DE2825484A1

DE2825484A1 - Binaere frequenzteiler-stufe

Info

Publication number: DE2825484A1
Application number: DE19782825484
Authority: DE
Inventors: Andreas Rusznyak
Original assignee: Ebauches SA
Current assignee: Ebauches SA
Priority date: 1977-06-08
Filing date: 1978-06-07
Publication date: 1978-12-21
Also published as: US4178520A; GB2000405B; CH613839GA3; JPS544553A; CH613839B; GB2000405A

Description

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PATENTANWÄLTE

erkörner<L Qi?ey

D-1 BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE 68 D-8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 4O BERLIN: DIPL.-ΙΝβ. R. MÜLLER-BÖRNER

MÜNCHEN: DIPL.-INS. HANS-HEINRICH WEY DIPL.-INQ. EKKEHARD KÖRNER

Ebauches S.A.

Berlin, den 07.Juni 1978

"Binäre Frequenzteiler-Stufe"

(Schweiz Nr. 7O*H/77 vom 8.Juni 1977)

19 Seiten Beschreibung mit 1 Patentanspruch
1 Blatt Zeichnung

Se/ab - 27 336

BERLIN: TELEFON (030) 83130880 Π Q ft ζ 1 /Π KABEL: PROPINDUS -TELEX 0184067° ^{υ a} ° ^α ' ' ^U CHEN: TELEFON (08B) 22BB85 L: PROPINDUS · TELEX O6S4244

Es sind bereits zahlreiche tragbare Vorrichtungen bekannt, die aus einer Batterie mit kleinen Ausmaßen gespeist werden, die nur eine Spannung von etwa 1,5 Volt abgibt und die einen elektronischen Quarz-Oszillator aufweist, dessen reine Frequenz relativ hoch ist, beispielsweise in der Größenordnung von MHz liegt.

In diesen Vorrichtungen wird die Frequenz des vom Oszillator abgegebenen Signals durch eine Vielzahl von elektronischen Teilerstufen geteilt, um ein Signal zu erhalten, das eine relativ niedrige Frequenz aufweist und zur periodischen Steuerung eines anderen elektronischen Schaltkreises oder beispielsweise im Fall einer Armbanduhr einer Anzeigevorrichtung verwendet werden kann. Um ihren Saumbedarf und ihren Verbrauch zu vermindern, werden diese elektronischen Schaltkreise vorteilhaft in Form integrierter Schaltungen verwirklicht.

Es ist bereits, beispielsweise in den US-PS'en 3 62k und 3 848 200, vorgeschlagen worden, die Steuerung der verschiedenen Teilerstufen durch Einfügung von Zweiphasen-Signalen zu gewährleisten, die entweder durch einen Zwischenschaltkreis erzeugt werden, der einen hinter dem Oszillator angeordneten Transformator umfaßt, oder direkt durch diesen Oszillator.

Unter den Teilerstufen, die entwickelt wurden, um durch derartige Zweiphasen-Signale gesteuert zu werden, werden zum Stand der Technik die in den US-PS'en 3 6k5 088 und 3 983 ^11 beschriebenen genannt.

In der ersten dieser beiden ist der gewählte Aufbau auf Jeden Fall so, daß der Ausgangstransformator der Teilerstufe (Ta₁JTa₂ in Fig. 2 dieses Patents) ein Transistor ist, von dem die verfügbare Stromdurchflußmenge auf den Ausgang abhängt, und der nur durch ein Signal ge-

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steuert werden kann, das nur einen Bruchteil der Spannung der Batterie aufweist, die die Ausgangsstufe speist, so daß die Intensität dieses Stroms relativ gering ist, wodurch die Möglichkeiten zur Entladung der folgenden Teilerstufe oder jedes anderen Schaltkreises, dessen Eingang von dem Aus gangstransistor der betroffenen Teilerstufe gesteuert wird, begrenzt sind.

Der im zweiten dieser PS'en beschriebene Schaltkreis ermöglicht es tatsächlich, den vorerwähnten Nachteil auszuräumen,führt aber damit zu einem ganz wesentlichen anderen Nachteil, weil die Speisequelle der gesamten Vorrichtung, von der die Teilerstufe ein Teil ist, aus einer Batterie mit schwacher Energiekapazität besteht.

