DE2147832C - Schaltungsanordnung zur An und Ab schaltung eines Potentials mittels eines Feldeffekttransistors - Google Patents

Description

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■eben, bei denen der genaue zeitliche Verlauf von durch einen Anschaltebefehl gesteuerten Schalitransi-

Mektrischen Signalen auszuwerten ist. Ferner werden stors ein mit dem anzuschaltenden Potential iiber-

•ichalttransistorcn verwendet, um zeitlich genau defi- einstimmendes oder diesem nahekommendes Polen-

nierte Signale zu liefern, wozu sie durch Anschalte- tial erzeugt und bei Durchschaltung des FeldelTekt-

hefehle und Abschaltebefchle bei Beginn bzw. Ende 5 transistors durch das durchgeschaltete Potential von

ilcs jeweils zu erzeugenden Signals ein- und aus- dem genannten Punkt wieder abgeschaltet wird, und

geschaltet weiden und einen das jeweilige Signal lie- daß zur Abschaltung des angeschalteten Potentials

K-rnden Stromkreis steuern. " " mittels eines durch einen Abschaltebefehl gesteuerten

Soll das mit einem Schalttransistor durchzuschal- weiteren Schalttransistors an dem genannten Punkt icnde Potential hinsichtlich seiner Amplitude und io ein Potential erzeugt wird, dessen Wert höchstens die

gleichzeitig hinsichtlich seines zeitlichen Verlaufs Differenz zwischen dem anzuschaltenden Potential

möglichst unbeeinträchtigt bleiben, so müssen hoch- und dem durch den ersten Schalttransistor erzeugten

wenige Transistoren verwendet werden. Der Feld- Potential ist.

dfektiransistor zeichnet sich durch eine praktisch Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung ieistungslose Steuerung mittels eines elektrischen 15 arbeitet unter Ausnutzung der Vorteile der Schalt-

r^? el des" aus und hat daher für die Beibehaltung der transistoren und derjenigen der Feldeffekttransistoren

Amplitude des von ihm durchgeschalteten Potentials als Schalterelemente. Dabei werden die Schalttransi-

\orteilhafte Eigenschaften. Allerdings ist seine Schalt- stören nur für den Übergangs'.ustand zur Schaltung

{ 'schwindigkeit relativ gering. Der mit einem Feld- eines Hilfspotentials ausgenutzt, wozu der Feldeffekt- »itekttransistor durchgeführte Ein- und Ausschalte- 20 transistor, der eine höhere Übergangszeit bei der

-.,irsang benötigt eine Schaltzeit von ungefähr Einschaltung und der Abschaltung benotigt, durch

;<i(iNanosekunden. Bei Anwendungsfällen der vor- sehen Durchschaltevorgang den zuvor als HiUs-

Mehend beschriebenen Art, insbesondere bei der An- schalter verwendeten Schalttransistor unwirksam

-.haltung von Potentialen an Auswerteeinrichtungen, schaltet. Für den Abschaltevorgang ist ein weiterer ,üe mit hoher Empfindlichkeit und hohem Dynamik- 25 Schalttransistor vorgesehen, der das Potential, das

1 ,reich arbeiten und bei denen gleichzeitig die zeit- durch den Feldeffekttransistor durchgeschaltet wurde,

liehen Verläufe der gemessenen''Werte festgehalten an der genannten Stelle hinter dem Feldeffekttransi-

werden müssen, ist eine derart lange Schaltzeit n'cht stör schlagartig auf einen geringen Wert »herunter-

iraabar. zieht«.

