DE1073544B

DE1073544B - Transistoi Torschaltung deren Schaltverzögerung nahezu Null ist

Info

Publication number: DE1073544B
Application number: DENDAT1073544D
Authority: DE
Inventors: N J John Joseph Scanion Denville (V St A)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1955-10-20
Publication date: 1960-01-21
Also published as: CH353191A; BE551106A; NL112530C; US2906891A; NL210836A; GB813860A; JPS352606B1; FR1168311A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Transistorschaltungen für die Übertragung kurzer Gleichstromimpulse und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Schicht-Transistorschaltungen, die in Stellenrechnern mit Parallelspeisung verwendet werden können.

In binären Addierstufen mit Parallelspeisung kann eine Addition in jeder der Zifrernelementstufen im wesentlichen zur gleichen Zeit stattfinden, wenn sich durch die Übertragung von Übertragsimpulsen von der einen zur nächsten Stufe keine Verzögerung ergibt. Ist eine derartige Verzögerung vorhanden, dann wird die Arbeitsgeschwindigkeit der Addierstufe, mindestens in erster Näherung, durch die Zeit bestimmt, die ein Übertragsimpuls benötigt, um die gesamte Kette von Ziffernelementstufen zu durchlaufen. Es ist daher wünschenswert, die sich bei der Übertragung eines Übertragsimpulses in jeder Stufe ergebende Verzögerung im wesentlichen auf den Wert Null herabzusetzen, wenn eine mit größtmöglichster Geschwindigkeit arbeitende binäre Addier stufe für Parallelspeisung verwirklicht werden soll.

Bisher bestand die Übertragskette einer binären Addierstufe für Parallelspeisung im allgemeinen aus einer Reihe von Torschaltungen, die so angeordnet waren, daß jede Stufe die nächste kippte. Dies stellte so lange kein unlösbares Problem dar, solange Elektronenröhren als aktive Elemente in Torschaltungen Anwendung finden, und zwar auf Grund der außerordentlich kurzen Schaltzeit solcher Vorrichtungen. Versucht man jedoch, Transistoren, insbesondere Schichttransistoren, zu verwenden, so stellt man fest, daß deren relativ längere Schaltzeiten eine wesentliche Verzögerung bei der Übertragung eines Übertragsimpulses von einer_; Stufe zur nächsten ergeben, so das die Arbeitsgeschwindigkeit einer damit ausgerüsteten Addierstufe beträchtlich verringert wird.

Es sind bereits Torschaltungen mit Schichttransistoren der Art bekannt, die normalerweise in der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors einen Strompfad hoher Impedanz besitzen, bei denen jedoch die Kollektor-Emitter-Strecke eine niedrige Impedanz aufweist, wenn am Emitterübergang eine geeignete Gleichvorspannung liegt. Derartige Torschaltungen wurden hauptsächlich dazu verwendet, Teile von Wechsel- oder Gleichspannungen abzutasten, die über dem Kollektor und dem Emitter des Transistors angelegt waren. Zur Steuerung des Zustandes der Torschaltung wurden zwischen Emitter und Basis des Transistors Abtastimpulse angelegt. Da die abgetastete Spannung ununterbrochen anliegt, so stellt die sich während des Schaltens ergebende Verzögerung in der Kollektor-Emitter-Strecke kein Problem dar. Versucht man, die Übertragung von kurzen Gleichstromimpulsen über die innere Kollektor-Emitter-Transistor -Torschaltung, deren Schaltverzögerung nahezu Null ist

Anmelder:

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

Vertreter: Dr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,

Bremen 1, Feldstr. 24

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 20. Oktober 1955

John Joseph Scanion, Denville, N-. J. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Strecke des Transistors durch an der Basis angelegte Steuerimpulse zu steuern, so stößt man auf die gleiche Verzögerung, die man auch in Sperrschwingerschaltungen mit Schichttransistoren trifft.