Di© Gesamtheit der Verstärker, die ein elektronischer Impulsteiler umfassen würde, der eine Vielzahl von Teilerstufen der in dieser ÜS-PS 3 983 4ll beschriebenen Art in einer ausreichend großen Zahl zusammenfaßt, um Signale mit niedriger Frequenz, beispielsweise 1 Hz, zu erhalten, würde eine wesentliche und dauerhafte Beladung des Oszillators und beim Anlaufen einen zu hohen und unannehmbaren Verbrauch hervorrufen, wenn man beabsichtigt, daß die Vorrichtung, die einen solchen Frequenzuntersetzer aufweist, während einer relativ langen Zeitdauer, beispielsweise einem Jahr oder mehr, einzig mit der Energie der in ihm enthaltenen Batterie arbeiten soll.

Um diesen Nachteil auszuräumen, könnte man sich vorstellen, daß von einem Frequenzuntersetzer Gebrauch gemacht wird, der mehrere dieser Teilerstufen zusammenfaßt, die aber von Zweiphasen-Signalen gesteuert werden, die beispielsweise von einem in der US-PS 3 932 773 beschriebenen Schaltkreis abgegeben werden. Eine solche Lösung würde aber einen ähnlichen Nachceil wie den vorerwähnten aufweisen, d.h. einen ständigen Energieverbrauch, der

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-■6--

durch die Gesamtheit der Verstärker des Frequenzunterset.zers hervorgerufen wird. Dieser Nachteil wäre aber weniger spürbar, da die Frequenz der Zweiphasen-Signale relativ gering sein, beispielsweise in der Größenordnung von einigen KHz liegen könnte.

Außerdem ist zu bemerken, daß es selbst für Teilerstufen, die Signale mit niedriger Frequenz erzeugen sollen, wünschenswert ist, daß die Amplitude derartiger Signale erhöht wird, damit sie die völlige Entladung der auf die betroffene Texlerstufe folgenden Stufe oder jedes anderen Schaltkreises steuern könnte, der an den Ausgang einer solchen Stufe angeschlossen wird.

Um diese Forderung entsprechend der Spannung der kontinuierlichen Speisung der Batterie zu erfüllen, obwohl die Amplitude der Zweiphasen-Signale in einer Lösung dieser Art einen begrenzten Wert hat, ist es erforderlich, daß die vom Verstärker jeder Stufe umfaßten Kondensatoren erhöhte Kapazitäten aufweisen. Daraus ergibt sich aber ein wesentliches und unerwünschtes Ansteigen des Verbrauchs. Außerdem bedeutet erhöhte Kapazität auch erhöhte Herstellungskosten, weil die eingenommene Fläche auf einem Integrationskristall des Schaltkreises notwendigerweise größer sein muß als die, die von einem ähnlichen Schaltkreis eingenommen werden könnte, der Kondensatoren mit schwacher Kapazität aufweist.

Mit der vorliegenden Erfindung soll die Gesamtheit der erwähnten Nachteile vermieden werden. Erfindungsgemäß wird daher eine binäre Frequenzteiler-Stufe vorgeschlagen, die umfaßt

- eine Eingangsklemme zum Abnehmen der Impulse, deren Frequenz zu teilen ist;

- eine Ausgangsklemme, an die die Signale mit geteilter Frequenz abgegeben werden;

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- einen elektronischen Schaltkreis mit einer Vielzahl von Transistoren mit Feldeffekt, mit isolierter Steuerelektrode eines einzigen und gleichen Leitungstyps und mindestens einem Speicherkondensator, wobei dieser Schaltkreis zwischen der Eingangs- und der Ausgangsklemme ange ordne t is t;

- eine erste und eine zweite Speiseleitung für den Schaltkreis, die mit einer kontinuierlichen Spannungsquelle verbunden sind, wobei die erste Leitung den gemeinsamen Punkt des elektronischen Schaltkreises darstellt;

- eine erste Steuerleitung für diesen Schaltkreis, die eine erste Reihe von Steuerimpulsen empfangen soll, deren Frequenz η - mal die Frequenz der zu teilenden Impulse beträgt, wobei η eine ganze positive Zahl ungleich Null ist, und die synchron zu den zu teilenden Impulsen ausgesandt wird;

- eine zweite Steuerleitung des Schaltkreises, die eine zweite Reihe von Steuerimpulsen empfangen soll mit gleicher Frequenz wie die der Impulse der ersten Reihe, aber gegenphasig zu dieser;

wobei in diesem Schaltkreis der erste und der zweite Transistor der Vielzahl von Transistoren durch eine ihrer Sekundärelektroden in Serie geschaltet sind und durch ihre andere Sekundärelektrode für den ersten Transistor an die erste Speiseleitung und für den zweiten Transistor an die zweite Speiseleitung angeschlossen sind, während die Steuerelektrode des ersten Transistors an die Eingangsklemme angeschlossen ist, während die zum zweiten Transistor gehörende mit der zweiten Steuerleitung verbunden ist;

wobei in diesem Schaltkreis der dritte und der vierte Transistor durch die eine ihrer Sekundärelektröden in Serie geschaltet sind und durch ihre andere Sekundärelektrode für den dritten Transistor an die Aus gangs klemme

