DE1922761B2 - Kondensatorspeicher - Google Patents

Description

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 e>nem der Kondensatoren der Reihe vorhandene Ladung möglichst verlustfrei auf einen folgenden Kondensator der Reihe übertragen wird.

Bei einem Kondensatorspeicher dieser Art, der in der älteren Patentanmeldung P 15 41 954 beschrieben wurde, sind aufeinanderfolgende Kondensatoren einer Reihe von Kondensatoren je über die Emitter-Kollektor-Strecke eines npn-Transistors miteinander verbunden. Die vom Kollektorkreis 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 ansteigenden Ordnungszahlen der Basisknotenpunktc gegenseitig in der Phase %'erschoben sind. Wie in der obenstehenden Patentanmeldung erwähnt wurde, wird nun für Eingangssignale, die im Intervall — E< Vi <+E liegen, wobei E die Amplitude des Steuersignals darstellt, eine lineare Beziehung zwischen dem Spannungsabfall Δ V über dem Speicherkondensator aus der ersten Stufe des Speichers und dem dieser ersten Stufe zugeführten

ίο Eingangssignal bestehen. Im erwähnten Intervall wird Δ V über dem erwähnten Kondensator das Intervall O < Δ V <+E durchlaufen. Wenn das Eingangssignal Vi gleich O Volt ist, wird der Spannungsabfall Δ V über dem Kondensator aus der ersten Stufe gleich V2 E sein, weicher Spannungsabfall nachstehend als »Nullpegel« bezeichnet wird. Wenn das Eingangssignal Vi gleich —£Volt ist, wird der Spannungsabfall Δ V über dem Kondensator aus der ersten Stufe gleich OVoIt sein; dieser Spannungsabfall wird nach-

ao stehend als »Spitzenpegel« bezeichnet.

Wenn die Reihe von Kondensatoren in diesem Kondensatorspeicher groß ist, wird die Wirkung des Speichers durch die Tatsache beeinträchtigt, daß bei Übertragung von Ladung zwischen zwei aufeinanderfolgenden 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 KollektoF-Emitter-Stromverstärkungsfaktor λ verringert werden. Nach einer gewissen Anzahl, meistens einigen zehn Stufen, ist der 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 erwähnten Patentanmeldung werden die erwähnten Ladungsverluste völlig oder teilweise dadurch ausgeglichen, daß einer oder mehrere der Kondensatoren aus der Reihe von der Reihenschaltung einer

bei Übertragung von Ladung leitenden Diode und eines zusätzlichen Kondensators überbrückt werden, wobei dieser zusätzliche Kondensator die Eingangsimpedanz zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Hilfstransistors 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 ist, der die Ladung für den auffolgenden Kondensator entnommen wird.

Die obenerwähnte Lösung zum Erzielen einer vollständigen oder teilweisen Kompensation der erwähnten Ladungsverluste kann in Kondensatorspeichern angewandt werden, in denen die Reihe von Kondensatoren nicht zu groß ist. Da der Emitter-Kollektor-Stromverstärkungsfaktor λ 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 piüßte in diesem Falle etwa 5 betragen, was bedeutet, daß zum Inbetriebsetzen eines derartigen Kondensatorspeichers diese fünf Ladungsverstärker gesondert eingestellt werden müssen, wodurch die Bedienung des Kondensatorspeichers erheblich erschwert wird. Außerdem wird im Zusammenhang mit der zuläs^cigen Verzerrung des elektrischen Ausgangssignal des Kondensatorspeinhers 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 < K₁- < + E des ersten Transistors im Speicher ist, während bei Verwendung von 200 Kondensatoren die zulässige Amplitude des Eingangssignals gleich 0 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 Ausgangssignals von der Anzahl Stufen des Kondensatorspeichers unabhängig ist, während andererseits die Anzahl benötigter Ladungsverstärker im Kondensatorspeicher erheblich herabgesetzt wird, wobei der Kondensatorspeicher außerdem besonders gu' in einem Halbleiterkörper integriert werden kann.

Die Erfindung ist 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.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Kondensatorspeicher nach der Erfindung und

F i g. 2 den Spannungsverlauf an verschiedenen Punkten des Kondensatorspeichers;

