DE2144232B2 - Verzögerungsanordnung - Google Patents

Description

In der bekannten Verzögerungsvorrichtung nach gleich {— (2E— ν_α) + δ) Volt sein (siehe Fig.2d).

F i g. 1 sind die Hauptstromwege der Feldeffekttran- Am Ende des erwähnten Zeitintervalls wird die Span-

sistoren T₀, T₁, T„ ... T_n miteinander in Reihe ge- nung an der Abflußelektrode des Transistors T₀ gleich

schaltet. Die Kapazität C₀ ist zwischen der Abfluß- {-(2E—V_d) + ö + A₂) Volt sein. Im erwähnten Zeitelektrode und der Torelektrode des Transistors T₀ s uitervall ist die Spannungsabnahme über der Kapa-

angebracht. Die Kapazität C₁ ist zwischen der Ab- zität C₀ also gleich Δ V₂ Volt.

flußelektrode und der Torelektrode des Transistors T₁ Im Zeitintervall T₃ wird die Kapazität C₁ über den angebracht. Die Kapazität C„ ist zwischen der Ab- Transistor T₁ aufgeladen, bis die Spannung über flußelektrode und der Torelektrode des Transistors T₂ dieser Kapazität um einen Betrag von J F₁ Volt zuangebracht. Die Kapazität C_n ist zwischen der Ab- 10 genommen hat (siehe Fig. 2e). Im Zeitintervall T₄ flußeleVtrode und der Torelektrode des Transistors T_n wird die Kapazität C₁ über den Transistor T₂ entlaangebracht. Die Torelektrode des Transistors T₁ ist den, bis die Spannung über dieser Kapazität gleich mit dem Ausgang S₂ der Schaltspannungsquelle S₀ -(E- V_d) Volt ist, wobei V₁₂ die dem Signalwert AV₁ verbunden. Die Torelektroden der Transistoren T₀ entsprechende Schwellwertspannung des Transi- und T_n sind mit dem Ausgang S₁ der Schaltspan- 15 stors T«, darstellt. Im Zeitintervall τ. wird die Kapanungsquelle S₀ verbunden. Die Diode D_n ist einerseits zität C₁" über den Transistor T₁ aufgeladen. Dabei mit der Abflußelektrode des Transistors T_n und ande- wird die Spannungszunahme über der Kapazität C₁ rerseits mit dem Ausgang S„ der Schaltspannungs- gleich der Spannungsabnahme über der Kapazität C₀ quelle S_n verbunden. Die Quellenelektrode des Tran- im betreffenden Zeitintervall sein. Die erwähnte Spansistors T₀ ist über die Reihenschaltung des Wider- 20 nungszunahme wird somit gleich (AV₂-δ) Volt sein. Standes A₀, der Eingangsspannungsquelle F, und der Im Zeitintervall τ_β wird die Kapazität C₁ über den Gleichspannungsquelle E₁ mit einem Punkt konstan- Transistor T₂ entladen, bis die Spannung über dieser ten Potentials verbunden. Kapazität gleich -(E-V'/) Volt geworden ist, wo-Die Wirkungsweise der bekannten Vorrichtung bei V_d" die dem Signalwert (AV₂-δ) Volt entsprewird nachstehend an Hand der Fig. 2 beschrieben. 25 chende Schwellwertspannung des Transistors T₂ ist. In den Fig. 2 b bzw. 2 c sind die an den Ausgängen S₂ Da δ sehr viel kleiner als JF₃ ist gilt annähernd und S₁ auftretenden Spannungen als Funktion der daß V/'=V/ ist. Dies bedeutet,"daß die Spannungs-Zeit dargestellt. Diese Spannungen sind symmetrische abnähme über der Kapazität C₁ im Zeitintervall r_e Blockspannungen mit einem Maximum von 0 V und gleich (J₂ — 2 δ) Volt statt gleich J F₂ (dem SoIleinem Minimum von — E V. Während der Zeitspanne, 30 wert) sein wird. Eine einfache Berechnung zeigt, daß in der die Spannung am Punkt S, in bezug auf Erde die der Spannungsabnahme (J V₂-O) Volt über der negativ ist, wird die Information über die Größe des Kapazität C₀ im Zeitintervall T₅ entsprechende Span-Eingangssignals V₁ auf die Kapazität C₀ übertragen nungsabnahme über der Kapazität C_n des Kapazitiv-(gemäß Fig. 2b also während der Zeitintervalle Speichers nach Fig. 1 gleich (J F2 — „■ δ) Volt sein r_a, T₄, T_n und T₈). Im