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und für den vierten Transistor an die zweite Speiseleitung angeschlossen sind, während die Steuerelektrode des dritten Transistors an die zweite Steuerleitung angeschlossen ist und die zum vierten Transistor gehörende mit der Eingangsklemme verbunden ist;

wobei in diesem Schaltkreis der Speicherkondensator durch einen Belag mit dem Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Transistors verbunden ist und durch den anderen Belag mit dem Verbindungspunkt des dritten und des vierten Transistors;

wobei in diesem Schaltkreis der fünfte Transistor mit einer seiner Sekundärelektröden an die erste Speiseleitung und mit der anderen Sekundärelektrode an die Ausgangsklemme angeschlossen ist;

wobei in diesem Schaltkreis der sechste und der siebente Transistor der Vielzahl von Transistoren durch die eine ihrer Sekundärelektroden in Serie geschaltet sind, und durch ihre andßre Sekundärelektrode für den sechsten Transistor an die Steuerelektrode des fünften Transistors und für den siebenten Transistor an die zweite Speiseleitung angeschlossen sind, während die Steuerelektrode des sechsten Transistors an die erste Steuerleitung angeschlossen ist und diejenige des siebenten Transistors an die zweite dieser Leitungen;

wobei in diesem Schaltkreis der achte Transistor durch die eine seiner Sekundärelektroden an den Verbindungspunkt des sechsten und des siebenten Transistors und durch die andere Sekundärelektrode an den Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Transistors angeschlossen ist;

wobei in diesem Schaltkreis der neunte und der zehnte Transistor durch die eine ihrer Sekundärelektröden in

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in Serie geschaltet und durch ihre andere Sekundärelektrode für den neunten Transistor an die Steuerelektrode des achten Transistors und für den zehnten Transistor an die zweite Speiseleitung angeschlossen sind, während die Steuerelektrode des neunten Transistors an die zweite Steuerleitung angeschlossen ist und die zum zehnten Transistor gehörende an die Eingangsklemme angeschlossen ist .;

wobei in diesem Schaltkreis schließlich der elfte Transistor durch eine Sekundärelektrode an die erste Speiseleitung, durch die andere Sekundärelektrode an den Verbindungspunkt des neunten und des zehnten Transistors und durch seine Steuerelektrode an die Aus gangsklemme angeschlossen ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das elektrische Schaltbild der erfindungsgemäßen Frequenz-Teilerstufe,

Fig. 2 eine Darstellung aller den Betrieb der Teilerstufe der Fig. 1 veranschaulichenden Diagramme.

Diese Teilerstufe kann entweder am Anfang eines elektronischen Frequenzteilers mit mehreren dieser Stufen angeordnet werden oder in Zwischenstellung oder auch am Ende eines solchen Frequenzuntersetzers·

Sie umfaßt elf Transistoren T, bis T₁₁ mit Feldeffekt an der isolierten Steuerelektrode (IGFET) eines einzigen und gleichen Leitungstyps und einen Kondensator C₁. Diese Transistoren und dieser Kondensator bestehen aus halbleitenden Bereichen vom Typ η , die in einem Kristall des Typs ρ unter Ergänzung durch metallisierte Elektroden auf Isolierschichten integriert sind. In einer Abwandlung ist es möglich, eine solche Teilerstufe durch Integration

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vom T>
verwirklichen.

von Bereichen vom Typ ρ in einem Kristall vom Typ η zu

Die Speisung der dargestellten Teilerstufe findet aus zwei Leitungen P und M statt, wobei letztere außerdem den gemeinsamen Punkt des Schaltkreises bildet. Diese Leitungen werden an die Pole einer kontinuierlichen Spannungsquelle V angeschlossen, beispielsweise einer Batterie, während die Steuerung dank zweier bestimmter Leitungen 0- und 0_ durchgeführt wird, die an den einen bzw. den anderen Ausgang eines nicht dargestellten, periodischen zweiphasigen Spannungsgenerators angeschlossen sind, beispielsweise einen Schaltkreis des in der US-PS 3 932 beschriebenen Typs.

