DE1051903B - Transistorschaltkreis, insbesondere fuer elektronische Rechenmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft elektronische Schaltkreise, insbesondere eine Transistorschalteinrichtung, welche rechteckformige Stromimpulse großer Stärke an niederohmige Stromkreise (Verbraucher) anschließt.

Bisher war es üblich, die Kerne einer Magnetkernspeichermatrize beispielsweise durch die Verwendung einer hohe Energie aufweisenden Senderquelle zu steuern, welche Impulse wahlweise den durch die Kerne gehenden Wicklungen über eine geeignete Schalteinrichtung zuführt. Ein noch einfacheres und bequemeres Verfahren schloß die Bildung von Stromimpulsen großer Stärke unter Verwendung eines Transistors zum periodischen Schalten einer ständig gleichbleibenden Spannung quer zu den Wicklungen, in Abhängigkeit von der Zuführung von Schaltimpulsen geringer Stärke zu der Basis des Transistors, in sich. Bisher wurde dieses Verfahren zur Bildung von Stromimpulsen großer Stärke wegen der geringen Frequenzcharakteristik, die für Transistoren großer Leistung kennzeichnend ist, verwendet. Dadurch wird verhindert, daß sich eine scharfe Vorderkante auf den Impulsen großer Stärke formiert, wie sie beispielsweise zum Steuern von Kernspeichern benötigt wird. Die Erfindung überwindet diese unerwünschte Eigenschaft der Transistoren mit großer Leistung, indem eine Transistorschalteinrichtung angeordnet wird, welche niederohmig belastet ist und welche auch einen sehr hohen Frequenzbereich aufweist, d. h. welche eine sehr schnelle Schaltzeit hat.

Der erfindungsgemäße Schaltkreis enthält einen Transistor für kleine und für große Leistung, die parallel geschaltet sind. Wird ihren Basen eine Reckteckwellenspannung zugeführt, beginnen die Transistoren zu leiten. Der durch beide Transistoren hindurchlaufende Strom wird zusammengeführt und bildet den zum Antreiben des Außenwiderstandes verwendeten Impuls. Der Transistor für kleine Leistung, der kennzeichnenderweise einen hohen Frequenzbereich hat, erzeugt anfänglich einen starken Belastungsstrom, der hohe Frequenzkomponenten enthält. Diese hohen Frequenzkomponenten sind in der Vorderkante des Basisschaltimpulses. Die Hochfrequenzcharakteristik dieses Transistors bewirkt, daß die Vorderkante seines Belastungsstromimpulses eine kurze Anstiegszeit aufweist. Der Transistor hoher Leistung hat kennzeichnenderweise eine Niederfrequenzcharakteristik und dient dazu, den Hauptanteil des Belastungsstromes mit Rücksicht auf die Niederfrequenzkomponenten, die den größten Teil des gleichbleibenden Teils des Basisimpulses ausmachen, durchzulassen. Die durch beide Transistoren hindurchgehenden Belastungsstromimpulse werden addiert und dienen zur Bildung eines Stromimpulses großer Stärke mit einer Vorderkante mit der charakteristischen kurzen Anstiegszeit des Transistors für geringe Lei-Transistorschaltkreis,

insbesondere für elektronische

Rechenmaschinen

Anmelder:

The National Cash Register Company,
Dayton, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr. A. Stappert, Rechtsanwalt,
Düsseldorf, Feldstr. 80

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. April 1956

stung. Ferner wird durch den genannten Schaltkreis eine kurze Abfallzeit des Belastungsimpulses gewährleistet. Dieser Stromkreis überwindet somit die lange Ansprechzeit der bekannten Transistorschalteinrichtungen für große Leistung.

Die Erfindung hat sich somit die Aufgabe gestellt, eine Transistorschalteinrichtung vorzusehen, die nicht nur große Leistung liefert, sondern auch eine schnelle Schaltzeit aufweist.