Gewöhnliche Schalttransistoren einfachster Bauart 30 Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung bie-JKiben dagegen eine wesentliche kürzere Schaltzeit. tet den besonderen Vorteil eines sehr einfachen Autcüe in der Größenordnung von 15 Nanosekunden baus und eines sehr geringen zusätzlichen Schaltungsliegt. Allerdings sind derartige Schalttransistoren im aufwandes, der lediglich in zwei sehr billigen bcnalt-Dauerzustand gegenüber Feldeffekttransistoren rcla- transistoren mit zugeordneten Widerständen und liv "unstabil und haben Drifteigenschaften sowie 35 Kapazitäten besteht. Ein weiterer wesentlicher vor-Streuwer.J, die sie für hinsichtlich ihrer Amplitude teil der Verwendung solcher schneller Scnalttransiiienau durchzuschaltende Potenlialwerte gleichfalls stören in de." durch die Erfindung angegebenen Weise ungeeignet erscheinen lassen. " besteht darin, daß dem Feldeffekttransistor zur wei-Es sind auch bereits Verfahren zur schnellen teren Verbesserung seines Verhaltens im uurcn-Durchschaltung von Potentialwerten bekannt, die mit 40 schaltezustand Steuerelemente zugeordnet werden besonderen Beschleunigungsschaltungen arbeiten und können, die ihrerseits gewisse Verzogerungszeiten die höhere Schaltgeschwindigkeit z. B. unter Zuhilfe- verursachen, jedoch mit diesen Verzogerungszeiten nähme hoch'requen'.-r Schwingungen verwirklichen, nicht mehr störend ins Gewicht fallen, da die bctiai dL mittels eines besonderen Übertragers erzeugt wer- transistoren mit ihrer sehr kurzen Schaltzeit ocreits den müssen und deren Einsetzen oder Aussetzen 45 durchgeschaltet haben, wenn der Übergangszus anu durch die zu schaltenden Signale gesteuert wird. Sol- des Feldeffekttransistors noch ablauft. Die brnnciung len seh: hohe Schallgeschwindigkeiten der vorstehend ermöglicht es also, den Feldeffekttransistor mit zugenannten Größenordnung verwirklicht werden, so sätzlichen Schahelementen zu versehen, die seine benötigen jedoch auch solche Schaltungen besondere Stabilisierung und exakte Steuerung ninsicntiicn act Anschwingelementc, die eine Beschleunigung des 50 Amplitude des durchzuschaltenden Potentials ge-Anschwingens der jeweils erzeugten Hochfrequenz- . währleisten.

energie bewirken. Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine ein- kann derart weiter ausgebildet sein, daIi der erste fache und zuverlässig arbeitende Schaltungsanord- Schalttrans.stor in seinem leitenden Zustand einen nung zur An- und Abschaltung von Potentialen zu 55 über den Abgriff eines Spannungsteilers verlaufenden schaffen, die sich durch einen besonders geringen Stromkreis schließt, und daß der Abgnll des üpanschaltungstechnischcn Aufwand, einfachen Aufbau nungsteilers mit dem dem Feldeffekttransistor nacl- und höchste Schaltgeschwindigkeit auszeichnet. Es geordneten Punkt verbunden ist. Dadurch wird ersollen Schaltgeschwindigkeiten der üblichen Schalt- reicht, daß mit dem Spannungsteiler eine wahlweise transistoren in der Größenordnung von 15 Nano- 60 Einstellung des an dem dem Feldeffekttransistor Sekunden und gleichzeitig eine Qualität der durch- nachgeordneten Schaltungspunkt erzeugten H.ltsgeschaltctcn Strecke verwirklicht werden, die derjeni- potentials möglich ist. Diese Möglichkeit der fc.ngen eines Feldeffekttransistors entspricht. regulierung des Hilfspotentials gestattet einen Ab-Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten gleich des Schaltverhaltens der gesamten Anordnung Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß 65 wodurch die noch entstehenden Fehler moghchs derart ausgebildet, daß zur Anschaltung des Poten- gering gehalten werden Dies ist insbesondere be, tials an einen im Verlauf des Schaltwegcs dem Feld- dem zuvor genannten .Anwendungsfall fur de Auseffekttransistor nachgeordneten Punkt mittels eines wartung durch Doppelintegration wichtig. Die Mog-