Wie sich aus der folgenden Beschreibung ergibt, handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Teilerstufe um den Typ, der eine Binärteilung des zu teilenden Signals hervorruft, im vorliegenden Fall eineβ Signals V-- (siehe Fig. 2), das phasengleich mit dem die Leitung 0 durchlaufenden Signal V^₁ auf eine Eingangsklemme E. des Schaltkreises geleitet wird. Das Signal mit geteilter Frequenz V_₂, das von dieser Teilerstufe ausgegeben wird, wird auf eine Ausgangsklemme E„ abgegeben, p die Leitung 0 durchlaufenden Signal

eine Ausgangsklemme E„ abgegeben, phasengleich mit dem

Die elektronischen Bestandteile des Schaltkreises der Teilerstufe entsprechend der Darstellung in Fig. 1 sind in folgender Weise angeordnet:

Der erste Transistor T₁ und der zweite T des Schaltkreises sind durch die eine ihrer Sekundärelektroden in Serie geschaltet und durch ihre andere Sekundärelektrode für den Transistor T an die Leitung M und für den Transistor T_ an die Leitung P angeschlossen. Die Steuerelektrode dieser Transistoren ist für den Transistor T an die Klemme E und für den Transistor T₉ an die Steuer

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- IA -

leitung 0„ angeschlossen.

Der dritte Transistor T„ und der vierte T. des Schaltkreises sind ebenfalls durch die eine ihrer Sekundärelektroden zwischen der Ausgangsklemme E dieses Schaltkreises und der Speiseleitung P in Serie geschaltet. Der Transistor T„ ist mit der Klemme E„ verbunden, während der Transistor T. seinerseits mit der Leitung P verbunden ist. Die Steuerelektrode dieser beiden Transistoren ist für den Transistor T an die Steuerleitung 0„ und für den Transistor T. an die Eingangsklemme E angeschlossen.

Der Kondensator C , der im wesentlichen die Aufgabe hat, die Speicherung von Energie en ermöglichen, ist durch eine Belag mit dem Verbindungspunkt der Transistoren T₁ und T„ und durch den anderen Belag mit dem Verbindungspunkt g der Transistoren T^ und T. verbunden. Dieser Kondensator kann ein Kondensator von üblicher Bauart sein oder,entsprechend einer nicht dargestellten Abwandlung, ein Kondensator vom ^wBinär^ll-Typ (siehe beispielsweise die Veröffentlichung "Electronics, Band k6, Nr. 4, Seiten 115 bis 117 — Two-Level Capacitor Boosts MOS Memory performance" von L.Talamonti). In diesem Fall ist es der die Steuerelektrode des Kondensators darstellende Belag, der an den Verbindungspunkt der Transistoren T„ und T. angeschlossen ist.

Der fünfte Transistor T_ des Schaltkreises ist durch eine Sekundärelektrode an die Leitung M durch die zweite Sekundärelektrode an die Ausgangsklemme E (Verbindungspunkt d) und durch seine Steuerelektrode an eine Sekundärelektrode des sechsten Transistors T^ (Verbindungspunkt c) angeschlossen, der durch seine andere Sekundärelektrode mit dem siebenten Transistor T des Schaltkreises in Serie geschaltet ist, der seinerseits durch eine Sekundärelektrode an die Speiseleitung P angeschlossen ist. Die Steuerelektrode der Transistoren T^ und T_ ist für den

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Transistor TV an die Steuerleitung p., und für den Transistor T- an die Steuerleitung 0_ angeschlossen.

Der achte Transistor T₀ des Schaltkreises ist durch seine

Sekundärelektroden zwischen dem Verbindungspunkt f des sechsten und des siebenten Transistors T₁, bzw. T_ und

ο (

dem Verbindungspunkt a des ersten und des zweiten Transistors T- bzw. Τ« angeschlossen. Seine Steuerelektrode ist an eine Sekundärelektrode des neunten Transistors T angeschlossen (Verbindurigspunkt e), der durch seine andere Sekundärelektrode mit dem zehnten Transistor T-_n in Serie geschaltet ist, der seinerseits durch eine Sekundärelektrode an die Leitung P angeschlossen ist. Die Steuerelektrode des Transistors T ist an die zweite Steuerleitung 0„ angeschlossen, während die zum Transist
ist.

sistor T₁₀ gehörende mit der Eingangsklemme E verbunden

Schließlich ist der elfte Transistor T des Schaltkreises durch eine Sekundärelektrode an die erste Speiseleitung M, durch die andere Sekundärelektrode an den Verbindungspunkt b des neunten und des zehnten Transistors Tg bzw. T₁₀ und durch seine Steuerelektrode an die Ausgangsklemme E₂ der Teilerstufe angeschlossen.