Ferner sind mit Spitzentransistoren arbeitende rückgekoppelte Transistorkippschaltungen bekannt, bei denen zwischen Basis und Masse bei einem Transistor, dessen Emitter-Kollektor-Stromverstärkung größer ist als Eins, ein hoher Rückkopplungswiderstand eingeschaltet ist. Bei solchen Schaltungen ist es bekannt, den Emitterkreis zwischen Emitter und Masse mit einer Kapazität oder einem Abschnitt einer Übertragungsleitung zu belasten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die beim Übertragen eines Gleichstromimpulses über eine Schichttransistor-Torschaltung auftretende Verzögerung so weit als möglich zu beseitigen.

Ein eng damit zusammenhängendes Problem besteht darin, einen kurzen Gleichstromimpuls über eine lange Kette von Schichttransistor-Torschaltungen zu übertragen, ohne daß sich dabei eine kumulative Verzögerung ergibt.

Weiterhin soll es durch die Erfindung möglich werden, Schichttransistoren als aktive Torschaltungselemente in Übertragsketten von binären Addierstufen für Parallelspeisung zu verwenden, ohne daß dadurch die Arbeitsgeschwindigkeit der Addierstufen verringert wird.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Übertragung von Gleichstromimpulsen auf möglichst ein-

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fache Weise durch Gleichstromimpulse wesentlich kleinerer Amplitude zu steuern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird daher eine Transistor-Torschaltung, deren Schaltverzögerung nahezu Null ist, mit einem Flächentransistor mit Emitter-, Kollektor- und Basiselektrode vorgeschlagen, die erfindungsgemäß derart aufgebaut ist, daß ein Kondensator in einem im wesentlichen widerstandsfreien Strompfad zwischen einer ersten und einer zweiten Transistorelektrode liegt und Ladungsträger von der ersten nach der zweiten Elektrode koppelt, daß die erste Elektrode in Sperrichtung vorspannende Gleichstromimpulse der ersten Elektrode zur Übertragung durch den Transistor nach der dritten Elektrode zugeführt werden, daß der Transistor normalerweise so vorgespannt ist, daß zwischen der ersten und der dritten Elektrode ein Zustand hoher Impedanz herrscht, und daß diese Vorspannung durch mit den Signalimpulsen synchronisierte Gleichstromsteuerimpulse aufgehoben wird, wobei jeder Signalimpuls mindestens einen Teil eines Steuerimpulses zeitlich überlappt und die Vorderflanke des Signalimpulses nach der Vorderflanke des Steuerimpulses auftritt und daß mit der dritten Elektrode eine Signalausgangsschaltung verbunden ist.

Dabei dienen zweckmäßigerweise der Kollektor als erste Elektrode, die Basis als zweite Elektrode und der Emitter als dritte Elektrode einer solchen Transistor-Torschaltung.

Vorteilhafterweise eilt die Vorderflanke jedes Signalimpulses hinter der Vorderflanke des synchronisierten Steuerimpulses mindestens um die Anstiegszeit der Vorderflanke des Steuerimpulses nach.

Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Vorspannung durch die eine Quelle für Gleichstrom-Steuerimpulse mit zwei Stromzuständen im wesentlichen aufgehoben wird, welche Quelle zwischen der zweiten und der verbleibenden Elektrode eingeschaltet ist, um die Vorspannung während des einen Stromzustandes der Steuerimpulse aufzuheben.

Dabei wird die Transistorvorspannung durch eine Flip-Flop-Schaltung angelegt, deren Ausgang zwischen der zweiten und der verbleibenden Elektrode angeschlossen ist, wobei die Flip-Flop-Schaltung in ihrem ersten Ausgangszustand die verbleibende dritte Transistorelektrode in ihrem Sperrzustand vorspannt, während beim zweiten Ausgangszustand der Flip-Flop-Schaltung im wesentlichen keine Vorspannung an der verbleibenden Elektrode liegt. Die Flip-Flop-Schaltung befindet sich normalerweise in ihrem ersten Ausgangszustand und wird durch die Gleichstromsteuerimpulse in ihren zweiten Zustand gekippt.

