DE1061824B

DE1061824B - Synchronisierbarer Transistor-Impulsverstaerker in Kippschaltung

Info

Publication number: DE1061824B
Application number: DEW16241A
Authority: DE
Inventors: Jean Howard Felker
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1954-06-17
Filing date: 1955-03-16
Publication date: 1959-07-23
Also published as: US3025412A; CH350989A; GB778012A

Description

Die Erfindung betrifft einen synchronisierbaren Transistor-Impulsverstärker in Kippschaltung mit einem äußeren Rückkopplungsweg.

Transistor-Impulsverstärker werden oftmals in elektrischen Systemen, z. B. synchrone Ziffernrechner, verwendet, bei denen die logischen Operationen durch Kreise mit Germaniumdioden oder anderen Diodenarten durchgeführt werden, um die positiven Informationsimpulse in der Amplitude, der zeitlichen Lage und der Form wiederherzustellen. Bei einem solchen bereits bekannten Impulsverstärker wird eine Rückkopplung über den Basiskreis des Transistors vorgenommen. Bei einem anderen bereits bekannten Transistor-Impulsverstärker wird für die Wiederherstellung der zeitlichen Lage der Impulse eine in bezug auf den Transistor selbst äußere Rückkopplung angewendet. Die Rückkopplungsspannung wird mit den Eingangsimpulsen gemischt an eine Diodensteuerung angelegt, welche unter dem Einfluß eines Synchronisierimpulses einen Steuerimpuls an die Emitterelektrode des Transistors anlegt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten synchronisierbaren Transistor-Impulsverstärker mit äußerer Rückkopplung zu schaffen, der eine Vergrößerung der Verstärkung ergibt, wobei die Sicherheit gegen Überlastung des Transistors vergrößert und die Verwendung von Transistoren mit breiterem Kennlinienbereich als bisher ermöglicht wird.

Bei der größeren Verstärkung, die durch die erfindungsgemäßen Schaltungen zu erreichen ist, brauchen in einem System nicht so viele Verstärker verwendet werden. Zusätzlich ermöglichen die größere Impulsamplitude und die höhere Verstärkung einen größeren Spielraum für die Schaltungen mit entsprechender Erhöhung der Zuverlässigkeit.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird die Primärwicklung eines Ausgangstransformators an die Kollektorelektrode eines Transistors angeschlossen. Der Ausgangstransformator hat zwei Sekundärwicklungen, von denen die erste eine Rückkopplungswicklung und die andere eine Belastungswicklung ist. Eine Sperrdiode ist an die Rückkopplungswicklung angeschlossen und so geschaltet, daß bei Anwachsen des Stroms im Transistor die Rückkopplungswicklung an eine niedrige Impedanz angeschlossen ist; dagegen ist die Rückkopplungswicklung an eine hohe Impedanz angeschlossen, nachdem derRuckkopplungsstrom einen vorbestimmten Wert erreicht hat.

Der Rückkopplungsweg enthält also eine spannungsabhängige Sperrdiode. Bei Anwachsen der Eingangsimpulsamplitude wird die im Rückkopplungsweg liegende Spannung derart vergrößert, daß bei Erreichen einer vorbestimmten Spannung die Sperr-Synchronisierbarer

Transistor-Impulsverstärker

in Kippschaltung

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Juni 1954

Jean Howard Felker, Livingston, N. J. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

diode vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand übergeht, daß das weitere Anwachsen des Rückkopplungsstroms begrenzt ist.

Der maximale Rückkopplungsstrom ist bei der erfindungsgemäßen Schaltung durch die Bemessung der Widerstände und Versorgungsspannungen in der Verstärkerschaltung bestimmt, er ist keine Funktion der Transistorkennwerte oder der Belastung des Verstärkers. Wenn somit die Rückkopplung eingesetzt hat und der vorbestimmte Rückkopplungsstrom erreicht ist, ändert sich der Rückkopplungsstrom mit Änderungen der Kollektorspannung des Transistors nicht, sondern bleibt bis zum Ende des Impulses konstant.

Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen ist bei der Schaltung nach der Erfindung ein gesteuerter Rückkopplungsweg unmittelbar zwischen der Transistor-Kollektorelektrode und der Emitterelektrode vorhanden, und der Rückkopplungsstrom fließt nicht in einem Steuerkreis, der das zeitliche Verhalten des Transistors steuert, sondern gelangt in den Emitterelektrodenkreis, um eine erhöhte Verstärkung infolge der positiven Rückkopplung zu erzielen. In der Rückkopplungssekundärwicklung fließt zwischen den Eingangsimpulsen ein Magnetisierungsstrom im Transformator. Dieser Strom hört während des Vorhandenseins von positiven Spanntmgsimpulsen an der Kollektorelektrode des Transistors auf zu fließen, und der magnetische Fluß wird durch einen Strom in der

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Primärwicklung aufrechterhalten. Die Leistung, die Gegeninduktivität des Transformators und in der

der Transistor während des Impulses aufnimmt, muß zugehörigen Schaltungskapazität gespeicherte Energie

einen Magnetisierungsstrom in der Primärwicklung abzuleiten.

des Transformators hervorbringen, der dem Strom Jede der Dioden kann vorteilhafterweise eine der

gleichwertig ist, welcher in der Rückkopplungssekun- 5 in einer Richtung oder asymmetrisch leitenden Ein-

därwicklung während der Impulspause fließt. richtungen sein, die in der Technik bekannt sind, und

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die insbesondere Halbleiterdioden wie Silizium- oder

wird die Rückkopplung mit einer Kippschaltung über Germaniumkristalldioden sein können,

ein Kondensatorpaar im Eingangs- oder Emitter- Die Arbeitsweise dieser speziellen Ausführung der

elektrodenkreis kombiniert, um die Kippwirkung des io Erfindung läßt sich sehr leicht bei Betrachtung ihrer

Transistors zu verbessern. Arbeitsweise unter zwei Bedingungen verstehen, näm-

Ein vollständiges Verständnis der Erfindung läßt lieh bei an die Eingangsklemme 21 nicht angelegtem

sich an Hand der ins einzelne gehenden Erläuterung Eingangsimpuls und bei an die Eingangsklemme 21

und der Zeichnungen erzielen. angelegtem Eingangsimpuls. Wenn bei nicht ange-

Erklärung der Zeichnungen: 15 legtem Eingangs impuls die Synchronisierschwingung

Fig. 1 ist die schematische Darstellung eines spe- der Quelle 15 positiv wird, wird auch die Basis 13

ziellen Ausführungsbeispiels der Erfindung; positiv. Selbstverständlich bleibt der Transistor ge-

Fig. 2 ist die zeitabhängige Aufzeichnung einer sperrt. Wenn die Synchronisierschwingung negativ

Periode der Synchronisierspannung, die das Auf- wird, wird die Diode 16 geöffnet, und der Transistor

treten des Eingangsimpulses relativ zur Synchroni- 20 bleibt wegen der Wirkung des Emitterkreises, wie

sierspannung zeigt; er unten beschrieben wird, gesperrt. Der Strom der

Fig. 3 ist die schematische Darstellung eines Quelle 36 und der Widerstand 35 sind so gewählt,

anderen speziellen Ausführungsbeispiels der Er- daß die Dioden 32 und 38 leitend sind. Die Spannung

findung. am Punkt 30 wird daher durch die Quelle 46, durch

Das in Fig. 1 dargestellte spezielle Ausführungs- 25 die Spannung an der Rückkopplungswicklung 40 und

beispiel der Erfindung besteht aus einem Transistor durch die Spannungsabfälle in Flußrichtung der

10 mit einer Emitterelektrode 11, einer Kollektor- Dioden 32 und 38 bestimmt.