Der Betrieb des beschriebenen Schaltkreises wird im folgenden unter Bezugsnahme auf die verschiedenen in Fig. 2 dargestellten Diagramme erläutert.

Nehmen wir an, daß der Zeitpunkt t derjenige ist, in dem das die Leitung 0₂ durchlaufende Signal V^₂ gerade anwächst dann hat das die Leitung 0- durchlaufende Signal V^, zu diesem Zeitpunkt einen Wert Null. Der Maximalwert dieser beiden Signale ist V^ « V_p, wobei Vp die Spannung dor Batterie ist«

Nehmen wir außerdem an, daß zu diesem Zeitpunkt t das Potential an den Punkten a, c und f des Schaltkreises so

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ist,daß

^Va - ^Vo - ^Vf - ^VP - ^VT

und daß das Potential an den Punkten b,d,e und g Null ist (V,_ ist die Schwellenspannung der Transistoren).

Hieraus ergibt sich,daß, wenn außerdem die Eingangsklemme E₁ keinerlei zu teilendes Signal erhält, in diesem gleichen Moment T die Transistoren T-,T. ,T,-,T„,T₁₀ und T₁₁ nichtleitend sind und auch bleiben, während, wenn die Transistoren T₂,T_,T und T sich öffnen, der Transistor T_ offen bleibt. Es ist zu bemerken, daß die Tatsache, daß die Transistoren T₂,T_,T_ und T leitend sind, sich durch keinerlei Potentialveränderung an den Punkten a und g des Schaltkreises bemerkbar macht.

Sobald das erste auf den Moment t folgende Signal V^₂ vergangen ist, schließen sich die Transistoren T ,T ,T_ und Tg erneut, und der Schaltkreis befindet sich wieder in dem Zustand, in dem er vor dem Moment t war.

Der Moment t.. ist derjenige, an dem an der Klemme E₁ der erste Impuls des zu teilenden Signals V_, auftritt.

Jc/JL

Es ist auch derjenige, an dem ein Impuls des Signals V^ auftritt, das die Leitung φ durchläuft.

Die Ankunft dieses Impulses V_E1 an der Klemme E₁ hat zur Folge, daß der Transistor T₁ leitend wird, so daß das Potential V am Punkt a des Schaltkreises Null wird, a

Dieser gleiche Impuls V steuert des Öffnen der Transi-

JbJ.

stören T. und T , so daß das Potential der Punkte g und b des Schaltkreises bis auf einen Wert V = V - V für den Punkt g, und V_b = v_£1 -ν_{χ für dßn punkt b} ^^^.

Im übrigen wird der an der Leitung 0, angeschlossene Transistor Tg durch seine Steuerelektrode auch leitend, aber, da der Transistor T_ft geschlossen geblieben ist,

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bleibt das Potential V am Punkt c unverändert, und der

Transistor T bleibt leitend.

Der Moment t_ ist derjenige, an dem der Impuls des Signals V_,, verschwindet und der folgende Impuls des Signals V^₂ auftritt.

Aufgrund dieser Tatsache schließen sich die Transistoren T₁₁T. und T , während die Transistoren T ,T , T und T leitend werden.

Wenn der Transistor T_ offen ist, wächst das Potential am Punkt a des Schaltkreises erneut auf den Wert V -Y₃- V_T an. Wenn der Schaltkreis einen Kondensator wde den Kondensator Cp enthält ( in gestrichelten Linien dargestellt), der zwischen den Punkten a und b angeschlossen ist, löst das Ansteigen des Potentials im Punkt a einen Anstieg des Potentials des Punktes b des Schaltkreises aus. Andernfalls bleibt das Potential des Punktes b unverändert.

Das Ansteigen des Potentials im Punkt a ruft durch den Kondensator C₁ hindurch eine Vorwärtsbewegung elektrischer Ladungen zum Punkt g des Schaltkreises hin hervor, dessen Potential auf den Wert Null zurückfällt angesichts der Tatsache, daß die Transistoren T„ und T , die leitend sind, diesen Punkt g mit dem gemeinsamen Punkt M des Schaltkreises verbinden.

