DE2047358C2 - Impulsformstufe für symmetrische Impule mit zwei Transistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Impulsfoimerstufe für symmetrische Impulse mit zwei Transistoren, bei der der erste. Transistor in Kollektorschaltung mit dem zweiten, zum ersten Transistor komplementären Transistor derart gekoppelt ist, daß die Basis des zweiten Transistors unmittelbar mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist, daß die Basis des ersten Transistors über einen ohmschen Widerstand mit dem Emitter des zweiten Transistors und außerdem mit dem einen Pol der Versorgungsgleichspannung verbunden ist und daß beim ersten Transistor in der Emitterzuleitung und beim zweiten Transistor in der Kollektorzuleitung je ein ohmscher Widerstand angeordnet ist.

Aus der USA.-Patentschrift 35 02911 ist bereits eine Imnulsformerstufe bekannt, die aus zwei Transistoren besteht und bei der symmetrische Rechteckinipulse am Auseang erhalten wtrden. Bei dieser Anordnung handelt es um zwei Emitterstufen, deren Emitter über einen ohmschen Widerstand an Masse liegen. Die beiden Basen müssen, wenn man symmetrische Ausgangsimpulse erhalten will, über einen aus Spule und Kondensator bestehenden Schwingkreis miteinander verbunden sein, so daß beide Basen stets gleiches Potential haben. Außerdem wird das Potential über eine Zenerdiode stabil gehalten.

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß durch die Verwendung eines Schwingkreises ein Spulenelement vorhanden ist, so daß sich diese Anordnung für den Einsatz in integrierten Schaltungen nicht eignet. Außerdem ist ein weiterer Nachteil der, daß die Emitier über einen ohmschen Widerstand an Masse liegen, wodurch sie für den Einsatz als logische Schaltung ungeeignet sind, weil dadurch für den Nullfall kein definierter Ausgang gegeben ist. Außerdem weist die Schaltung einen relativ niedrigen Eingangswiderstand auf, so daß zu ihrer Aussteuerung verhältnismäßig große Steuerleistungen erforderlich

Aus der deutschen Auslegeschrift 12 54 694 ist außerdem ein elektronischer Impulsumsetzer bekannt, bei dem jedoch das Tastverhältnis der Impulse von der Amplitude der sinusförmigen Eingangsspannung abhängig ist. Eine solche Anordnung ist jedoch für Einsatzfälle, in denen das Tastverhältnis unabhängig von der Amplitude der Eingangsspannung sein soll, nicht geeignet.

Aus der deutschen Auslegeschrift 12 87 121 ist ferner eine Schaltung mit zwei Transistoren bekannt, bei welcher der erste Transistor in Kollektorschaltung mit dem zweiten zum ersten Transistor komplementären Transistor derart gekoppelt ist, daß die Basis des zweiten Transistors unmittelbar mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist. Diese bekannte Anordnung dient jedoch zusammen mit weiteren nachgeschalteten Stufen zur Amplitudenbegrenzung von Signalen mit Temperaturstabilisierung des Abschneidepegels.

In dem Buch von Laurence G. Cowles, »Analysis and Design of Transistor Circuits«, ist auf Seite 109, Figur 10.10 (B), eine Transistorschaltung für symmetrische Impulse angegeben, die zwei Transistoren enthält. Dabei ist jedoch die Basis des ersten Transistors über einen Spannungsteiler angesteuert, und im Emitterkreis des Ausgar.gstransistors liegt ebenfalls ein ohmscher Widerstand, da diese bekannte Schaltung zwei Ausgänge besitzt. Die Ansteuerung mit Hilfe eines Spannungsteilers bringt den Nachteil mit sich, daß durch den zusätzlichen ohmschen Widerstand die Hochohmigkeit des Schaltungseingangs herabgesetzt wird. Durch den Widerstand im Emitterkreis des zweiten Transistors wird außerdem die Verstärkung der zweiten Stufe erheblich vermindert, und zwar um das Verhältnis des Widerstands im Kollektorkreis zum Widerstand im Emitterkreis, wodurch nicht nur die Ausgangsimpulse potentialmäßig nicht festgelegt sind, d. h. ein schwebendes Bezugspotential für die Ausgangsimpulse vorhanden ist als auch die Ausgangsimpulse selbst in ihrer Flankensteilheit durch die reduzierte Verstärkung verringert sind. Während der erste Nachteil der Ansteuerung über einen Spannungsteiler insoweit noch ausgleichbar wäre, als bei Verwendung einer Stromquelle mit gleichem Innenwiderstand eine höhere Steuerspannung

oder bei gleichbleibender Steuerspannung eine Spannungsquelle mit kleinerem Innenwiderstand verwen-

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hebbar. Zudem erzeugt diese bekannte Anordnung nur unter bestimmten Umständen eine impulsmäßige Ausgangsspannung, wobei dies wesentlich von der Dimensionierung der Schaltung abhängt. Sowohl die verringerte Hoehohmigkeit der Eingangsschaltung als auch die Verflachung der Anstiegsflanken der Impulse wirkt sich letztlich so aus, daß eine derartige Schaltung für die Umsetzung von von einem hochohmigen Generator kommender Sinusspannungen in Impulse zur Steuerung digitaler Schaltkreise nur sehr bedingt und für die Nachrichtenübertragungstechnik mit ihren hohen Qualitätsforderungen überhaupt nicht verwendbar ist.

