NO138233B - Fremgangsmaate til forbindelsesoppbygging i et fjernmeldenett - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte til forbindelsesoppbygging i et fjernmeldenett.

Description

Koplingsanordning for økning av koplingshastigheten i en transistorkoplingskrets.

Oppfinnelsen angår en koplingsanordning for økning av koplingshastigheten i

en transistorkoplingskrets med en med

transistorens basis koplet kilde for styre-spenningspulsen, hvis spenning endrer seg

mellom en første og en andre verdi, en

med transistorens emitterkollektorkrets

forbundet matespenningskilde, et i forhold

til transistorens emitterstrøm motsatt rettet halvlederelement (f. eks. diode eller

transistor) med en terskelspenning som er

mindre enn for en i transistorens emitter-basisvei liggende parallellkrets, en foroverrettet strømkilde som er tilsluttet forbin-delsepunktet mellom halvlederelementet

og transistoren for tilveiebringelse av en

forspenning mellom transistorens basis og

emitter, idet kilden for styrepulsene, matekilden og transistorens emitter-kollektorkrets er utformet og dimensjonert slik at

ved den første verdi av styrepulsen ved

hvilken transistoren befinner seg i ledende

tilstand, flyter det gjennom emitter-kol-lektorkretsen en betraktelig strøm som al-likevel forblir mindre enn den, ved hvilken

spenningen mellom transistorens kollektor

og basis endrer fortegn.

Slike innretninger er kjent og særlig

beskrevet i: «IRE Transactions on Circuit

Theory» CT — 4 Nr. 3, September 1957, s.

236—240 og «Proceedings of the IRE», Juni

1958, s. 1240—1254. Den sist nevnte artikkel

beskriver bl. a. transistorinnretninger med

direkte kopling for logiske systemer (s.

1250, 1252 og s. 1252—1254) og den først-

nevnte artikkel beskriver videre transistorinnretninger for logiske strømsystemer.

I innledningen til den førstnevnte artikkel nevner forfatteren Hannon S. Yourke fem hovedfaktorer som begrenser hastig-heten for transistorkoplingskretser: 1) forsinkelser opptrer på grunn av lad-ningsbæreransamlinger når transistorene arbeider i et område med metningstenden-ser. 2) begrensninger som betinges av kapa-sitetene i kretsene og transistorene, 3) grensefrekvensen av kollektor-basis-strømforsterkningsfaktoren, 4) forsinkelse på grunn av diffusjonstiden eller overgangstiden for ladningsbærerne i transistoren, 5) forsinkelse på grunn av ladningsbæ-reransamling, eventuelt i de dioder som danner en del av de nevnte innretninger.

Yourke anbefaler i første rekke å hind-re at transistorene mettes eller arbeider i tilnærmet mettet tilstand, idet etter hans mening vil allerede en forholdsvis svak foroverrettet spenning mellom kollektor og basis redusere båndbredden som transistoren er i stand til å overføre. Hvis transistorene arbeider utenfor sitt metningsområde og har tilstrekkelig høy grensefrekvens, f. eks. av størrelsesorden noen hundre MHz, ligger hovedbegrensningen i kapasi-tetene i kretsene og transistorene. Strøm-logikk som tillater bearbeidelse av signaler med svake amplituder kan påvirkes i ugunstig retning av disse kapasiteter i høy grad.

I den annen artikkel viser forfatterne Henie og Walsh på side 1242 til, at kurvene for konstant grensefrekvens som funksjon av kollektorstrømmen Ic og kollektor-ba-sisspenningen Vcll (fig. 5) har form av hyperbler, og at ved en bestemt spenning Vdl, øker den forholdsvis lave grensefrekvens ved en kollektorstrøm lik null eller tilnærmet lik null, først hurtig og når et maksimum og avtar så igjen når kollek-torstrømmen stiger videre. Disse kurver er likeledes gjengitt på side 1253 (fig. 47) med en rett belastningskurve. Forfatterne be-merker at langs denne rette linje og bort-sett fra området med svake kollektorstrøm-mer hvor grensefrekvensen er lav, vil transistorens arbeidspunkt ligge i et område hvor dens grensefrekvens er høy.

I de koplinger som er beskrevet av Henie og Walsh og også av Yourke er emit-terstrømmen for disse transistorer null i «av»-tilstand. Yourke sier (s. 240, spalte 1) at i samsvar med den anvendte transistor-type kan det være nødvendig å anvende en svak sperrende forspenning for å oppheve den nevnte emitterstrøm i «av»-tilstand, og at når denne forspenning er høyere må der tas hensyn til faren for et isolasjons-gjennomslag mellom basis og emitter med en dermed følgende emitter-tilbakestrøm.