Da der Transistor T_Q die Punkte b und e des Schaltkreises verbindet, wird außerdem der Wert des Potentials auf diesen Punkten V, = V . Aufgrund dieser Tatsache wird der

D θ

Transistor T_Q leitend und verbindet die Punkte a und f

des Schaltkreises, Punkte, deren Potential von Punkt zu Punkt im wesentlichen identisch ist, d.h. V = V_ = V_D - \ . Auf diese Weise bleibt das Potential dieser Punkte unverändert.

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Der Moment t ist derjenige, an dem auf der Klemme E. der folgende Impuls des Signals V₁... phasengleich mit einem Impuls des Signals V^₁ auftritt. Die Ankunft dieses Impulses
hervor·

pulses V_t ruft die Öffnung der Transistoren T_n,T, und Τ_Ίη

JLX X I XU

Daraus ergibt sich, daß das Potential am Punkt a des Schaltkreises Null wird.

Da der Transistor T, seinerseits auch leitend wird und der

Transistor T_fi immernoch leitend ist, wird das Potential an den Punkten f und c, V-. und V , zu Null, so daß der Transistor T- sich schließt.

Im Moment ti , der derjenige ist, an dem das Signal V„, verschwindet und das Signal Vv„ erneut auftritt, sperren die Transistoren T₁,T. und T₁ , und die Transistoren T_, T , T_ und T werden leitend.

Daraus ergibt sich, daß das Potential am Punkt a seinen Wert V = Vp -Y wiedererlangt. Ebenso verhält es sich mit dem Potential am Funkt f des Schaltkreises. Was den Punkt c angeht, so bleibt der Wert des Potentials Null, da der Transistor T^ geschlossen ist.

Die Punkte g und d des Schaltkreises sind durch den Transistor T„ hindurch verbunden, so daß, wenn der Transistor T- geschlossen ist, das Potential am Punkt d des Schaltkreises auf einen Wert V„₂ ansteigt, eine Spannung des Schaltkreisausganges, deren Amplitude höher sein kann als diejenige des einfallenden Signals Vp₁.. Dieser Anstieg des Potentials wird durch den Kondensator C₁ begünstigt, der zu diesem Anstieg durch kapazitive Kupplung zwischen den Punkten a und g, und damit den Punkten a und d beiträgt. Der Wert der Aus gangsspannung V_₂ ist gleich V- = V_p - V_. Dieser Grenzwert beruht auf dem Vorhandensein des Transistors T₀, der ab V. = V_ - V_

J d r 1

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2825m

-to -

nichtleitend wird, da seine Steuerspannung gleich V₀ - V_p ist.

Durch das Auftreten des Signals V__o wird der Transistor T- leitend, so daß das Potential V am Punkt b zu Null wird« Da der Transistor T_q offen ist, wird das Potential

V am Punkt β außerdem ebenfalls Null, so daß der Trane '

sis tor T„, der leitend war, sich schließt.

Xm Moment t_, der derjenige ist, an dem der folgende Impuls des Signals V^₁ auftritt, sind die Transistoren Tp, T. , T_ und T₁₀ erneut gesperrt, während der Transistor T^ leitend wird. Aufgrund dieser Tatsache erhält man den Übertrag eines Teils der Ladung, die im Punkt f des Schaltkreises gespeichert war, zum Punkt c hin, so daß der Transistor T_ wieder leitend wird und das Potential

des Punktes d, V., d.h. das Potential V__o an der Klemme

α. hut

E_ Null wird. Man hat so auf dieser Klemme E₂ einen einzigen Impuls des Signals V__o für zwei Impulse des Signals

Eid.

ν__Ί erhalten, die auf der Eingangs klemme E, empfangen

SjX. X

werden. Der beschriebene Schaltkreis ist damit derjenige einer binären Frequenzteiler-Stufe.

Man wird bemerken, daß der Wert des Potentials bei f, V„, sich geringfügig verringert hat.

Im Moment tg, der derjenige ist, an dem auf der Leitung 0„ der folgende Impuls des Signals V^₂ erscheint, werden die Transistoren T₂,T ,T und T leitend, während der Transistor T^- gesperre ist.

Da der Zustand der Ladung- am Punkt c des Schaltkreises unverändert ist, bleibt der Transistor T leitend. In diesem Moment steigt das Potential am Punkt f auf den Wert V = Vp - V_, da es mit der Leitung P durch den Transistor T₁₇ verbunden ist.