Demgemäß geht die Erfindung aus von einem Transistorschaltkreis zur Abgabe von Schaltimpulsen mit kurzer Anstiegs- und Abfallzeit; sie ist gekennzeichnet durch die Anordnung von zwei parallel geschalteten Transistoren unterschiedlicher Leistung, wovon der Transistor geringer Leistung eine kurze und der Transistor großer Leistung eine relativ lange Anstiegs- bzw. Abfallzeit besitzt.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, und in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema des bevorzugten Ausführungsbeispiels des Schaltkreises, während

Fig. 2 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung des So in Fig. 1 gezeigten Schaltkreises darstellt.

Wie es Fig. 1 erkennen läßt, weist der erfindungsgemäße Schaltkreis zwei p-n-p-Verbindungstransistoren 10 und 11 auf, deren Emitter-Kollektor-Stromwegeparallel zu einem einzelnen Widerstandsleiter 26 und deren

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Basiseingänge parallel zu einer gemeinsamen Schalt- Die Erfindung wird noch genauer im Zusammenhang impulsquelle 12 geschaltet sind. Beide Transistoren- mit Fig. 2 der Zeichnung erläutert, die das Wellenform-Emitter sind geerdet. Ein Emitterleiter 14 des Tran- diagramm darstellt. Bei der Besprechung dieser Wellensistors 10 ist über einen Widerstand 16 und einen par- formen wird vorausgesetzt, daß der Belastungswiderallelen Kondensator 25 geerdet, während ein Emitter- 5 stand 23 vorwiegend ohmisch ist und daß die Werte für leiter 15 des Transistors 11 !«!mittelbar geerdet ist. Spannung und Stromstärke, obwohl sie an sich typisch Ein Kollektorleiter 21 des Transistors 10 und ein KoI- sind, hier nur zum Zwecke der Erläuterung gezeigt Iektorleiter22 des Transistors 11 sind beide mit dem werden. Die in Fig. 2 gezeigten Transistoren 10 und 11 Belascungsleiter 26 verbunden, der seinerseits mit einer lassen einen Belastungsstrom über ihre Emitter-Kol-— lO-V-GleichstromquelleSO über eine Belastung 23 io lektor-Stromwege nur dann durch, wenn deren Basen in Verbindung steht. Ein gemeinsamer Basisleiter 13 und Kollektoren in bezug auf ihre geerdeten Ermitter der beiden Transistoren 10 und 11 ist mit einem Schalt- beide negative Vorspannung aufweisen. Das Schaltleiter 27 verbunden, der seinerseits mit der Schaltquelle signal ist ein rechteckiger Wellenimpuls 31, der sich, 12 über einen Widerstand 28 und einen parallelen Kon- wenn die Transistorschalter offen sind, auf Erdspandensator29 verbunden ist. Die Schaltimpulsquelle 12 15 nung, und wenn die Transistorschalter geschlossen sind, ist bei einer Klemme 20 geerdet. bei — 10 V befindet.

Ein Transistor kann in bekannter Weise als ein Wie es Fig. 2 erkennen läßt, fällt zum Zeitpunkt t_i Schalter zum Steuern des Fließens eines starken Emit- der Schaltimpuls auf einen gleichbleibenden Wert von ter-Kollektor-Stromimpulses mittels eines schwachen, —10 V, so daß sowohl Transistor 10 als auch Trandurch seine Basis fließenden Stromes verwendet wer- 20 sistor 11 einen leitenden Zustand herstellen, bei dem ein den. Dieser Stromkreis benutzt zwei Transistoren 10 Stromimpuls über die Belastung 23 hin zu der — 10- und 11, die als Schalter parallel geschaltet sind und V-Quelle 30 zu fließen beginnt (Fig. 1). Dieser BeIa-Stromimpulse über ihre Emitter-Kollektor-Stromwege stungsimpuls ist die Summe der durch beide Trandurchgeben. Der Strom dieser Impulse fließt von der sistoren 10 und 11 fließenden Stromimpulse. Das anErde aus durch die parallelen Transistoren 10 und 11 in 25 fängliche Leiten über den Transistor 10 erfolgt durch den Belastungsleiter 26 und zur — 10-V-Quelle30 über den Kondensator 25 (Fig. 1), der vor dem Zeitpunkt ^₁ die Belastung 23. Die Belastung 23 kann beispielsweise ungeladen ist, so daß er im Augenblick einen niedrigen aus einer Reihe magnetischer Kerne in einem Kern- Impedanzweg für den Strom zum Transistor bietet. So-Speicher-System bestehen. Wie es in der Technik be- mit hat die Vorderkante eines Stromimpulses 18 an dem reits bekannt ist, wird jedesmal, wenn die Kerne unter 30 Kollektor des Transistors 10 für geringe Leistung eine Spannung gesetzt werden sollen, dem Basiseingang der sehr kurze Anstiegszeit, weil durch ihn hohe Frequenz Transistoren 10 und 11 ein Schaltimpuls 31 zugeführt, komponenten, die vorzugsweise in der Vorderkante des welcher über einen Schaltleiter 27 die Verbindung zum Belastungsimpulses enthalten sind, übertragen werden, gemeinsamen Basisleiter 13 herstellt. Gleichzeitig wird nur ein geringer Betrag des Stromes

