DE3032704A1

DE3032704A1 - Integrierbarer frequenzteiler

Info

Publication number: DE3032704A1
Application number: DE19803032704
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.-Ing. 7107 Bad Friedrichshall Böhme
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-08-30
Filing date: 1980-08-30
Publication date: 1982-04-29

Description

Integrierbarer Frequenz teiler
Die Erfindung betrifft einen integrierbaren Frequenzteiler mit vier in Emitterschaltung betriebenen Transistoren, bei dem die Kollektoren und Basen des ersten und zweiten Transistors entsprechend einem Flipflop kreuzweise miteinander verbunden sind und bei dem die Kollektoren des ersten und dritten Transistors über einen ersten Arbeitswiderstand und die Kollektoren des zweiten und vierten Transistors über einen zweiten Arbeitswiderstand mit der Versorgungsquelle verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen integrierbaren Frequenz teiler anzugeben, der leicht herstellbar ist, einen geringen Leistungsverbrauch ermöglicht und, eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit besitzt. Diese Aufgabe wird bei einem integrierbaren Frequenzteiler der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Basis des dritten Transistors über einen Widerstand (R3) mit seinem Kollektor und außerdem über einen Kondensator (C1) mit einer Triggerspannungsquelle (UT) verbunden ist und daß die Basis des vierten Transistors über einen Widerstand (R4) mit seinem Kollektor und außerdem über einen Kondensator (C2) mit der Triggerspannungsquelle (UT) verbunden ist.
Der dem ersten Transistor T1 parallelgeschaltete dritte Transistor T3 und der dem zweiten Transistor T2 parallelgeschaltete vierte Transistor T4 bewirken die Umschaltung des Flipflops.
Der Versorgungsstrom IB und die Arbeitswiderstände R1 und R2 sind vorzugsweise derart gewählt, daß der jeweils stromführende Transistor nicht in den Sättigungszustand gelangt und infolgedessen die Versorgungsspannung nur geringfügig über der Basis-Emitter-Spannung des stromführenden Transistors liegt.
Die Umschalttransistoren T3 und T4 sowie die ihnen zugeordneten Widerstände R3 und R4 sind derart ausgebildet, daß der Strom im Umschalttransistor kleiner ist als der Strom, der durch den jeweils geöffneten 1. oder 2. Transistor fließt. Diese Bedingung wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die Emitterflächen der Umschalttransistoren entsprechend klein und die ihnen zugeordneten Widerstände R3 und R4 groß ausgebildet sind. Die Kondensatoren C1 und C2 weisen vorzugsweise eine so geringe Kapazität auf und die Amplitude der Triggerspannungsquelle ist so gering, daß die Umschalttransistoren vor dem Sättigungszustand geschützt sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein fünfter Widerstand R5 zwischen die Basis und den Emitter des dritten Transistors T3 und ein sechster Widerstand R6 zwischen die Basis und den Emitter des vierten Transistors T4 geschaltet. Die Widerstände R5 und R6 sind derart gewählt, daß die Basis spannung der Umschalttransistoren gedrosselt und ein Ruhestrom in den Umschalttransistoren unterdrückt wird.
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt die Grundform der erfindungsgemäßen Lösung. Die Figur 2 zeigt die Arbeitspunktkorrektur durch Widerstandsteiler.
Die Figur 3 zeigt die Arbeitspunktkorrektur durch zusätzliche Ströme.
Die Figur 4 zeigt die Arbeitspunktkorrektur durch Mehrfach-Transistoren.
Die Figur 5 zeigt eine Ausführungsform eines Mehrfach-Transistors.
Die Figur 6 zeigt die kapazitive Ankopplung durch eine Emitter-Basis-Sperrschichtkapazität und die Reihenschaltung mehrerer Teilerstufen.
Bei der Anordnung der Figur 1 stellen die Transistoren T1 und T2 mit ihren Arbeitswiderständen R1 und R2 ein Flipflop dar. Durch entsprechende Wahl des Versorgungsstromes 1B sowie der Arbeitswiderstände R1 und R2 erreicht man, daß die stromführenden Transistoren (T1 oder T2) nicht in den unerwünschten Sättiqungszustand geraten und daß die Versorgungsspannung nur geringfügig über der Basis-Emitter-Spannung des stromführenden Transistors liegt.
Die den Transistoren T1 und T2 parallelgeschalteten Transistoren T3 und T4 haben die Aufgabe, die Umschaltung des aus den Transistoren T1 und T2 sowie aus den Arbeitswiderständen R1 und R2 bestehenden Flipflops zu steuern. Unter der Annahme, daß der Transistor T1 stromführend und damit der Transistor T2 gesperrt ist, ist mit dem Transistor T2 über den Widerstand R3 auch der Transistor T3 gesperrt, während der Transistor T4 über den Widerstand R4 geöffnet ist. Der vom Transistor T4 erzeugte Strom soll jedoch wesentlich kleiner als der im Transistor T1 fließende Strom sein, eine Bedingung, die vorzugsweise durch eine kleine Emitterfläche des Transistors T4 und einen hohen Widerstandswert von R4 erreicht wird. Entsprechendes gilt für den Widerstand R3 und den Transistor T3. Im Fall, daß der Transistor T1 stromführend ist, liegen also niedrige, sperrende Spannungen an den Basen der Transistoren T2 und T3 und Spannungen im Flußbereich an den Basen derTransistoren T1 und T4.
