DE1235990B - Impulsfolgegenerator - Google Patents
ImpulsfolgegeneratorInfo
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- DE1235990B DE1235990B DER39077A DER0039077A DE1235990B DE 1235990 B DE1235990 B DE 1235990B DE R39077 A DER39077 A DE R39077A DE R0039077 A DER0039077 A DE R0039077A DE 1235990 B DE1235990 B DE 1235990B
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Description
AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 21 al-36/02
Nummer: 1 235 990
Aktenzeichen: R 39077 VIII a/21 al
1235 990 Anmeldetag: 22. Oktober 1964
Auslegetag: 9. März 1967
Die Erfindung betrifft einen Impulsfolgegenerator zum progressiven Erzeugen von Ausgangsimpulsen
in verschiedenen Ausgangsleitungen mit mehreren in Kaskade geschalteten Stufen, deren jede zwei Verstärkerelemente
mit jeweils einer ersten Elektrode und einer Ausgangselektrode, zwischen denen ein
Stromweg besteht, sowie einer Steuerelektrode zum Steuern des Widerstandes dieses Stromweges enthält.
Bei der Bildaufnahme für Fernsehübertragungszwecke ist es vielfach üblich, an Stelle einer Vidicon-
oder dergleichen Kameraröhre einen Festkörper-Bildwandlerschirm zu verwenden, der mit einer Vielzahl
von kleinen Photoelementen besetzt ist. Diese Photoelemente werden mittels einer gitternetzartigen
Anordnung von horizontalen und vertikalen Leiterstreifen, die einzeln abtastbar sind, erregt. Für die
Bildwiedergabe kann ein ähnlicher Bildwandlerschirm mit einer Anordnung von lichtemittierenden
Elementen, die in entsprechender Weise adressiert sind, verwendet werden. Um eine dem kommerziellen
Fernsehen vergleichbare Auflösung zu erreichen, haben derartige Bildwandlerschirme bis zu 500 und
mehr solche Leiterstreifen, und zwar sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Koordinatenrichtung.
Für die Abtastung dieser Leiterstreifen kann man zwei getrennte Impulsfolgegeneratoren
verwenden, deren jeder die verschiedenen Leiterstreifen der betreffenden Koordinatenrichtung nacheinander
mit Spannungsimpulsen beliefert. Man kann aber auch nur in einer Koordinatenrichtung mit
einem solchen Impulsfolgegenerator abtasten, während die Abtastung in der anderen Richtung auf
andere Weise erfolgt.
Aus Gründen der Platz- und Kostenersparnis sowie auch aus anderen Gründen ist für den genannten
Zweck ein Impulsfolgegenerator erwünscht, der in Form einer integrierten Schaltung am Umfang des
Bildwandlerschirmes angeordnet werden kann. Ein solcher Generator sollte daher schaltungstechnisch
möglichst einfach und aus möglichst wenigen Kornponenten aufgebaut sein. Außerdem sollten die nacheinander
auftretenden Ausgangsimpulse des Generators konstante Amplitude haben, ohne sich zu dehnen,
sich zu verschleifen oder anderweitig ihre Form zu ändern. Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Impulsfolgegenerator
zu schaffen, der den genannten Anforderungen genügt.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer bekannten Anordnung zur Erzeugung treppenförmiger
elektrischer Ablenkspannungen aus, die mehrere in Kaskade geschaltete Stufen enthält, in
Impulsfolgegenerator
Anmelder:
Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold5
Patentanwälte, München 23, Dunantstr. 6
Als Erfinder benannt:
Paul Kessler, Weimer, Princeton, Ν. J. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. Oktober 1963
(317 964)
V. St. v. Amerika vom 22. Oktober 1963
(317 964)
deren jeder zwei dreielektrodige Verstärkerelemente, und zwar in Form von Flächentransistoren, vorgesehen
sind, die in diesem Falle als Flip-Flop-Kreis geschaltet sind. Die erfindungsgemäße Anordnung,
die nicht für die Erzeugung treppenförmiger Spannungen, sondern für die Erzeugung von Impulsfolgen
konstanter Amplitude gedacht ist, arbeitet demgegenüber allerdings nicht mit solchen Flip-Flop-Kreisen.
Sie benutzt ferner als Verstärkerelemente keine Flächentransistoren, sondern an sich bekannte Feldeffekttransistoren
mit isolierter Steuerelektrode, auf deren Aufbau und vorteilhafte Eigenschaften noch
kurz eingegangen werden wird.
