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Dreipol-Schaltkreis mit zwei Transistoren und damit aufgebauter mono stabiler Kreis
Die Erfindung bezieht sich auf Dreipol-Schaltkreise mit Transistoren für die Signalumsetzung und betrifft insbesondere monostabile Kreise mit Transistoren.
Als monostabil wird ein Kreis bezeichnet, der einen Gleichgewichtszustand hat, in den er von selbst zurückkehrt, wenn er aus diesem Zustand herausgekippt worden ist. Transistoren, deren Stromvervielfachungsfaktor grösser als 1 ist, eignen sich gut für die Anwendung in solchen monostabilen Kreisen. Der Stromvervielfachungsfaktor a eines Transistors ist das Verhältnis von Kcllektorstrom zu Emitterstron des Transistors. Bei Anschaltung eintr relativ hohen Impedanz an die Basiselektrode eines Transistors, dessen Stromvervielfachungsfaktor grösser als 1 ist, wird im Eingang des Transistors eine Impedanz wirksam, die einen Bereich negativen Widerstandes aufweist. Solche Schaltungen mit einem Transistor und einer Basisimpedanz sind beispielsweise in der USA-Patentschrift Nr. 2, 629, 833 beschrieben.
Die Transistoren werden bekanntlich in zwei Klassen eingeteilt, nämlich in sogenannte Spitzen-
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vielfachungsfaktor ist bei den Spitzentransistoren grösser als 1, bei den Flächentransistoren hingegen kleiner als l.
Die Transistoren beider Klassen werden auch hinsichtlich der Leitfähigkeitstype eingeteilt ; nach dieser Einteilung ist beispielsweise der NPN-Flächentransistor von entgegengesetzter Leitfähigkeitstype wie der PNP-Flächentransistor. Zwei Flächentransistoren entgegengesetzter Leitfähigkeitstype können nun so zusammengeschaltet werden, dass sie eine kombinierte Transistoreinheit bilden, deren Stromvervielfachungsfaktor grösser als 1 ist, so dass sie an Stelle von Spitzentransistoren in monostabilen Schaltkreisen verwendbar sind. Solche kombinierte Transistoreinheiten sind beispielsweise in der USA-Patentschrift Nr. 2, 655, 609 beschrieben.
Die Erfindung zielt allgemein darauf ab, eine verbesserte kombinierte Transistoreinheit dieser Art zu schaffen, deren Stromvervielfachungsfaktor grösser als 1 ist, so dass sie in Verbindung mit einer Basisimpedanz in einem monostabilen Kreis als negatives Widerstandselement verwendbar ist. Ein weiteres allgemeines Ziel der Erfindung liegt darin, bei Schaltkreisen mit Transistoren neue und verbesserte Arbeitskennlinien zu erreichen. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, einen verbesserten regenerativenimpulsverstärker zu schaffen, der bei Empfang eines verzerrten oder gedämpften Impulses einen vorgeschriebenen Rechteckimpuls liefert.
Weiters befasst sich die Erfindung mit den Aufgaben, eine kombinierte Transistoreinheit zu schaffen, deren Stromvervielfachung oder Verstärkung zeitabhängig ist, mittels einer kombinierten Transistoreinheit die Impulsdauer eines monostabilen Kreises zu steuern, eine kombinierte Transistoreinheit als Energiespeicher in einem Kreis negativenWiderstandes anzuwenden und schliesslich eine kombinierte Transistoreinheit zu schaffen, deren Stromvervielfachungsfaktor im stationären Zustand kleiner als 1, in den Umschaltintervallen hingegen viel grösser als 1 ist.
Ein gemäss der Erfindung aufgebauter Dreipol-Schaltkreis, bei dem in bekannter Weise die Basis eines jeden Transistors mit dem Kollektor des andern Transistors verbunden und ein erster Anschluss am Emitter des einen Transistors sowie ein zweiter Anschluss an der Basiselektrode des gleichen Transistors vorgesehen ist, ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine an die Basiselektrode des zweiten Transistors ange-
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schlossene erste Impedanz sowie durch eine an den Emitter des zweiten Transistors angeschlossene zweite Impedanz und durch einen dritten Anschluss, welcher der ersten und der zweiten Impedanz gemeinsam ist, wobei eine dieser beiden Impedanzen eine Reaktanz aufweist, so dass der Faktor der Stromvervielfachung zwischen dem ersten und dritten Anschluss innerhalb jedes Arbeitszyklus veränderlich ist.
Insbesondere ist der Stromvervielfachungsfaktor jeweils bei Eintreffen eines Eingangsimpulses grösser als 1, ansonsten, d. h. im stationären Zustand der Schaltung, aber kleiner als 1.
Ein Merkmal der Erfindung liegt also in der Vorsehung von zwei Impedanzen, die als Teile der kombinierten Transistoreinheit wirken. Die beiden Impedanzen haben die Aufgabe, den resultierenden Ci -Wert zu regeln und die Leckströme zu vermindern, damit die zulässigen c-Werte der Flächentransistoren, die in der kombinierten Einheit verwendet werden, keiner Beschränkung unterworfen sind.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine solche komDinierte Einheit als negatives Widerstandselement in einem monostabilen Kreis verwendet.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft besondere Massnahmen in der kombinierten Transistoreinheit, die auf eine Herabsetzung der Einschaltintervalle des monostabilen Kreises abzielen. Die Impedanz, welche die Ausgangsklemme der kombinierten Transistoreinheit mit der Basiselektrode des einen Flächentransistors verbindet, enthält nämlich zu diesem Zweck eine Induktivität, welche den resultierenden Stromvervielfachungsfaktor der Einheit während des Einschaltvorganges erhöht. Die starke Stromverstärkung während des Einschaltvorganges führt zu relativ kurzen Einschaltintervallen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt in der Anwendung eines Energiespeicherelemeites in einer kombinierten Einheit zwecks Regelung der Impulsdauer des monostabilen Kreises. Nach einem Attsfüh- rungsbeispiel wird als Energiespeicherelement eine Induktivität zwischen der Basiselektrode des einen Transistors und der Ausgangsklemme eingeschaltet. Bei einem andern Ausführungsbeispiel ist das Energiespeicherelement eine Kapazität, die zwischen der Emitterelektrode des einen Transistors und der Ausgangsklemme liegt. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist der Stromvervielfachungsfaktor der kombinierten Einheit nur zu Beginn des auf den monostabilen Kreis wirkenden Eingangsimpulses hoch.