Zeitintervall T₂ ist das Eingangs- 35 wird, wobei η die Ordnungsnummer der Kapazität C_n signal F₁- klein (s. F i g. 2 a), während im Zeitinter- ist. Dies trifft aber nur dann zu, wenn η ■ δ gegenüber vall r₄ und in den folgenden Zeitintervallen das Ein- A F₂ klein ist. Wenn η ■ δ mit J F₂ vergleichbar wird, gangssignal V₁ groß ist. Im Zeitintervall T₂ wird ein d. h., wenn η groß gewählt wird, wird die entspre-Strom durch den Transistor T₀ fließen, der etwa chende Spannungsabnahme gleich (l—ö)" Volt sein, gleich V₁IR₆ Ampere ist. Dabei ist F, die Größe des 40 Wenn aber η ■ δ mit dem Signalwert A V₂ vergleich-Eingangssignals im betreffenden Zeitintervall T₂ und R₀ bar wird, werden auch Effekte zweiter und dritter der Widerstandswert des Wideistandes R₀ der Fi g. 1. Ordnung auftreten. Dies bedeutet, daß im Gegensatz Diesr Strom wird eine Zunahme der Spannung an zu den in F ig. 2 d und 2 e beschriebenen Beispielen, der Abflußelektrode des Transistors T₀ um einen Be- in denen nur ein Signalwert nicht richtig war (siehe trag A V₁ bewirken (siehe Fig. 2d). Im Zeitinter- 45 Fig. 2d, Intervall T₅, und Fig. 2e Intervall τ_β), wervall T₃ wird die Kapazität C₀ über den Transistor T₁ den dann zwei oder mehr aufeinanderfolgende Signalentladen, bis· die Spannung über dieser Kapazität werte nicht richtig sein, wie schematisch in F i g. 2 f gleich -(E-FJVoIt geworden ist, wobei V_d die dargestellt ist. In dieser Figur sind die Signalwerte in Schwellwertspannung des Transistors T₁ ist, deren den Intervallen T_n, und T_n,₊₂ nicht richtig. Im InterGröße durch den Signalwert A F₁ bestimmt wird. Im 50 vall T_n, ist der Signalwert gleich (A F₂-O₁₁) Volt, wäh-Zeitintervall T₄ wird über den Transistor T₀ der Ka- rend im Intervall T_n,₊₂ der Signalwert gleich pazitätC₀ wieder Ladung zugeführt, wodurch die (JF₂-<3₂₂) Volt ist. Erst im Intervall T_n,₊₄ ist der Spannung an der Abflußelektrode des Transistors T₀ Signalwert richtig und gleich J F₂ Volt, um einen Betrag A F₂ Volt zunehmen wird (siehe F i g. 3 zeigt die Verzögerungsvorrichtung nach der Fig. 2d). Im Zeitintervall T₅ wird die Kapazität C₀ 55 Erfindung. Sie enthält die Transistoren T₀, T₁, T_n und über den Transistor T₁ entladen, bis die Spannung T_{n + 1}, deren Hauptstromwege miteinander in Reihe über diese Kapazität gleich -(E- V/) Volt gewor- geschaltet sind. Die Kapazitäten C₀, C₁, C_n und C„_tl den ist, wobei V/ die dem Signalwert J F₂ entspre- sind zwischen der Abflußelektrode und der Torelekchende Schwellwertspannung des Transistors T₁ dar- trode der Transistoren T₀, T₁, T_n bzw. T_{n + 1} angestellt. Es hat sich herausgestellt, daß die dem Signal- 6° bracht. Die Quellenelektrode des Transistors T₀ ist wert A F₂ entsprechende Schwellwertspannung V/ L'ber die Reihenschaltung eines Widerstandes A₀ und um einen Betrag <5 Volt die dem Signalwert J F₁ ent- einer Signalspannungsquelle V₁ mit einem Punkt konsprechende Schwellwertspannung V_d übersteigt. Dies stanten Potentials verbunden. Die Torelektrode des bedeutet, daß die im Zeitintervall T₅ auftretende Span- Transistors T₀ ist mit dem Ausgang S₁ der Schaltnungsabnahme über der Kapazität C₀ gleich (A F₂- δ) 65 Spannungsquelle S₀ verbunden, während die Torelek-VoIt statt gleich AV₂ Volt sein wird. Zu dem Zeit- troden der Transistoren T₁ und T_{n + 1} mit dem Auspunkt, zu dem das Zeitintervall τ_β anfängt, wird die gang S₂ der Schaltspannungsquelle S₀ verbunden sind. Spannung an der Abflußelektrode des Transistors T_n Die Torelektrode des Transistors T_ ist iiher rien Wi-