Erfindungsgemäß ist ein Impulsfolgegenerator der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß
als Verstärkerelemente an sich bekannte Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode verwendet
werden, daß in jeder Stufe die Ausgangselektrode des ersten Verstärkerelementes mit der Steuerelektrode
des zweiten Verstärkerelementes verbunden, die Ausgangselektrode des zweiten Verstärkerelementes
gleichstrommäßig mit der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelementes der nächstfolgenden Stufe
gekoppelt und zwischen Steuerelektrode und erste Elektrode des ersten Verstärkerelementes ein Kondensator
geschaltet ist, daß während bestimmter Zeitintervalle erste Erregersignale zwischen Ausgangs-
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elektrode und erste Elektrode beider Verstärkerelemente jeweils alternierender Stufen und während
anderer Zeitintervalle zweite Erregersignale zwischen Ausgangselektrode und erste Elektrode beider Verstärkerelemente
der übrigen Stufen gelegt werden und daß von jeder Stufe ein Impuls der jeweiligen
Ausgangsimpulsfolge und gegebenenfalls ein zweiter, hierzu komplementärer Impuls angenommen wird.
Die Ausgangsimpulse können jeweils von der Ausgangselektrode des zweiten Verstärkerelementes der
betreffenden Stufe abgenommen werden. Diejenigen Klemmen, der die ersten bzw. die zweiten Erregersignale
zugeführt sind, können in den entsprechenden Stufen mit der Ausgangselektrode des ersten
Verstärkerelementes über einen Widerstand und mit der Ausgangselektrode des zweiten Verstärkerelementes
über die Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Richtleiters verbunden sein, wobei die ersten
Elektroden sämtlicher Verstärkerelemente an einem Bezugspotentialpunkt, beispielsweise Masse, liegen.
Vorzugsweise haben die ersten und die zweiten Erregersignale gleiche Folgefrequenz und sind gegenphasig
zueinander. Der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelementes kann selektiv ein Startimpuls
zugeführt werden. as
Auf Grund ihrer schaltungstechnisch sehr einfachen Ausführung und wegen der Verwendung von
lediglich kapazitiven und ohmschen Schaltungskomponenten sowie einfachen Richtleitern und Feldeffekttransistoren,
die sich leicht als Dünnschichtelemente mit äußerst geringen Abmessungen herstellen
lassen, kann die Anordnung ohne weiteres als integrierte Schaltung aufgebaut werden, wobei sie
den betriebsmäßigen Erfordernissen, d. h. amplituden- und formkonstante Impulsfolgen zu erzeugen,
einwandfrei genügt. Die Anordnung eignet sich daher vorzüglich für den eingangs erwähnten Verwendungszweck
als Impulsfolgegenerator in Festkörper-Bildwandlerschirmen für die Bildabtastung und Bildwiedergabe.
Die Anordnung hat jedoch noch viele andere Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise kann man
die Anordnung so einrichten, daß sie zwei komplementäre Ausgangsimpulsfolgen liefert und damit für
Schieberegister oder ähnliche Zwecke verwendbar wird. Zu diesem Zweck kann man in jeder Stufe
in Reihe mit dem an die Ausgangselektrode des ersten Verstärkerelementes angeschalteten Widerstand
einen zusätzlichen Richtleiter legen und in jeder Stufe zwischen Steuerelektrode und erste Elektrade
des zweiten Verstärkerelementes einen Kondensator schalten, wobei man dann die komplementären
Ausgangsimpulse von der Ausgangselektrode des zweiten bzw. der Ausgangselektrode des ersten
Verstärkerelementes abnimmt. Wenn man die Ausgangselektrode des zweiten Verstärkerelementes der
letzten Stufe der Kaskade mit der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelementes der ersten Stufe rückkoppelt,
erhält man eine Anordnung, die beispielsweise als Ringzähler verwendet werden kann.
Geradeaus- oder Unidistanzzähler stellen weitere Anwendungsmöglichkeiten dar. Auch kann man die
Anordnung gewünschtenfalls so einrichten, daß die Ausgangsimpulse in ihrer Breite eingeengt sind.
In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Impulsfolgegenerators,
F i g. 2 ein Kennliniendiagramm eines für die erfindungsgemäße Anordnung verwendbaren Feldeffekttransistor
mit isolierter Steuerelektrode,
F i g. 3 eine Reihe von an verschiedenen Stellen der Schaltung nach F i g. 1 auftretenden Spannunisverläufen,
F i g. 4 ein schematisches Schaltbild einer anderen Ausführungsform nach F i g. 1 und
F i g. 5 eine Reihe von an verschiedenen Punkten der Schaltung nach F i g. 4 erscheinenden Spannungsverläufen.