Hensikten med foreliggende oppfin-nelse er å tilveiebringe en bedre utnyttelse av transistorens forholdsvis høye grense-frekvenser ved mellomliggende verdier av deres kollektorstrøm og samtidig overvin-ne de vanskeligheter som følger av anven-delsen av en eventuelt nødvendig bakover rettet begynnelsesforspenning mellom basis og emitter for å holde transistoren i «av»-tilstand.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at den foroverrettede strømkildes spenning og indre motstand og halvlederelementet velges slik at ved den fra den foroverrettede strømkilde leverte strøm overstiger spenningsfallet over den krets som inneholder halvlederelementet, terskelspennin-gen for den krets som inneholder transistorens emitter-basisvei og er koplet parallelt med denne, slik at ved den andre verdi av styrepulsene er emitter-kollektor-hvile-strømmen større enn den lekasjestrøm som i transistorens sperrede tilstand flyter gjennom kollektor-basis-kretsen.

I den annen av de nevnte artikler an-fører Henie og Walsh, s. 1252, at en av ulempene ved transistorinnretninger med direkte kopling for logiske systemer består i at de anvendte transistorer må ha karakteristiske parametre med små toleranser. Ved innretninger for logiske strømsy-stemer som beskrevet av Yourke og av Henie og Walsh er denne ulempe delvis over-vunnet, idet der sørges for at transistoren arbeider i sitt metningsområde eller i nærheten av dette metningsområde og at inngangs- og utgangskretsen i hver innretning hver ligger i et punkt i nærheten av et hovedsakelig uforanderlig referansepo-tensial.

Oppfinnelsen tilveiebringer også hjelpemidler for å øke terskelverdispenningen for den krets som omfatter transistorens emitter-basisvei. Disse hjelpemidler består av en terskelverdidiode, fortrinnsvis av silicium for en germaniumtransistor frem-stillet ved diffusjonslegering, idet denne diode i passeringsretningen, er lagt inn i serie med nevnte emitter-basisvei og fortrinnsvis mellom den nevnte foroverrettede strømkilde og transistorens emitter. Foruten den ønskede økning av terskelverdispenningen for den krets som inneholder transistorens emitter-basisvei, har terskelverdidioden en dobbelt virkning: 1) den muliggjør anvendelse av transistorer med karakteristiske parametre med meget vide toleransegrenser, idet terskelverdispenningen for transistoren overho-det ikke er kritisk, fordi forskjellen mellom de forskjellige terskelverdispennin-ger for den krets som inneholder emitter-basis-veien og den krets som inneholder det nevnte halvlederelement, lett kan for-dobles, tredobles eller sågar firedobles, 2) terskelverdispenningsdioden beskytter emitter-basisveien og hindrer et eventuelt gjennomslag av denne vei på grunn av for sterke pulser av forholdsvis stor amplitude og bakoverrettet polaritet. I dette tilfelle skal bemerkes at denne terskelverdispenning særlig ved høyfrekvens-transistorer, kan være temmelig svak ved diffusjonslegert type.

Hvis det ovenfor nevnte halvlederelement ikke har annen oppgave å oppfylle enn å fastlegge potensialet for transistorens emitter når ransistoren befinner seg i «av»-tilstanden, kan dette element ifølge Henie og Walsh være en diode. Fortrinnsvis en germaniumdiode.

På den annen side som beskrevet på sidene 237 og 238 i artikkelen av Yourke, fig. 4, kan innretningen ifølge oppfinnelsen omfatte koplingshj elpemidler for å bringe de på transistorens kollektor frembrakte signaler på et nivå som praktisk talt er identisk med de signaler som påtrykkes dens basis. Disse koplingshj elpemidler omfatter fortrinnsvis en i sperreretningen koplet diode som er forbundet mellom et felles punkt for transistorens kollektor og en motstand, over hvilken motstand denne kollektor mates fra den nevnte kilde med bakoverrettet spenning, og en utgangsklemme som over en annen motstand er forbundet med et punkt med konstant potensial. Den bakover rettede gjennomslagsspenning (zenerspenning) for denne koplingsdiode kan være således valgt at den gjennomstrømmes av en bakover rettet utladningsstrøm og at den strøm som leveres av kilden med bakover rettet spenning, således overstiger transistorens kol-lektorstrøm.

En foretrukket utførelsesform av innretningen ifølge oppfinnelsen omfatter altså en transistor, et halvlederelement for å fastlegge potensialet på transistorens emitter når denne befinner seg i «av»-tilstand, en terskelverdidiode og en koplingsdiode. Denne innretning danner en ytterst praktisk, så å si universal konstruksj ons-enhet for dannelse av logiske systemer, særlig logiske strømsystemer. På grunn av de svært vide tillatte toleranser for de karakteristiske parametre for transistorene, polarisasjonshalvlederelementene, terskel-verdidiodene og koplingsdiodene, er. den beskrevne innretning egnet for massefremstilling, f. eks. i form av en blokk med en felles beskyttelseskappe, f. eks. av kunststoff i hvilken transistoren, halvlederelementet og terskelverdi- og koplingsdioden er anbrakt.