derstand R₂ mit dem Ausgang S₁ der Schaltspannungsquelle S₀ verbunden. Die Abflußelektrode des Transistors T_{n + x} ist über die Diode D mit dem Ausgang S₁ der Schaltspannungsquelle S₀ verbunden, während die erwähnte Abflußelektrode außerdem über die Folgerschaltung F und den Widerstand R₁ mit der Torelektrode des Transistors T_n verbunden ist. Die Wirkungsweise der Verzögerungsvorrichtung nach F i g. 3 wird nachstehend an Hand der F i g. 4 beschrieben.

In Fig. 4a und 4b sind die an den Ausgängen S₁ und S₂ der Schaltspannungsquelle auftretenden Spannungen als Funktion der Zeit dargestellt. In F i g. 4 c ist die am Punkt B_n der Verzögerungsvorrichtung auftretende Spannung dargestellt, während in den Fig. 4d und &t die in den Kapazitäten C_n und C_n ,, vorhandene Ladung als Funktion der Zeit dargestellt ist. Im Zeitintervall r₀ wird Information von einer der Kapazität C_n _. vorangehenden Kapazität auf die Kapazität C_n _ j übertragen. Es sei angenommen, daß in diesem Intervall keine Ladung auf die Kapazität C_n _ ₁ übertragen wird. Dies bedeutet, daß die Entladung in dieser Kapazität gleich -C(E- V_d) Coulomb ist, wobei C den Kapazitäiswert der Kapazitäten C_n ..,, C_n und C_{n + 1} darstellt. Ferner sei angenommen, daß in demselben Zeitintervall keine Ladungsübertragung zwischen den Kapazitäten C_n und C_{n +}, stattfindet. Dies bedeutet, daß im erwähnten Intervall die Spannung am Punkt B_n gleich — 2p(E— V₁,) Volt sein wird, wobei ρ gleich dem Quotienten R₂ZR₁ 4 R₂ ist. Dies bedeutet, daß die Ladung in der Kapazität C_n im erwähnten Intervall gleich:

Q_n (0) = - C (1 + 2p) (E - V₁₁) Coulomb (1)

sein wird. Im Zeitintervall r, erfolgt keine Ladungsübertragung zwischen den Kapazitäten C_n , und C_n, weil der Transistor T_n in diesem Intervall nicht leitend sein wird. Dies bedeutet, daß die Ladung Q_n (1) gleich der LadungQ_n (Q) sein wird (siehe Fig. 4d). Es sei angenommen, daß
gleich (1-a). AV

im Zeitintervall r, eine Ladung C auf die Kapazität C_n , übertragen wird, wobei α einen Schwächungsfaktor und A V den Wert des Signalabbildes darstellt, wie es ursprünglich dem Eingang der Verzögerungsvorrichtung zugeführt wurde. In demselben Zeitintervall erfolgt keine Ladungsübertragung zwischen den Kapazitäten C_n und C_n.,, so daß der Ladungszustand in den erwähnten Kapazitäten unverändert bleibt, (siehe F i g. 4 d und 4 e). Im Zeitintervall τ, erfolgt eine Ladungsübertragung zwischen den Kapazitäten C_n _ _t und C_n. Eine Ladung gleich (1— ä) ■ J V ■ C Coulomb wird der Kapazität C_n zugeführt. Die Entladung in dieser Kapazität wird daher gleich:

Q_nO) = {-(l-2p)(E-V_d)
+ (1- α) A V} Coulomb (2)

sein (siehe Fig. 4d). Im Zeitintervall T₄ eifolgt eine Ladungsübertragung zwischen den Kapazitäten C_n und C_{n + 1}. Am Anfang dieses Zeitintervalles ist die Ladung in der Kapazität C_{n + 1} gleich -C(E-V₀-) Coulomb (siehe F i g. 4 e), während die Anfangsla-

55

60 dung in der Kapazität C_n durch die Beziehung (2) gegeben ist. Es wird verlangt, daß am Ende des betreffenden Intervalls die Spannung über der Kapazität C_{n + 1} gleich -(E-V₁₁) +AV Volt ist, weil dann die aufgetretene Schwächung ausgeglichen sein wird. Dies wird erreicht, wenn eine Ladung gleich C-AV Coulom von der Kapazität C_{n + 1} übertragen wird. Die Endladung in der Kapazität C_n ist also gleich:

Q_n(*) = C{-(\-2p)(E-V_d)

+ (l-a),iV- A V} Coulomb (3)

(siehe F i g. 4 d). Andererseits wird, wenn die Endspannung über der Kapazität C_{n +1} gleich -E-V₁₁) + AVVolt ist, die Spannung am PunktB_n gleich -2p(E-V_d)+p ■ AVVoIt sein (siehe Fig. 4c). Die Spannung an der Quellenelektrode des Transistors T_{n t} , wird während der Ladungsübertragung gleich — (E- V_d) Volt sein. Die Spannung über die Kapazität C_n wird also gleich — (1 — 2p) (E- V₁,) —pA FVoIt sein, so daß die Ladung in der Kapazität C_n gleich:

Q_n = C {- -(I -2p) (E- V_d) -p A V) Coulomb (4)

sein wird. Eine nähere Betrachtung der Beziehungen (3) und (4) zeigt, daß, wenn ρ = α gewählt wird, der angestrebte Ausgleich der Schwächung erzielt werden kann.

