DE969246C - Ungepolter, mit Flaechentransistoren nach dem Prinzip einer bistabilen Kippanordnung arbeitender Impulsschalter - Google Patents

Description

Das Prinzip des ungepolten Impulsschalter» mit Flächen transistoren gleicht dem der mit Elektronenröhren aufgebauten Anordnung und ist bekannt.

Wenn, die Dimensionierung des Impulsschalters unabhängig von den Exemplarstreuungen der Transistoren die beiden stabilen Betriebszustände immer sicher gewährleisten soll, muß man a) die Spannung zwischen Basis und Emitter des gesperrten Transistors groß genug für die ungünstigste Transistorzusammenstellung machen und b) den eingeschalteten Transistor im Sättigungsgebiet arbeiten lassen.

Die Bedingung a) verlangt eine hohe Steuerspannung, die Bedingung b) ergibt einen kleinen Eingangswiderstand, beides also eine geringe Empfindlichkeit des Schalters.

Wenn man den Arbeitspunkt des stromführenden Transistors in das aktive Gebiet legt, bekommt man zwar einen verhältnismäßig großen Eingangswiderstand an diesem Transistor, muß aber wegen der Exemplarstreuungen diesen Arbeitspunkt stabilisieren. Dies geschieht durch die Einführung eines Gegenkopplungswiderstandes Rg in der gemeinsamen Emitterleitung und die Investierung- eines

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Querstromes durch R%, R_x und R_B, der viel größer sein muß als der Basisstrom des Transistors im eingeschalteten Zustand (Bild i).

Durch den Gegenkopplungswiderstand R_E wird die Verstärkung des stromführenden Transistors herabgesetzt und damit die Empfindlichkeit des Schalters verringert. Diesem Nachteil begegnet man durch die Einführung eines sehr großen Kondensators C_E, der den Widerstand R_E für die Schaltzeit ίο unwirksam macht.

Der Spannungsabfall an R_E richtet sich im Endzustand nach dem Transistor, der gerade eingeschaltet ist. Bei zwei verschiedenen Transistoren ist also die Spannung an R_E in den beiden stabilen Betriebszuständen des Schalters verschieden. Bei genügend hoher Schaltfrequenz richtet sich diese Spannung wegen des Kondensators C_E nach dem Transistor, der im eingeschalteten Zustand den größeren Emitterstrom führt. Diese Spannung kann ao nun so groß sein, daß der andere stabile Betriebszustand des Schalters, der eine andere Spannung zwischen Emitter und Nullpunkt verlangt, erst dann stabil wird, wenn der Kondensator C_E auf diese andere Spannung umgeladen worden ist. Dies tritt besonders dann auf, wenn mit Rücksicht auf eine hohe Empfindlichkeit des Schalters die Spannungsdifferenz an der Basis zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand des Transistors sehr klein gewählt wurde. Die Schaltgeschwindigkeit wird dann, entsprechend der Zeitkonis'tenten R_EC_E sehr klein. Die Kondensatoren, C_x dienen zur Erhöhung der Empfindlichkeit durch Vergrößerung der Verstärkung des Steuerimpulses von der einen Basis über den Kollektor zur anderen Basis.

Die Erfindung benutzt demgegenüber (Bild 2) erstens einen geteilten Kollektorwiderstand (R_ki + Rk₂), durch den sich auch bei großem Querstrom durch R_k2, R_x, R_B und kleiner Spannungsdifferenz an dei Basis zwischen dem ein- und dem ausgeschalteten Zustand des Transistors ein großer Nutzimpuls am Kollektor erzielen läßt, zweitens die Schaltung des Kondensators C_x nicht nur zur Überbrückung von R_x, sondern zwischen Kollektor und Basis, so daß selbst bei sehr klein eingestellten Spannungsdifferenzen an der Basis beim Umschalten der neue Zustand erreicht wird, obwohl die Spannung am Emitter noch den alten. Wert hat, drittens die Wahl der Zeitkonstanten C_ER_E und der sich aus C_x und der Widerstandskombination bildenden Zeitkonstanten in Verbindung mit der Schaltzeit des Transistors so, daß während der Schaltzeit a) durch C_x an der Basis die überhöhte Spannung entsteht, die den neuen Zustand sicher einleitet, b) die Spannung an R_E in der Zeit, in der die überhöhte Spannung an der Basis liegt, auf ihren neuen Wert übergehen kann.

Um den Eingangsleitwert des Impulsschalters so klein wie möglich zu halten, wiird man C_x so klein wie möglich machen müssen. Die Grenze wird gegeben durch die Schall-tzeit des Transistors, die im wesentlichen durch die Frequenzabhängigkeit der S tromvers tärkung

α =

bestimmt wird. Unter Verwendung des T-Ersatzbildes des Transistors (Bild 3) ergibt sich ein für alle Fälle genügend großer Wert für C_x:

C_x =

(r_b + r.) (Rk 2 + R_x)

wg (i — O₀) (r_b + ) [R_K2 (R_x +

wobei wg die Grenzkreisfrequen.2. des Transistors in Biasiisschaltung und ot_o die Stromverstärkung bei niedrigen Frequenzen ist. Die Größe des Kohdensators C_E soll dann zwischen folgenden, Grenzen liegen:

C_E <

wg (1 — O₀)

und

wg (1 — a₀) R_E

+ —

ι —

Bild 4 zeigt ein Dimensionierungsbeispiel.

Der Vorteil der neuen Schaltung gegenüber den bisher bekannten besteht darin, daß sich hiermit ein Impulsschalter großer Empfindlichkeit und kurzer Schaltzeit aufbauen läßt ohne Rücksicht auf die Fertigungstoleranzen der Transistoren. Sie wird also insbesondere dort vorteilhaft sein, wo Impulsschalter in großer Zahl gebraucht und deshalb serienmäßig hergestellt werden, wie z. B. bei Ziffernrechenmaschinen und ähnlichen Einrichtungen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Ungepolter, mit Flächentransistoren nach dem Prinzip einer bistabilen Kippanordnung arbeitender Impulsschalter von großer Stabilität H5 und Eingangsempfindlichkeit, bei dem zur Stabilisierung des Arbeitspunktes im aktiven Gebiet des Transistors sowohl ein kapazitiv überbrückter Gegenkopplungswiderstand in der gemeinsamen Emitterleitung vorgesehen, als auch ein gegenüber dem Basisstrom der Transistoren großer Querstrom über die Basiswiderstände geleitet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelwiderstände vom Kollektorausgang des einen zum Basiseingang des anderen Transistors an Abgriffe der Kollektorwiderstände gelegt

   sind, wobei diese derart unterteilt sind, daß auch bei großem Querstrom über die Koppelwiderstände ein großer Nutzimpuls am Kollektor entsteht, daß ferner zwischen den Kollektor des einen und die Basis des anderen Transistors Kondensatoren gelegt sind, die so dimensioniert sind, daß. die entstehende Zeitkonstante in Verbindung mit der Zeitkonstanten im Emitterkreis und der Schaltzeit des verwendeten Transistortyps bewirkt, daß an der Basis eine überhöhte Spannung entsteht, die den neuen Betriebszustand sicher einleitet und in einer Zeit abklingt, in der die Spannung am Gegenkopplungswiderstand auf ihren neuen Wert übergeht.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

   © 6» 578/163 7.56 (809511/24 5.58)