Es ist für Transistoren, die einen großen Belastungs- 35 durch den Transistor 11 für hohe Leistung fließen, weil

strom weiterzuleiten vermögen, kennzeichnend, daß sie dieser so beschaffen ist, daß er Ströme mit den Hoch-

bei ihrer Basis zugeführten Impulsen eine etwas gerin- frequenzkomponenten desBasisimpulsesSlnichtdurch-

gere Frequenzcharakteristik haben als Transistoren ge ■ zulassen vermag.

ringerer Leistung. Dies wird ohne weiteres verstand- Nach dem Zeitpunkt t₁ schwindet die Amplitude der lieh beim Hinweis darauf, daß ein p-n-p-Transistor sich 40 Stromwelle durch den Transistor 10 sehr schnell, und aus zwei P-Typ-Regionen zusammensetzt, die, wie es zwar gemäß der Zeitkonstante RC des Kondensators 25 in der Technik bekannt ist, durch eine dünne Schicht und des Widerstandes 16, wobei schließlich ein gleichder N-Typ-Region getrennt sind. Der Unterschied in bleibender Zustand erzielt wird, wie er durch die Imder Frequenzcharakteristik bei p-n-p-Transistoren die- pedanz des Transistors 10 und des Widerstandes 16 ser genannten zwei Typen wird hauptsächlich durch die 45 festgelegt ist. Wie es eine Wellenform 17 zeigt, läßt der Diffusionszeit der Träger verursacht, die über die Transistor 11 für große Leistung, welcher einen gege-N-Typ-Region hinweg von der einen P-Typ-Region aus benen Basisstrom viel langsamer schaltet, sehr schnell zu der anderen laufen. Die Breite der N-Typ-Region zu, daß mehr Strom hindurchfließen kann. Das schnelle ist notwendigerweise viel größer für einen Transistor Ansteigen des Belastungsstroms durch den Transistor großer Leistung als für einen Transistor geringer Lei- 50 11 ist eine Folge der erhöhten Amplitude der Niederstung. Dadurch, daß die N-Typ-Region breiter ist, hat frequenzkomponenten des Basisimpulses, auf welche der Transistor großer Leistung eine große Diffusions- dieser Transistor anzusprechen vermag. Da beideTranzeit, die verhindert, daß der Belastungsstrom auf hohe sistoren zu leiten beginnen, ist die wirksame Impedanz Frequenzen des Basis-Signals anspricht. Andererseits des Transistors 10 und des Widerstandes 16 größer als wird durch die schmälere N-Typ-Region in einem 55 die Impedanz des Transistors 11, so daß dieser letztere Transistor für geringe Leistung verhindert, daß der für hohe Leistung vorgesehene Transistor 11 den Belastungsstrom auf tiefe Frequenzen des Basisimpul- Hauptanteil des Belastungsstroms trägt. Es ist somit ses ansprechen kann. Wenn daher ein rechteckiger festzustellen, daß diekombinierteAmplitude der Strom-Schaltimpuls an die Basis kommt, gibt ein Transistor wellen durch beide Transistoren 10 und 11 sich einem für hohe Leistung einen Belastungsstromimpuls weiter, 60 stetigen Zustandswert nähert, wobei der Hauptanteil dessen Vorderkante eine lange Anstiegszeit hat, wäh- des Belastungsstroms durch den Transistor 11 und der rend ein Transistor für geringe Leistung einen BeIa- Rest durch den Transistor 10, unter Begrenzung durch stungsstromimpuls weitergibt, dessen Vorderkante eine Widerstand 16, fließt.