Obwohl der erfindungsgemäße Impulsfolgegenerator mit besonderem Vorteil als integrierter Abtastimpulsgeber
in Festkörper-Bildwandlerschirmen für die Bildabtastung oder Bildwiedergabe verwendet
werden kann, hat er auch andere Anwendungsmöglichkeiten, und zwar sowohl in integrierter als auch
in nichtintegrierter Form.
Der Impulsfolgegenerator kann, je nach der Anzahl der zu tastenden Ausgangsleitungen, eine beliebige
Anzahl von Stufen haben. Die in F i g. 1 gezeigte Anordnung hat beispielsweise vier Stufen. Die verschiedenen
Stufen sind im wesentlichen gleichartig ausgebildet, so daß hier nur die erste Stufe im einzelnen
beschrieben wird. Da die Stufen gleichartig sind, sind gleiche Elemente in den verschiedenen Stufen
jeweils mit gleichen Bezugsnummern mit, je nachdem, ob es sich um die Stufe 1, 2, 3 oder 4 handelt, den
angehängten Buchstaben a, b, c bzw. d bezeichnet.
In F i g. 1 hat die Stufe 1 ein erstes Verstärkerelement IOa mit einer ersten oder gemeinsamen Elektrode
16 a, einer Steuerelektrode 12 a und einer Ausgangselektrode 14 a. Die Ausgangselektrode 14« ist
direkt mit der Steuerelektrode 22 a des zweiten Verstärkerelementes 20 a der gleichen Stufe verbunden.
Die gemeinsamen Elektroden 16 a und 26 a sind an einen Bezugspotential führenden Schaltungspunkt,
angedeutet durch das übliche Schaltsymbol für Masse, angeschlossen.
Zwischen die Ausgangselektrode 14 a des ersten Verstärkerelementes 10 a und einen ersten Sammelleiter
40 ist ein Widerstand 30 a geschaltet. Zwischen den Sammelleiter 40 und die Ausgangselektrode 24 a
des zweiten Verstärkerelementes 20 a ist die Reihenschaltung eines Widerstandes 32 a und eines Einwegoder
Richtleiters 34a, beispielsweise einer Diode, geschaltet. Die Diode 34 a ist so gepolt, daß sie dem
Ausgangsstrom des zweiten Verstärkerelementes 20 a einen niederohmigen Weg bietet.
Die Ausgangselektrode 24 a des zweiten Verstärkerelementes 20 a ist direkt mit der Steuerelektrode
126 des ersten Verstärkerelementes 10 b der nächstfolgenden Stufe (Stufe 2) verbunden sowie an eine
erste Ausgangsklemme 38 a und über einen Kondensator 38 a an den Schaltungsnullpunkt angeschlossen.
Der Kondensator 36 a liegt im wesentlichen zwischen der Steuerelektrode 12 & und der gemeinsamen Elektrode
16 b des Verstärkerelementes 10 b. Vorzugsweise ist der Kondensator 36 a ein linearer Kondensator.
Die übrigen Stufen sind strukturell gleichartig ausgebildet wie die beschriebene erste Stufe, mit Ausnahme
der Tatsache, daß die Widerstände in den Ausgangskreisen des ersten und des zweiten Verstärkerelementes
der geradzahligen Stufen statt an den ersten Sammelleiter 40 an einen zweiten Sammelleiter
42 angeschlossen sind. Das heißt, die Widerstände 306, 32 b und 30 a", 32 a" in den Stufen Z
1
bzw. 4 sind mit ihren oberen Enden an den zweiten Sammelleiter 42 angeschlossen. Die Widerstände 30 a,
32 a und 30 c, 32 c in den Stufen 1 bzw. 3 sind dagegen an den ersten Sammelleiter 40 angeschlossen.
Der Impulsfolgegenerator kann wie ein Ringzähler als geschlossene Schleife betrieben werden, indem
man einen Schalter 54 in einem Rückkopplungszweig zwischen der Ausgangselektrode 24 d der letzten
Stufe und der Steuerelektrode 12 a der ersten Stufe schließt. ίο
Erregersignale 44, dargestellt als periodisch wiederkehrende Rechteckimpulse, werden zwischen Masse
und eine Anschlußklemme 46 des ersten Sammelleiters 40 gekoppelt. Erregersignale 48 einer anderen
Phase werden zwischen Masse und eine Anschlußklemme 50 des zweiten Sammelleiters 42 gekoppelt.