Während des stationären Zustandes der kombinierten Einheit kann der Stromvervielfachungsfaktor sogar kleiner als 1 sein. Es ist dann also der Stromvervielfacbungsfaktor im Gleichgewichtszustand der kombinierten Einheit kleiner als 1, wogegen während der EÍI, schaltintervalle ein hoher Stromvervielfachungsfaktor wirksam ist. Das Energiespeicherelement der kombinierten Einheit bewirkt, dass die Stromvervielfachung oder Verstärkung zeitabhängig ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Aus- führungsbeispielen an Hand der Zeichnungen hervor.
Fig. 1 ist das Schaltbild einer kombinierten Transistoreinheit gemäss der Erfindung, Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäss ausgebildeten monostabiler Kzeis. Die Fig. 3 und 4 stellen weitere Ausführungbeispiele von monostabilen Transistorkreisen gemäss der Erfindung dar. Fig. 5 ist ein Diagramm, welches die Kennlinien negativen Widerstandes und die Lastkennlinie des Emitters für den monostabilen Kreis nach Fig. 2 darstellt. Fig. 6 zeigt in analoger Weise die Kennlinien negativen Widerstandes und die Lastkennlinie des Emitters für den monostabilen Kreis nach Fig. 3 Fig. 7 zeigt im Diagramm-die Änderung des resultierenden Stromvervielfachungsfaktors der kombinierten Einheit nach Fig. 3 bei Anlegen eines Eingangsimpulses.
Die in Fig. 1 dargestellte Dreipol-Schalteinheit enthält zwei Transistoren 10 und 11 entgegengesetzter Leitfähigkeitstype. Der Transistor 10 ist ein PNP-Flächentransistor mit einem Emitter 13, einem Kollektor 14 und einer Basiselektrode 15, wogegen der Transistor 11 ein NPN-Flächentransistor ist, dessen Emitter mit 16, dessen Kollektor mit 17 und dessen Basiselektrode mit 18 bezeichnet sind. Die beiden Transistoren 10 und 11, die vorteilhaft im wesentlichen gleiche Kennlinien haben, ausgenommen natürlich den Unterschied hinsichtlich der Polarität, sind zwischen den drei Klemmen 21, 22, 23 des Dreipols eingeschaltet.
Der Emitter 13 und die Basiselektrode 15 des Transistors 10 sind mit den Klemmen 21 bzw. 22 verbunden, während der Emitter 16 und die Basiselektrode 18 des zweiten Transistors 11 über veränderbare Widerstände 20 bzw. 19 mit der Klemme 23 verbunden sind.
Die Klemmen 21, 22 bzw. 23 fungieren als Emitter, Basiselektrode bzw. Kollektor der kombinierten Transistoreinheit nach Fig. 1. Ein Beispiel für die äussere Schaltung der Dreipol-Klemmen 21, 22, 23 wird an Hand von Fig. 2 nachfolgend erläutert. Der resultierende Stromvervielfachungsfaktor bzw. das Verhältnis von Kollektorstrom (Strom durch die Klemme 23) zu Emitterstrom (Strom durch die Klemme 21) ist grösser als 1, obgleich die Stromvervielfachungsfaktoren der Transistoren 10 und 11 für sich kleiner als 1 sind. Der resultierende Stromvervielfachungsfaktor der kombinierten Einheit nach Fig. 1 wird mit den veränderbaren Widerständen 19 und 20 eingeregelt.
Wenn der Widerstand 19 einen unendlich grossen
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Wert hat, sein Kreis also unterbrochen ist, während der Widerstand 20 gleich Null, also kurzgeschlossen ist, so wird der Emitter 16 des NPN-Flächentransistors 11 funktionell zum Kollektor der kombinierten Einheit. Wenn die Widerstände 19 und 20 auf diese Weise eingeregelt sind, wirken sie sich in der kombinierten Einheit nicht aus. Bei dieser Einregelung der Widerstände 19 und 20 bildet die kombinierte Einheit ein Äquivalent für einen Transistor, dessen Stromvervielfachungsfaktor a durch die Beziehung
EMI3.1
EMI3.2
Wenn die Widerstände 19 und 20, wie beschrieben, im Kreis nicht wirksam sind, ist der gesamte Leckstrom der kombinierten Einheit gegeben durch die Beziehung
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worin ICO(10) und ICO(11) die Leckströme der Transistoren 10 bzw. 11 sind.
Es ist erkennbar, dass der ge- sa. mte Leckstrom ausserordentlich gross wird, wenn sich der Stromvervielfachungsfaktor des Transistors 11 dem Wert 1 nähert.