Die Umschaltung des Flipflops erfolgt, indem dem Anschluß UT ein positiver Spannungssprung zugeführt wird. Dieser Spannungssprung überträgt sich über die Kapazitäten C1 und C2 auf die Basen der Transistoren T3 und T4. Da die Spannung an der Basis von T4 vor dem Spannungssprung höher als die Spannung an der Basis von T3 ist, wird zunächst -und zwar am stärksten - der Transistor T4 aufgesteuert. Dies hat zur Folge, daß der Transistor T1 sperrt und der Strom im Flipflop vom Transistor T1 auf den Transistor T2 wechselt.
Dadurch stellt sich der entgegengesetzte Zustand ein, bei dem die Transistoren T1 und T4 voll gesperrt sind, während der Transistor T3 schwach leitend ist. Ein negativer Spannungssprung am Anschluß UT hat dagegen keine Wirkung, abgesehen davon, daß der schwache Strom im Transistor T3 vorübergehend völlig verschwindet. Beim nächsten positiven Spannungs sprung wird der Transistor T3 aufgesteuert, wodurch das Flipflop in den ursprünglichen Zustand zurückgekippt wird. Aus der Tatsache, daß zwei Spannungssprünge an UT für einen Zyklus des Flipflops benötigt werden, folgt die Halbierung der Eingangsfrequenz.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Sättigung der Flipflop-Schalttransistoren T1 und T2 vermieden wird und daß auch die Umschalttransistoren T3 und T4 durch entsprechend kleine Kapazitäten C1 und C2 und/oder durch hinreichend kleine Amplitude der Triggerspannung vor dem Sättigungszustand geschützt werden können. -Außerdem hat die Erfindung den Vorteil, daß bei einer Integration des erfindungsgemäßen Frequenzteilers in einem Halbleiterkörper nur zwei Boxen benötigt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Leistungsbedarf wegen des geringen Spannungsabfalls von etwa einer Flußspannung sehr niedrig bleibt. Ferner können durch die funktionsbedingt niedrigen Arbeitswiderstände und eine ausschließliche Verwendung von npn-Transistoren hohe Arbeitsgeschwindigkeiten erzielt werden.
Die Figur 2 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, die sich von der Anordnung der Figur 1 dadurch unterscheidet, daß noch zwei zusätzliche Widerstände R5 und R6 vorhanden sind. Wie die Figur 2 zeigt, ist der Widerstand R5 zwischen die Basis und den Emitter des Transistors T3 und der Widerstand R6 zwischen die Basis und den Emitter des Transistors T4 geschaltet. Durch entsprechende Ben,-ssung der Widerstände R5 und R6 wird die Basis spannung der Umschalttransistoren gedrosselt und der Ruhestrom der Umschalttransistoren unterdrückt, was ohne die zusätzlichen Widerstände nicht in dem gewünschten Maße möglich ist. Die Widerstände R5 und R6 werden vorzugsweise als Pinch-Widerstände ausgeführt.
Die Anordnung der Figur 3 weist die beiden zusätzlichen Stromquellen I1 und I2 auf, die einen Spannungsabfall an den Basiswiderständen R3 und R4 auslösen. Auch diese Maßnahme eignet sich zur Unterdrückung des Ruhestroms der Umschalttransistoren.
Statt die einen Spannungsabfall an R3 und R4 auslösenden Ströme extern zu erzeugen, kann nach Figur 4 der benötigte Strom auch aus den Flipflop-Transistoren T1 und T2 bezogen werden, indem diese Transistoren einen zweiten Kollektor erhalten. Der daherrührende Strom fließt zwar nur in der Einschaltphase des Transistors, er ist aber auch nur in dieser Phase erforderlich. Der konstruktive Aufbau der Transistoren mit zwei Kollektoren kann so erfolgen, daß zwei unabhängige Transistoren an Emitter und Basis parallelgeschaltet werden.
Es ist jedoch vorteilhafter, gemäß der Figur 5 innerhalb der Basis ozone neben der Emitterzone E einen zweiten Kollektor C' zu schaffen, der einen Teil des vom Emitter in die Basis injizierten Stromes auffängt und somit als Kollektor fungiert. Im Hinblick auf technologische Parameter braucht dieser Kollektor nicht vom Emitter verschieden zu sein. Bei dieser Lösung wird keine zusätzliche Box benötigt.
Die Kapazitäten C1 und C2 können ganz oder teilweise durch einen gesperrten pn-Übergang realisiert werden. Zu diesem Zweck können nach der Figur 6 die Umschalttransistoren T3 und T4 einen zweiten Emitter erhalten, der gegenüber dem ersten Emitter positiv vorgespannt ist.