elektrode 12 und einer Basis 13. Bei dieser Ausfüh- Ein Eingangsimpuls 55 wird vorteilhafterweise an rung sind die Polaritäten der verschiedenen Vorspan- die Eingangsklemme 21 angelegt, während die Synnungen so angenommen, daß der Transistor 10 ein 30 chronisierschwingung der Quelle 15 noch positiv ist. n-Typ-Spitzenkontakttransistor ist. Eine Synchroni- Der Zusammenhang ist in Fig. 2 dargestellt, wo der sierspannung, die vorteilhafterweise sinusförmig ist, Eingangsimpuls 55 und eine Periode 56 der Synchrowenn auch andere Kurven "verwendet werden können, nisierschwingung gezeichnet sind, wobei diese Schwinwird von einer Synchronisierspannungsquelle 15 über gung sinusförmig angenommen ist. Wenn der Eineine Diode 16 an die Basis 13 angelegt. Die Basis 13 35 gangsimpuls 55 angelegt wird, ist die Diode 22 geist ferner über einen Widerstand 17 und die Parallel- sperrt, ebenso die Diode 32, wobei der Strom von den schaltung des Widerstands 18 und der Diode 19 mit Quellen 28 und 36 zur Quelle 25 unterbrochen wird, der Erde verbunden. Der Kondensator 31 beginnt sich daher infolge des ■ Die Emitterelektrode 11 ist über eine Diode 22 an Stroms von der Quelle 28 zum Punkt 30 aufzuladen, die Eingangsklemme 21 angeschlossen. Mit der Ein- 40 Der Strom von der Quelle 36 fließt noch über die gangsklemme 21 wird vorteilhafterweise ein Wider- Diode 38 zur Rückkopplungswicklung 40, nicht aber stand 24 verbunden, der an eine negative Potential- zurück in den Eingangskreis. Die Zeitkonstante für quelle 25 angeschlossen ist. Ein Widerstand 27, der die Aufladung des Kondensators 31, die durch die an eine positive Potentialquelle 28 angeschlossen ist, Kapazität des Kondensators 31 und den Wert des ist mit einem Punkt 30 zwischen der Emitterelektrode 45 Widerstands 27 bestimmt ist, wird vorteilhafterweise

11 und der Diode 22 verbunden. Ferner ist mit dem so gewählt, daß die durch die Strecke 60 in Fig. 2 Punkt 30 ein Kondensator 31, dessen andere Platte angegebene Zeit oder etwas weniger notwendig ist, an Erde liegt, und eine Diode 32 elektrisch verbunden. um den Kondensator auf eine solche Spannung auf-Die andere Seite der Diode 32 ist an einem Punkt 34 zuladen, daß der Transistor leitend wird, wobei also angeschlossen, mit dem außerdem ein Widerstand 35, 50 diese Spannung der Spitzenpunkt oder, wie er geder durch eine positive Potentialquelle 36 vorgespannt legentlich genannt wird, der Durchbruchspunkt des ist, ferner ein Kondensator 37, dessen andere Platte Transistors ist. Wenn die Synchronisierschwingung an Erde liegt, und schließlich eine Diode 38 verbunden negativ zu werden beginnt, kann die Emitterelektrode sind, die außerdem an die Rückkopplungswicklung 40 H Strom von der Quelle 28 und von dem Kondensator des Ausgangstransformators 41 angeschlossen ist. 55 31 erhalten. Der Transistor 10 hat vorteilhafterweise

Die Ausgangsschaltung' des Transistorverstärkers eine so gute Stromverstärkung und Frequenzcharakbesteht aus einem Ausgangstransformator 41 mit einer teristik, daß er in freie Schwingungen gerät, bei denen Primärwicklung 43, die an die Kollektorelektrode 12 die Emitterspannung negativer wird und der Tran- und an eine negative Potentialquelle 44 angeschlossen sistor Strom durch den Basiskreis zu liefern beginnt, ist, und mit zwei Sekundärwicklungen, die aus einer 60 Wenn der Emitter aus der Quelle 28 und dem Kon-Rückkopplungswicklung 40, an die eine kleine nega- densator 31 Strom zu entnehmen beginnt, ist der tive Vorspannung einer Quelle 46 angelegt ist, und Punkt 30 positiver als der Punkt 34, so daß die Diode aus einer Belastungs-Sekundärwicklung 48 bestehen, 32 gesperrt ist. Da jedoch der Emitter negativer wird deren eine Klemme mit einer negativen Potential- und Strom durch den Basiskreis fließt, wird der quelle 49 und deren andere Klemme mit der Aus- 65 Punkt 30 negativer als der Punkt 34, und die Diode gangsklemme 50 verbunden sind. Parallel zur Be- wird wieder leitend.

lastungs-Sekundärwicklung 48 können vorteilhafter- Infolge des Beginns der freien Schwingungen im weise eine Diode 52 und ein Widerstand 53 ge- Transistor wird der Kollektor 12 positiv. Das Proschaltet werden, die dazu dienen, in den Zwischen- blem besteht nun darin, den Transistor in dem Zuräumen zwischen den Eingangsimpulsen die in der 70 stand guter Leitung zu halten. Erfindungsgemäß wird

Claims

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dies durch Sperrung der Diode 38 sichergestellt, so während des Betriebs im Zustand guter Leitung zu

daß der Strom aus der Quelle 36 nur durch die nun- halten, sondern auch dazu, die Kapazität beider Kon-

mehr offene Diode 32 zum Emitter 11 fließen kann. densatoren 31 und 37 aufzuladen und das Kippen der

Dies wird durch die auf dem Ausgangstransformator Schaltung zu unterstützen.