Die beiden charakteristischen Daten, nämlich der resultierende M-Wert und der gesamte Leckstrom legen dem Stromvervielfachungsfaktor des Transistors 11 somit Beschränkungen auf, wenn die Widerstände 19 und 20 in der beschriebenen Weise auf die Werte Unendlich bzw. Null eingestellt sind. Für die Anwendung in monostabilen Schaltkreisen soll der resultierende ex-Wert zwischen 1, 6 und 4 liege n, und der gesamte Leckstrom soll kleiner als 1 mA bleiben. Wenn der resultierende ex-Wert wesentlich kleiner als 1, 6 ist, kann ein monostabiler Kreis, der eine solche kombinierte Einheit enthält, nicht mehr leicht aus seinem Gleichgewichtszustand herausgekippt werden, und wenn anderseits der resultierende cc-Wert wesentlich grösser als 4 ist, kann die Einheit von selbst in den Zustand niedrigen Stromes kippen.
Bei
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tierenden ex - Wert deshalb schwer erzielbar, weil dann die Schaltung leicht von selbst in den Zustand hohen Stromes übergehen kann. Andere unerwünschte Auswirkungen von starken Leckströmen liegen darin, dass aiese die Dauer der Ausgangsimpulse erhöhen, die Verlustleistung in den Transistoren und in den zugeordneten Schaltelementen vergrössern und die Amplitude der Ausgangsimpulse vermindern.
Wenn daher die Widerstände 19 und 20 in der kombinierten Transistoreinheit nicht wirksam sind, muss derStromvervielfachungsfaktor des Transistors 11 auf einen unter 0, 7S liegenden Wert beschränkt werden.
Die Widerstände 19 und 20 haben hingegen die Wirkung, den resultierenden Stromvervielfachungsfaktor einzuregeln und den gesamten Leckstrom zu vermindern, so dass die Beträge der Stromvervielfachungsfaktoren der Transistoren 10 und 11 keiner Beschränkung mehr unterliegen.
Der Widerstand 19 führt einen Teil des Kollektorsl1omes des Transistors 10 im Nebenschluss am Transistor 11 vorbei. Der Kollektorstrom des Transistors 10 verläuft nämlich über eine Parallelschaltung von zwei Zweigen, von denen der eine den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 11 und den seriengeschalteten Widerstand 20 und der andere den Widerstand 19 enthält. Jener Teil des Kollektorstroms des Transistors 10, der über den Widerstand 19 fliesst, wird vom Transistor 11 nicht verstärkt. Überdies wird auch ein Teil des Kollektorstromes des Transistors 11 vom Widerstand 19 im Nebenschluss abgeführt, anstatt dem Emitter 16 des Transistors 11 zur Verstärkung zugeführt zu werden.
Ein Teil sowohl des Kollek- torstromes des Transistors 10 als auch des Kollektorstromes des Transistors 11 wird also durchumleitung im Nebenschluss von der Verstärkung im Transistor 11 ausgeschlossen. Der Betrag dieser im Nebenschluss fliessenden Ströme kann mit dem veränderbaren Widerstand 19 eingeregelt werden. Je kleiner der Wider-
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Die beschriebene Nebenschlu3anordnung vermindert nicht nur den Stromvervielfachungsfaktor der kombinierten Einheit, sondern beeinflusst auch den gesamten Leckstrom der Einheit günstig. Ein Teil des Leckstroms sowohl des Transistors 11 als aucn des Transistors 10 wird nämlich im Nebenschluss über den Widerstand 19 der Klemme 23 zugeführt, anstatt durch den Transistor 11 in verstärkter Form an diese Klemme abgegeben zu werden.
Wenn sich die kombinierte Einheit im Zustand niedrigen Stromes befindet, wird die Auswirkung des Widerstandes 19 auf den resultierenden Stromvervielfachungsfaktor und auf den gesamten Leckstrom durch den relativ hohen Widerstand des Emitterüberganges des Transistors 11 un- terstützt. Im Zustand niedrigen Stromes ist der vom Emitterübergang des Transistors 11 dargebotene Widerstand hoch, so dass ein grösserer Prozentsatz der Kollektorströme der Transistoren 10 und 11 im Nebenschluss über den Widerstand 19 fliesst. Befindet sich hingegen die kombinierte Einheit im Zustand hohen Stromes, so bietet der EmitterüLergang de, Transistors 11 eine sehr niedrige Impedanz dar, so dass ein kleinerer Prozentsatz der Kollektorströme der Transistoren 10 und 11 im Nebenschluss über den Widerstand 19 geleitet wird.
Demnach ist der Stromvervielfachungsfaktorder kombinierten Einheit klein, wenn sich diese im Zustand niedrigen Stromes befindet, aber grösser, wenn sie sich im Zustand hohen Stromes befindet. Die hohe Impedanz des Emitterüberganges bei kleinen Stromwerten führt dazu, dass der resultierende Stromvervielfachungsfaktor der kombinierten Einheit sehr nahe dem Stronivervielfachungsfaktor des PNP-Transistors 10 kommt.
Da die Impedanz des Emitterüberganges des Transistors 11 bei hohen Stromwerten sehr klein ist, liegt in diesem Zustand im Nebenschluss zum Widerstand 19 eine sehr kleine Impedanz, wenn der Widerstand 20 so eingestellt wird, dass er zwischen dem Emitter 16 und der Klemme 23 einen Kurzschluss herbeiführt.
Der Betrag des resultierenden Stromvervielfachungsfaktors muss nicht nur bei den niedrigen Stromwerten, sondern auch bei den hohen Stromwerten beschränkt werden, damit die kombinierte Einheit leicht in den Zustand niedrigen Stromes zurückkehren kann. Der Widerstand 20 hat die Aufgabe, den Maximalwert des resultierenden Stromvervielfachungsfa ktors bei den hohen Stromwerten festzulegen. Dies besorgt der Widerstand 20 dadurch, dass er in den Emitterkreis des Transistors 11 eine Impedanz einführt, die parallel zu dem Stromweg über den Widerstand 19 liegt. Ein Teil der Kollektorströme der Transistoren 10 und 11 fliesst daher sowohl bei den hohen als auch bei den niedrigen Stromwerten im Nebenschluss über den Widerstand 19.