lichkeil eines derartigen Abgleichs und dessen Wirkung wird im folgenden bei der Erläuterung eines Aiisführungsbcispiels der Erfindung noch eingehend erklärt.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung kann zweckmäßig derart weiter ausgebildet sein, daß der zweite Schalttransistor direkt, der Abgriff des Spannungsteilers über eine in Durchlaßrichtung des mit dem ersten Schalttransistor erzeugten Slromflusscs gepoltc Diode mit dem dem Feldeffekttransistor nachgcordnctcn Punkt verbunden ist. Dadurch wird erreicht, daß bei endgültiger Durchschallung des Feldeffekttransistors eine praktisch selbsttätige Abtrennung des durch die Schalttransistorcn erzeugten Hilfspotentials geschieht. Dadurch, daß dem ersten Schalttransistor eine Diode nachgcordnct ist, die direkt mit dem dem Feldeffekttransistor nachgeordneten Schaltungspunkt verbunden ist, wird bei Durchschaltung des Feldeffekttransistors durch das eigentliche durchzuschaltende Potential an diesen Schaltungspunkt ein Potentialgefällc zu der Spannungsquellc hin erzeugt, die das Hilfspotential mittels des beschriebenen Spannungsteilers erzeugt. Dieses Potentialgefälle bewirkt durch seine Polung eine Sperrung der Diode. Dadurch kann das zuvor erzeugte Hilfspotential über diese Diode nicht mehr auf den dem Feldeffekttransistor nachgcuidneien Schaliungspunki einwirken.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung zusammen mit dem Prinzip der Wirkungsweise eines Schalttransistors bzw. einer Schaltung nach der Erfindung an Hand der Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das allgemeine Schaltverhaltcn eines Transistors, der durch einen rechteckförmigen Schaltbcf. hlsimpuls angesteuert wird,

F i g. 2 das daraus abgeleitete idealisierte Schaltverhaltcn eines Schalttransistors,

Fig. 3 das Schaltverhaltcn einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist das Rechtcckvcrhalten einer Transistorschaltstufc allgemein dargestellt. In Abhängigkeit von der Zeit ist der Verlauf einer Rechteekspannung gezeigt, die als Eingangsspannung Ue an einen Transistorschalter gelegt ist. Der Transistorschalter erzeugt durch diese Eingangsspannung Ue bei seiner Arbeitsweise als Schalter eine Ausgangsspannung Ua. die einen im wesentlichen trapezförmigen und gegenüber dem rechteckförmigen Verlauf versetzten Verlauf hat. Die dabei in Betracht zu ziehenden Zeitabschnitte sind in Fi g. 1 mit ts, ta, tv und // bezeichnet. Diese Unterteilung des Rechteckverhaltens eines Schalttransistors zeigt, daß ein Speichervcrhalten des Transistors während der sogenannten Speicherzeit >s auftritt, welches sich in einer zeitlichen Versetzung der Durchschaltung gegenüber dem rechteckförmigen Verlauf der Steuerspannung Ue äußert. Auf die Speicherzeit ts folgt die Anstiegszeit ta, d. h. diejenige Zeit, die der Schalttransistor benötigt, um den Übergang vom gesperrten in den leitenden Zustand durchzuführen. Entsprechend dem rechteckförmigen Verlauf der Eingangsspannung Ue soll der Schalttransistor seine Schaltstrecke wieder sperren, und zwischen dem entsprechenden, durch die Eingangsspannung Ue erzeugten Schaltbcfehl und dem tatsächlichen Beginn des Überganges vom leitenden in den gesperrten Zustund liegt die Verzögerungs/dl M\ Für den Abfall der Ausgangsspanniing Ua des Sdialttransislors von dem Maximalwert bis zum Minimalwert einer Restspannunp ist dann wieder die FaII-zeit // erforderlich.

Aus dieser Charakteristik des Schiilltransistors geht hervor, daß das Rcchtcckverhallen nicht entsprechend der steuernden Eingangsspannung Uc rcchleckfcrmig, sondern annähernd trapezförmig ist. ίο Dieses Schaltverhaltcn ist in Fig. 2 in idealisierter Weise, d. h. ohne Restspannung und mit abrupten Übergängen vom Anstiegs- in den Durchschaltzustand und vom Durchschaltzustand in den Abfallzustand dargestellt. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten Charakteristik ist die idealisierte Charakteristik mit übereinstimmenden Anstieg- bzw. Abfallzeitcn ta und // gezeigt. Wenn das Schaltverhalten eines Schalttransistors in dieser Weise eine vollkommen symmetrische Trapezcharakteristik hätte, so ao könnten durch die Anstiegszeit ta und die Fallzeit // erzeugte Verzerrungen durch den Schalttransistor zugeordnete Zeitglieder in gewisser Weise wieder korrigiert werden. Im praktischen Falle sind jedoch die Anstiegszeit ta und die Fallzcit tf unterschiedlich »5 groß, wie es aus Fig. 1 beispielsweise hervorgeht.

