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DE1064102B - Transistor with partially falling characteristics - Google Patents

Transistor with partially falling characteristics

Info

Publication number
DE1064102B
DE1064102B DED21877A DED0021877A DE1064102B DE 1064102 B DE1064102 B DE 1064102B DE D21877 A DED21877 A DE D21877A DE D0021877 A DED0021877 A DE D0021877A DE 1064102 B DE1064102 B DE 1064102B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
switching transistor
switching
pulse
transistor
stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DED21877A
Other languages
German (de)
Inventor
Dipl-Phys Alfons Haehnlein
Dr Phil Helmut Salow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Telekom AG
Original Assignee
Deutsche Telekom AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Telekom AG filed Critical Deutsche Telekom AG
Priority to DED21877A priority Critical patent/DE1064102B/en
Priority to DED24897A priority patent/DE1064556B/en
Publication of DE1064102B publication Critical patent/DE1064102B/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/60Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/26Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Landscapes

  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Description

DEUTSCHESGERMAN

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Für elektronische Schalt- und Zählzwecke sowie in der Impulstechnik verwendet man Bauelemente, die eine Kennlinie mit einem möglichst hochohmigen und einem möglichst niederohmigen Teil besitzen. Zwischen diesen beiden Teilen liegt zweckmäßigerweise ein instabiles Gebiet (fallende Kennlinie), so daß die beiden Arbeitszustände »aus« und »ein« eindeutig werden und das Bauelement durch kurzzeitige Signale von einem in den anderen Arbeitszustand übergeführt werden kann. In der Halbleitertechnik werden bisher für diese Zwecke der Spitzentransistor, die Doppelbasisdiode und die Kombination eines npn- mit einem pnp-Transistor verwendet. Diesen Bauelementen haften jedoch zum Teil erhebliche Nachteile an.For electronic switching and counting purposes as well as in pulse technology, components are used that have a characteristic with a high-resistance and a low-resistance part as possible. Between These two parts are expediently an unstable area (falling characteristic), so that the both working states "off" and "on" become clear and the component through brief signals can be transferred from one to the other working state. In semiconductor technology so far for these purposes the tip transistor, the double base diode and the combination of an npn- with one pnp transistor used. However, some of these components have considerable disadvantages.

Die Hauptpatentaiimeldung hit daher ein neues 1S Halbleiterbauelement, einen Trarsistor mit teilweise fallender Charakteristik zum Schalten mit kurzen Sprungzeiten und mit flächenha:ten pn-Ubergängen am Emitter und Kollektor zum Gegenstand, bei dem ein Strom von Mehrheitsladunjsträgern vor dem Emitter ein Potential erzeugt uni dadurch die Injektion von Minderheitsladungsträgirn am Emitter vermehrt wird. Die Hauptpatentanneldung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Strom vm Mehrheitsladungsträgern mehr als das Zehnfache ces Sättigungsstroms a5 des Kollektors beträgt, jedoch Hein gegenüber dem im Flußzustand fließenden Stran ist, und daß der Mehrheitsladungsträgerstrom van Kollektor selbst oder von einer dem Kollektor unmittelbar benachbarten, wenigstens annähernd aif Kollektorpotential liegenden sperrfreien Hilfselektrode zur Basiselektrode fließt, so daß zwischen dem Emiter und dem Kollektor ein die Minderheitsladungsträg<r in Richtung vom Emitter zum Kollektor beschleuiigendes elektrisches Zugfeld besteht. Es werden alsohier Kennlinienform und erhöhte Schaltgeschwindigfcit gleichzeitig durch den von einer geeigneten Stell· ausgehenden Basishilfsstrom bewirkt. Durch Veräiderung dieses Hilfsstromes lassen sich die elektrisc'.en Eigenschaften des Schalttransistors beeinflussen, and zwar im Sinne einer Verkürzung der Sprungziten und einer Versteilerung des negativen Teils ier Kennlinie bei Zunahme des Basisstromes.Therefore, the Hauptpatentaiimeldung hit a new 1 S semiconductor device, a Trarsistor with partially falling characteristic for switching with short jump times and with flächenha: ten pn junctions at the emitter and collector to the article in which a stream of Mehrheitsladunjsträgern before the emitter potential uni produced by the injection of minority charge carriers at the emitter is increased. The main patent application is characterized in that the current from the majority charge carriers is more than ten times the saturation current a 5 of the collector, but is equal to the strand flowing in the flow state, and that the majority charge carrier current from the collector itself or from one directly adjacent to the collector is at least approximately A non-blocking auxiliary electrode lying at collector potential flows to the base electrode, so that between the emiter and the collector there is an electrical tensile field which accelerates the minority charge carriers in the direction from the emitter to the collector. The shape of the characteristic curve and the increased switching speed are thus brought about at the same time by the basic auxiliary current emanating from a suitable control unit. By avoiding this auxiliary current, the electrical properties of the switching transistor can be influenced, namely in the sense of a shortening of the jump times and a steepening of the negative part of the characteristic curve when the base current increases.