Eksempler på oppfinnelsen skal for-klares nærmere under henvisning til teg-ningen. Fig. 1 viser et koplingsskjema for den første utførelsesform av en innretning ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et diagram til forklaring av virkemåten for innretninger ifølge fig. 1. Fig. 3 viser et koplingsskjema for en foretrukket utførelsesform med to innretninger i kaskadekopling. Fig. 4 viser et koplingsskjema for en tredje utførelsesform ifølge oppfinnelsen tilpasset anvendelse i et logisk system med dioder. Fig. 5 viser et koplingsskjema for en utførelsesform hvor signalet ikke snus. Fig. 6 viser et koplingsskjema for en utførelsesform med to komplementærut-ganger. Fig. 7 viser et koplingsskjema for et lystem med flere innretninger ifølge fig. I som danner en «eller»-portkrets. Fig. 8 viser et koplingsskjema for en cippkopling med to innretninger ifølge :ig. 3. Fig. 9 viser et prinsippskjema for et lo-jisk system med dioder forsynt med inn-fetninger ifølge fig. 4.

Den på fig. 1 viste utførelsesform omfatter en transistor 1 av PNP-typen for-;rinnsvis en høyfrekvens-diffusjons flate-;ransistor, f. eks. en germaniumtransis-;or. En germaniumdiode 2 er i sperreret-ling koplet inn i emitter-jord-kretsen for Ienne transistor. Ifølge oppfinnelsen har ienne diode en lavere terskelverdispen-ling enn transistorens 1 emitter-basisvei. Sn likestrømskilde som består av en egnet spenningskilde 3 i serie med en motstand 1 ligger mellom jord og det felles punkt mellom transistorens 1 emitter og dioden l og mater den parallellkrets som består iv dioden 2 og transistorens 1 emitterkrets. Transistorens 1 basis er forbundet med i ord over motstanden 5 og transistorens 1 kollektor mates likeledes fra en kilde med bakoverrettet strøm, som består av en i serie mellom denne kollektor og jord koplet spenningskilde 6 og en motstand 7. Transistorens 1 kollektor er dessuten forbundet med en koplingsdiode 8 hvis annen klemme over en belastningsmotstand 9 er forbundet med jord.

Den strøm som leveres fra kilden 3 bestemmes hovedsakelig av verdien av motstanden 4. Når f. eks. kilden 3 har en spenning på 6 volt og motstanden 4 har en verdi på 4 kohm er denne strøm ca. 6 mA. Hvis der antas at terskelverdispenningen for transistorens 1 emitter-basis-vei overskrider terskelverdispenningen for dioden 2, og at det potensial som påtrykkes transistorens basis er null så vil den strøm som leveres av kilden 3 hovedsakelig gjennomstrømme dioden 2.

Kilden 6 leverer likeledes en strøm som er hovedsakelig bestemt av motstanden 7. Hvis det f. eks. antas at denne kilde er på 40 volt og motstanden 7 har en verdi på 5,6 kohm, er denne strøm ca. 7 mA.

Under de ovenfor nevnte betingelser er kollektorstrømmen i transistoren 1 lik dens lekkasj estrøm Ico mellom kollektor og basis eller er bare litt større. Dioden 8 har en gjennomslagsspenning eller zenerspenning som ligger langt under 40 volt, slik at den strøm på ca. 7 mA som leveres av kilden 6 strømmer gjennom denne diode i sperreretningen, hvorved bevirkes et spenningsfall over klemmene slik at klemmen

10 bringes på et forholdsvis høyt negativt potensial f. eks. —1,4 volt. Når der på transistorens 1 basis påtrykkes et negativt potensial f. eks. på —1,2 volt, blir transistoren ledende. Forbindelsespunktet for transistorens emitter og dioden 2 blir på denne måte brakt på et noe mindre negativt potensial enn potensialet som påtrykkes basisen, hvilket er tilstrekkelig til å sperre dioden 2 slik at hele strømmen som leveres fra kilden, strømmer gjennom transistorens 1 krets. Kollektorstrømmen tilsvarer da praktisk talt 6 mA, og strømmen gjennom zener-dioden 8 er ikke mer enn ca. 1 mA, idet utgangsklemmen 10 bringes på et potensial på —0,2 volt.

Denne logiske strøminnretning er i og for seg kjent. Den utnytter imidlertid fullt ut høyfrekvensegenskapene ved den nevnte transistor, idet det f. eks. er ønskelig ved regnemaskiner å arbeide med svært høye frekvenser.