Bei einer gänzlich anderen Art von elektrischen Schaltungen ist es auch bereits bekannt, Transistorstufen für ivC-Glieder oder übertrager anzusteuern, wie z. B. aus dem Buch »The Junction Transistor and its Applications«, herausgegeben von E. WoIfendale, B. Sc. (Eng.), A.M.I.E.E., London, 1958, S. 132 zu entnehmen ist.

Aus der deutschen Auslegeschrift 11 58 652 ist es außerdem bekannt, den Emitter des einen Transistors mit dem Kollektor des zweiten Transistors unmittelbar zu verwenden. Die beiden Transistoren sind aiierdings so geschaltet, daß der erste Transistor leitet, wenn der zweite Transistor im Sperrzustand ist. Ein derartiges Schaltverhalten ist jedoch zur Lösung der vorliegenden Aufgabe nicht brauchbar.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Impulsformerstufe zu schaffen, die bei minima^m Bauteileaufwand mit kleinen sinusförmigen Eingangsspannungen (0,1 V) angesteuert werden und unge- fähr symmetrische Impulse abgeben kann.

Die Impulsformerstufe wird gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß der Emitter dts zweiten Transistors unmittelbar mit dem Kollektor des ersten Transistors und Kollektor des ersten und Emitter des zweiten Transistors mit demjenigen Pol eier Versorgungsgleichspannung verbunden sind, der im Ruhezustand ein leichtes Durchsteuern des ersten und damit ein Durchsteuern des zweiten Transistors bewirkt.

Dabei kann die Basis des ersten Transistors über einen Übertrager oder über einen Kondensator und einen Reihenwiderstand angesteuert werden.

Durch die Art der Zusammenschaltung der beiden Transistoren, der erste Transistor bestimmt den Arbeitspunkt des zweiten Transistors, genügen schon kleine sinusförmige Eingangsspannungen (etwa 100 mV), um am Ausgang des Impulsformers Rechteckimpulse zu erhalten. Außerdem kon.pensiert sich der Temperaturgang der beiden Transistoren. Der Bauteileaufwand ist ferner sehr klein.

Um die Impulsformerstufe auch zur galvanischen Ansteuerung an Logikschaltkreisen geeignet zu machen, ist es vorteilhaft, den im Basiskreis des ersten Transistors liegenden ohmschen Widerstand so zu dimensionieren, daß er gleich ist dem Quotienten aus dem Quadrat des Emittei Widerstandes des ersten Transistors, multipliziert mit dem Gleichstromverstärkungsfaktor des ersten Transistors und der Differenz aus dem ohmschen Widerstand im Kollektorkreis des zweiten Transistors, multipliziert mit dem Gleich-Stromverstärkungsfaktor des zweiten Transistors, minus dem Emitterwiderstand im Emitterkreis de" ersten Transistors.

An Hand der Ausfuhrungsbeispiele nach den F i g. 1 und 2 wird die Erfindung näher erläutert.

Die Irnpulsforrnerstufen der F i g. 1 und 2 bestehen aus einem pnp-Transistor TI mit den Widerständen R1 und R 2, der in Kollektorschaltung als Impedanzwandler betrieben wird. Dadurch ergibt sich ein hoher Eingangswiderstand, der noch durch Zwischenschaltung eines Basiswiderstandes erhöht werden kann. An dessen Emitter ist die Basis eines npn-Transistors Tl mit dem Kollektorwiderstand R 3 galvanisch angeschlossen. Der Transistor T 2 arbeitet in Emitterschaltung als Begrenzer und ist im Ruhezustand durchgesäuert, bedingt durch den Arbeitspunkt des Transistors TI, der im Ruhezustand ebenfalls leicht durchgesteuert ist.

Wird an den Eingang der Impulsformerstufe eine sinusförmige Spannung angelegt, so wird bei den negativen Halbwellen der Spannung der Transistor Tl vollständig gesperrt und der Transistor T 2 noch mehr in den Sättigungszustand gesteuert. Bei Spannungsumkehr wird der Transistor Tl sofort durchgesteuert, da durch die spezielle Art der Aussteuerung dieses Transistors im Ruhezustand der Transistor sozusagen in Bereitschaft gesteuert ist; damit wird jedoch das Emitterpotential des ersten Transistors und damit auch das Basispotential des zweiten Transistors so weit abgesenkt, das der Transistor T 2 gesperrt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch, solange am Eingang eine Wechselspannung anliegt. Wird die Wechselspannung am Eingang unterbrochen, so stellt sich der ursprüngliche Schaltzustand der Stufe wieder ein, wobei der Transistor T 2 durchgeschaltet ist, so daß am Kollektor nahezu das gleiche Potential wie am Emitter liegt. Die Stufe ist damit zur Anschaltung an Logikschaltkreise geeignet.