Trotz des Widerstandes 20 ist der Prozentsatz der Kollektorströme, der bei den hohen Stromwerten im Nebenschluss über den Widerstand 19 fliesst, noch kleiner als der bei den niedrigen Stromwerten über den Widerstand 19 im Nebenschluss fliessende Prozentsatz, weil sich die Impedanz des Emitterüberganges des Transistors 11 ändert.
Der Widerstand 20 legt nich-nur den Maximalwert des resultierenden Stromvervielfachungsfaktors bei den hohen Stromwerten fest, sondern unterstützt auch die Verminderung der Leckströme. Die zusätzliche Impedanz im Emitterkreis des Transistors 11 bewirkt nämlich, dass ein grösserer Prozentsatz der Kollektorströme der Transistoren 10 und 11 über den Widerstand 19 fliesst. Bei relativ hohen Temperaturen vermindert sich die von den Emitterübergängen der Transistoren 10 und 11 dargebotene Impedanz. Der Widerstand 20 übt somit auch die wichtige Funktion aus, die Leckströme bei relativ hohen Umgebungstemperaturen niedrig zu halten.
Die gesamte Verlustleistung der kombinierten Einheit ist sehr klein, weil über die hohen Widerstände
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de 19 und 20 in die kombinierte Einheit einbezogen werden, ist die Verlustleistung sowohl bei den niedrigen Stromwerten als auch bei den hohen Stromwerten und wahrend der Umschaltintervalle kleiner als sonst. Diese Verminderung der Verlustleistung beruht darauf, dass ein Teil des Stromes, der normaler, weise über die Basiselektrode 15 oder die Basiselektrode 18 verlaufen würde, im Nebenschluss über den Widerstand 19 fliesst.
Die kombinierte Einheit nach Fig. 1 kann in einem monostabilen Kreis gemäss Fig. 2 verwendet werden. Die in Fig. 2 mit 21,22 und 23 bezeichneten Klemmen entsprechen den gleich bezeichneten Klemmen in Fig. 1. Die kombinierte Einheit, die in Fig. 2 zwischen den Klemmen 21,22 und 23 liegt, stellt eine Abänderung der an Hand von Fig. 1 erläuterten Einheit dar. Wenn eine kombinierte Einheit nach Fig. 1 in der Schaltung nach Fig. 2 verwendet wird, zeigt diese eine Kennlinie negativen Widerstandes gemäss Fig. 5.
Die Kennlinie nach Fig. 5 hat einen positiven Widerstandsbereich H, in dem nur ein schwacher Strom fliesst, einen Bereich A negativen Widerstandes und einen anschliessenden Bereich D positiven Widerstandes, in dem ein starker Strom fliesst. Durch Einregelung der Widerstände 19 und 20 kann der Bereich A negativen Widerstandes verändert werden. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung hat einen Gleichgewichtszustand im Punkt G innerhalb des Bereiches H positiven Widerstandes und schwachen Stromes,
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Der Punkt G liegt auf der emitterseitigen Lastkennlinie J, welche den Kennlinienteil H im Punkt G schneidet.
Die Kennlinie mit dem negativen Widerstandsbereich unterscheidet sich von den normalerweise mit Transistoren erzielbaren Kennlinien mit negativen Widerstandsbereichen insoferne, als sie im Bereich A bei den schwachen Emitterströmen nahezu horizontal verläuft. Der negative Widerstandsbereich A ist für
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werten einen sehr kleinen Stromvervielfachungsfaktor hat. Die Auswirkung des kleinen Stromvervielfachungsfaktors bei niedrigen Stromwerten bzw. des horizontalen Teiles der Kennlinie liegt in einer Verminderung der Einschaltempfindlichkeit.
Wie nachfolgend noch beschrieben wird, kann durch Verwendung einer induktiven Impedanz 19'an Stelle des Widerstandes 19 im Nebenschlussweg für die Kollektorströme der Transistoren 10 und 11 diese Verminderung der Einschaltempfindlichkeit kompensiert werden ; es ergibt sich dann ein negativerWiderstandsbereich, der in Fig. 5 durch die strichlierte Kurve F und den unteren Teil der Kurve A angegeben wird.
Die kombinierte Einheit nach Fig. 2 ist ähnlich der in Fig. 1 dargestellten, nur dass an Stelle des veränderbaren Widerstandes 19 ein mit 19'bezeichneter veränderbarer Schaltkreis vorgesehen ist. Die Basiselektrode 18 des Transistors 11 ist über eine Induktivität 26 und einen veränderbaren Widerstand 27 mit der Klemme 23 verbunden. Die Serienschaltung aus Induktivität 26 und wirksamem Widerstand 27 ist von einem Widerstand 28 überbrückt. Die Induktivität 26 verbessert die Einschaltempfindlichkeit, indem se den resultierenden Stromvervielfachungsfaktor während des Einschaltvorganges relativ hoch macht.
Während des Einschaltvorganges stellt nämlich die Induktivität 26 eine hohe Impedanz dar, so dass ein wesentlich grösserer Prozentsatz der Kollektorströme der Transistoren 10 und 11 im Transistor 11 verstärkt wird und daher nur ein schwacher Eingangsstrom erforderlich ist, um den monostabilen Schaltkreis zu kippen. Sobald der Einschaltvorgang abgeklungen ist, bietet die Induktivität 26 wieder eine niedrige Impedanz dar, so dass ein grösserer Prozentsatz der Kollektorströme im Nebenschluss am Transistor 11 vorbeigeleitet wird. Auf diese Weise bewirkt die Induktivität 26 eine Vergrösserung des resultierenden M- Wertes der Einheit während des kippenden Einschaltvorganges und sie vermindert dadurch das Einschaltintervall.