41 angeordnete Rückkopplungswicklung 40 erreicht. S Bei der Ausführung der Pig. 3 ist der Basiswider-Wenn ein Strom in der Primärwicklung 43 des Aus- stand 17 durch eine Induktivität"66 ersetzt. Hiergangstransformators 41 zu fließen beginnt, kann man durch wird eine bessere Ausnutzung der Transistorden Vorgang so betrachten, daß in der Rückkopplungs- charakteristik möglich. Da die Impedanz in der Basis wicklung 40 ein Strom von diesem Impuls induziert zum Kippen des Transistors gebraucht wird, kann wird, der den vorher von der Quelle 36 über die Rück- io durch eine Induktivität der Leistungsverbrauch des kopplungswicklung fließenden Strom ersetzt. Die Basiskreises verkleinert werden. Diode 38 wird in Sperrichtung vorgespannt, wodurch Bei einer speziellen Ausführung der in Fig. 1 darverhindert wird, daß ein Strom aus der Quelle 36 in gestellten Schaltung, bei der ein Spitzenkontaktdie Rückkopplungswicklung fließt. transistor und Germaniumdioden verwendet werden, Bei der Ausführung der Fig. 1 kann zwischen den 15 hatten die verschiedenen Schaltelemente folgende Emitter 11 und die Erde eine Diode 61 geschaltet Werte:
werden, um sicherzustellen, daß ein vorzeitiges Kip- _TIr. , , , ._ ._„,-.,

pen eintritt. Wenn der in der Schaltung verwendete Widerstand 17 470 Ohm

besondere Transistor 10 leicht zum Kippen zu brin- Widerstand 18 2 000 Ohm

gen ist, kann eine Anhäufung von Toleranzen der 20 Widerstand 24 12 000 Ohm

Werte der Schaltelemente auftreten, so daß der Kon- Widerstand 27 22 000 Ohm

densator 31 sehr schnell positiv geladen wird, wenn Widerstand 35 ... .2 700 Ohm

ein Eingangsimpuls angelegt wird. Der Transistor -_xr, ,

kann dann kippen, wenn die in Fig. 2 dargestellte Widerstand 53 2 000 Ohm

Synchronisierschwingung 56 bei etwa 2 Volt ange- 25 Q^uene2i> ~ 8 Volt

langt ist und ins Negative geht, so daß der Tran- Quelle 28 +6 Volt

sistor zu schwingen beginnt und der Emitter 11 Strom Quelle 36 +6 Volt

aus dem Kondensator 31 erhält, auch wenn die Basis Ouelle44 ... —8 Volt

13 des Transistors in bezug auf die Erde durch die ^T .. .. _. _. "

über die Diode 16 angelegte Synchronisierspannung 30 ^^{ue e} °

noch positiv ist. Wenn dies eintritt, wird die Span- Quelle 49 —2 Volt

nung des Punkts 30 negativer, und der Emitter 11 Kondensator 31 15 pF

kann keinen Strom über die Diode 32 erhalten, weil Kondensator 37 300 pF

die Basis 13 positiv bleibt. Der Transistor kehrt daher zu dem Zustand mit kleinem Strom zurück. 35 Die Synchronisierspannungsquelle 15 lieferte Im-

Wenn die Diode 61 verwendet wird, ist der positive pulse 56 von 8 Volt eff. bei einer Frequenz von

Ausschlag der Spannung des Punkts 30 begrenzt, und 1 MHz. Der gesamte Emitterstrom betrug bei ge-

das Kippen kann nicht vor der richtigen Zeit eintreten, sperrter Diode 38 im Rückkopplungsweg 3,5 mA,

wenn nämlich die in Fig. 2 dargestellte Synchronisier- und es wurde eine Impulsverstärkung von 8,5 db

schwingung 56 ungefähr das Erdpotential erreicht. 40 erzielt.