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Da der Transistor T im Moment tg offen ist, wird schließlich und vor allem die im Punkt g gespeicherte Ladung durch den Transistor T- zur Leitung M hin übertragen, so daß das Potential im Punkt g zu Null wird. Die verschiedenen Bestandteile der beschriebenen Teilerstufe finden sich so wieder in dem Zustand, in dem sie sich im Zeitpunkt t befanden. Diese Stufe ist daher erneut bereit, der Klemme Ep einen neuen Impuls V_E2 für zwei aufeinanderfolgende Impulse ν__Ί, die an seiner Klemme E₁ empfangen werden, zu liefern.

Versliehen mit dem Teiler, der Gegenstand der bereits erwähnten US-PS 3 833 4ll ist, weist die vorbeschriebene Teilerstufe interessante Vorteile auf, die im folgenden sowohl vom qualitativen als auch vom quantitativen Standpunkt aus gesehen erläutert werden.

Wie bekannt,ist es im Falle von Teilerstufen, die selbst dazu bestimmt sind, Signale mit niedriger Frequenz zu liefern, höchst wünschenswert, daß die Amplitude derartiger Signale hoch ist, damit diese in der Lage sind, die völlige Entladung der Teilerstufe zu steuern nach einer gleichen in Betracht gezogenen Stufe oder derjenigen jedes anderen Schaltkreises, der an den Ausgang einer solchen Stufe angeschlossen ist.

Im Fall eines im vorerwähnten Patent beschriebenen Teilers kann aufgezeigt werden, daß, um am Ausgang des Teilers ein Signal mit einer Amplitude gleich

V=V-V-,
a P ^L

zu erhalten, wobei V = Spannung der Batterie und

V_ = Schwellerspannung der Transistoren ist, der Wert des Kondensators C des Verstärkers, der einen solchen Teiler umfaßt, im wesentlichen gleich

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- te- -

V - V

P T
C = C_J . --

^d V
T

sein muß, ein Verhältnis, bei dem C, die Kapazität der

Bestandteile des Schaltkreises ist, der mit dem Ausgang des betroffenen Teilers verbunden ist. Beispielsweise und in einem Anwendungsfall, bei dem V die Spannung einer Batterie mit schwacher Kapazität ist, d.h. 1,5 Volt, und V_T ^ 0,2 Volt beträgt, erhält man

C = 6,5 C_d .

Im Fall der Teilerstufe entsprechend der Erfindung kann aufgezeigt werden, daß bei Erhalt eines Signals von glei cher Amplitude wie vorher am Ausgang der Stufe der Wert des Kondensators C₁ (siehe Fig. l) in einer ersten Annäherungsgleichung gleich

V - V

P T

V - 2V
P T

is τ. Für V_p = 1,5 VoIu und V_T = 0,2 Volt wie vorher ergibt sich daraus

C₁Si₁I c_d .

Der Wert dieser Kapazität ist daher hier ungefähr sechsmal geringer.

Daraus ergibt sich, daß die von der Teilerstufe entsprechend der Erfindung eingenommene Fläche kleiner als die Fläche ist, die von dem den Gegenstand der vorerwähnten US-PS bildenden Teiler eingenommen wird, so daß die Herstellungskosten weniger hoch sind.

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Außerdem kann der Energieverbrauch auf einem vernünftigen ¥ert gehalten werden, einerseits offensichtlich wegen der Tatsache, daß der Kondensator, dank dessen das Ausgangssignal dor Teilerstufe erzeugt wird, von begrenzter Kapazität ist, und andererseits, weil dieser Kondensator keine ständige Ladung mehr bildet, die durch zweiphasige Signale mit relativ hoher Frequenz gespeist werden muß, sondern im Gegenteil mit einem Strom geladen wird, der unmittelbar aus der Batterie kommt und eine Frequenz aufweist, die proportional der des Ausgangssignals der betroffenen Teilerstufe ist. Da diese Frequenz umso niedriger ist, je größer die Anzahl der Teilerstufen ist, hat die Anzahl dieser Stufen nur eine relative Bedeutung hinsichtlich der durch einen eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Teilerstufen umfassenden Frequenzteiler verbrauchten Gesamtenergie.