Fig. 2 viser kurver fra den nevnte artikkel av Henie og Walsh og som angir grensefrekvensen for kollektoremitter-strømforsterkningsfaktoren for en transistor som funksjon av basis-kollektorspen-ningen og kollektorstrømmen. Disse kurver viser likeledes en belastningslinje R som skjærer spenningsaksen i et punkt H (av) og som tilsvarer matespenningen til kollek-teren, samt skjærer en grensefrekvens-kurve for 135 MHz i et punkt E som f. eks. tilsvarer maksimalstrømmen på 6 mA for transistoren 1 på fig. 1. Transistorens 1 maksimale strøm er begrenset av strømmen fra kilden 3, og minimalverdien av kollektor-basisspenningen er likeledes begrenset ved at kilden 6 leverer mer strøm enn kilden 3, slik at kollektor-jord-spenningen blir høyere enn zenerspenningen for dioden 8, som i seg selv er høyere enn den maksimale negative spenning som påtrykkes mellom transistorens basis og jord. Punktet E kan altså velges gunstig f. eks. på den måte at transistoren 1 i største de-len av sin belastningslinje arbeider i et område hvor dens grensefrekvens er lik 135 MHz eller høyere.

Når transistoren 1 ikke er ledende (punktet H på fig. 2) er dens grensefrekvens imidlertid meget mindre enn 135 MHz og sogar mindre enn 70 MHz. Denne virkning kan tilskrives den forholdsvis høye kapasitet i emitterens overgangs-sjikt, hvilken kapasitet hovedsakelig er virksom og skadelig når transistoren ikke er ledende eller bare er svakt ledende.

Transistoren ville altså danne et hur-

;igere og virksommere element i en innretning for et logisk system hvis den ved sn slik innretning arbeider i klasse A, dvs. mellom punktene H' og E på fig. 2.

Ved innretningen ifølge fig. 1 er ar-beidet i klasse A oppnådd ved at ved den verdi av strømmen som flyter gjennom dioden 2 når transistoren er minst ledende, overskrider spenningsfallet på diodens klemmer terskelverdispenningen for transistorens emitter-basisvei. Som følge derav gir dette spenningsfall, på f. eks. 0,8 volt, transistorens emitter-basisvei spenning i foroverretning, slik at transistorens emitter-kollektorkrets likeledes blir noe ledende. Den strøm som flyter gjennom ano-den vil bli f. eks. 5 mA og transistorens emitterstrøm blir stabilisert ved forskjellen mellom spenningsfallene over diodens klemmer og transistorens emitter-basisvei og av motstanden 5 i transistorens basis-krets ved ca. 1 mA. Derav fremgår at den strøm som flyter gjennom dioden 8 altså svinger mellom 6 og 1 mA slik at spenningen på utgangsklemmen 10 svinger mellom —1,2 og —0,2 volt og er tilstrekkelig til å styre en tilsvarende innretning som er koplet i kaskade med den viste innretning.

Praktisk massefremstilling av innretningen ifølge fig. 1 byr på vanskeligheter på grunn av toleranser og endringer av de forskjellige terskelspenningsverdier for transistoren og dioden med tiden. Som følge av disse vanskeligheter er det nød-vendig å velge ut transistorer og likeledes dioder for hvert parti utvalgte transistorer. Disse vanskeligheter er ennå stør-re når transistorene skal arbeide i klasse A, fordi i dette tilfelle må toleransene og endringene av den indre motstand i diodene ved en forholdsvis høy strømverdi tas i betraktning. Spenningsfallet over diodens klemmer, når denne er ledende, kan imidlertid lett økes ved hjelp av en motstand som er koplet i serie med dioden.

For å unngå de ovenfor nevnte vanskeligheter med hensyn til toleranser og endringer, kopler man ifølge oppfinnelsen en terskelverdidiode i passeringsretning i serie med transistorens emitter-basisvei, f. eks. som vist på fig. 3. Denne diode er fortrinnsvis en silisiumdiode med en forholdsvis høy terskelverdispenning. Den har en dobbelt oppgave, for det første befrir den fabrikanten av transistorer, dioder og ferdige innretninger fra å ta hensyn til de anvendte transistorers og dioders terskel-verdispenninger. Det er nemlig mulig som terskelverdidiode å velge en type hvis terskelverdispenning alltid er høyere enn den som velges for dioden 2, slik at terskelverdispenningen for den krets som inneholder terskelverdidioden og transistorens emitter-basisvei, likeledes alltid er høyere enn terskelverdispenningen for dioden 2.

For det annet beskytter terskelverdidioden 11 transistorens basis-emittervei meget virksomt mot eventuelt gjennomslag hvis en høy bakoverrettet spenning uønsket skulle opptre på basisen. Basis-emitterveiens bakoverrettede gjennomslagsspenning for en høyfrekvenstransis-tor og særlig en diffusjonsflatetransistor er nemlig lav og av størrelsesorden 1 eller noen få volt. I motsetning hertil er den bakoverrettede gj ennomslagsspenning eller zenerspenningen for terskelverdidioden, f. eks. en hurtigvirkende silisiumdiode, forholdsvis høy, f. eks. høyere enn 50 volt.

Ved utførelsen ifølge fig. 5 omfatter innretningen en terskelverdidiode 11 som er lagt inn i passeringsretningen i transistorens 1 emitterforbindelse mellom emitteren og knutepunktet for dioden 2 og motstanden 4.