Ein derart unsymmetrisches Schaltverhalten liegt auch beim Feldeffekttransistor vor, wenn dieser als Schalttransistor verwende! wird. Diese Unsymmetrie kann sich insbesondere bei der Verwendung zur Anschaltung von Potentialen an einem Meßintegrator ungünstig auswirken. Wenn nämlich eine Integration eines symmetrischen Spannungsverlaufcs der in Fig. 2 gezeigten Art durchgeführt wird, so erhält man als Integrationsergebnis einen Wert, der der unter der Trapezkurve in F i g. 2 liegenden Fläche proportional ist. Der Inhalt dieser Fläche entspricht jedoch genau dem Inhalt eines Rechtecks, das zwischen den in Fig. 2 gezeigten Zeitpunkten f 1 und ti liegt. Eine Integration des ideal trapezförmigen Spannungsverlaufcs würde also zu demselben Ergebnis führen wie eine Integration des rechteckförmigen Spannungsverlaufes zwischen den Zeitpunkten /1 und ti.

Anders liegen die Verhältnisse, wenn die Anstiegszeit ta und die Fallzeil // unterschiedlich groß sind. Dann ergibt sich eine Verzerrung des unter dem trapezförmigen Verlauf liegenden Flächeninhalts gegenüber dem Flächeninhalt des idealen rechteckförmigen Verlaufs. Dadurch entstehen Fehler, die bei bestimmten Arten der Potentialauswertung, bei denen es auf höchste Genauigkeit der Zeitpunkte des Einsätze? und des Endes der Auswertung ankommt, untragbai groß sind und sich mit steigender Meßempfindlichkeit bzw. -genauigkeit immer stärker auswirken.
In Fi g. 3 ist das Schaltverhalten einer Schaltung*- anordnung nach der Erfindung dargestellt, die eine wesentliche Verringerung der zuvor beschriebener Fehler dadurch ermöglicht, daß für die Übergangs· zustände einfache Schalttransistoren, für den durchgeschalteten Zustand jedoch ein Feldeffekttransisto verwendet wird. Aus dem in Fig. 3 gezeigten Ver lauf des Schaltvcrhaltens ist zu erkennen, daß dii Anstiegszeit nur noch den Wert/1, die Fallzeil in wesentlichen den Wert /4 hat. Die gesamte Schaltzei besteht aus den Teilzeitenil, ti, /3, f4, fS, um gegenüber dem gestrichtelt dargestellten trapezförmi gen Verhalten ist das mit der erfindungsgemäßci Schaltungsanordnung verwirklichte Schaltverhaltei

derart ausgebildet, daß das in der Fallzeil zwischen r4 und ι S liegende schraffierte Dreieck als zusätzliche Fläche auf der linken Seite des Trapezes erscheint, so daß die Anstiegszeit wesentlich verkürzt

und nicht besondere schaltungstechnische Vorkehrungen zur Konstanthaltung der Eigenschaften des Transistors 74 vorgesehen sein müssen.

Auf dei rechten Seite der gestrichelten senkrech-

'Dies ergibt sich dadurch, daß die schnellen 5 ten Linie sind die Schalttransistoren TlO und 712 SdiaKtransistoren zu Beginn und Ende des Schalt- sowie der Spannungsteilcrtransistor 711 angeordnet, Vorganges zur Durchführung der Übergangrschalt- diese Transistoren sind mit einem Schaltungspunkt /' zustände ausgenutzt werden. Der steuere Anstieg bc- über Dioden DlO, D 11 und Ο12 verbunden. Der dingt eine sehr kurze Anstiegszeit rl, der steilere Punkt/¹ ist im Verlauf der Schaltstreckc dem Feld-Abfall eine sehr kurze Fallzeit/4. Ein besonderer io jffckttransistor 76 nachgeordnet und ist derjenige Abgleich der Größe des an der linken Seite des tra- Schaltungspunkt, an dem das Hilfspotential und das pczförmigcn Verlaufs angesetzten Dreiecks in Übereinstimmung mit dem rechten schraffierten Dreieck
kann dadurch erzielt werden, daß das Spannungsplatcau Ua\ in der Teilzeit ti gegenüber der Durch- 15
sthaltcspannung Ua2 angehoben oder abgesenkt

wird, wie es durch einen Doppelpfeil in Fig. 3 dargestellt ist. Im allgemeinen wird dabei die Differenz Üa2-Ual derart eingestellt, daß sie dem Spannungs-