kurze Anstiegszeit hat. Das erfindungsgemäße, parallel Zum Zeitpunktig wird der Schaltkreis geöffnet, d. h.,

geschaltete Schaltschema kombiniert die Eigenschaf- 65 die Transistoren werden durch den auf 0 Volt anstei-

ten der beiden Arten von Transistoren, wodurch eine genden Basisschaltimpuls nichtleitend. Somit fällt die

Schalteinrichtung geschaffen wird, die in sicherer Abfallkante der Belastungsstromimpulse durch beide

Weise einen starken Belastungsstrom erzeugt und Transistoren ab, und demzufolge fällt der kombinierte

gleichzeitig Impulse bildet, deren Vorderkanten sehr Belastungsstromimpuls in einer sehr kurzen Zeit auf

kurze Anstiegszeiten aufweisen. 70 0 Ampere herab. Dieser Vorgang wird verständlich bei

Claims (4)

der Feststellung, daß, wenn ein p-n-p-Transistor als ein geschlossener Schalter leitend ist, seine N-Typ-Region, mit der seine Basisklemme verbunden ist, mit Minoritätsträgern, wie es in der Technik allgemein bekannt ist, gesättigt ist. Bei Zuführung einer positiven Spannung an die Basis eines leitenden Transistors bewirkt diese Sättigung, daß der Belastungsstromimpuls eine lange Abfallzeit hat. Der Kondensator 29 (Fig. 1), der augenblicklich geladen wird, wenn der Schaltimpuls auf OVoIt an dem Zeitpunkt J2 ansteigt, entfernt diese Minoritätsträger von beiden Transistoren 10 und 11, was eine kurze Fallzeit der Belastungsstromimpulse ergibt. Wie es Fig. 1 erkennen läßt, ist der Widerstand 16 dazu vorgesehen, daß die wirksame, eingeschaltete Impedanz des Stromweges einschließlich des Transistors 10 für geringe Leistung größer ist als die wirksame eingeschaltete Impedanz des Stromweges einschließlich des Transistors 11 für hohe Leistung. Dazu kommt, daß über den Kondensator 25 der Belastungsstrom fließt, der anfänglich durch den Transistor 10 fließt. Da der Transistor 10 für geringe Leistung einen hohen Strom nur für kurze Zeit führt, so entspricht der Durchschnittsstrom, welchen er während eines Impulses oder einer Serie von Impulsen führt, seinem Leistungsmaß. Der erfindungsgemäße Schaltkreis benutzt sowohl die Charakteristiken für den hohen Strom des Transistors großer Leistung als auch die Charakteristiken für die hohen Frequenzen des Transistors geringer Leistung. Dadurch wird ein Belastungsstrom großer Stärke gebildet, dessen Vorder- und Hinterkante in Übereinstimmung mit dem dem Schaltkreis zugeführten rechteckigen Schaltimpuls sehr schnell verändert werden. Dieser neuartige Stromkreis schließt viele nützliche Anwendungen in sich, soll aber nicht auf die Verwendung von Antriebskernen in einer magnetischen Kernspeichermatrize, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, begrenzt sein. Patentansprüche:

1. Transistorschaltkreis zur Abgabe von Schaltimpulsen mit kurzer Anstiegs- und Abfallzeit, gekennzeichnet durch die Anordnung von zwei parallel geschalteten Transistoren unterschiedlicher Leistung, wovon der Transistor geringer Leistung eine kurze und der Transistor großer Leistung eine relativ lange Anstiegs- bzw. Abfallzeit besitzt.

2. Transistorschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Emitterstromkreis des Transistors mit kurzer Schaltzeit ein WiderstaDd-Kondensatorglied in Parallelschaltung angeordnet ist.

3. Transistorschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide parallel geschaltete Transistoren in Emitterbasisschaltung arbeiten.

4. Transistorschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Widerstand-Kondensatorglied in Parallelschaltung im gemeinsamen Eingangskreis liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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