Eine aus solchen Transistor-Torschaltungen aufgebaute schnell arbeitende Übertragsschaltung ist in der Weise aufgebaut, daß durch Schaltmittel die inneren Strecken zwischen der ersten und der verbleibenden Elektrode jedes Transistors für die Signalübertragung zur Bildung einer Serienkettenschaltung hintereinandergeschaltet sind, daß die Quelle für Gleichstromsignalimpulse mit der ersten Elektrode des Transistors am einen Ende der Kette verbunden ist, daß die Quelle für synchronisierte Steuerimpulse an der zweiten Elektrode jedes Transistors der Kette angeschlossen ist, und daß eine Verbraucherschaltung mit der verbleibenden Elektrode des Transistors am anderen Ende der Kette verbunden ist.

Gemäß einem Hauptmerkmal der Erfindung stellt also die neue Anordnung eine Torschaltung für kurze Gleichstromimpulse mit einem Schichttransistor und Schaltmitteln zur Ankopplung von zu übertragenden Gleichstromimpulsen an den Kollektor des Transistors sowie mit einem äußeren Kondensator zur Kopplung von Ladungsträgern vom Kollektor nach der Basis des Transistors und seiner mit dem Emitter des Transistors verbundenen Ausgangsschaltung dar. Erreicht z. B. die steile Vorderflanke eines mit geeigneter Polarität angelegten Gleichstromimpulses den Kollektor des Transistors, dann fließt eine große Zahl von Ladungsträgern über die anfangs niedrige Impedanz des Kondensators in die Basis. Da der Emitterübergang des Transistors für einen Gleichstromimpuls dieser Polarität eine niedrige Impedanz darstellt, wird die Vorderflanke des Impulses im wesentlichen augenblicklich nach der Ausgangsseite der Torschaltung übertragen. Gleichzeitig diffundieren die in die Basis des Transistors injizierten Ladungsträger in die Kollektorzone und werden dort abgenommen, wodurch sich eine Transistorwirkung ergibt, die in der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors eine niedrige Impedanz erzeugt. Dieser Zustand niedriger Impedanz dauert lange genug an, um den gesamten Impuls nach dem Emitter des Transistors hin durchzulassen.

Gemäß einem anderen wichtigen Merkmal der Erfindung wird die zur Übertragung kurzer Gleichstromimpulse bestimmte Torschaltung für die Impulsübertragung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors bei Abwesenheit eines Steuerimpulses gesperrt, während eine Impulsübertragung in der beschriebenen Weise bei Anwesenheit eines Steuerimpulses möglich ist. Gemäß diesem Merkmal der Erfindung ist der Emitterübergang des Transistors bei Abwesenheit eines Steuerimpulses in Sperrichtung durch ein Potential vorgespannt, dessen Amplitude der Maximalamplitude des am Kollektor liegenden Signalimpulses entspricht und dessen Polarität der Polarität des Signalimpulses entgegengesetzt ist, während bei Anwesenheit eines Steuerimpulses im wesentlichen keine Emittervorspannung vorhanden ist. Die Sperrvorspannung des Emitters verhindert, daß die durch den äußeren Kondensator in die Basis des Transistors eingekoppelten Ladungsträger eine Transistorwirkung einleiten, so daß die Übertragung des Hauptteiles des Signalimpulses gesperrt ist und eine ungewollte Übertragung von Signalimpulsen bei Abwesenheit eines Steuerimpulses verhindert wird. Wird durch einen Steuerimpuls die Emittersperrvorspannung, aufgehoben, dann arbeitet die Torschaltung in der bereits beschriebenen Weise.

Gemäß einem anderen wichtigen Merkmal der Erfindung wird ein Gleichstromsignalimpuls an den Kollektor der oben beschriebenen Schichttransistor-Torschaltung angelegt und sorgfältig mit dem die Vorspannung des Emitterüberganges steuernden Steuerimpuls synchronisiert. Die Vorderkante des Signalimpulses tritt etwas später auf als die Vorderkante des Steuerimpulses, und zwar mindestens um die Anstiegszeit der Vorderflanke des Steuerimpulses, so daß die Emittersperrvorspannung bereits vollständig aufgehoben ist, bevor die Vorderkante des Signalimpulses am Kollektor des Transistors ankommt. Dadurch ergibt sich eine Präzisionssteuerung der Torschaltung. Ein sonst mögliches Aussetzen der Übertragung wird sogar dann vermieden, wenn Signal- und Steuerimpulse zeitlich zusammenfallen.

Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung stellt diese eine Schichttransistor-Übertragskette dar, die sich für eine Verwendung in einem Stellenrechner mit Parallelspeisung eignet und beim Betrieb im wesentlichen keine kumulative Zeitverzögerung, ergibt. Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind eine

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Anzahl von Schichttransistoren so angeordnet, daß Fig. 3 eine Schichttransistor-Torschaltung unter

ihre inneren Kollektor-Emitter-Strecken zur Bildung Verwendung des erfindungsgemäßen Prinzips,

einer Serienkettenschaltung miteinander in Reihe ver- Fig. 3 A Eingangs- und Ausgangswellenformen für

bunden sind. Jeweils zwischen Kollektor und Basis zwei verschiedene Schaltstellungen der Ausführungs-

jedes Transistors ist ein äußerer Kondensator vor- 5 form nach Fig. 3,

gesehen, und jeder Emitterübergang liegt an einer Fig. 4 eine Ausführungsform der Erfindung, die

Sperrvorspannung, die die Übertragung sperrt. Gleich- entweder eine schnell arbeitende Übertragsschaltung

zeitig wird an jedem Transistor ein Gleichstrom- für eine binäre Addierstufe mit Parallelspeisung oder

steuerimpuls angelegt, der die Emittersperrspannung eine logische »UND«-Schaltung darstellt,

aufhebt, sowie ein Gleichstromübertragsimpuls, der io Fig. 5 eine vollständige binäre Zählkette mit Par-

derartig mit dem Steuerimpuls synchronisiert ist, daß allelspeisung, die eine Schichttransistoren verwen-

der Übertragsimpuls mindestens einen Teil des Steuer- dende, schnell arbeitende Übertragsschaltung gemäß

impulses zeitlich überlappt. Die Vorderkante des der Erfindung enthält,

Übertragsimpulses tritt dabei etwas verzögert hinter Fig. 6 einen synchronen Impulsleistungsverstärker

der Vorderkante des Steuerimpulses auf, und zwar 15 gemäß den Merkmalen der Erfindung,

mindestens um die Anstiegszeit des Steuerimpulses. Fig. 6A, 6B, 6C und 6D Wellenformen zur Er-

Der Ubertragsimpuls wird dem Kollektor des ersten läuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 6,

Transistors in der Kette zugeführt. Wenn der Über- Fig. 7 eine abgewandelte Ausführungsform eines

tragsimpuls an dem ersten Transistor anliegt, so ist synchronen Impulsleistungsverstärkers nach Fig. 6,

die Emittersperrvorspannung bereits aufgehoben, so 20 Fig. 8 A und 8 B Wellenformen für eine andere

daß der Übertragsimpuls durch das Zusammenwirken Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 6 und

der anfänglich niedrigen Impedanz des äußeren Fig. 8 C und 8 D Wellenformen entsprechend der in

Kondensators und der sich aus den in die Basis Fig. 8 A und 8 B gezeigten Schaltung nach Fig. 7.

injizierten Ladungsträgern ergebenden Transistor- Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur augenblicklichen

wirkung nach dem nächsten Transistor übertragen 25 Übertragung kurzer Gleichstromimpulse, welche einen

wird und in der gleichen Weise im wesentlichen ohne NPN-Schichttransistor 11 mit einem Emitter 12,

zeitliche Verzögerung über die ganze Länge der Kette. einem Kollektor 13 und einer Basis 14 enthält. Bei