durchzuschaltendc Potential erscheinen, so daß beide über den Schaltausgang SA auf eine nachgeordnete Auswerteeinrichtung einwirken können.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der in F i g. 4 dargestellten Schaltung näher erläutert. Es sei angenommen, daß zunächst am Eingang £1 ein Steuerbefehl erscheint, der in F i g. 4 schematisch als rechteckförmiger Steuerimpuls dargestellt ist. Durch

wert Üai möglichst Tiahckommt. Diese Eigenart der *? diesen Impuls wird der Transistor 71 infolge der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird im damit verbundenen und an seinem Basiswiderstand folccnden bei der Erläuterung eines Ausführungs- «1 abfallenden positiven Spannung leitend, so daß beispicls eingehend beschrieben. er durchschaltet und infolge der damit veränderten

Aus der in Fig. 3 gezeigten Schaltungscharakte- und durch den mit den Widerständen/?? und Rl nstik einer nach der Erfindung ausgebildeten Schal- as gebildeten Spannungsteiler an den Basiselektroden tungsanordnung ist zu ersehen, daß diese dem idealen der Transistoren 72 und 73 jeweils eine Spannung Rf htcckvcrhaken wesentlich näher kommt als eine erzeugt, die diese beiden Transistoren 72 und 73 Charakteristik der in Fig. 1 und 2 gezeigten Art. gleichfalls in den leitenden Zustand versetzt. Da-Somit ist gewährleistet, daß die An- und Abschal- durch kann der Transistor 73 einen Kcnstantstrornlung eines Potentials an eine Auswertecinrichtung 30 kreis schließen, der von dem positiven Pol der Bev üsentlich präziser und zeitlich genauer durchgeführt triebsspannungsquelle über seinen Emitterwiderstand werden kann als dies bisher möglich war, und zwar /?8, die Diode Dl, den Transistor 72 und über des-,uich bei Verwendung von Integratoren als Auswerte- sen Emitterwiderstand R 3 zum negativen Pol der 'inrichtuneen Betriebsspannungsquelle fließt. Der Transistor 74

In Fig 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schal- 35 führt an seiner Basis das über den Schalteingang SE !ungsanordnung zur zeitlich definierten An- und Ab- zugeführte durchzuschaltende Potential. Das Kon-■ -haltung eines Potentials an eine Auswerteeinrich- stantstromsystem mit dem Transistor 75, den Wider-ϋιπς dargestellt. Die Gesamtschaltung hat drei Signal- ständen/? 4, /? 5 und Rf», der DiodeD3 und dem 'incängeEl El und £3, an die Schaltbefehle an- Kondensator C5 dient dazu, die bei dem als Emitterelect werden Diese Schaltbefehle können von einer 40 folger geschalteten Transistor 74 durch Variation des .fischen Steuerschaltung gegeben werden, oder sie durchzuschaltenden Potentials verursachten Nicht-

- · ·- linearitäten zu verhindern. Wenn das durchzuschal

tende Potential an der Basis des Transistors 74 Hegt, so liegt an dessen Emitter ein Potential, welches um 45 die Basis-Emitterspannung dieses Transistors 74 vermindert ist. An der Anodenseite der Diode D1 erscheint im leitenden Zustand der Diode Dl dann wieder ein Potential, dessen Wert praktisch mit dem Wert des durchzuschaltenden Potentials überein-

Drain-Source-Strecke eines Feldeffekttransistors 76. 50 stimmt. Dieses Potential liegt dann aber auch an dei Ferner ist in Fig. 4 eine gestrichelte senkrechte Linie Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 76. Dadargestellt auf deren linker Seite die Schaltstrecke durch ist die Gate-Source-Spannung dieses Feldeffektmit dem Feldeffekttransistor 76 sowie die ihr züge- transistors 76 auf den Wert OVoIt gebracht, so da[ ordneten Steuerelemente, auf deren rechter Seite die der Feldeffekttransistor 76 durchschaltet und da; beiden Schalttransistoren 710 und 712 sowie ein 55 durchzuschaltende Potential über den Schahausganj Spannungsteilertransistor 711 angeordnet sind. SA an die nachgeordnete Auswerteanordnung legt