Es ist von Bedeutung, den Stromvervielfachungsfaktor der kombinierten Einheit während der Einschaltvorgänge relativ hoch zu machen, um das Zeitintervall, das erforderlich ist. um die kombinierte Einheit aus dem Gleichgewichtszustand niedrigen Stromes herauszukippen, zu verkürzen. Der Widerstand 28 dient dem zweifachen Zweck der Dämpfung der Einschaltvorgänge, die an der Induktivität 26 auftreten und der Begrenzung des resultierenden Stromvervielfachungsfaktors während der Einschaltvorgänge. Diese letztere Vorkehrung ist notwendig, damit der monostabile Kreis nicht so empfindlich wird, dass er schon bei Stö. rinduktionen gekippt wird. Die Induktivität 26 beeinflusst im stationären Zustand der Einheit den Stiomvervielfachungsfaktor nicht, da sie nur während der Einschaltvorgänge wirksam ist.
Der monostabile Kreis nach Fig. 2 wird durch einen Eingangsimpuls gekippt, der über eine Eingangsklemme 30 und einen Kopplungskondensator 31 an die Klemme 21 der kombinierten Einheit angelegt wird. Die Klemme 21 ist ferner mit einem Vorspannungskreis verbunden der normalerweise den Emitter 13 gegenüber der Basiselektrode 15 auf negativem Potential hält. Der. Varistor 33 hat die Aufgabe, einen Weg niedriger Impedanz für den Emitterstrom zu schaffen und negative Eingangsimpulse gegen Erde abzuleiten ; der Widerstand 34 bildet einen Teil des Vorspannungskreises der kombinierten Einheit. Zu diesem Vorspannungskreis gehört ferner eine 16 Volt-Potentialquelle 35, die über einen Widerstand 32, die Klemme 21, den Varistor 33, den Widerstand 34 und den Basiswiderstand 25 mit Erde verbunden ist.
Der Emitter 13 des Transistors 10 wird infolge des über den Varistor 33 fliessenden Gleichstromes in bezug auf die Basiselektrode 15 des Transistors 10 normalerweise in Sperrichtung vorgespannt.
Vor dem Kippen des monostabilen Kreises ist das Ausgangspotential an der Klemme 39 gleich -16 V und das Potential der Kapazität 36 beträgt ungefähr-2, 5 V. Die Ausgangsklemme 39 ist mit der Klemme 23 der kombinierten Einheit verbunden, die ihrerseits über einen Widerstand 37 mit einer 16 V-Potentialquelle 38 in Verbindung steht. Beim Kippen des Kreises sinkt das Emitterpotential ab, so dass der Varistor 33 in Durchlassrichtung vorgespannt wird und die Kapazität 36 aufgeladen werden kann. Diese lädt sich also über den Varistor 33, die kombinierte Transistoreinheit und den Widerstand 37 von der Quelle 38 her auf. Wenn der Kreis gekippt ist, nimmt die Lastkennlinie die in Fig. 5 strichliert eingezeichnete Lage B ein.
Die Kennlinie B verläuft im wesentlichen horizontal, weil der Varistor 33 und die Kapazität dem Emitterstrom anfänglich nur einen verschwindend kleinen Widerstand entgegensetzen. Wenn sich die Kapazität 36 auflädt, nimmt der Strom über den Emitter 13 mit der Zeit exponentiell ab, bis er nicht mehr ausreicht, um die kombinierte Einheit im Zustand hohen Stromes zu halten. Wie in Fig. 5 angedeutet ist, verschiebt sich die Lastkennlinie während der Aufladung der Kapazität von der Lage B in die Lage J. Sie durchläuft dabei die mit C, E und I bezeichneten Zwischenlagen.
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Wenn die Kennlinie die Lage I erreicht, sinkt der Strom plötzlich ab und dabei steigt das Potential an, bis der Punkt G erreicht wird. Das Potential der Kapazität 26 steigt also wieder auf-2, 5V an, welcher Wert durch den schon beschriebenen Vorspannungskreis festgelegt wird. Auf diese Weise wird der Strom durch die kombinierte Einheit plötzlich gesperrt, wobei sich die Kapazität 36 entlädt, bis das Emitterpotential den ursprürglichen Wert entsprechend dem Punkt G in Fig. 5 annimmt. Die Impulsdauer wird im wesentlichen durch die Kapazität 36 und durch den an die Ausgangsklemme 39 angeschlossener Verbraucher festgelegt, wobei die Impulsdauer mit zunehmender Last abnimmt.
Abgesehen davon, dass die Induktivität 26 eine Verminderung des Einschaltintervalls bewirkt, hängt die Impulsdauer von Änderungen in dem ausserhalb der kombinierten Einheit liegenden Teil des Emitterkreises ab. Es ändert ich nämlich nicht die Kennlinie negativen Widerstandes, sondern die Emitter-Last- kennlinie, wenn sich die Kapazität 36 auflädt bzw. entlädt. Die Schaltung nach Fig. 2 arbeitet mit der in dieser Figur dargestellten kombinierten Einheit genau so wie mit der in Fig. 1 gezeigten Einheit, nur dass im ersteren Falle die Einschaltempfir. dlichkeit verbessert ist. Die Impulsdauer ist für beide kombinierten Einheiten gleich ; sie wird somit, wie schon erwähnt, durch Änderungen der Lastkennlinie beeinflusst, wogegen die Kennlinie negativen Widerstandes im wesentlichen unverändert bleibt.