Die beiden Reihen oder Folgen von Erreger- oder Tastsignalen 44, 48, die nicht unbedingt Rechteckimpulse zu sein brauchen, sind
vorzugsweise gegenphasig zueinander. Das heißt, zu dem Zeitpunkt, da ein gegebener Impuls 44 von 0 Volt auf + V Volt
ansteigt, geht der entsprechende Impuls 48 von + V Volt auf 0 Volt, und umgekehrt.
Der sogenannte Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode hat Eigenschaften, die ihn besonders
für die Verwendung als Verstärkerelement in der Anordnung nach F i g. 1 geeignet machen. Der Feldeffekttransistor
mit isolierter oder hochohmiger Steuerelektrode kann allgemein als ein Feldeffektbauelement vom Majoritätsträgertyp definiert werden,
das aus einer Halbleiterschicht oder einem Halbleiterscheibchen mit darauf angebrachter Quellenelektrode
und Abflußelektrode besteht. Eine Tor- oder Steuerelektrode ist durch eine Isolierschicht von
einem die Quellenelektrode mit der Abfiußelektrode verbindenden Teil des Halbleiterscheibchens getrennt.
Da die Steuerelektrode vom Halbleiter isoliert ist, entnimmt sie praktisch keinen Strom, so daß die Abflußelektrode
eines Transistors direkt mit der Steuerelektrode eines anderen solchen Transistors verbunden
werden kann.
Zwei geeignete Typen von Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode sind der sogenannte
Dünnschichttransistor (TFT) und der sogenannte Metalloxydhalbleiter (MOS). Die physikalischen und
betrieblichen Eigenschaften des Dünnschichttransistors sind in dem Artikel »The TFT — A New
Thin-Film Transistor« auf S. 1462 bis 1469 der Juniausgabe 1962 der Zeitschrift »Proceedings of
the IRE« beschrieben. Der MOS-Transistor und seine Eigenschaften sind in dem Artikel «The Silicon
Insulated-Gate Field-Effect Transistor« von S. R. Hofstein und F. P. Heiman auf S. 1190 bis 1202
der Septemberausgabe 1963 der Zeitschrift »Proceedings of the IEEE« beschrieben. Einzelheiten
dieser Bauelemente können den genannten Arbeiten entnommen werden.
Ein derartiger Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode kann je nach der Herstellungsweise
des Halbleiters, seinem Leitungstyp und der Form des Energiebandes an der Grenzfläche zwischen dem
Halbleiter und der isolierten Steuerelektrode, entweder vom Erhöhungs- oder Anreicherungstyp einerseits
oder vom Verarmungstyp andererseits sein. Im vorliegenden Zusammenhang ist das Bauelement vom
Anreicherungstyp von besonderem Interesse. Bei der Anreicherungsbetriebsart fließt zwischen der Quellenelektrode
und der Abflußelektrode nur ein kleiner
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Reststrom, wenn die Spannungen an der Steuerelektrode und der Quellenelektrode gleich sind. Wenn
die Spannung an der Steuerelektrode in bezug auf die Spannung an der Quellenelektrode in einer ersten
Polaritätsrichtung ansteigt, fließt ein Strom zwischen der Quellenelektrode und der Abfiußelektrode.
Das Bauelement arbeitet als Verstärker, und die zwischen der Quellen- und der Abflußelekrode fließende Strommenge ist eine Funktion der Vorspannung zwischen der Steuerelektrode und der Quellenelektrode.
Im wesentlichen wird die Leitfähigkeit bzw. der Widerstand des stromführenden Kanales
zwischen Quelle und Abfluß durch die Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Quelle gesteuert.
Wenn der Halbleiter aus Material vom n-Typ besteht, erfolgt ein Stromfluß zwischen Quelle und
Abfluß bei gegenüber der Quelle positiv gespannter Steuerelektrode. Bei einem Bauelement aus Halbleitermaterial
vom p-Typ muß man die Steuerelektrode negativ gegenüber der Quelle vorspannen, um
einen Stromfluß zu erhalten.
Für die in Fig. 1 gezeigten Spannungspolaritäteit kommen Transistoren vom η-Typ in Betracht. Man
kann jedoch auch Transistoren vom p-Typ verwenden, vorausgesetzt, daß man die Polaritäten der verschiedenen
Tast- und Signalimpulse umkehrt und außerdem die Dioden 34 a . . . 34 rf umpolt. Die
Steuerelektrode, die Abflußelektrode und die Quellenelektrode entsprechen der Steuerelektrode, der Ausgangselektrode
bzw. der gemeinsamen Elektrode der einzelnen Verstärkerelemente.