Das Ziel der Zusatzerfindui? besteht nun darin, den in der Hauptpatentanmeldmg unter Schutz ge- +5 stellten Transistor mit kurzen Jprungzeiten an Stelle der obenerwähnten Halbleitebauelemente für die Zwecke der elektronischen Schilt-, Zähl- und Impulstechnik einzusetzen. Die Veivendung des Schalttransistors nach der Hauptpatatanmeldung bietet im einzelnen folgende Vorteile:The aim of the additional invention? now consists in the transistor with short jump times, which is protected in the main patent application, has been replaced of the above-mentioned semiconductor components for the purposes of electronic switching, counting and pulse technology to use. The use of the switching transistor according to the main patent application offers im the following advantages:

Gegenüber dem Spitzentransistor eine erhöhte mechanische und elektrische Sabilität, was insbesondere für hochwertige Zähl- urt Rechenvorrichtuiigen Transistor mit teilweise fallender
Charakteristik
Compared to the peak transistor, there is an increased mechanical and electrical stability, which is particularly important for high-quality counting devices with a partly falling transistor
Characteristic

Zusatz zur Patentanmeldung ,D21198 VIIIc/21g
(Auslegeschrift 1 060 498)
Addendum to patent application, D21198 VIIIc / 21g
(Interpretation document 1 060 498)

Anmelder:Applicant:

Deutsche Bundespost,German Federal Post Office,

vertreten durch den Präsidentenrepresented by the President

des Fernmeldetecanischen Zentralamts,the Central Telecommunications Office,

Darmstadt, Rheinstr. 110Darmstadt, Rheinstr. 110

Dr. phil. Helmut Salow, Darmstadt,
und Dipl.-Phys. Alfons Hähnlein,
Nieder Ramstadt (Kr. Darmstadt),
sind als Erfinder genannt worden
Dr. phil. Helmut Salow, Darmstadt,
and Dipl.-Phys. Alfons Hahnlein,
Nieder Ramstadt (Kr. Darmstadt),
have been named as inventors

von Bedeutung ist, sowie ein günstigeres Verhältnis Sperrwiderstand zu Flußwiderstand und eine größere Leistungsabgabe.is important, as well as a more favorable ratio of blocking resistance to flow resistance and a larger one Power output.

Gegenüber der Doppelbasisdiode ein wesentlich geringerer Signalbedarf und eine erhöhte Schaltgeschwindigkeit. Compared to the double base diode, a significantly lower signal requirement and an increased switching speed.

Gegenüber der npn-pnp-Kombination ein wesentlich geringerer Aufwand, da nur ein Bauelement an Stelle zweier Transistoren eingesetzt wird, ferner erhöhte Schaltgeschwmdigkeiten, wenn man mit normalen niederfrequenten Flächentransistoren (fca < 1 MHz) vergleicht; der Einsatz spezieller Hochfrequenztransistoren würde einen noch wesentlich höheren Aufwand bedeuten.Compared to the npn-pnp combination, much less effort, since only one component is used instead of two transistors, and increased switching speeds when compared with normal low-frequency sheet transistors (f ca <1 MHz); the use of special high-frequency transistors would mean an even greater effort.

Bei der Verwendung des Schalttransistors nach der Hauptpatentanmeldung für die Zwecke der elektronischen Schalt-, Zähl- und Impulstechnik werden weitere günstige Eigenschaften ausgenutzt. Der technische Aufwand für einen Schalttransistor ist verhältnismäßig gering. Es wird die eingangs geforderte Kennlinie mit einem Bauelement erreicht, das in seinem Aufbau nur wenig von dem eines normalen 3-Schichten-Flächentransistors abweicht. Darüber hinaus erzielt man sehr kurze Schaltzeiten bei einer Basisdicke, die derjenigen eines normalen niederfrequenten Flächentransistors entspricht, die also fertigungstechnisch leicht zu erreichen ist.When using the switching transistor according to the main patent application for the purpose of electronic Switching, counting and pulse technology are used to make use of other favorable properties. The technical The cost of a switching transistor is relatively low. It will be the one requested at the beginning Characteristic curve achieved with a component that is only slightly different in its structure from that of a normal 3-layer junction transistor differs. In addition, very short switching times are achieved with a Base thickness that corresponds to that of a normal low-frequency junction transistor, i.e. the is easy to achieve in terms of production technology.

909 609/302909 609/302

Claims (5)