Wie nachfolgend noch beschrieben wird, bleibt anderseits, wenn die Impulsdauer durch die kombinierte Einheit anstatt durch ein äusseres Schaltelement, wie etwa durch die Kapazität 36, geregelt wird, die Lastkennlinie im wesentlichen unverändert, wogegen dann die Kennlinie negativen Widerstandes ge- ändert wird, um die Impulsdauer festzulegen.
Bei einem typischen Ausführungsbeispiel wurden die Schaltelemente bei der Anordnung nach Fig. 2 wie folgt bemessen :
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<tb>
<tb> Transistor <SEP> 10 <SEP> : <SEP> W. <SEP> E. <SEP> 1868 <SEP> a <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 99 <SEP>
<tb> Transistor <SEP> 11 <SEP> : <SEP> W. <SEP> E. <SEP> 1853 <SEP> a <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 99 <SEP>
<tb> Widerstand <SEP> 20 <SEP> : <SEP> eingeregelt <SEP> auf <SEP> 15 <SEP> Ohm
<tb> Widerstand <SEP> 25 <SEP> : <SEP> 2700 <SEP> Ohm
<tb> Induktivität <SEP> 26 <SEP> : <SEP> 300 <SEP> Mikrohenry <SEP>
<tb> Widerstand <SEP> 27 <SEP> : <SEP> eingestellt <SEP> auf <SEP> 60 <SEP> Ohm
<tb> Widerstand <SEP> 28 <SEP> : <SEP> 500 <SEP> Ohm
<tb> Kapazität <SEP> 31 <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> Mikrofarad
<tb> Widerstand <SEP> 32 <SEP> : <SEP> 20000 <SEP> Ohm
<tb> Widerstand <SEP> 34 <SEP> : <SEP> 1000 <SEP> Ohm
<tb> Batterie <SEP> 35 <SEP> :
<SEP> 16 <SEP> Volt
<tb> Kapazität <SEP> 36 <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> Mikrofarad <SEP>
<tb> Widerstand <SEP> 37 <SEP> : <SEP> 20"0 <SEP> Ohm
<tb> Batterie <SEP> 38 <SEP> : <SEP> 16 <SEP> Volt <SEP>
<tb>
Bei den angegebenen Parametern betrug der Stromvervielfachungsfaktor der kombinierten Einheit im Zustand niedrigen Stromes 1, 03, im Zustand hohen Stromes 3 und in den Umschaltintervallen 10. Bei der angegebenen Einstellung der veränderbaren Widerstände 19 und 20 beträgt die Verlustleistung in den Transistoren 10 und 11 ungefähr 1/4 der Verlustleistung, die in diesen Transistoren auftreten würde, falls die Widerstände 19 und 20 in der Schaltung nicht wirksam wären. Mit andern Worten vermindern die veränderbaren Widerstände 19 und 20 die Verlustleistung in den Transistoren 10 und 11 erheblich.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 wird eine Monostabilität dadurch erzielt, dass in die kombinierte Einheit ein zu Ausgleichsvorgängen befähigtes Schaltelement einbezogen wird, um einerseits bei Eintreffen eines Eingangsimpulses einen hohen resultierenden a-Wert und anderseits während des nachfolgendenAusgleichsvorganges einen zeitabhängigen Abfall des resultierenden ex-Wertes zu erzielen.
Es wird also bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Monostabilität durch Anwendung eines zu Ausgleichsvorgängen befähigten Schaltelements innerhalb der kombinierten Einheit anstatt durch Anwendung eines ausserhalb der kombinierten Einheit liegenden Schaltelementes erzielt, wobei dann die Kennlinie negativen Widerstandes anstatt der Emitter-Lastkennlinie geändert wird. Bei der in Fig. 3 dargestellten Einheit ist das den Ausgleichsvorgang bewirkende Schaltelement. eine Kapazität 40, bei der inr Fig. 4 dargestellten Einheit hingegen eine Induktivität 41. Beide Schaltungen können als negative Widerstandselemente für den in Fig. 3 dargestellten monostabilen Schaltkreis verwendet werden.
Mit jeder dieser kombinierten Einheiten wird der monostabüe Schaltkreis bei Eintreffen eines Eingangsimpulses gekippt und er kehrt sodann wieder in seinen Gleichgewichtszustand zurück, sobald der resultierende a. - Wert
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der kombinierten Einheit auf einen Wert abgesunken ist, der nicht mehr zur Sättigung der Transistoren ausreicht. In diesem Falle ist ein äusseres, einen Ausgleichsvorgang bewirkendes Schaltelement, wie die Kapazität 36 in Fig. 2, nicht mehr erforderlich, weil die kombinierte Einheit selbst die Impulsdauer des monostabilen Schaltkreises festlegt.
Die kombinierte Einheit nach Fig. 3 enthält die bereits erwähnte Kapazität 40 und einen Parallelwiderstand 42, wobei diese Kombination zwischen dem Emitter 16 des Transistors 11 und der Klemme 23 eingeschaltet ist. Ferner enthält die kombinierte Einheit einen Widerstand 43, der zwischen der Basiselektrode 18 des Transistors li und der Klemme 23 liegt. Die Widerstände 43 und 42 haben die Aufgabe, den resultierenden ec-Wert im wesentlichen in gleicherweise wie die in Verbindung mit der kombinierten Einheit nach Fig. 1 bereits beschriebenen Widerstände 19 und 20 zu steuern. Wie später noch angegeben wird, ist der Widerstand 42 viel grösser als der Widerstand 4 : t, um eine Monostabilität zu gewährleisten, auf diese Weise wird nämlich im stationären Zustand ein sehr niedriger Stromverstärkungsfaktor erl ! a1- ten.