Von einem etwas anderen Gesichtspunkt aus ge- dem hier verwendeten üblichen Transistorsymbol wird sehen kann die Erfindung als logische »UND«-Schal- ein in Richtung des positiven Emitterstromes zeigentung angesehen werden, die einen Ausgangsimpuls 30 der Pfeil zur Kennzeichnung des Emitters verwendet, dann und nur dann erzeugt, wenn alle ihre Eingangs- Für den in Fig. 1 gezeigten NPN-Transistor weist klemmen erregt sind. Dabei ist es ein Merkmal der der Pfeil von der Basis weg. Bei einem PNP-Tran-Erfmdung, daß eine Mehrzahl von Schichttransistoren sistor, dessen positiver Emitterstrom in umgekehrter so angeordnet ist, daß ihre inneren Kollektor-Emitter- Richtung fließt, würde ein Symbol verwendet werden, Strecken eine Serienkettenschaltung bilden und ein 35 bei dem der Pfeil in Richtung auf die Basis zeigt, äußerer Kondensator zwischen dem Kollektor und Beide Transistorarten können verwendet werden, ob-Emitter jedes der Transistoren vorgesehen ist. Weiter- wohl bei nahezu allen Figuren aus Gründen der hin ist eine erste Quelle regelmäßig auftretender Folgerichtigkeit NPN-Transistoren dargestellt sind. Gleichstromimpulse vorgesehen, die dem Kollektor Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung weist einen äußeren der ersten Stufe zugeführt werden, wobei jeder 40 Kondensator 15 auf, der die Kollektor-Basis-Streu-Emitterübergang zum Sperren der Impulse aus der kapazität des Transistors ergänzt und unmittelbar erstgenannten Quelle in Sperrichtung vorgespannt ist. zwischen Kollektor 13 und Basis 14 eingeschaltet ist. Außerdem ist eine zweite, mit der ersten Impulsquelle Eine Quelle 16 für Gleichstromsignalimpulse liegt synchronisierte Gleichstromimpulsquelle vorgesehen zwischen Kollektor 13 und Masse. Ein kleiner Wider- und Schaltmittel, um diese Impulse wahlweise und 45 stand 17 von z. B. 50 Ohm liegt parallel zur Quelle 16 gleichzeitig jedem der Transistoren zum Aufheben und macht diese, vom Transistor aus gesehen, niederder Emittersperrvorspannung zuzuführen. Der Emitter ohmig. Ein Lastwiderstand 18 liegt zwischen Emitter der letzten Stufe bildet die Ausgangsklemme, und 12 und Masse. Die Basis 14 weist keine Gleichstromdie Emittervorspannungskreise der einzelnen Stufen verbindung auf.

bilden die Eingangskreise. Die Impulse aus der 50 Wie in der oberen Zeile der Fig. 1A gezeigt, ist der zweiten Quelle treten zeitlich etwas früher auf als die durch den Impulsgenerator 16 am Kollektor des Tranaus der ersten Quelle. Wenn alle Eingangskreise er- sistors 11 angelegte Gleichstromimpuls ein positiv regt sind, dann läßt die Kette den anliegenden Impuls gerichteter Impuls, der den Kollektorübergang in den ganzen Weg von der ersten Quelle bis zum Sperrichtung vorzuspannen versucht. Da der Kollek-Emitter der letzten Stufe durch, wo er den Ausgangs- 55 torübergang für einen derartigen Impuls normalerimpuls der »UND«-Schaltung bildet. weise eine hohe Impedanz darstellt, wäre an sich

Ein besseres Verständnis der zahlreichen Merkmale anzunehmen, daß am Transistoremitter kein Aus-

der Erfindung ergibt sich aus einer Betrachtung der gangsimpuls erscheint. Die Schaltung nach Fig. 1

folgenden Beschreibung einer Anzahl von Aus- überträgt jedoch den Eingangsimpuls augenblicklich

führungsbeispielen an Hand der Figuren. Dabei zeigt 60 nach dem Lastwiderstand im Emitterkreis des Tran-

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung zur sistors, wie dies auf der zweiten Zeile der Fig. IA

im wesentlichen unverzögerten Übertragung kurzer gezeigt ist. Daraus ergibt sich, daß die innere

Gleichstromimpulse; Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors für den

Fig. IA zeigt Eingangs- und Ausgangswellenform Impuls eine niedrige Impedanz darstellt. Die Ampli-

der Schaltung nach Fig. 1, 65 tude des Ausgangsimpulses wird durch das Verhältnis

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung, die der Erläute- des Emitterlastwiderstandes zur Summe des Emitterrung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 1 lastwiderstandes und der inneren Kollektor-Emitterdient, Impedanz des Transistors bestimmt.