Die Arbeitsweise des Impulsfolgegenerators wird am besten verständlich, wenn man zunächst einige
der Betriebseigenschaften der Transistoren betrachtet. Fig. 2 zeigt eine Kennlinienschar für einen
Dünnschichttransistor vom η-Typ in der Erhöhungsoder Anreicherungsbetriebsart. Dabei ist der Abflußstrom
in Abhängigkeit von der Abflußspannung für verschiedene Werte positiver Steuerelektrodenspannung
aufgetragen. Vorausgesetzt ist, daß die Spannung an der Quellenelektrode Null beträgt. Die speziellen
Strom- und Spannungswerte eines gegebenen Transistors hängen von dem verwendeten Herstellungsverfahren
sowie anderen Faktoren ab und können innerhalb weiter Grenzen verschieden sein. Die
in Fig. 2 angegebenen speziellen Werte sind daher lediglich beispielsweise aufzufassen.
Zu Erläuterungszwecken ist vorausgesetzt, daß die
Tastimpulse 44 und 48 (Fig. 1) zwischen 0 und 4-5 Volt wechseln und daß die Abflußwiderstände
30a . . . 30 d und 32a . . . 32 d jeweils einen Wert von 5000 Ohm haben. Entsprechend kann man in das
Kennliniendiagramm nach F i g. 2 eine Widerstandsgerade oder Lastkennlinie 60 eintragen, die die
Abszisse in einem +5 Volt entsprechenden Punkt a und die Ordinate in einem +1 mA entsprechenden
Punkt schneidet. Wie später noch ersichtlich werden wird, kann die Steuerelektrodenspannung einen Wert
von entweder 0 Volt oder annähernd + V Volt, was im vorliegenden Beispiel +5 Volt entspricht, annehmen.
Dies bedeutet, daß die statischen Arbeitspunkte in F i g. 2 durch die Schnittpunkte a und b der Lastkennlinie
60 mit den Kurven für die Steuerelektrodenspannungen 0 Volt bzw. +5 Volt gegeben sind.
Die Kennlinie für die Steuerelektrodenspannung Null fällt oder fällt nahezu mit der Abszisse zusammen.
Bei einer Abflußspannung von +5 Volt und der Steuerelektrodenspannung Null fließt daher wenig
oder gar kein Abflußstrom. Wenn die Steuerelektrodenspannung auf +5 Volt ansteigt, verschiebt sich
der Arbeitspunkt auf der Lastkennlinie 60 nach oben zum Schnittpunkt b mit der Kurve für die Steuerelektrodenspannung
+5 Volt. Die Spannung zwi- : sehen Abfluß und Quelle ist dann kleiner als V2 Volt
und soll der Einfachheit halber im folgenden gleich Null gesetzt werden.
In F i g. 2 sind nur die statischen Arbeitsbedingungen angedeutet. Die dynamischen Arbeitsbedingun- κ
gen sind hiervon etwas verschieden. Zu beachten ist auch, daß, wenn die angelegte Abfiußspannung Null
ist, der Abflußstrom ohne Rücksicht auf die Steuerelektrodenspannung im wesentlichen Null ist.
Es soll nun an Hand der Spannungsverläufe in Fig. 3 die Arbeitsweise des Pulsgenerators nach
Fig. 1 betrachtet werden. In Fig. 3 entspricht die Bezifferung der verschiedenen Spannungsverl'äufe den
Schaltungspunkten in Fig. 1, an denen diese Spannungen erscheinen.
Es sei angenommen, daß die Spannung an der Steuerelektrode 12 a des ersten Transistors IOa in
der Stufe 1 über einen erheblichen Zeitraum bei 0 Volt verweilt hat, so daß der Transistor IOa nichtleitend
oder gesperrt gewesen ist. Zum Zeitpunkt t0 fällt die Spannung des dem zweiten Sammelleiter 42
zugeleiteten Uhrimpulses B auf 0 Volt ab. Dies hat zur Folge, daß die Spannung an den Abflußelektroden
14 b, 24 b, 14 d und 24 d der geradzahligen Stufen ebenfalls auf 0 Volt abfällt.