Der Eingangsimpuls wird über eine Klemme 44 und einen Kopplungskondensator 45 an die Klemme 21 der kombinierten Einheit angelegt. Die Klemme 21 ist über einen Varistor 46 und einen Widerstand 47 mit Erde verbunden. Der Klemme 29, der kombinierten Einheit ist an den Verbindungspunkt zweier Widerstände 48 und 49 angeschlossen, die seriengeschaltet zwischen dem Pluspol einer 6 V-Potentialquelle 50 und Erde liegen. Bei dem an der Basiselektrode 15wirksamen positiven Potential ist der EmitterBasis-Übergang des Transistors 10 normalerweise in Sperrichtung vorgespannt. und die kombinierte Einheit befindet sich daher im Zustand niedrigen Stromes. Die Klemme 23 der kombinierten Einheit ist einerseits mit der Ausgangsklemme 51 und anderseits über einen'Widerstand 52 mit dem Minuspol einer 16 V-Potentialquelle 53 verbunden.
Während des stationären Zustandes entspricht der resultierende a-Wert der kombinierten Einheit nach Fig. 3 ungefähr dem a-Wert des Transistors lO. und Jer gesamte Lecksirom der kombinierten Einheit ist sehr niedrig.
Die Kapazität 40 befindet sich normalerweise im entladenen Zustand, so dass der Augenblickswert der Impedanz des mit dem Emitter 16 verbundenen Kreises anfänglich relativ niedrig ist und der resui- tierende a-Wert daher hoch wird, wenn über die Klemme 44 ein Eingangsimpuls eintrifft. Hierauf wird die Kapazität 40 durch den Emitterstrom des Transistors 11 aufgeladen, wobei die wirksame Impedanz des mit dem Emitter 16 verbundenen Kreises wächst. Bei Anwachsen dieser Impedanz sinkt der resultierende a-Wert ab. Auf diese Weise vermindert sich also der resultierende a-Wert der kombinierten Eirheit mit der Zeit, wenn an die Klemme 44 ein Eingangsimpuls angelegt worden ist.
Wenn der monostabile Kreis in seinen Ruhezustand zurückkehrt, entlädt sich der Kondensator 40 über den Widerstand 42, der zusammen mit der Kapazität 40 die Rückstellzeitkonstante festlegt. Fig. 7 stellt die Än-
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Einheit wirksamen negativen Widerstandes darstellt, ist erkennbar, dass die Emitter-Lastkennlinie L während des Betriebes der Schaltung keine Änderung erfährt. Wem an den monostabilen Kreis ein Impuls angelegt wird, ändert sich der resultierende a-Wert der kombinierten Einheit von dem Noimalwert auf einen Maximalwert, wodurch der monostabile Kreis eingeschaltet wird. Es werden dabei relativ kurze Schaltzeiten bzw. Einschaltintervalle in der Grössenordnung von 0, 6 Mikrosekunden erhalten, weil der resultierende a-Wert zu Beginn des Einschaltvorganges sehr hoch ist.
Der Widerstand 43 ist gross im Vergleich zum Augenblickswert der Impedanz der Kapazität 40, um so einen hohen Anfangswert des resul-
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dargestellte Verlauf. Die Sättigung der Transistoren wird solange aufrechterhalten, wie der resultierende a-Wert hinreichend hoch ist, um eine genügende-positive Rückkopplung. zu gewährleisten ; wenn sich aber die Impedanzen in der kombinierten Einheit ändern und der resultierende a-Wert absinkt, geht die Kennliqiè negativen Widerstandes vom Kurvenverlauf M auf die gestrichelte Kurve N über, die im Punkt K asymptotisch zu deLastkennlinie L verläuft. Im Punkt K wird der resultierende (X-Wert (O : smin in Fig. 7) zu klein, um eine für die Sättigung der Transistoren ausreichende positive Rückkopplung zu gewährleisten.
Wenn dieser Zustand erreicht wird, schaltet die kombinierte Einheit ab und der Kreis kehrt in. seinen Gleichgewichtszustand zurück.
Während des Einschaltzustandes sind die beiden Transistoren 10 und 11 gesättigt und die Ausgangsklemme befindet sich sehr nahe dem Erdpotential. Die Amplitude des Ausgangsimpulses ist ungefähr
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gleich dem verfügbaren maximalen Spannungshub und die Dauer des Ausgangsimpulses hängt von der Kapazität 40 ab. Da die Beendigung des Ausgangsimpulses durch die Abnahme des resultierenden a-Wertes und nicht durch die Abnahme des Emitterstromes erfolgt, wird während der Impulsdauer ein konstanter Verbraucherstrom aufrechterhalten. Solange der resultierende ex-Wert hoch genug ist, um die Sättigung der Transistoren zu gewährleisten, ist also der Verbraucherstrom praktisch konstant. Der Ausgangsimpuls hat daher eine praktisch flache Kuppe bzw. Rechteckform.
Die in Fig. 4 dargestellte kombinierte Einheit ergibt einen ähnlicnen monostabilen Betrieb, weil sich der resultierende a-Wert in analoger Weise zeitabhängig ändert. Die in Fig. 7 gezeigte Kurve gilt für den Betrieb des monostabilen Kreises mit der induktiven kombinierten Einheit nach Fig. 4 in gleicher Weise wie für die kapazitive kombinierte Einheit nach Fig. 3.