In der Figur 6 ist weiterhin dargestellt, wie durch Bildung.
einer Kette mehrerer Frequenzteilerstufen die bereitgestellte Versorgungsspannung optimal genutzt und die Vorspannungsbedingung der Kapazitätsdioden erfüllt werden kann.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche C Integrierbarer Frequenzteiler mit vier in Emitterschaltung betriebenen Transistoren, bei dem die Kollektoren und Basen des ersten und zweiten Transistors entsprechend einem Flipflop kreuzweise miteinander verbunden sind und bei dem die Kollektoren des ersten und dritten Transistors über einen ersten Arbeitswiderstand und die Kollektoren des zweiten und vierten Transistors über einen zweiten Arbeitswiderstand mit der Versorgungsquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet daß die Basis des dritten Transistors über einen Widerstand (R3) mit seinem Kollektor und außerdem über einen Kondensator (C1) mit einer Triggerspannungsquelle (UT) verbunden ist und daß die Basis des vierten Transistors über einen Widerstand (R4) mit seinem Kollektor und außerdem über einen Kondensator (C2) mit der Triggerspannungsquelle (UT) verbunden ist.
2) Integrierbarer Frequenzteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem ersten Transistor T1 parallelgeschaltete dritte Transistor T3 und der dem zweiten Transistor T2 parallelgeschaltete vierte Transistor T4 die Umschaltung des Flipflops bewirken.
3) Integrierbarer Frequenz teiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsstrom IB und die Arbeitswiderstände R1 und R2 derart gewählt sind, daß der jeweils stromführende Transistor nicht in den Sättigungszustand gelangt, wobei die Versorgungsspannung nur geringfügig über der Basis-Emitter-Spannung des stromführenden Transistors liegt.
4) Integrierbarer Frequenzteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalttransistoren T3 und T4 sowie die ihnen zugeordneten Widerstände R3 und R4 derart ausgebildet sind, daß der Strom im Umschalttransistor kleiner ist als der Strom, der durch den zugeordneten 1. oder 2. Transistor fließt.
5) Integrierbarer Frequenzteiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines kleineren Stromflusses in den Umschalttransistoren ihre Emitterflächen entsprechend klein und die ihnen zugeordneten Widerstände R3 und R4 groß gewählt werden.
6) Integrierbarer Frequenz teiler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren C1 und C2 eine so geringe Kapazität aufweisen und daß die Amplitude der Triggerspannungsquelle so gering ist, daß die Umschalttransistoren vor dem Sättigungszustand geschützt sind.
7) Integierbarer Frequenzteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein fünfter Widerstand R5 zwischen die Basis und den Emitter des dritten Transistors T3 und ein sechster Widerstand R6 zwischen die Basis und den Emitter des vierten Transistors T4 geschaltet und derart gewählt sind, daß die Basisspannung der Umschalttransistoren gedrosselt und ein Ruhestrom in den Umschalttransistoren unterdrückt wird.
8) Integrierbarer Frequenzteiler nach einem der Ansprüche 1 bis. 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Basis des dritten und vierten Transistors (T3, T4) je ein Hilfsstrom (I1, I2) eingeleitet wird.
9) Integrierbarer Frequenzteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten (C1, C2) ganz oder teilweise durch die Sperrschichtkapazität einer am dritten und vierten Transistor angebrachten Halbleiterzone vom Leitungstyp der Emitterzone gebildet sind.
10) Integrierbarer Frequenz teiler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein fünfter Transistor (T5) in Emitterschaltung mit seiner Basis an der Basis des zweiten Transistors T3 angeschlossen ist und daß ein sechster Transistor (T6) in entsprechender Weise an der Basis des ersten Transistors T1 und an der Basis des vierten Transistors T4 angeschlossen ist, daß der fünfte Transistor T5 als lateraler Transistor innerhalb der zum zweiten und vierten Transistor gehörigen und in einem Halbleiterkörper befindlichen Box ausgebildet ist, daß eine in der Nähe des Emitters des zweiten Transistors T2 befindliche und mit der Emitterdiffusion hergestellte Haibleiterzone vom Leitungstyp der Emitterzone als Kollektorzone des fünften Transistors T5 dient und daß in entsprechender Weise eine Halbleiterzone vom Leitungstyp der Emitterzone in der Box des ersten und dritten Transistors als Kollektorzone des sechsten Transistors T6 dient.
11) Integrierbarer Frequenzteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Frequenzteiler in Reihe geschaltet sind und von einem gemeinsamen Strom durchflossen werden.