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Claims

282548t

Patentanspruch

Binäre Frequenzteiler-Stufe, gekennzeichne t durch

- eine Eingangsklemme (E₁) zum Abnehmen der Impulse,
deren Frequenz zu teilen ist;

- eine Ausgangsklemme (£„), an die die Signale mit geteilter Frequenz abgegeben werden;

- einen elektronischen Schaltkreis mit einer Vielzahl
von Transistoren mit Feldeffekt, mit isolierter Steuerelektrode (IGEFT) eines einzigen und gleichen Leitungstyps (T₁ bis T -,), und mindestens einem Speicher kondensator (C₁), wobei dieser Schaltkreis zwischen der Eingangs- und der Ausgangsklemme angeordnet ist;

- eine erste (m) und eine zweite (p) Speiseleitung für
den Schaltkreis, die mit einer kontinuierlichen Spannungsquelle verbunden sind, wobei die erste Leitung den gemeinsamen Punkt des elektronischen Schaltkreises darstellt;

- eine erste Steuerleitung (0-.) für diesen Schaltkreis, die eine erste Reihe von Steuerimpulsen empfangen soll, deren Frequenz η-mal die Frequenz der zu teilenden
Impulse beträgt, wobei η eine ganze positive Zahl
ungleich Null ist, und die synchron zu den zu teilenden Impulsen ausgesandt wird;

- eine zweite Steuerleitung (0„) für den Schaltkreis,
die eine zweite Reihe von Steuerimpulsen empfangen soll mit gleicher Frequenz wie die der Impulse der ersten
Reihe, aber gegenphasig zu diesen;

wobei in dem Schaltkreis der erste (T.) und der zweite
(T₂) Transistor der Vielzahl von Transistoren durch

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eine Ihrer Sekundärelektroden in Serie geschaltet sind und durch ihre andere Sekundärelektrode für den ersten Transistor an die erste Speiseleitung (m) und für den zweiten Transistor an die zweite Speiseleitung (P) angeschlossen sind, während die Steuerelektrode des ersten Transistors an die Eingangsklemme (E₁) angeschlossen ist, während die zum zweiten Transistor gehörende mit der zweiten Steuerleitung (0₂) verbunden ist;

wobei in diesem Schaltkreis der dritte (T„) und der vierte (T. ) Transistor durch die eine ihrer Sekundärelektroden in Serie geschaltet sind und durch ihre andere Sekundärelektrode für den dritten Transistor an die Ausgangsklemme (E„) und für den vierten Transistor an die zweite Speiseleitung (P) angeschlossen sind, während die Steuerelektrode des dritten Transistors an diese zweite Steuerleitung (0₂) angeschlossen ist und die zum vierten Transistor gehörende mit der Eingangsklemme (E₁) verbunden ist;

wobei in diesem Schaltkreis der Speicherkondensator (C.) durch einen Belag mit dem Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Transistors verbunden ist end durch den anderen Belag mit dem Verbindungspunkt des dritten und des vierten Transistors;

wobei in diesem Schaltkreis der fünfte Transistor (T₅) mit einer seiner Sekundärelektroden an die erste Speiseleitung (M) und mit der anderen Sekundärelektrode an die Ausgangsklemme (E₂) angeschlossen ist;

wobei in diesem Schaltkreis der sechste (T--) und der siebente (T_) Transistor der Vielzahl von Transistoren durch die eine ihrer Sekundärelektroden in Serie geschaltet sind und durch ihre andere Sekundärelektrode für den sechsten Transistor an die Steuerelektrode des fünften Transistors und für den siebenten Transistor an die zweite Speiseleitung (P) angeschlossen sind, während die Steuerelektrode des sechsten Transistors an die erste

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Steuerleitung (0-,) angeschlossen ist und diejenige des siebenten Transistors an die zweite dieser Leitungen (0₂)»

wobei in diesem Schaltkreis der achte Transistor (Tg) durch die eine seiner Sekundärelektroden an den Verbindungspunkt des sechsten und des siebenten Transistors und durch die andere Sekundärelektrode an den Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Transistors angeschlossen ist;

wobei in diesem Schaltkreis der neunte (T ) und der zehnte (T₁₀) Transistor durch die eine ihrer Sekundärelektroden in Serie geschaltet und durch ihre andere Sekundärelektrode für den neunten Transistor an die Steuerelektrode des achten Transistors und für den zehnten Transistor an die zweite Speiseleitung (P) angeschlossen sind, während die Steuerelektrode des neunten Transistors an die zweite Steuerleitung (0₂) angeschlossen ist und die zum zehnten Transistor gehörende an die Eingangsklemme (E₁) angeschlossen ist ;

wobei in diesem Schaltkreis schließlich der elfte Transistor (T₁₁) durch eine Sekundärelektrode an die erste Speiseleitung (M), durch die andere Sekundärelektrode an den Verbindungspunkt des neunten und des zehnten Transistors und durch seine Steuerelektrode an die. Ausgangsklemme (Ep) angeschlossen ist.

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