Fig. 2 A Eingangs- und Ausgangswellenformen der Bei Abwesenheit einer Gleichstromverbindung zur

Schaltung nach Fig. 2, 70 Basis in Fig. 1 kann der NPN-Transistor 11 durch

ein Paar gegeneinandergeschalteter Dioden 19 und 20 dargestellt werden, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, wobei die Kollektordiode 19 bezüglich des am Kollektor anliegenden, positiv gerichteten Impulses in Sperrrichtung und die Emitterdiode 20 in Durchlaßrichtung gepolt sind. Die Kollektordiode ist dabei durch die Streukapazität 21 und die Diode 20 durch die Streukapazität 22 überbrückt. Soll dies jedoch eine der Wirklichkeit entsprechende Darstellung für das Arbeiten des Transistors 11 in Fig. 1 sein, dann müßte der Ausgangsimpuls am Lastwiderstand 18 beim Auftreten eines Impulses am Kollektor der in Fig. 2 A unten gezeigten Wellenform entsprechen. Dort sind die kapazitiven kurzen Impulsspitzen gezeigt, die nur erwartet werden können, wenn lediglieh die Kopplung über die Streukapazitäten 21 und 22 eine Rolle spielt.

Wie jedoch in der unteren Zeile der Fig. IA gezeigt, ist die sich bei einem positiv gerichteten Gleichstrom-Eingangsimpuls ergebende Übertragung ein augenblickliches und exaktes Abbild des Eingangsimpulses. Daraus folgt, daß es sich dabei zusätzlich zu der kapazitiven Kopplung noch um eine andere Erscheinung handeln muß. Diese Erscheinung ist eine Transistorwirkung und stellt ein Hauptmerkmal der Erfindung dar.

Diese Transistorwirkung ergibt sich durch die gemäß der Erfindung vorgesehene große Kollektor-Basis-Kapazität (wobei die Eigenkapazität durch die äußere Kapazität beträchtlich vergrößert wird), die auf Grund der schnellen Anstiegszeit des Signalimpulses einen großen Stromimpuls in die Basis einkoppelt. Diese Wirkung hat eine gewisse Ähnlichkeit mit der, die die kapazitiven kurzen Impulse in der zweiten Zeile der Fig. 2 A für die gegeneinandergeschalteten Dioden erzeugt. Sind diese Dioden jedoch in einem Transistor enthalten, dann injiziert der Stromimpuls eine große Zahl von Ladungsträgern in die Basis, von denen die meisten in die Kollektorzone diffundieren, dort abgenommen werden und die Transistorwirkung hervorrufen.

In der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 stellt der Emitterübergang des Transistors für den am Kollektor liegenden, positiv gerichteten Gleichstromimpuls eine niedrige Impedanz dar, während der 4-5 Kollektorübergang eine hohe Impedanz darstellt. Bei Abwesenheit des erfindungsgemäßen äußeren Kondensators 15 ist die Übertragung durch die innere Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 11 gesperrt. Der Kondensator 15 stellt jedoch für die steile Vorderflanke des ankommenden Signalimpulses eine niedrige Impedanz dar und koppelt Ladungsträger (positive Ladungen für den NPN-Transistor in Fig. 1) vom Kollektor 13 in die Basis 14. Die Transistorwirkung findet statt, wenn diese Ladungsträger gesammelt werden und hält die niedrige Impedanz der Emitter-Basis-Strecke für eine ausreichend lange Zeit aufrecht, so daß der Rest des Signalimpulses hindurchgelassen wird. Da der Emitterübergang für den Signalimpuls eine niedrige Impedanz darstellt, werden die Impulse über die innere Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors ohne Verzögerung übertragen. Der äußere Kondensator 15 stellt für die scharfe Vorderkante des Signalimpulses die anfängliche niedrige Impedanz dar, worauf die sich anschließende Transistorwirkung für den Rest des Impulses die niedrige Impedanz liefert.