Wird der Transistor Tl allein betrachtet (Transistor T 2 abgetrennt), so setzt sich dessen Kollektor-Emitter-Spannung U_Ck, aus der Basis-Emitter-Spannung UnE₁ und der Spannung U_Rv die durch den Basisstrom /_hl am Widerstand Al entsteht, zusammen.

Die Kollektor-Emitter-Spannung (7,_:/ j muß nun so groß gegenüber der Basis-Emitter-Spannung U_BF2 des Transistors Γ2 sein, daß die dadurch bedingte Differenzspannung einen genügend groOen Steuerstrom I₁,₂ durch den Widerstand R2 treiben kann, um den Transistor T 2 durchzusteuern. Der Ruhezustand des Transistors T 2 (durchgesieuert) ist durch die Größe des Widerstandes R 1 bestimmt.

Als Näherung für den Basiswiderstand R 1 gilt

wobei B„ ■ R_x > A₂ sein muß.

B_v B₂ sind die Gleichstromverstärkungen der Transistoren Tl und Tl.

Der kleinste noch zulässige Widerstand Rl ergibt sich dann aus

R\min ~~

"2 min ' R3 ~~ 2

Die Empfindlichkeit des Impulsformers ist dadurch gegeben, daß die Basis-Emitter-Spannung U/?;;₂ des Transistors T2 vom Transistor Tl erzeugt wird und sich ungefähr im gleichen Maße ändert wie die Ein-

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gangsspannung. Kleine Eingangsspannungsänderungen bewirken also, daß der Transistor Tl vom durchgesteuerten in den gesperrten Zustand und umgekehrt gebracht wird.

Die F i g. 1 und 2 unterscheiden sich lediglich dadurch, daß der Impulsformerstufe nach Fig. 1 die Eingangsspannung über einen Kondensator und nach F i g. 2 über einen Übertrager zugeführt wird.

Der Eingangswiderstand ergibt sich nach Fig. 1 aus. der Summe des Vorwiderstandes Rv und dem Widerstand Al, dem der Eingangswiderstand des Transistors Tl parallel geschaltet ist. Nach Fig. 2 wird der Eingangswiderstand aus der Summe des Widerstandes R1 und dem Eingangswiderstand des Transistors Γ1 gebildet.

Die Transistoren Tl und Tl können bei gleichzeitigem Polaritätswechsel der Betriebsspannung vertauscht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Impulsformerstufe für symmetrische Impulse mit zwei Transistoren, bei der der erste Transistor in Kollektorschaltung mit dem zweiten, zum ersten Transistor komplementären Transistor derart gekoppelt ist, daß die Basis des zweiten Transistors unmittelbar mit dem Emitter des ersten Transistors verbunden ist, daß die Basis des ersten Transistors über einen ohmschen Widerstand mit dem Emitter des zweiten Transistors und außerdem mit dem einen Pol der Versorgungsgleichspannung verbunden ist und daß beim ersten Transistor in der Emitterzuleitung und beim zweiten Transistor in der Kollektorzuleitung je ein ohmscher Widerstand angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des zweiten Transistors (T 2) unmittelbar mit dem Kollektor des ersten Transistors und Kollektor des ersten und Emitter des zweiten Transistors mit demjenigen Pol der Versorgungsgleichspannung verbunden sind, der im Ruhezustand ein leichtes Durchsteuern des ersten und damit ein Durchsteuern des zweiten Transistors bewirkt.

2. Impulsformerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des ersten Transistors (Γ1) über einen Übertrager (Ü) angesteuert ist.

3. Impulsfonnerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des ersten Transistors (T 1) über einen Kondensator (C) und einen Reihenwiderstand (Rv) angesteuert ist.

4. Impulsformerstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im Basiskreis des ersten Transistors (Tl) liegende ohmsche Widerstand (R 1) derart dimensioniert ist, daß er gleich ist dem Quotienten aus dem Quadrat des Emitterwiderstandes (R 2) des ersten Transistors (Γ1), multipliziert mit dem Gleichstromverstärkungsfaktor (Bl) des ersten Transistors (T 1) und der Differenz aus dem ohmschen Widerstand (R 3) im Kollektorkreis des zweiten Transistors (T 2), multipliziert mit dem Gleichstromverstärkungsfaktor (B 1) des zweiten Transistors (Tl) minus dem Emitterwiderstand (Rl) im Emitterkreis des ersten Transistors (Γ1).