Ifølge oppfinnelsen omfatter innretningens halvlederelementer som på fig. 3 er innrammet med strekede linjer, transistoren 1, dioden 2, koplingsdioden 8 og terskelverdidioden 11 og de er alle anbrakt i en felles beskyttelseskappe f. eks. av kunststoff. Denne beskyttelseskappe kan eventuelt også inneholde innretningens motstander f. eks. motstandene 4, 5 og 7 eller 5, 7 og 9 på fig. 1, eller tilsvarende motstander for en innretning ifølge fig. 3.

Ved utførelsen ifølge fig. 4 ligger terskelverdidioden 11 mellom inngangsklem-men for hver innretning og basisen i den tilhørende transistor 1. Denne diode kan også samtidig tjene som element i et logisk system med dioder for å forbinde to eller flere enn to innretninger med hver-andre. I dette tilfellet er det nødvendig at forbindelsespunktet mellom dioden 11 og transistorens basis er forbundet med jord, eller over en motstand 12 eller 13 forbundet med forbindelsespunktet mellom dioden 2 og motstanden 4. Motstanden 12 eller 13 minsker naturligvis terskelverdidiodens

11 virksomhet med hensyn til fastlegning av transistorens 1 arbeidspunkt i «av»-tilstand, og for å få den samme ufølsomhet overfor toleranser som ved utførelsen ifølge fig. 3, bør der anvendes en ytterligere terskelverdidiode 14 som er lagt inn mellom transistorens 1' emitter og forbindelsespunktet mellom dioden 2' og motstan-

den 4', slik som antydet på den høyre del av fig. 4.

Fig. 5 viser nok en utførelse av innretningen ifølge oppfinnelsen hvor transistorens 1 kollektor er direkte forbundet med kilden 6 for bakoverrettet spenning, og utgangsklemmen 10 er direkte forbundet med transistorens emitter.

Denne innretning snur altså ikke det mottatte signal og dens spenningsforsterkning er noe mindre enn 1, slik at antall slike innretninger som kan koples i kaskade uten mellom-spenningsforsterkning, er begrenset. Basis- og emitterkretsene tilsvarer forøvrig de som er vist på fig. 3.

Kilden 3 har en spenning på 3 volt, motstanden 4 har en verdi på ca. 1000 ohm, kilden 6 har en spenning på ca. —2 volt og oppladningsmotstanden 9 har en verdi på 200 ohm.

Når det på transistorens 1 basis påtrykte negative potensial er svakt f. eks. av størrelsesordenen —0,2 volt, vil største-delen av den strøm som leveres fra kilden 3 f. eks. 2,5 mA, flyte gjennom dioden 2, mens den strøm som flyter gjennom terskelverdidioden 11, er ca. 0,5 mA. Transistorens 1 emitterstrøm tilsvarer summen av den strøm som flyter gjennom terskelverdidioden 11 på ca. 0,5 mA og strømmen gjennom oppladningsmotstanden 9. Den sistnevnte strøm er på sin side avhengig av potensialet på transistorens 1 emitter. Det forutsettes at dette potensial er —0,1 volt og at transistorens emitterbasisspen-ning som tilsvarer en strøm i størrelses-orden av 1 mA, er 0,1 volt. Belastnings-strømmen er da 0,5 mA. Spenning på terskelverdidiodens klemmer er da 0,6 volt og spenningen over diodens 2 klemmer er 0,5 volt. Når den på transistorens 1 basis påtrykte negative spenning er stor, f. eks. av størrelsesorden —1,2 volt, synker spenningen på transistorens emitter noe til —1,05 volt, slik at den strøm som flyter gjennom belastningsmotstanden 9 er ca. 5 mA, og strømmen gjennom terskelverdidioden 11 er ca. 3 mA. Ved denne strøm er spenningsfallet over terskelverdidiodens klemmer 0,72 volt, slik at dioden 2 er sperret av en negativ spenning på

—0,33 volt.

Den på utgangsklemmen 10 opptre-dende spenning er altså —0,1 volt ved en inngangsspenning på —0,2 volt, idet transistoren 1 befinner seg i «av»-tilstand (punktet H' på fig. 2), og —1,05 volt ved en inngangsspenning på —1,2 volt når transistoren befinner seg i «på»-tilstand (punkt E på fig. 2).

Ved den utførelsesform som er vist på fig. 6 er dioden 2 erstattet av en motstand 14 i serie med basis-emitterveien i en annen transistor 2" av samme ledningsevne-type som transistoren 1. Denne transistors basis er forbundet med en kilde 15 med konstant negativ polariseringsspenning, f. eks. —0,9 volt. Transistorens kollektor er over en motstand 7" matet fra en kilde 6 og er over en koplingsdiode 8" forbundet med en annen utgangsklemme 10", idet den nevnte utgangsklemme over en motstand 9" er forbundet med jord.