F i g. 3 veranschaulicht die Abschwächung eines Eingangssignals in dem Kondensatorspeicher nach der Erfindung und die Abschwächung eines gleichen Eingangssignals im bekannten Kondensatorspeicher. In F i g. 1 besteht die Reihe von Kondensatoren aus den Kondensatoren C₁ bis C_n- Diese Kondensatoren sind durch die Hauptstrombahnen der Transistoren T₁ bis T_n miteinander verbunden, während die von diesen Hauptstrombahnen abgekehrten Anschlußklemmen mit einem Punkt konstanten 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 perad^ahl'pen 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 T, ein Feldeffekttransistor ist, die Quellenelektrode dieses Transistors ist über die Reihenschaltung eines WiderStandes A₁, der Signalspannungsquelle Vi und der Gleichspannungsquelle £_x mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Die den Hauptstrombahnen der Transistoren T₁ bis T_n zugekehrten Anschlußklemmen der ungeradzahligen Kondensatoren sind über die ungeradzahligen Dioden D₁, D₃, D₅ mit dem Ausgang 2 der Schaltspannungsquelle S verbunden. Die den Hauptstrombahnen der Transistoren T₁ bis T_n zugekehrten Anschlußklemmen der geradzahligen Kondensatoren sind über die geradzahligen Dioden D₂, D₄, D_n mit dem Ausgang 4 der Schaltspannungsquelle S verbunden. Die an den Ausgängen 1, 2, 3 und 4 der Schaltspannungsquelle S auftretenden Spannungen sind in den F i g. 2c, 2d. 2a bzw. 2b dargestellt. Die Wirkungsweise des in F i g. 1 dargestellten Kondensatorspeichers ist folgende.

Es sei angenommen, daß der Kondensator C₁ im Zeitintervall τ₃ eine Information e empfangen hat (s. Fig. 2e). Im Zeitintervall τ₅ wird der Transistor T₂ eingeschaltet, wodurch der Kondensator C₁ weiter aufgeladen wird, bis die Spannung über dem Kondensator C₁ gleich O Volt geworden ist. Zugleich wird das im Zeitintervall τ₄ im Kondensator C₁ vorhandene Ladungsdefizit C₁ (E-e) um einen Faktor d geschwächt auf den Kondensator C₂ übertragen, wobei die Schwellwertspannung Va 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 deinen Schwächungsfaktor für die erwähnte Ladungsübertragung darstellt, der bei Verwendung von Zweipoltransistoren im wesentliehen durch den Emitter-Kollektor-Stromverstärkungsfaktor χ der Transistoren und bei Verwendung von Feldeffekttransistoren im wesentlichen durch in den Kondensatoren auftretende Leckströme bestimmt wird. Im Intervall τ, wird der Kondensator C₂ durch den Transistor T₃ weiter entladen, bis die Spannung über diesem Kondensator gleich O Volt geworden ist. Zugleich wird der im Kondensator C₂ während der Zeitintervalle r_s und τ_β vorhandene LadungsüberschußCj {E-d-(E-e)} um einen Faktor*/ geschwächt auf den Kondensator C₃ übertragen. Die Spannung über dem Kondensator C₃ wird dadurch gleich [E-d {E-d (E-e)}). Im Zeitintervall τ_β wird der Kondensator C₃ durch den Transistor T₄ weiter entladen, bis die Spannung über diesem Kondensator gleich O Volt geworden ist. Zugleich wird das im Kondensator C₃ während der Zeitintervalle τ, und τ₈ vorhandene Ladungsdefizit C₃ [E-d {E—d (E-e)}] um einen Faktor d geschwächt auf den Kondensator C₄ übertragen. Die Spannung über dem Kondensator C₄ wird dadurch gleich E-d [E- {E-d (E-e)}]. Eine einfache Berechnung ergiot, daß die Spannung V_n über dem n-Kondensator nach der Übertragung zwischen den (/ι — 1)-Kondensator und dem «-Kondensator gleich E- (d-cP + d^-d* ± dⁿ) E ± dⁿ · e sein wird. Für einen großen Wert von η ist dies annähernd gleich

■ Ii

wenn d dem Wert 1 nahe liegt.

Das Verhalten der Spannung V_n als Funktion der

Ordnungszahl η ist in F i g. 3 sowohl für den be·· hältnis abhängig. Wenn nicht mehr als 200 Stufen ir

kannten Kondensatorspeicher (mit einer gestrichelten Reihe geschaltet sind, können in den meisten Fäller

Linie) als auch für den Kondensatorspeicher nach der die Ladungsverstärker sogar völlig weggelassen wer

Erfindung veranschaulicht. Die gestrichelte Linie b den, und es reicht aus, das Signal nach Durchgang

veranschaulicht das Verhalten des Nullpegels als 5 durch die integrierte Verzögerungsleitung auf übliche

Funktion der Ordnungszahl η im bekannten Konden- Weise zu verstärken.