In der Verzögerungsvorrichtung nach F i g. 3 ist die Ausgleichsschaltung in der letzten Stufe (n-t-1) angebracht. Aus praktischen Gründen kann es erwünscht sein, die Ausgleichsschaltung nicht in der letzten, sondern in einer der vorangehenden Stufen anzubringen. Es ist dann aber erforderlich, daß ρ) α gewählt wird, so daß eine gewisse Überkompensation erhalten wird, wodurch am Ausgang der Verzögerungsvorrichtung die richtige Frequenzkennlinie erzielt werden kann. Wenn die Verzögerungsvorrichtung eine Vielzahl von Stufen enthält, können mehrere dieser Stufen überkompensiert werden, wodurch außerdem ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis der Verzögerungsvorrichtung erzielt wird. De Widerstand R₂ kann, statt in Reihe mit der Kapazität C_n, auch zwischen der Torelektrode des Transistors T_{n + 1} und dem Ausgang S₂ der Schaltspannungsquelle S₀ unter Zwischenschaltung eines Inverters angebracht werden. Überdies kann statt der Widerstände A₁ und R₂ eine Kapazität C₁ zwischen der Quellenelektrode des Transistors Γ_π+, und der Quellenelektrode des Transistors T angebracht werden, wobei die Quellenelektrode dieses Transistors T außerdem über einen Widerstand mit eineai Punkt konstanten Potentials verbunden ist. Der Rückkopplungsfaktor ρ ist in diesem Falle gleich C_xIC, wobei C den Kapazitätswert der Kapazität C_n und C_x den Kapazitätswert der vorerwähnten Kapazität darstellt. Ferner kann statt der in Fig. 3 dargestellten Folgerschaltung jede andere Folgerschalrung Anwendung finden. Überdies ist die Vorrichtung nach F i g. 3 dazu geeignet, wenigstens zum Teil in einem Halbleiterkörper integriert zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

ι 2 Patentansprüche· effekttransistor Die Feldeffekttransistoren sind grup- vpenweise miteinander verbunden und bilden dabei

1. Anordnung zum Verzögern elektrischer Im- Verbindungspunkte, denen Schaltsignale zugeführt pulse, welche ein Reihe von Stufen enthält, die je werden, die gemäß den Ordiiungsnummern der Vereine erste und eine zweite Kapazität aufweisen, 5 bindungspunkte ansteigend in der Phase verschoben die wenigstens mittels des Hauptstromweges eines sind.

Transistors miteinander verbunden sind, wobei Wie gefunden wurde, ergibt sich das Problem, daß die zweite Kapazität jeder Stufe zugleich die erste bei der Anwendung einer Vielzahl von Stufen in der Kapazität der der betreffenden Stufe folgenden oben beschriebenen Vorrichtung eine befriedigende Stufe bildet und wobei der Eingangselektroden- 10 Wirkung dadurch gestört wird, daß in jeder Stufe kreis des Transistors die erste Kapazität und der der Vorrichtung eine geringe Amplitudenminderung Ausgangselektrodenkreis die zweite Kapazität ent- von Signalsprüngen auftritt. Dies bedeutet, daß, wenn hält, während eine Schaltspannungsquelle zwi- das Eingangssignal z. B. von 0 Volt zu F Volt rückt, sehen der Steuerelektrode eines Transistors und am Ausgang der Vorrichtung das Ausgangssignal von dem von der Eingangselektrode des Transistors 15 OVoIt zu (V-O) Volt rückt, wobei δ die Fehlerabgewandten Anschluß der ersten Kapazität ein- spannung darstellt. Wenn das Eingangssignal dann geschaltet werden kann, dadurch gekenn- nach wie vor den Wert von FVoIt beibehält, wird zeichnet, daß zwischen der Ausgangselektrode das Ausgangssignal auch diesen Wert annehmen. Der des Transistors mindestens einer der Stufen und erwähnte Effekt beeinträchtigt in gewissem Maße die dem Eingangselektrodenkreis der betreffenden ao Frequenzkennlinie der Vorrichtung.
Stufe eine Rückkopplung vorgesehen ist, mit Die Erfindung bezweckt, eine Lösung für das obenderen Hilfe während der Informationsübertragung genannte Problem zu schaffen und ist dadurch gezwischen der ersten und der zweiten Kapazität kennzeichnet, daß zwischen der Ausgangselektrode der betreffenden Stufe in Reihe mit dem Eingangs- des Transistors mindestens einer der Stufen und dem elektrodenkreis eine Spannung erzeugt wird, die 25 Eingangselektrodenkreis der betreffenden Stufe eine ein Bruchteil der an der Ausgangselektrode des Rückkopplung vorgesehen ist, mit deren Hilfe wäh-Transistors auftretenden Spannung ist, welche rend der Übertragung von Information zwischen der Spannung die gleiche Polarität wie die Schwell- ersten und der zweiten Kapazität der betreffenden wertspannung des Transistors aufweist, wenn Stufe in Reihe mit dem Eingangselektrodenkreis eine dieser sich im leitenden Zustand befindet. 30 Spannung erzeugt wird, die ein Bruchteil der an der