Hvis den på transistorens 1 basis påtrykte negative spenning er liten f. eks. i størrelsesorden —0,2 volt, flyter største-delen av strømmen fra kilden 3 f. eks. 5 mA, gjennom motstanden 14 og transistorens 2" emitter-kollektorvei. Motstanden 14 er således valgt at en spenning på ca. +0,55 volt opptrer i forbindelsespunktet mellom terskelverdidioden 11 og dens motstand på f. eks. 260 ohm. Under disse betingelser flyter en svak strøm f. eks. av størrel-sesorden 10 |^A gjennom transistorens 1 basis-emittervei og emitterstrømmen i denne transistor gjennom terskelverdidioden 11 er ca. 1 mA.

Spenningen på utgangsklemmen 10 er forholdsvis sterkt negativ og kan ved re-gulering av motstanden 7 eller spenningen over kilden 6, stilles inn på f. eks. —1,4 volt. Spenningen på den annen utgangsklemme 10" er imidlertid svakt negativ f. eks. —0,2 volt.

Når den på transistorens 1 basis påtrykte negative spenning er stor f. eks. —1,4 volt, er forholdet omvendt: transistoren 1 leverer en strøm på ca. 5 mA, spenningen i forbindelsespunktet mellom dioden 11 og motstanden 14 er ca. —0,2 volt og en forholdsvis svak strøm, f. eks. 1 mA flyter gjennom motstanden 14 og transistorens 2" emitter-kollektorvei.

Under disse betingelser er spenningen på utgangsklemmen 10 —0,2 volt og spenningen på den annen utgangsklemme 10" ca. —1,4 volt.

Det skal bemerkes at transistorene 1 og 2" begge arbeider i klasse A. Det er inn-lysende at en foranderlig polariseringsspenning likeledes kan påtrykkes basisen i transistoren 2", slik at utgangsspennin-gen er avhengig av to samtidig opptre-dende betingelser. Man får f. eks. en svak spenning på klemmen 10 og en sterk spenning på klemmen 10" bare når den negative forspenning som påtrykkes transistorens 2" basis, er mindre enn den forholdsvis høye negative spenning som påtrykkes transistorens 1 basis. På denne måte kan der altså tilveiebringes en sammenlignings-innretning for svake spenninger eller en «og»-portkopling. Transistoren 2" kan også sperres av en på dens basis påtrykt positiv polariseringsspenning på noen tiendedels volt, idet transistoren 1 blir sterkt ledende. Dette muliggjør en «eller»-portkopling.

Hvis man bare anvender en enkelt av utgangsklemmene 10 og 10", kan naturligvis koplingselementene for den annen klemme falle bort, enten koplingsdioden 8 og belastningsmotstanden 9 eller dioden

8" og motstanden 9". Den strøm som leveres av kilden 6, kan da imidlertid endre seg med samme verdi som kollektorstrøm-men gjennom transistoren 1 resp. 2", i ste-det for å holdes hovedsakelig konstant.

Figur 7 viser koplingsskjema for et system med innretninger av den type som er vist på fig. 3 og som danner en «eller»-portkopling med tre innganger. Dioden 2, likespenningskilden 3, motstanden 4, kilden 6 for den bakover rettede spenning, motstanden 7, koplingsdioden 8, belastningsmotstanden 9 og utgangsklemmen 10 er den samme for alle tre innretninger som inneholder transistorene 1, 1' og 1", inngangsmotstandene 5, 5' og 5", og ter-skelverdidiodene 11, 11', 11".

En negativ puls som påtrykkes basisen i en av transistorene 1, 1', 1", overføres til utgangsklemmen 10 med motsatt form. En negativ puls som påtrykkes basisen i en eller hver av de to andre transistorer, er uvirksomme fordi den relativt sterke strøm som leveres fra en enkelt transistor, er tilstrekkelig til å sperre dioden 2.

«Eller»-portkoplingen ifølge fig. 7 er bare vist som et eksempel. Det er innly-sende at innretningen ifølge oppfinnelsen kan anvendes i en vilkårlig portkopling eller i en vilkårlig logisk innretning.

Fig. 8 viser et koplingsskjema for en kippkopling med to innretninger ifølge fig. 3 og et styretrinn som gjør denne kippkopling til et trinn i en binær telleanordning.

Kippkoplingen omfatter to innretninger 1, 2, 4, 7, 8, 9 og 1', 2', 4', 7', 8', 9', idet basisen i transistoren 1 er forbundet med forbindelsespunktet mellom koplingsdioden 8' og belastningsmotstanden 9' i innretningen med transistoren 1', og basisen i denne transistor er forbundet med forbindelsespunktet mellom dioden 8 og motstanden 9 i innretningen med transistoren 1. De to innretninger mates fra samme kil-der 3 og 6 med likespenning resp. bakoverrettet spenning.