Jedoch hängt das vorher beschriebene vorzeitige Kip- Selbstverständlich sind die oben beschriebenen An-

pen von dem besonderen in der Schaltung verwendeten Ordnungen nur Beispiele für die Anwendung des

Transistor und der Anhäufung von Toleranzen der Erfmdungsprinzips. Zahlreiche andere Ausführungen

Werte der verschiedenen Schaltelemente ab. Wenn die können vom mit dem Stand der Technik vertrauten

Diode 61 also verwendet werden kann, um sicherzu- 45 Fachmann vorgeschlagen werden, ohne vom Wesen

stellen, daß ein vorzeitiges Kippen nicht eintritt, so und Ziel der Erfindung abzuweichen,

kann sie doch unnötig sein und bei manchen Aus- Patentansprüche· führungen weggelassen werden.

Bei der speziellen in Fig. 3 gezeigten Ausführung 1. Synchronisierbarer Impulsverstärker inKippder Erfindung sind die Kondensatoren 31 und 37 nicht 5° schaltung unter Verwendung eines Transistors wie bei der Ausführung der Fig. 1 mit der Erde ver- mit einer Kollektor -Ausgangselektrode, einer bunden, sondern mit dem Punkt 62 der Verbindung Emitter-Eingangselektrode und einer Basiszwischen der Diode 38 und der Rückkopplungswick- elektrode mit Zuführung der Synchronimpulse lung 40. Der Impuls 63, der in der Rückkopplungs- sowie mit einem äußeren zwischen der Kollektorwicklung 40 induziert wird, zeigt ein Überschwingen 55 Ausgangs elektrode und der Eingangselektrode 64 nach Aufhören des Impulses am Kollektor 12. verlaufenden Rückkopplungsweg, dadurch gekenn-Dieses Überschwingen 64 bewirkt, daß die Punkte zeichnet, daß der Rückkopplungsweg eine span-62, 34 und 30 unmittelbar nach dem Aufhören der nungsabhängige Sperrdiode (38) enthält und bei Leitung des Transistors negativ werden, so daß ver- Anwachsen der Eingangsimpulsamplitude die im hindert wird, daß die Kondensatoren 31 und 37 ge- 60 Rückkopp lungs weg liegende Spannung derart vernügend positiv aufgeladen werden. Jedoch werden größert wird, daß bei Erreichen einer vorbedurch die Verbindung der Kondensatoren 31 und 37 stimmten Spannung die Sperrdiode vom niedefmit dem Punkt 62 die Elektroden während dieses ohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand negativen Überschwingens des Impulses 63 gleich- übergeht, so daß das Anwachsen des Rückkoppzeitig mit den Punkten 30 und 34 ebenfalls negativ. 65 lungsstroms begrenzt ist.

Daher gibt es keine Verzögerung der Aufladung der 2. Impuls-Verstärkerschaltung nachAnspruch 1,

Kondensatoren, und die Frequenzcharakteristik der dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis

Schaltung wird verbessert. Bei dieser Ausführung der einen Spannungsteiler (24, 27, 35) enthält, der ein

Erfindung dient die Rückkopplung von dem Aus- festes Potential für die Eingangselektrode liefert,

gangstransformator 41 nicht nur dazu, den Transistor 70 und daß der Rückkopplungsweg an diesem Span'

nungsteiler angeschlossen ist, daß die an der Eingangselektrode liegende Spannung von der Spannung des Rückkopplungsweges gesteuert wird.

3. Impuls-Verstärkerschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungsweg von einer Sekundärwicklung eines Transformators (40) ausgeht, wobei die Primärwicklung (43) an die Kollektor-Ausgangselektrode angeschlossen ist, und daß der Ausgangskreis mit einer zweiten Sekundärwicklung des Transformators (48) verbunden ist.

4. Impuls-Verstärkerschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Kippwirkung ein Kondensator (31)

zwischen der Eingangselektrode und Erde und ein weiterer Kondensator (37) zwischen Erde und der Seite der Sperrdiode, welche von der Sekundärwicklung entfernt liegt, angeschlossen sind.

5. Impuls-Verstärkerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (31 in Fig. 2) zwischen der Eingangselektrode und einem Punkt des Rückkopplungsweges, welcher zwischen der Sekundärwicklung und der Sperrdiode liegt, und ein weiterer Kondensator (37 in Fig. 2) zwischen dem genannten Punkt des Rückkopplungsweges und der Seite der Sperrdiode, welche von der Sekundärwicklung entfernt liegt, angeschlossen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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