Nach der Zusatzerfindung wird der Schalttransistor mit kurzen Sprungzeiten als elektronischer Schalter, als Impuls- oder Frequenzzähler oder -erzeuger derart eingesetzt, daß ein Steuersignal den Schalttransistor von einem Arbeitspunkt mit hohem Strom auf einen Arbeitspunkt mit niedrigem Strom oder umgekehrt umsteuert. Für die Zwecke der elektronischen Schaltung von Stromkreisen erfährt der Schalttransistor in der bistabilen Kipplage mittels eines kurzzeitigen Signals eine Widerstandsänderung von mehr als 1 ΜΩ auf 20 Ω und weniger. Die Änderung des Arbeitszustandes kann dazu dienen, einen Stromkreis zu schließen oder zu öffnen. Es ist dabei von Bedeutung, daß der Schalttransistor ein Verhältnis Sperrwiderstand zu Flußwiderstand von 105:1 erreicht und daß Leistungen von mehr als 100 mW abgegeben werden können. Die Änderung des Arbeitszustandes kann aber auch zur Anzeige kurzzeitiger Vorgänge dienen, wie z. B. zur Zählung von Impulsfolgen. Die Registrierung von Impulsfolgen kann entweder nach dem Prinzip der Zählkette (Ringzähler) erfolgen, bei der eine der Stufen Strom führt und die Zahl der angekommenen Impulse an der Stellung der gerade stromführenden Stufe abgelesen wird, oder es kann das Untersetzerprinzip angewandt werden, wobei von Stufe zu Stufe nur jeder 2., 4.. 8. usw. Impuls weitergegeben wird. In jedem Impuls kommt man pro Stufe mit nur einem Schalttransistor aus, und es können infolge der sehr kurzen Umschaltzeit Impulsfolgefrequenzen von mehr als 1 MHz betriebssicher verarbeitet werden, ohne daß atif spezielle Hochfrequenztransistoren bzw. Spitzentransistoren zurückgegriffen werden muß. Die Anwendung des Schalttransistors im instabilen Bereich (astabile Kipplage) ermöglicht es, Schwingungen von mehr als 10 MHz zu erzeugen. Die Form der Schwingungen wird durch die Wahl der äußeren Schaltmittel gegeben. Die Ausnutzung der hohen Schaltgeschwindigkeit des Schalttransistors gestattet es schließlich, in der monostabilen Kipplage Impulse mit einer Anstiegszeit von weniger als 2 · 10~7 Sek. herzustellen. Patentansprüche:According to the additional invention, the switching transistor is used with short jump times as an electronic switch, as a pulse or frequency counter or generator in such a way that a control signal reverses the switching transistor from an operating point with a high current to an operating point with a low current or vice versa. For the purpose of the electronic switching of circuits, the switching transistor in the bistable tilted position experiences a change in resistance of more than 1 Ω to 20 Ω and less by means of a brief signal. The change in the working state can be used to close or open a circuit. It is important that the switching transistor achieves a blocking resistance to flow resistance ratio of 105: 1 and that powers of more than 100 mW can be delivered. The change in the working state can also be used to display short-term processes, such as B. for counting pulse trains. The registration of pulse trains can either take place according to the principle of the counting chain (ring counter), in which one of the stages carries current and the number of pulses received is read off at the position of the current carrying stage, or the coaster principle can be used, whereby from stage to stage only every 2nd, 4th ... 8th etc. pulse is passed on. In each pulse you get by with only one switching transistor per stage, and as a result of the very short switching time, pulse repetition frequencies of more than 1 MHz can be reliably processed without having to resort to special high-frequency transistors or peak transistors. The use of the switching transistor in the unstable range (astable tilting position) makes it possible to generate oscillations of more than 10 MHz. The form of the vibrations is given by the choice of the external switching means. The utilization of the high switching speed of the switching transistor finally makes it possible to produce pulses with a rise time of less than 2 · 10 -7 seconds in the monostable tilted position. Patent claims: 1. Transistor mit teilweise fallender Charakteristik zum Schalten mit kurzen Sprungzeiten nach Patentanmeldung D 21198 VIII c / 21 g, dadurch gekennzeichnet, daß dieser als elektronischer Schalter, als Impuls- oder Frequenzwähler oder -erzeuger derart eingesetzt wird, daß ein Steuersignal den Schalttransistor von einem Arbeitspunkt mit hohem Strom auf einen Arbeitspunkt mit niedrigem Strom oder umgekehrt umsteuert.1. Transistor with partially falling characteristics for switching with short jump times after Patent application D 21198 VIII c / 21 g, characterized in that this is an electronic Switch is used as a pulse or frequency selector or generator in such a way that a control signal the switching transistor from an operating point with a high current to an operating point low current or vice versa. 2. Schalttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor in der bistabilen Kipplage zum Öffnen und Schließen von Stromkreisen dient.2. Switching transistor according to claim 1, characterized in that the switching transistor in the bistable tilting position is used to open and close electrical circuits. 3. Schalttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zählkette (Ringzähler) pro Stufe ein Schalttransistor in der bistabilen Kipplage verwendet wird.3. Switching transistor according to claim 1, characterized in that in a counting chain (ring counter) One switching transistor in the bistable tilt position is used per stage. 4. Schalttrarsistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Untersetzerschaltung nur ein Schaltiransistor pro Stufe in bistabiler Kipplage verwendet wird.4. Switching Trarsistor according to claim 1, characterized in that in a step-down circuit only one switching transistor per stage is used in a bistable tilted position. 5. Schalttraisistor vorzugsweise nach Anspruch 1, daduich gekennzeichnet, daß in einer Schwingungssclaltung ein Schalttransistor in der astabilen Kipphge verwendet wird.5. Switching traisistor preferably according to claim 1, characterized in that in one Schwingungssclaltung a switching transistor in the astable Kipphge is used. © 909 609/302 8.59© 909 609/302 8.59
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