Die auf der linken Seite der gestrichelten Linie Bei Ende des Durchschaltebefehls wird der Transi licßcnd' Teilschaltur.g enthält als aktive elemente stör 71 wieder gesperrt, wodurch auch die Transi Sleucrtransistoren 71, 72, 73, 74, 77, 78, den stören 72 und 73 gesperrt werden. Es entsteht dam Feldeffekttransistor 76 und einen als Konstantstrom- 60 ein Stromfluß von Masse über den Transistor 77 quelle arbeitenden Transistor 75. Der Eingangs- dessen Basisspannung mit dem aus den Widerständet transistor 71 steuert unmittelbar die beiden Transi- R9 und RIl gebildeten Spannungsteiler eingestell stören 72 und 73, für den als Emitterfolger gcschal- ist, die Diode Dl, den Transistor 78 mit dem Basis leten Transistor 74 ist die Konstantstromquclle in spannungsteiler «12, RIO und den Emitterwider Form des Transistors 75 vorgesehen. Diese Kon- 65 stand/? 3 dieses Transistors Γ 8 zum negativen Pc stiintstromqucllc kann auch in einfacher Weise durch der Spannungsquelle. Der Basisspannungsteiler de einen Widerstand ersetzt sein, wenn das durchzu- Transi.tors 7 7, der aus den Widerständen/?« un schallende Potential einen konstanten Verlauf hat /? 11 gebildet ist, ist dabei so eingestellt, daß bei lei

■ erden durch einfache Betätigung von Schaltern erzeugt. Ihre Erzeugung ist für die Funktion der Erlindung selbst unwesentlich und muß daher nicht naher erläutert werden.

Die Schaltstrecke der in Fig. 4 gezeigten Schaltung liegt zwischen den Punkten SE und SA, die den Schalteingang und den Schaltausgang darstellen. Zwischen diesen beiden Punkten SE und SA liegt die

tenclem Transistor 78 an dessen Kollcktorelektrode eine Spannung entsteht, die /. B. um etwa 2 Volt über dem negativen Betriebspotential liegt. Der in einer praktischen Ausführungsform verwendete FeIdelTekttiimsistor benötigt z. B. eine Gatc-Source-Spanmmu von etwa 5 Volt, um sicher zu sperren. Wenn die am Kollektor des Transistors 78 liegende Spannung zusammen mit dem durchzuschaltenden Potential eine derartige DifTcrenzspannung erzeugt, sind die Bedingungen zum einwandfreien Sperren des Feldeffekttransistors 76 erfüllt.

Die auf der rechten Seite der gestrichelten Linie in F i g. 4 dargestellte Hilfsschaltung arbeitet derart, daß an den Eingängen El und E3 ein Anschaltebefehl bzw. ein Abschaltebcfchl auftritt, dessen zeitliche Lage mit der Anstiegsflanke bzw. der Abfallflanke des am Eingang E\ auftretenden Steuerimpulses zusammenfällt. Wenn der Einschaltebefehl am Hingang £2 in Form einer abfallenden Flanke auftritt, so entsteht an der Basis des Schalttransistors 7'IO über den KondensatorC13 ein negativer Impuls, wodurch dieser Transistor 710 vorübergehend leitend wird und einen Stromfluß vom positiven Pol der Bctriebsspannungsquellc über die Emitterkombination ClIfR 14, die Diode DIl und den Transistor 711 erzeugt. Der Basisspannungsteiler aus den Widerständen R 16 und R17 an der Basis des Transistors 711 ist so eingestellt, daß ar·, dem Punkt P ein Potential entsteht, dessen Wert ungefähr mit dem Wert des durchzuschallenden Potentials übereinstimmt, wie es in Fig. 3 durch die Lage des Plateaus der Spannung Ua\ für den Zeitbereich /2 dargestellt ist. Durch Dimensionierung des Basisspannungsteilers des Transistors 711, der über die Diode D16 an der Betriebsspannungsquelle liegt, ist somit ein Abgleich des Spannungsplateaus innerhalb dieser Teilzeit/2 möglich. Das am Punkt P erscheinende Potential wird dadurch erzeugt, daß ein Teilstrom über den Transistor 710 auch über die Diode DlO in die nachgeschaltete Auswerteanordnung fließt. Dadurch herrscht am Punkt/³ bzw. am SchaltausgangSA ein Potential, dessen Durchschaltezeitpunkt wesentlich früher liegt als der mit dem Feldeffekttransistor 76 erreichbare Durchschaltezeitpunkt. Wenn der Transistör 7'6 inzwischen durchgeschaltet hat, erscheint am Punkt/' das eigentliche durchzuschaltende Potential. Dieses bewirkt in Verbindung mit dem Potential der positiven Betriebsspannungsquelle eine Sperrung der Diode/) 10, so daß der das Hilfspotcntial am Punkt/' erzeugende Stromfluß unterbrochen wird.