Die Nullspannung der Abflußelektrode 24b erscheint auch an der Steuerelektrode 12 c des ersten
Transistors IOc der dritten Stufe, wodurch der Transistor IOc gesperrt wird. Da die ersten Transistoren
10 a und 10 c der ungeradzahligen Stufen beide nichtleitend sind, gelangt der dem ersten Sammelleiter 40
zum Zeitpunkt t0 zugeleitete Uhrimpuls der Spannung + V zu den Abfiußelektroden 14 a, 14 c dieser
Transistoren, von wo aus er zugleich auf die Steuerelektroden 22 a, 22 c der zweiten Transistoren 20 a
bzw. 20 c gekoppelt wird, so daß diese letztere Transistoren voll entriegelt werden. Die resultierende Abflußspannung
dieser Transistoren 20 a, 20 c von (annähernd) 0 Volt verhindert, daß die Kondensatoren
36 a und 36 c sich aufladen.
Da die Kondensatoren 36 a und 36 c ladungsfrei sind, bleiben die ersten Transistoren 10 b und IOd
der geradzahligen Stufen verriegelt, wenn die Uhrimpulsspannung B zum Zeitpunkt ti auf + V ansteigt.
Die zu den Abflußelektroden dieser Transistoren 10 b, IOd gelangenden +V Volt erscheinen auch an
den Steuerelektroden 22 & und 22 d der zweiten Transistoren 20 b bzw. 20 d, wodurch diese letzteren
Transistoren entriegelt, d.h. in den »Ein«-Zustand geschaltet werden. Die Spannungen an den Abflußelektroden
24 b und 24 d bleiben daher nahe beim Nullwert, so daß die Kondensatoren 36 b und 36d
sich nicht aufladen können. Die Kondensatoren 36 a und 36 c bleiben deshalb ladungsfrei, weil die Spannung
im ersten Sammelleiter 40 zu diesem Zeit- e punkt Null ist.
Zum Zeitpunkt i2 fällt die Spannung im zweiten Sammelleiter 42 auf 0 Volt ab und werden sämtliche
Transistoren der geradzahligen Stufen verriegelt. Die Spannung im ersten Sammelleiter 40 steigt auf (
+ V Volt an. Zu diesem Zeitpunkt wird der Steuerelektrode 12 a des ersten Transistors 10 a ein positiver
»Startimpuls« 56 zugeleitet, der den Transistor
10 a einschaltet oder entriegelt. Die Spannung an der Abflußelektrode 14 a dieses Transistors liegt dann
nahe bei Null, und der zweite Transistor 20 a der ersten Stufe wird verriegelt. Dagegen gelangt zur Abflußelektrode
24 a des zweiten Transistors 20 a vom ersten Sammelleiter 40 eine Spannung von + V Volt.
Diese Spannung bewirkt, daß der Kondensator 36 a sich über die Diode 34 a und den Widerstand 32 a auf
+ V Volt auflädt. Zugleich erscheint an der Ausgangsklemme 38 a eine positive Spannung.
Zum Zeitpunkt i3 fällt die Uhrimpulsspannung A auf Null ab, während die Uhrimpulsspannung B auf
+ V ansteigt. Der Kondensator 36 b kann sich nicht entladen, da die Diode 34 a in der Sperrichtung gespannt
wird. In der Praxis kann sich der Kondensator über etwa vorhandene Streustromwege um
einen kleinen Betrag entladen, wie in Fig. 3 (24a und 38 a) angedeutet. Durch die positive Ladung des
Kondensators 36 a wird der erste TransistorlOfe der
ο Stufe 2 zum Zeitpunkt t3 entriegelt, so daß der zweite Transistor 20 b der zweiten Stufe verriegelt
wird.
Durch die Spannung +V an der Abflußelektrode 24 b des Transistors 20 b wird der Kondensator 36 b
über den Widerstand 32 b und die Diode 34 & auf + FVolt aufgeladen. An der Ausgangsklemme 386
erscheint eine positive Ausgangsspannung. Zu beachten ist, daß der Kondensator 36 a sich über den leitenden
Transistor 10 b nicht entladen kann, und zwar
ο wegen des hohen Widerstandes der isolierten Steuerelektrode 12 b bewirkt.