Die induktive kombinierte Einheit enthält eine Induktivität 41 und einen Parallelwiderstand 54 ; dieser Parallelkreis ist zwischen der Basiselektrode 18 des Transistors 11 und der Klemme 23 eingeschaltet. Die Emitterelektrode 16 ist über einen Widerstand 55 mit der Klemme 23 verbunden. Die Widerstände 54 und 55 können ebenso wie die Widerstände 43 und 42 in Fig. 3 analog den Widerständen 19 und 20 in Fig. 1 veränderbar sein. Zu der Induktivität 41 ist kein Widerstand in Serie geschaltet, im während des Ruhezustandes der Schaltung eipen möglichst kleinen resultierenden ex -Wert zu erzielen.
Fast die gesamten Kollektorströme der Transistoren 10 und 11 werden nämlich über die Induktivität 41 im Nebenschluss geführt, so dass der resultierende ex-Wert der kombinierten Einheit im wesentlichen gleich dem ex-Wert des Transistors 10 ist.
Bei Eintreffen eines Eingangsimpulses bietet die Induktivität 41 zunächst eine sehr hohe Impedanz dar, so dass der resultierende ex-Wert den in Fig. 7 dargestellten Maximalwert annimmt. Sodann sinkt die Impedanz der Induktivität 41 exponentiell ab, wodurch sich der resultierende a-Wert so stark vermindert, dass er nicht mehr zur Sättigung der Transistoren ausreicht. Der resultierende ex-Wert nimmt infolge der Dämpfungswirkung des Widerstandes 54 weiter ab, bis der für den stationären Zustand geltende resultierende a-Wert erreicht wird. Es bricht dabei die Kennlinie, negativen Widerstandes zusammen, u. zw. ähnlich, wie dies vorstehend in Verbindung mit der Kennlinie der kapazitiven kombinierten Einheit an Hand von Fig 6 erläutert worden ist.
Bei typischen Ausführungsbeispielen wurden die Schaltelemente der Schaltungen nach den Fig. 3 und 4 wie folgt bemessen :
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<tb>
<tb> Transistor <SEP> 10 <SEP> : <SEP> W. <SEP> E. <SEP> 1868 <SEP> Ci <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 99 <SEP>
<tb> Transistor <SEP> 11 <SEP> : <SEP> W. <SEP> E. <SEP> 1853 <SEP> oc <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 99
<tb> Kapazität <SEP> 45 <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> Mikrofarad
<tb> Widerstand <SEP> 47 <SEP> : <SEP> 5000 <SEP> Ohm
<tb> Widerstand <SEP> 48 <SEP> : <SEP> 6200 <SEP> Ohm <SEP>
<tb> Widerstand <SEP> 49 <SEP> : <SEP> 6200 <SEP> Ohm
<tb> Batterie <SEP> 50 <SEP> : <SEP> 6 <SEP> Volt
<tb> Widerstand <SEP> 43 <SEP> : <SEP> 200 <SEP> Ohm
<tb> Widerstand <SEP> 42 <SEP> : <SEP> 2000 <SEP> Ohm
<tb> Kapazität <SEP> 40 <SEP> : <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> Mikrofarad
<tb> Widerstand <SEP> 52 <SEP> : <SEP> 2000 <SEP> Ohm
<tb> Batterie <SEP> 53 <SEP> :
<SEP> 16 <SEP> Volt
<tb> Induktivität <SEP> 41 <SEP> : <SEP> 5 <SEP> Millihenry
<tb> Widerstand <SEP> 54 <SEP> : <SEP> 1000 <SEP> Ohm
<tb> Widerstand <SEP> 55 <SEP> : <SEP> 20 <SEP> Ohm
<tb>
Bei dieser Bemessung der Schaltelemente ist die eingangsseitige Empfindlichkeit ungefähr 3, 5 V bei 25 C, und die Dauer der Ausgangsimpulse beträgt bei einem Verbraucherwiderstand von 500 Ohm ungefähr 25 Mikrosekunden.
Die Erfindung ist natürlich weder auf die dargestellten Schaltungen noch auf die angegebene Bemessung der einzelnen Schaltelemente beschränkt, sondern lässt verschiedene Abwandlungen zu. Beispielsweise können die kapazitiven und induktiven kombinierten Einheiten auch in einem monostabilen Schaltkreis der in Fig. 2 dargestellten Art verwendet werden.
Wenn man solche Einheiten im Schaltkreis nach Fig. 2 verwendet, dann ändert sich sowohl die Lastkennlinie als auch die Kennlinie des negativen Widerstandes und die Impulsdauer wird sowohl durch ein äusseres Schaltelement (Kapazität 36) als auch durch ein inneres Schaltelement (Kapazität 40 oder Induktivität 41) beeinflusst. Überdies kann die kapazitive
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kombinierte Einheit noch so abgeändert werden, dass sie eine mit der Basiselektrode des Transistors l ? verbundene Induktivität enthält. Eine solche abgeänderte Einheit hat dann innere Schaltelemente kapazitiver und induktiver Natur.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dreipol-Schaltkreis mit zwei Transistoren entgegengesetzter Leitfähigkeitstype, bei dem die Basis eines jeden Transistors mit dem Kollektor des andern Transistors verbunden und ein erster Anschluss am Emitter des einen Transistors sowie ein zweiter Anschluss an der Basiselektrode des gleichen Transistors vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine an die Basiselektrode (18) des zweiten Transistors (11) angeschlossene erste Impedanz (19, 19' ;
43 ; 41,45) sowie durch eine an den Emitter (16) des zweiten Transistors (11) angeschlossene zweite Impedanz (20 ; 40, 42 ; 55) und durch einen dritten Anschluss (23), welcher der ersten und der zweiten Impedanz gemeinsam ist, wobei eine dieser beiden Impedanzen eine Reaktanz aufweist, so dass der Faktor der Stromvervielfachung zwischen dem ersten und dritten Anschluss innerhalb jedes Arbeitszyklus veränderlich ist.