Wenn der Abschaltcsteuerbefehl am Eingang E3 in Form eines ansteigenden Impulses über den Kondensator C18 zugeführt wird, so wird der Schalttransistor 712 vorübergehend leitend und »zieht« das Potential am Punkt P schlagartig ungefähr auf den Wert des Massepotentials, wie es auch in Fig. 3 dargestellt ist. Dadurch wird das Potential am Punkt P, auch wenn der Feldeffekttransistor 76 erst teilweise gesperrt ist, auf diesen vorgegebenen gerin-

»5 gen Wert gebracht. Der Transistor 712 ist mit seinem Kollektor über eine Diode D12 an den Punkt /' gelegt, die eine Abtrennung des Kollektorpotentials des Transistors 712 gegen andere an diesem Punkt liegende Schaltelemente bewirkt.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel arbeitet mit der Durchschaltung eines positiven Potentials. Eine ähnliche Schaltung läßt sich für die Durchschaltung eines negativen Potentials verwirklichen, wobei die Polung der slromrichtungsabhängigen Bauelemente umgekehrt sein muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

ι 2 der Amplitude des Potentials auch dessen zeitliche Patentansprüche: Dauer von Wichtigkeit als Information für die das Potential auswertende Anordnung ist. Ein derartiger

1. Schaltungsanordnung zur zeitlich definierten Anwendungsfall ist beispielsweise in der Meßtechnik An- und Abschaltung eines Potentials an eine 5 gegeben, wenn über eine Spannungsmessung eine dar, Potential auswertende Anordnung, insbeson- Auswertung physikalischer Größen durchgeführt dere an eine für eine vorbcstimmle Zeit mit dem werden soll. Der zeitliche Verlauf des dabei ange-Potential auszusteuernde Meßeinrichtung, mitteis schalteten Potentials wird besonders h_ej einer Auseines durch von einer logischen Steuerschaltung wertung nach dem Prinzip der Analog-Digital-Umerzcugte An- und Abschaltebefehle gesteuerten, io Setzung wichtig, denn diese erfolgt durch Umsetzung als Schalten: lent arbeitenden Feldelfekttransi- des jeweils angelieferten Potentialwertes in eine prostors, dadurch ge ken η ze ich η c t, daß zur portionale Zahl, wozu Vergleichsmessungen und In-Anschaltung des Potentials an einen im Verlauf tegrationen abhängig von einer zeitlich genau vordes Schaltweges dem Feldeffekttransistor (76) gegebenen Taktsteuerung durchgeführt werden. Diese nachgeordneten Punkt (P) mittels eines durch 15 Zahl kann entweder mit Digitalrechnern weiter vereinen Anschaltebefehl gesteuerten SchalUvansi- arbeitet oder mit einem Digitalvoltmeter lediglich stors (71") ein mit dem anzuschaltenden Poten- angezeigt werden.

tial übereinstimmendes oder diesem nahekom- Um möglichst genaue Meßergebnissc zu erzielen

mendes Potential erzeugt und bei Durchschaltung soll die Analog-Digital-Umsetzung bei Anwendung^

des Feldeffekttransistors (76) durch das durch- 20 fällen der vorstehend beschriebenen Art mit geringst

geschaltete Potential von dem genannten Punkt möglichen Fehlern arbeiten. Dies gilt besonders dam

(P) wieder abgeschaltet wird, und daß zur Ab- wenn die angelieferten Span.iungswerte innerhal·

schaltung des angeschalteten Potentials mittels eines sehr großen Dynamikbereiches umzuset/er

eines durch einen Abschaltebefehl gesteuerten wei- sind. Eine solche Anwendung ist z. B. in der Gas

teren Schalttransistors (712) an dem genannten 25 chromatografie gegeben. Dabei werden Analyser