Under disse betingelser er det innly-sende at når dioden 2 er ledende, er forbindelsespunktet mellom elementene 8 og 9 vesentlig negativt, slik at transistoren 1' er godt ledende og dioden 2' er sperret.

(Tilstanden «av»). Hvis derimot dioden 2 er sperret, er forbindelsespunktet 8 og 9 svakt negativt, slik at transistoren r er svakt ledende og dioden 2' er ledende, (tilstand «på»), Kippkoplingen er altså bi-stabil.

Styretrinnet omfatter en tredje transistor 15 hvis basis er forbundet med en inngangsklemme 17 og over en motstand 16 er forbundet med jord. Transistorens kollektor er forbundet direkte med kilden 6 for bakoverrettet spenning og transistorens emitter er over en belastningsmotstand 18 forbundet med jord. Forbindelsespunktet mellom emitteren i transistoren 15 og motstanden 18 er forbundet med forbindelsespunktet mellom diodene 2 og 11 og motstanden 4 over en kondensator 19 og med forbindelsespunktet mellom diodene 2' og 11' og motstanden 4 over en kondensator 19'.

Transistoren 15 er normalt ikke ledende, da dens basis hovedsakelig har samme potensial som dens emitter. Når en negativ puls påtrykkes inngangsklem-men 17 vil en negativ puls med hovedsakelig samme amplitude frembringes over belastningsmotstandens 18 klemmer ved hjelp av den fra transistoren 15 leverte og gjennom motstanden flytende strøm.

Hvis f. eks. dioden 2' var ledende før tilførselen av inngangspulsen (tilstand «på»), idet transistoren 1' er svakt ledende, transistoren 1 var sterkt ledende og dioden 2 ikke ledende, så ville den til for-bindelsespunktene mellom diodene 2, 11 og diodene 2', 11' tilførte negative puls sperre transistoren 1 momentant, uten å endre tilstand i dioden 2 og likeledes sperre transistoren 1' og dioden 2'. Da transistoren 1' imidlertid til å begynne med var svakt ledende, vil ved dens sperring den negative puls som frembringes på dens kollektor og som tilføres basisen i transistoren 1, ha mindre amplitude enn den puls som ved hjelp av den samme inn-gangspuls frembringes på kollektoren av den til å begynne med sterkt ledende transistor 1 og som tilføres basisen i transistoren 1'. På den annen side var dioden 2 til å begynne med sperret, mens dioden 2' til å begynne med var ledende. Som følge derav skjer en sperring av dioden 2' med en viss forsinkelse på grunn av dens dyna-miske kapasitet, det vil si på grunn av de i denne diode ansamlede fri ladningsbæ-rere, og som til å begynne med sogar tillater en gjennomgang av en kort tilbake-strømspuls over den nevnte diode 2'. Basisen i den til å begynne med sterkt ledende transistor 1 får dermed en svakt negativ, litt forsinket og avrundet puls mens basisen i den til å begynne med svakt ledende transistor 1' får en sterkt negativ uforsin-ket puls. Den sistnevnte transistor blir således sterkt ledende umiddelbart etter frembringelsen av pulsen på emitteren i transistoren 15, mens transistoren 1 blir svakt ledende slik at dioden 2 blir ledende. Denne virkemåte beror på forskjellen mellom ombytningsforholdene i ger-maniumdiodene 2 resp. 2' på den ene side og silisiumdiodene 11 resp. 11' og høyfre-kvenstransistorene 1 resp. 1' på den annen side. Tilstanden i dioden 2 byttes ikke om, mens tilstanden i didoden 2' byttes om. Da denne diode under de ovenfor nevnte begynnelsesforhold er kippkoplingens lang-somste element, ville dette element tilslutt igjen vende tilbake til sin utgangstilstand og forblir således i endret tilstand.

Det skal bemerkes at kippkoplingen er ufølsom overfor positive pulser som oppstår ved differensiering når transistoren 15 vender tilbake til sin ikke ledende begynnelsestilstand. Disse pulser blir i virkeligheten sterkt svekket ved at emitterkretsen for transistorene 1' eller 1 er sterkt ledende, resp. at emitterkretsen for transistoren 1 eller 1' er svakt ledende og kretsen for den tilhørende likeledes ledende diode 2 eller 2' har en svært liten impedans for slike pulser.

Fig. 9 viser et prinsippskjema for et logisk system med dioder som omfatter et antall innretninger ifølge fig. 4, f. eks. i den høyre del av figuren. Dette system omfatter tre i kaskade koplede trinn som inneholder tre innretninger 20, 20', 20" med inngangsmotstandene 25, 25' og 25" og utgangsmotstandene 29, 29' og 29", resp. en innretning 30 med inngangsmotstan-den 35 og utgangsmotstanden 39, og tre innretninger 40, 40', 40" med inngangsmotstandene 45, 45', 45" og utgangsmotstandene 49, 49', 49".

Tre inngangskretser med utgangs-motstander 9, 9', 9" i de foregående innretninger er forbundet med inngangskret-sene i innretningene 20, 20', 20", over dioder 21, 21', 21", som også kan tjene som terskelverdidioder for disse innretninger.