Zum Zeitpunkt Z4 steigt die Uhrimpulsspannung A auf + V an und fällt die Uhrimpulsspannung B auf
Null ab. Wenn der StartimpuIs 56 zum oder vor dem Zeitpunkt ti endet, ist der erste Transistor 10 a der
ersten Stufe verriegelt und wird durch die Spannung + V an der Abfiußelektrode 14 a dieses Transistors
der zweite Transistor 20 a voll entriegelt. Der Kondensator 36 a entlädt sich dann sehr rasch über die sehr
ο niederohmige Abfluß-Quellenstrecke 24α-26α des zweiten Transistors, und die Ausgangsspannung an
der Klemme 38 a fällt sehr rasch gegen Nullpotential ab. Durch die positive Ladung des Kondensators 360
wird jedoch der erste Transistor 10 c der dritten
.5 Stufe entriegelt. Die resultierende niedrige Spannung an der Abflußelektrode 14 c hält den zweiten Transistor
20 c der dritten Stufe verriegelt, und der Kondensator 36 c lädt sich über den Widerstand 32 c und
die Diode 34 c auf +V Volt auf. An der Klemme
;o 38 c erscheint dann ein positiver Ausgang.
Durch die ähnliche Untersuchung wie vorstehend läßt sich zeigen, daß der Kondensator 36 d sich zum
Zeitpunkt t5 auflädt, so daß an der Ausgangsklemme 38 d eine positive Spannung erscheint. Ferner entlädt
sich der Kondensator 36 d zum Zeitpunkt fä über den Transistor 20 δ, wodurch der positive Impuls am
Ausgang 38 b beendet wird. Durch Schließen des Schalters 54 in der Rückkopplungsschleife kann man
gewünschtenfalls erreichen, daß die Erzeugung der Ausgangsimpulse für unbestimmte Zeit andauert.
Ein Amplitudenverlust in den aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen kann deshalb nicht auftreten, weil die Kondensatoren 36 a.. 36 d ihrerseits sich sämtlich auf die gleiche Spannung aufladen. Unter der Voraussetzung, daß die Impedanz der Kriechwege für sämtliche Kondensatoren gleich ist, ist auch die Streuentladung sämtlicher Kondensatoren gleich. Die Breiten der aufeinanderfolgenden Impulse sind
Ein Amplitudenverlust in den aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen kann deshalb nicht auftreten, weil die Kondensatoren 36 a.. 36 d ihrerseits sich sämtlich auf die gleiche Spannung aufladen. Unter der Voraussetzung, daß die Impedanz der Kriechwege für sämtliche Kondensatoren gleich ist, ist auch die Streuentladung sämtlicher Kondensatoren gleich. Die Breiten der aufeinanderfolgenden Impulse sind
Claims (1)
1. Der Verstärkungsgrad jeder Transistorstufe soll größer als 1 sein, so daß eine vollständige Transistorschaltwirkung auftritt;
2. das Produkt aus Verstärkungsgrad und Bandbreite einer Transistorstufe soll größer als IIT
sein, wobei T = tt — i0, tz~tv usw.;
3. die Lade- und Entladezeit der Kondensatoren 36 a... 36 d soll wesentlich kürzer als T, beispielsweise V2 T oder weniger sein;
4. die Kapazität jedes Kondensators soll größer als Il Tl Δ ν sein, wobei Il der Abflußstrom des
Transistors bei Verriegelung und Av die maximal zulässige Spannungsänderung am Kondensator durch Streuwirkung oder Kriechwirkung
sind;
5. der Sperrstrom der in der Sperrichtung vorgespannten Diode soll kleiner als der Reststrom
eines verriegelten Transistors sein;
6. Die Kapazität einer Diode soll erheblich kleiner, beispielsweise Vio oder weniger, als die Kapazität des entsprechenden Kondensators 36 a... 36 d
sein, und
7. die an die Ausgangsklemmen 38 a ... 38 d angeschalteten Lastelemente sollen eine so hohe
Impedanz haben, daß sie keine Entladung der entsprechenden Kondensatoren 36 a... 36 d verursachen können.
Die obengenannten Bedingungen werden bei Verwendung von aufgedampften Dünnschichttransistoren
oder Metalloxydhalbleitern ohne weiteres erfüllt.
Außer der oben beschriebenen Betriebsart kann man Impulse größerer Breite mit der gleichen Folgefrequenz dadurch erzeugen, daß man den Startimpuls
56 über ein längeres Zeitintervall an die Steuerelektrode 12a legt. Beispielsweise erhält man durch
Verdopplung der Startimpulsbreite die doppelte Ausgangsimpulsbreite. Man kann mit dem Pulsgenerator
auch vorbestimmte Impulsgruppierungen erzeugen, indem man unter geeigneter Programmierung Startimpulse bestimmten Steuerelektroden oder auch nur
einer einzigen der Steuerelektroden zuleitet. Der Pulsgenerator läßt sich ferner auch als Schieberegister, bei dem keine langfristige Speicherung er-
forderlich ist, verwenden. Beispielsweise läßt sich der Generator für die Umwandlung von Serien- in
Parallelbetrieb und umgekehrt benutzen.