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Ausgangselektrode des Transistors auftretenden Spankennzeichnet, daß in Reihe mit der ersten Kapa- nung ist und die gleiche Polarität wie die Schwellzität ein Widerstand angeordnet ist, wobei der wertspannung des Transistors aufweist, wenn sich Verbindungspunkt der ersten Kapazität und des dieser Transistor im leitenden Zustand befindet.
Widerstandes über einen Widerstand mit dem 35 Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, Ausgang einer Folgerschaltung verbunden ist, daß die oben beschriebene Signaldegradation darauf deren Eingang mit der Ausgangselektrode der be- zurückzuführen ist, daß die Schwellwertspannung treffenden Stufe verbunden ist. eines Transistors von dem übertragenen Signal-

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch ge- wert Δ V abhängig ist. Bei Anwendung einer verhältkennzeichnet, daß die Folgerschaltung durch 40 nismäßig geringen Anzahl von Stufen ist dieser Effekt einen Feldeffekttransistors gebildet wird, dessen nur wenig störend, aber bei Anwendung einer Viel-Abflußelektrode den Ausgang und dessen Tor- zahl von Stufen, z. B. von einigen Hundert, ist der elektrode den Eingang der Folgerschaltung bildet. erwähnte Effekt besonders beeinträchtigend. Der

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Effekt tritt im besonderen auf, wenn für die Tran-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie we- 45 sistoren Feldeffekttransistoren verwendet werden, nigstens zum Teil in einem Halbleiterkörper inte- Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß einerseits griert ist. eine elektrostatische Rückwirkung von der Abflußelektrode über das Substrat auf das Grenzgebiet zwischen der Quelle und der Torelektrode des verwen-

50 deten Feldeffekttransistors auftritt und daß andererseits die Länge der Erschöpfungsschicht in geringem Maße von der Spannung an der Abflußelektrode ab-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur hängig ist. Bei Feldeffekttransistoren, die ein hoch-

Verzögerung elektrischer Impulse mit einer Reihe ohmiges Substrat besitzen, ist die elektrostatische

von Stufen, die je eine erste und eine zweite Kapazi- 55 Rückwirkung vorherrschend, während bei Feldeffekt-

tät aufweisen, die mittels des Hauptstromweges min- transistoren mit einem niederohmigen Substrat dei

destens eines Transistors miteinander verbunden zuletzt erwähnte Effekt vorherrschend ist.

sind, wobei die zweite Kapazität jeder Stufe die erste Die Erfindung wird für ein Ausführungsbeispiel ar

Kapazität der darauf folgenden Stufe bildet und wo- Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

bei die Eingangselektroden eines Transistors die erste 60 F i g. 1 die bekannte Vorrichtung,

Kapazität und der Ausgangselektrodenkreis des Tran- F i g. 2 die an verschiedenen Punkten in der be·

sistors die zweite Kapazität enthält, während eine kannten Vorrichtung auftretenden Spannungen al;

Schaltspannungsquelle zwischen der Steuerelektrode Funktion der Zeit,

des Transistors und dem von der Eingangselektrode F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtun{

des Transistors abgekehrten Anschluß der ersten Ka- 65 nach der Erfindung und

pazität eingeschaltet werden kann. Bei einer bekann- F i g. 4 die an verschiedenen Punkten in der Vor

ten Vorrichtung dieser Art (s. die deutsche Offen- richtung nach F i g. 3 auftretenden Spannungen all

legungsschrift 1920 077) ist der Transistor ein Feld- Funktion der Zeit.