b das Verhalten des Nullpegels als Punktion der Ordnungszahl
η im Kondensatorspeicher nach der Erfindung darstellt. Aus einem Vergleich zwischen den Verhalten der
Nullpegel geht hervor, daß der Nullpegel im Kondensatorspeicher nach der Erfindung zu dem festen Wert -rß
konvergiert. Außerdem illustriert Pig. 3 das Verhalten der extremen Werte der Eingangssignale V1 und VQ1, die
dem Kondensatorspeicher nach der Erfindung bzw. dem bekannten Kondensatorspeicher zugeführt werden, als
Punktion der Ordnungszahl η der Kondensatoren. Die gestrichelte Linie a zeigt das Verhalten des Minimums
des Eingangssignals Vq1, während die gestrichelte Linie
c das Verhalten des Maximums des erwähnten Eingangssignal als Punktion der Ordnungszahl η darstellt. Die
volle Linie a.. veranschaulicht das Verhalten des Minimums
des Eingangssignal8 V1 als Punktion der Ordnungszahl n, während die volle Linie C1 das Verhalten des
Maximums des Eingangssignals V1 als Punktion der Ord- ■■
nungszahl η darstellt. Aus einer näheren Betrachtung des Verlaufes der gestrichelten Kurve a geht hervor,
daß der Transistor T~q, der mit dem Kondensator C„o
aus dem bekannten Kondensatorspeicher zusammenwirkt,,
in seinen nicht-linearen Arbeitsbereich gelangt ist.. Dadurch wird das Eingangssignal Vq1 verzerrt, was
durch die Kurve Vq20 in Fig. 3 dargestellt ist, die
das Verhalten der Spannung über dem Kondensator Cp^
als Punktion der Zeit zeigt. Der Verlauf der Kurve a der Pig. 3 zeigt weiter, daß der Wert von n, bei dem
zum ersten Mal Verzerrung eines Eingangssignals auftritt,
von der Größe der Amplitude des Eingangssignals abhängig ist. Dadurch wird die Wahl der Stelle, an der
im bekannten Kondensatorspeicher ein Ladungsverstärker
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angebracht werden soll, einerseits durch die Größe des Eingangssignal und andererseits durch den Wert
der Ordnungszahl η "bestimmt. Aus einer näheren Betrachtung des Verlaufes der vollen Linie a geht hervor, daß keiner der Transistoren des Kondensatorspeichers
nach der Erfindung in seinen nicht-linearen Arbeitsbereich gelangt. Dadurch ist die Stelle, an
der der erste Ladungsverstärker im Kondensatorspeicher angebracht werden muß, lediglich von dem gewünschten
Signal-Rausch-Verhältnis abhängig. Wenn nicht mehr als 200 Stufen in Reihe geschaltet sind, können in den
meisten Fällen die Ladungsverstärker sogar völlig weggelassen werden, und es reicht aus, das Signal nach
Durchgang durch die integrierte Verzögerungsleitung auf übliche Weise zu verstärken.
Da jedem ungeradzahligen Kondensator aus dem Kondensatorspeicher nach Fig. 1 aus beiden Richtungen Ladung
zugeführt wird, ist eine zusätzliche Diode erforderlich, durch die nach jeder Ladungsübertragung eine
konstante Ladung abgeführt werden kann. Dies erfolgt mittels der ungeradzahligen Dioden D1, D~ und D,- der
Fig. 1. Jeder geradzahlige Kondensator benötigt gleichfalls eine geradzahlige Diode zum Zuführen einer konstanten
Ladung jeder Ladungsübertragung. Statt der in Fig. 1 gezeigten Dioden können zwei Mehremitter-Transistoren
angewandt werden. Die geradzahligen Dioden werden dabei durch eine gleiche Anzahl Basis-Emitter-Dioden
eines npn-Mehremitter-Transistors ersetzt. Die ungeradzahligen Dioden werden durch eine gleiche Anzahl
Basis-Emitter-Dioden eines pnp-Mehremitter-Transistors ersetzt. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß die den
Ausgängen 2 und 4 der Schaltspannungsquelle zugeführte
Steuerenergie erheblich geringer sein kann, wodurch der Verdrahtung und den mit den Ausgängen 2 und 4 gekoppelten
Endtransistoren der Schaltspannungsquelle weniger
- 10 909886/1294
strenge Anforderungen gestellt werden können, was insbesondere bei Tastfrequenzen
> 1 MHz wichtig ist.
Es dürfte einleuchten, daß sich die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt und
daß für den Fachmann im Rahmen der Erfindung viele Abarten möglich sind. Z.B. können sowohl Zweipolals
auch Feldeffekttransistoren Anwendung finden. Ferner können sowohl Feldeffekttransistoren mit einer
η-leitenden und p-leitenden Kanalzone als auch Feldeffekttransistoren
vom Anreicherungs- und.Verarmungstyp verwendet werden. Außerdem kann die in Fig. 1 beschriebene
Schaltungsanordnung z.B. vorteilhaft zum Erzielen eines üblichen Filters für elektrische Signale
angewandt, werden. Auch können in Vereinigung mit der in Fig. 1 beschriebenen Schaltungsanordnung
übliche Ein- und Ausgangskreise verwendet werden. Weiterhin können zwei oder mehrere Schaltungsanordnungen
der in Fig. 1 beschriebenen Art zu einem gemeinsamen Eingang (gemeinsamen Eingängen) und/oder zu einem
gemeinsamen Ausgang (gemeinsamen Ausgängen) parallel geschaltet werden.
Patentansprüche:
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Claims (3)
1. Kondensatorspeicher mit einer Reihe von Kondensatoren, die über die Hauptstrombahnen von
Transistoren miteinander verbunden sind, wobei die Steuerelektroden der Transistoren gruppenweise miteinander
verbunden sind und dabei Knotenpunkte bilden, denen Steuersignale zugeführt werden, die entsprechend den ansteigenden Ordnungszahlen der Knotenpunkte
in der Phase verschoben sind, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Transistoren von
entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen sind und daß die Steuersignale entsprechend den ansteigenden Ordnungszahlen
der Knotenpunkte abwechselnd eine positive und negative Polarität haben.
2. Kondensatorspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Hauptstrombahnen
der Transistoren abgekehrten Anschlußklemmen der Kondensatoren mit Punkten konstanten Potentials verbunden
sind.
3. Kondensatorspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Hauptstrombahnen
der Transistoren zugekehrten Anschlußklemmen der geradzahligen Kondensatoren über Halbleiterdioden vom
gleichen Leitfähigkeitstyp mit einer ersten Schaltspannungsquelle
verbunden sind, während die die Hauptstrombahnen der Transistoren zugekehrten Anschlußklemmen
der ungeradzahligen Kondensatoren über Halbleiterdioden von einem dem der bereits erwähnten
Halbleiterdioden entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
mit einer zweiten Schaltspannungsquelle verbunden sind, wobei die von der ersten und von der zweiten Schaltspannungsquelle
abgegebenen Spannungen entgegengesetzten Polaritäten haben.
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BHV | Refusal |