Von einem anderen Gesichtspunkt aus kann die Wirkung des äußeren Kondensators 15 in der Schaltung nach Fig. 1 so betrachtet werden, als ob für die Vorderkante des positiv gerichteten Signalimpulses durch die in die Basis eingekoppelte positive Ladung eine anfänglich niedrige Impedanz vorhanden sei, durch die sich für den Emitter des Transistors eine momentane Vorspannung in Durchlaßrichtung ergibt. Die Kollektor-Emitter-Impedanz des Transistors wird dadurch nach einem niederen Impedanzwert gekippt, so daß der Hauptteil des Impulses hindurchgelassen wird, wobei das Kippen beendet ist, wenn der anfängliche über den äußeren Kondensator 15 verlaufende Einschwingvorgang abklingt.

Eine Schichttransistor-Torschaltung gemäß der Erfindung mit Schaltmitteln zum abwechslungsweisen Sperren und Durchlassen von Signalimpulsen ist in Fig. 3 dargestellt. Die Schaltung ist die gleiche wie in Fig. 1, enthält jedoch außerdem einen Widerstand 23, einen Schalter 24 und eine in Reihe mit der Basiselektrode des Transistors 11 und Masse liegende Gleichpotentialquelle 25. Die Potentialquelle 25 liefert eine Vorspannung mit einer solchen Höhe, wie sie etwa der Amplitude der am Kollektor des Transistors 11 liegenden Gleichstromsignalimpulse entspricht. Dabei ist die Potentialquelle so gepolt, daß der Emitterübergang in Sperrichtung vorgespannt wird. In der Zeichnung liegt die Basis des Transistors 11 bei geschlossenem Schalter 24 auf einem negativen Potential, liegt jedoch in der übrigen Zeit frei.

Fig. 3 A erläutert die Arbeitsweise der Schichttransistor-Torschaltung nach Fig. 3. Die oberste Zeile zeigt einen positiv gerichteten Gleichstromimpuls, der am Kollektor des Transistors anliegt, die mittlere Zeile den am Emitter des Transistors bei offenem Schalter 24 auftretenden Ausgangsimpuls und die unterste Zeile den am Transistor-Emitter bei geschlossenem Schalter 24 auf tretenden Ausgangsimpuls. Wie gezeigt, ist die Übertragung bei offenem Schalter 24 die gleiche wie in Fig. IA, während bei geschlossenem Schalter 24 im wesentlichen keine Übertragung stattfindet, wobei nur die kurzen kapazitiven Spitzen beim Auftreten der Vorderkante und der Hinterkante des angelegten Impulses auf Grund der Streukapazitäten des Transistors übertragen werden. PNP-Schichttransistoren können, wie bereits erwähnt, in dieser und anderen Ausführungsformen der Erfindung an Stelle von NPN-Transisforen verwendet werden. Für PNP-Transistoren jedoch müssen die Polaritäten der Batterie und der Dioden gegenüber den dargestellten umgekehrt werden, und die durch die Signalimpulsquelle 16 gelieferten Impulse müssen negativ gerichtet sein anstatt positiv.

Von einem wichtigen Gesichtspunkt aus gesehen, kann die Ausführungsform der Erfindung in Fig. 4 als schnell arbeitende Übertragskette angesehen werden, die in solchen Zahlenrechnerschaltungen mit Parallelspeisung, wie z. B. in binären Addierstdfen verwendet werden kann. Vier Stufen der Kette sind hier dargestellt, obgleich jede größere oder kleinere Anzahl verwendet werden kann, entsprechend der Anzahl von Ziffernstufen, die in der Addierschaltung oder anderen Rechenschaltungen verwendet werden, mit denen die Kette zusammenarbeitet.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel stellt ein Anwendungsbeispiel der Schaltung nach Fig. 3 dar. Die erste Stufe enthält einen NPN-Schichttransistor mit einer zwischen Kollektor und Basis liegenden äußeren Kapazität 15. Die übrigen Stufen sind wie die erste Stufe aufgebaut, wobei die inneren Kollektor-Emitter-Strecken aufeinanderfolgender Transistoren eine Serienkette bilden. Eine Gleichstrom-Übertragsimpulsquelle 30 liegt mit ihren Ausgangsklemmen