Fig. 4 zeigt schematisch eine abgewandelte Ausführungsform des Pulsgenerators nach Fig. 1. Die
Anordnung nach F i g. 4 ist hauptsächlich in dreierlei Hinsicht anders ausgestaltet:
1. Die Dioden 64 a ... 64 d sind jeweils zwischen die Abflußelektroden 14a... 14a* und Widerstände 30 a... 30 d geschaltet;
2. zwischen die Abflußelektroden 14a... 14d und Masse sind jeweils Kondensatoren 66 a... 66 d
geschaltet, und
3. an die Abflußelektroden 14a... 14a" sind jeweils Ausgangsklemmen 68a...68a* angeschlossen.
Fig. 5 zeigt eine Reihe von Spannungsverläufen für die Anordnung nach Fig. 4, wobei durch die
Bezifferung der verschiedenen Kurven diejenigen Punkte der Schaltung nach Fig. 4 bezeichnet sind,
an denen die betreffenden Spannungsverläufe erscheinen. Durch Vergleich der Spannungsverläufe
nach Fig. 3 und Fig. 5 sieht man, daß die Spannungen an den Abflußelektroden 24 a ... 24 d und
den Ausgangsklemmen 38 a ... 38 d in den Schaltungen nach Fig. 1 und Fig. 4 die gleichen sind.
Lediglich die Spannungsverläufe an den Abflußelektroden 14 a ... 14 d sind unterschiedlich.
Dieser Unterschied ergibt sich aus der Tatsache, daß die Kondensatoren 66 a ... 66 d normalerweise
auf 4- V Volt aufgeladen werden, wenn keine Ausgangsimpulse erzeugt werden. Beispielsweise ist der
erste TransistorlOa in der ersten Stufe normalerweise verriegelt. Wenn die Uhrimpulsspannung A von
0 auf +V Volt ansteigt, lädt sich der Kondensator 66 a auf +V Volt auf, um so lange seine Ladung zu
behalten, bis der erste TransistorlOa durch einen Startimpuls 56 entriegelt wird. Obwohl der Kondensator 66a in den Intervallen zwischen den Uhrimpulsen durch Kriechstrom etwas Ladung verlieren
kann, wird er beim nächsten Anstieg der Uhrimpulsspannung A stets wieder auf die volle Spannung + V
Volt aufgeladen.
Ein interessantes Merkmal der Anordnung nach Fig. 4 besteht darin, daß die beiden Ausgangsspannungen einer Stufe jeweils komplementär sind. Das
heißt, wenn die Spannung am Ausgang68α z.B. 0 Volt beträgt, ist die Spannung am Ausgang 38 a
+ V Volt und umgekehrt. Dieses Merkmal macht die Anordnung nach Fig. 4 besonders für den
Schieberegisterbetrieb geeignet, wo komplementäre Ausgänge von einer Stufe entweder erwünscht oder
erforderlich sind. Außerdem ist eine vielseitigere Verwendungsmöglichkeit als Pulsgenerator gegeben,
da sowohl positive als auch negative Ausgänge zur Verfügung stehen.
Patentansprüche:
1. Impulsfolgegenerator zum progressiven Erzeugen von Ausgangsimpulsen in verschiedenen
Ausgangsleitungen mit mehreren in Kaskade geschalteten Stufen, deren jede zwei Verstärkerelemente mit jeweils einer ersten Elektrode und
einer Ausgangselektrode, zwischen denen ein Stromweg besteht, sowie einer Steuerelektrode
zum Steuern des Widerstandes dieses Stromweges enthält, dadurch gekennzeichnet, daß
als Verstärkerelemente an sich bekannte Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode
verwendet werden, daß in jeder Stufe die Ausgangselektrode des ersten Verstärkerelementes
mit der Steuerelektrode des zweiten Verstärkerelementes verbunden, die Ausgangselektrode des
zweiten Verstärkerelementes gleichstrommäßig mit der Steuerelektrode des ersten Verstärkerelementes der nächstfolgenden Stufe gekoppelt
und zwischen Steuerelektrode und erste Elektrode des ersten Verstärkerelementes ein Kondensator
geschaltet ist, daß während bestimmter Zeitintervalle erste Erregersignale zwischen Ausgangselektrode und erste Elektrode beider Verstärker-
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