Punkt (P) ein Potential erzeugt wird, dessen Wert durch Auswertung der Eigenschaften von Gaser

höchstens cTe Differenz zwischen dem anzuschal- durchgeführt, wozu diese Eigenschaften in Form win-

tenden Poiential und dem durch den ersten ziger bis relativ geringer Spannungswerte gemesser

Schalttransistor (7T9) erzi igten Potentia'ist. werden. Diese Spannungswerte können als Spar,

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- 3° nungsverläufe über der Zeit aufgezeichnet werdei. durch gekennzeichnet, daß s ;r ers'e Schalttransi- Die dabei auftretende Dynamik liegt in der Größen stör (7TO) in seinem leitenden Zustand einen Ordnung von 10⁽ⁱ.

über den Abgriff (711) eines Spannungsteilers Ein Verfahren zur Analog-Digital-Umsetzung so!

(/?16, /?17) verlaufenden Stromkreis schließt, eher Art erhaltener Spannungswcr e kann beispiels

und daß der Abgriff (711) des Spannungsteilers 35 weise so durchgeführt werden, daß der jeweils g>:

(R\6, RIl) mit dem dem Feldeffekttransistor messene Potentialwert in einer Meßphase mit einen

(76) nachgeordneten Punkt (P) verbunden ist. Integrator nach Einstellung einer Anfangsbedingung

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da- aufintegriert wird. Die Zeit für diesen Integrations durch gekennzeichnet, daß der zweite Schalt- Vorgang ist durch einen den Integrationsvorgain transistor (712) direkt, der Abgriff (711) des 40 steuemaen Taktgenerator vorgegeben. Danach wire Spannungsteilers (R 16, R 17) über eine in Durch- ein Referenzpolential an den Integrator angeschalte! laßrichtung des mit dem ersten Schalttransistor dessen Vorzeichen demjenigen des gemessenen Poten (710) erzeugten Strcmflusses gepolte Diode tialwertes entgegengesetzt ist. Wenn nun in eine (DlO) mit dem dem Feldeffekttransistor (76) Auswertephase eine Integration dieses Referenz nachgeordneten Punkt (P) verbunden ist. 45 potentials in zur ersten Integration entgegengesetzte

Richtung durchgeführt wird, so können glcichzeith die Taktimpulse gezählt werden, welche auf dies;.

Integration entfallen. Durch diese Auszählung de

Taktimpulse bzw. Integrationszeitverhältnismessimi 50 erhält man eine digitale Zahl, die ein Maß für da:

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zuvor integrierte Meßpotential ist.
iur zeitlich definierten An- und Abschaltung eines Die vorstehend erläuterte Doppelintcgration is

Potentials an eine das Potential auswertende Anord- von den Schalteigenschaften der den jeweiligen Inte ■ung, insbesondere an eine für eine vorbestimmte grationsvorgang einleitenden und beendenden Schal Zeit mit dem Potential anzusteuernde Meßeinrich- 55 terelemente abhängig. In der Meßphase z. B. wire tung, mittels eines durch von einer logischen Steuer- das Referenzpotential aufintegriert und hierzu mittel· schaltung erzeugte An- und Abschaltebefehle gesteu- eines Transistorschalters an den Eingang des Integra erten, als Schalterelement arbeitenden Feldcffekt- tors geschaltet. Der Transistorschalter muß dann zui transistors. Abschaltung in dem Moment betätigt werden, wem

Eine zeitlich genau definierte An-und Abschaltung ^6o bei der Integration am Ausgang des Integrators eir eines Potentials an eine das Potential auswertende Wert erreicht wird, der dem zuvor durch Intcgratioi Anordnung erfolgt überall dort, wo Steuerbefehle in des Meßwertes erhaltenen Ausgangswert £;nau ent Form elektrischer Spannungssignale übertragen und spricht. Zu dieser Abschaltung wird von einer logi· genutzt werden oder eine Messung gewisser Größen sehen Steuerschaltung, die dem Integrator zugeordne in Form einer Potentialmessung vorgenommen wird. 65 JSt_{1 c}j_n Abschaltebefehl an den Schalttransistor ge Die zeitlich genau definierte An- und Abschaltung geben.

eines Potentials, das zu solchen Zwecken verwendet Weitere Anwendungsfälle für Transistoren al·

wird, ist beispielsweise dann erforderlich, wenn außer Schalterelemente sind bei reinen Zeitmessungen ge