satorspeicher, während die volle Linie b das Verhalten Da jedem ungeradzahligen Kondensator aus derr des Nullpegels als Funktion der Ordnungszahl η im Kondensatorspeicher nach F i g. 1 aus beiden Rieh Kondensatorspeicher nach der Erfindung darstellt tungen Ladung zugeführt wird, ist eine zusätzliche Aus einem Vergleich zwischen den Verhalten der Null- io Diode erforderlich, durch die nach jeder Ladungspegel geht hervor, daß der Nullpegel im Kondensator- Übertragung eine konstante Ladung abgeführt werder speicher nach der Erfindung zu dem festen Wert Vs £ kann. Dies erfolgt mittels der ungeradzahligen Di konvergiert. Außerdem illustriert F i g. 3 das Ver·· öden D₁, D₃ und Z)₆ der F i g. 1. Jeder geradzahlige halten der extremen Werte der Eingangssignale V_x Kondensator benötigt gleichfalls eine geradzahlige und K₀₁, die dem Kondensatorspeicher nach der Er- 15 Diode zum Zuführen einer konstanten Ladung nach findung bzw. dem bekannten Kondensatorspeicher jeder Ladungsübertragung. Statt der in F i g. 1 ge zugeführt werden, als Funktion der Ordnungszahl η zeigten Dioden können zwei Mehremitter-Transistorer der Kondensatoren. Die gestrichelte Linie α zeigt das angewandt werden. Die geradzahligen Dioden werder Verhalten des Minimums des Eingangssignals K₀₁, dabei durch eine gleiche Anzahl Basis-Emitter-Dioder während die gestrichelte Linie c das Verhalten des 20 eines npn-Mehremitter-Transistors ersetzt. Die un Maximums des erwähnten Eingangssignals als Funk- geradzahligen Dioden werden durch eine gleiche tion der Ordnungszahl η darstellt. Die volle Linie a_x Anzahl Basis-Emitter-Dioden eines pnp-Mehremitter veranschaulicht das Verhalten des Minimums des Transistors ersetzt. Dadurch wird der Vorteil erzielt Eingangssignals K₁ als Funktion der Ordnungszahl n, daß die den Ausgängen 2 und 4 der Schaltspannungs während die volle Linie C₁ das Verhalten des Maxi- 35 quelle zugeführte Steuerenergie erheblich geringer seir mums des Eingangssignals K₁ als Funktion der Ord- kann, wodurch der Verdrahtung und den mit der nungszahl η darstellt. Aus einer näheren Betrachtung Ausgängen 2 und 4 gekoppelten Endtransistoren dei des Verlaufes der gestrichelten Kurve α geht hervor, Schaltspannungsquelle weniger strenge Anforderunger daß der Transistor T₂₀, der mit dem Kondensator C₂₀ gestellt werden können, was insbesondere bei Tast aus dem bekannten Kondensatorspeicher zusammen- 3° frequenzen >1 MHz wichtig ist.
wirkt, in seinen nichtlinearen Arbeitsbereich gelangt Es dürfte einleuchten, daß sich die Erfindung nich ist. Dadurch wird das Eingangssignal K₀₁ verzerrt, was auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt unc durch die Kurve K₀₂₀ in F i g. 3 dargestellt ist, die daß für den Fachmann im Rahmen der Erfindung viele das Verhalten der Spannung über dem Kondensator Abarten möglich sind. Zum Beispiel können sowoh C₂₀ als Funktion der Zeit zeigt. Der Verlauf der 35 Zweipol- als auch Feldeffekttransistoren Anwendung Kurve α der F i g. 3 zeigt weiter, daß der Wert von n, finden. Ferner können sowohl Feldcffekttransistorer bei dem zum ersten Mal Verzerrung eines Eingangs- mit einer n-ieitenden und p-leitenden Kanalzone all signals auftritt, von der Größe der Amplitude des auch Feldeffekttransistoren vom Anreicherungs- unc Eingangssignals abhängig ist. Dadurch wird die Wahl Verarmungstyp verwendet werden. Außerdem kanr der Stelle, an der im bekannten Kondensatorspeicher 40 die in F i g. 1 beschriebene Schaltungsanordnung ζ. Β ein Ladungsverstärker angebracht werden soll, einer- vorteilhaft zum Erzielen eines üblichen Filters füi seits durch die Größe des Eingangssignals und an- elektrische Signale angewandt werden. Auch könner dererseits durch den Wert der Ordnungszahl η be- in Vereinigung mit der in F i g. 1 beschriebener stimmt. Aus einer näheren Betrachtung des Verlaufes Schaltungsanordnung übliche Ein- und Ausgangs der vollen Linie α geht hervor, daß keiner der Tran- 45 kreise verwendet werden. Weiterhin können zwei odei sistoren des Kondensatorspeichers nach der Erfindung mehrere Schaltungsanordnungen der in F i g. 1 be in seinen nichtlinearen Arbeitsbereich gelangt. Da- schriebenen Art zu einem gemeinsamen Eingang (ge durch ist die Stelle, an der der erste Ladungsverstärker meinsamen Eingängen) und/oder zu einem gemein im Kondensatorspeicher angebracht werden muß, samen Ausgang (gemeinsamen Ausgängen) paralle lediglich von dem gewünschten Signal-Rausch-Ver- 50 geschaltet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

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 entgegengesetzte Polaritäten haben.