Utgangskretsene i innretningene 20 og 20' er forbundet med inngangskretsen i innretningen 30 over diodene 31, 31' som kan tjene som terskelverdidioder for disse

innretninger.

Utgangskretsen for innretningen 30 er

forbundet med inngangskretsen i innretningene 40, 40' og 40" over diodene 41, 41'

og 41" som kan tjene som terskelverdidioder for disse innretninger.

Utgangskretsen for innretningen 20"

er også forbundet med inngangskretsen i

innretningene 40, 40' og 40" over en diode

31" i serie med særskilte dioder 42, 42' og

42" som kan tjene som terskelverdidioder

for innretningene 40, 40' og 40".

Sluttelig er utgangskretsene for innretningene 40, 40', 40" forbundet med utgangsklemmene 50, 50' resp. 50".

Det skal bemerkes at i det viste system oppfyller hver innretning 30, 40, 40'

og 40" med sine inngangsdioder 31 og 31'

resp. 41 og 42, 41' og 42' eller 41" og 42"

en logisk «eller»-funksjon og hver av innretningene 20" og 30 styrer siste trinn i de

tre innretninger 40, 40', og 40".

Systemet ifølge fig. 9 er bare beskrevet for å gi et begrep om hvorledes innretningene ifølge oppfinnelsen kan komme til

anvendelse ved et logisk system med dioder.

Claims (7)

1. Koplingsanordning for økning av

koplingshastigheten i en transistorkoplingskrets med en med transistorens basis koplet kilde for styrespenningsspolen, hvis spenning endrer seg mellom en første og en andre verdi, en med transistorens emitterkollektorkrets forbundet matespenningskilde, et i forhold til transistorens emitterstrøm motsatt rettet halvlederelement (f. eks. diode eller transistor) med en terskelspenning som er mindre enn for en i transistorens emitterbasisvei liggende parallellkrets, en foroverrettet strømkilde (3) som er tilsluttet forbindelsespunktet mellom halvlederelementet (2) og transistoren for tilveiebringelse av en forspenning mellom transistorens basis og emitter, idet kilden for styrepulsene, matekilden og transistorens emitter-kollektorkrets er utformet og dimensjonert slik at ved den første verdi av styrepulsen ved hvilken transistoren befinner seg i ledende tilstand, flyter det gjennom emitter-kollek-torkretsen en betraktelig strøm som alli-kevel forblir mindre enn den, ved hvilken spenningen mellom transistorens kollektor og basis endrer fortegn, karakterisert v e d at den foroverrettede strømkildes (3) spenning og indre motstand og halvleder elementet (2) velges slik at ved den fra den foroverrettede strømkilde leverte strøm overstiger spenningsfallet over den krets som inneholder halvlederelementet, ters-kelspenningen for den krets som inneholder transistorens emitter-basisvei og er koplet parallelt med denne, slik at ved den andre verdi av styrepulsene er emitter-kollektor-hvilestrømmen større enn den lekkasje-strøm som i transistorens sperrede tilstand flyter gjennom kollektor-basis-kretsen.

2. Anordning ifølge påstand 1, hvor en kilde for bakoverrettet spenning er forbundet med transistorens kollektor gjennom en matemotstand, karakterisert ved at den dessuten har koplingsvei for å bringe de på transistorens kollektor frem-bragte signaler på et nivå som praktisk talt er identisk med nivået for de signaler som påtrykkes dens basis.

3. Anordning ifølge påstand 2, karakterisert ved at de nevnte kop-lingsveier omfatter en i sperreretningen koplet diode som er forbundet mellom et felles punkt for transistorens kollektor og nevnte motstand og en utgangsklemme, som over en annen motstand er forbundet med et punkt med konstant potensial.

4. Anordning ifølge påstand 1, karakterisert ved at den parallellkrets som inneholder transistorens emitterbasisvei, også omfatter en i passeringsretningen i serie med nevnte emitter-basis-vei koplet terskelverdidiode som er beregnet på å øke nevnte parallellkrets' terskelspennings-verdi.

5. Anordning ifølge påstand 4, karakterisert ved at den nevnte terskelverdidiode er lagt inn mellom strøm-kilden og transistorens emitter.

6. Anordning ifølge påstand 4, karakterisert ved at den nevnte terskelverdidiode er forbundet med transistorens basis som tilføres de nevnte styrepul-ser gjennom denne diode.

7. Anordning ifølge påstand 3, karakterisert ved at dioden har en slik bakoverrettet utladningsspenning (zenerspenning) at den gjennomstrømmes av en bakoverrettet utladningsstrøm såvel ved den først nevnte verdi som ved den andre nevnte verdi av styrepulsene, slik at i begge tilfeller den fra nevnte kilde for bakoverrettet spenning leverte strøm overskrider transistorens kollektorstrøm.