ίο

zwischen dem Kollektor, des ersten Transistors 11 der Kette und Masse. Die Basis jedes Transistors liegt über einen Widerstand 23 an der Ausgangsklemme einer Flip-Flop-Schaltir.rj 31. Jede Flip-Flop-Schaltung 31 hat einen ersten Ausgangszustand, der der geschlossenen Stellung des Schalters in Fig. 3 entspricht, wodurch eine Emittersperrvorspannung an den Transistor gelegt wird, deren Größe mit der Amplitude der von Quelle 30 gelieferten Übertragsimpulse vergleichbar ist, sowie einen zweiten Aus- gangszustand, der der offenen Stellung des Schalters 24 in Fig. 3 entspricht, wobei dann im wesentlichen keine Vorspannung am Emitter liegt. Jede Flip-Flop-Schaltung 31 hat z. B. zwei Eingangsklemmen, deren eine im erregten Zustand zum Kippen der Schaltung vom ersten Ausgangszustand in den zweiten Ausgangszustand dient, während die andere dazu dient, die Flip-Flop-Schaltung in ihren ersten Ausgangszustand zurückzuführen.

In der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 4 ist eine mit der Übertragsimpulsquelle 30 synchronisierte Gleichstromsteuerimpulsquelle 32 vorgesehen, die über einen entsprechenden Schalter 33 mit der Eingangsklemme jeder Flip-Flop-Schaltung 31 verbunden ist, um diese von ihrem ersten in ihren zweiten Ausgangszustand zu kippen. Die Quelle 32 liegt außerdem an den anderen Eingangsklemmen der Flip-Flop-Schaltungen 31, und zwar über ein Impulsverzögerungsnetzwerk 34. Ein Lastwiderstand liegt zwischen dem Kollektor jedes Transistors und Masse, und ein Last- oder Verbraucherkreis 35 liegt über dem letzten Lastwiderstand dieser schnell arbeitenden Übertragskette.

Beim Betrieb dieser Schaltung sind die Übertragsimpulsquelle 30 und die Steuerimpulsquelle 32 derart synchronisiert, daß jeder Steuerimpuls etwas früher als der entsprechende Übertragsimpuls auftritt, und zwar mindestens um die Anstiegszeit des Steuerimpulses. Der Steuerimpuls liegt gleichzeitig und wahlweise über die Steuerschalter 33 an einer Klemme jedes der jeweiligen Flip-Flop-Kreise 31 und kippt diese aus ihrem ersten Zustand in ihren zweiten Zustand, wodurch die anliegende Transistor-Emitter-Sperrvorspannung weggenommen wird. Sind alle Schalter in der Kette geschlossen und ist die Sperrvorspannung von den Emittern aller Transistoren weggenommen, dann findet der Übertragsimpuls den Schichttransistor in einem Zustand für augenblickliche Übertragung vor. In jedem Transistor wird der Reihe nach die Vorderkante des Übertragsimpulses durch die äußere Kollektor-Basis-Kapazität 15 durchgelassen und leitet die Transistorwirkung ein. Diese Transistorwirkung kippt ihrerseits die innere Impedanz der Transistor-Kollektor-Emitter-Impedanz rechtzeitig auf einen geringen Wert, um den Rest des Impulses hindurchzulassen. Auf diese Weise läuft der Übertragsimpuls praktisch ohne zeitliche Verzögerung und ohne Verzerrung die ganze Kette entlang. Der über das Verzögerungsnetzwerk 34 anliegende Steuerimpuls wird dann den anderen Flip-Flop-Eingangsklemmen zugeführt und bringt diese Flip-FIop-Schaltungen in ihren ersten Ausgangszustand zurück und spannt den Emitterübergang jedes dieser Transistoren in Sperrichtung vor. Sollte beim Betrieb der Schaltung irgendein Steuerschalter 33 offen gelassen werden, dann würde die betreffende Transistor-Torschaltung geschlossen bleiben und die Übertragung längs der Kette sperren.

Obgleich die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 4 mit Flip-Flop-Schaltungen 31 zur Steuerung des Zustandes der jeweiligen Transistor-Torschaltungen dargestellt ist, sind diese Flip-Flop-Schaltungen nicht unbedingt erforderlich.

Dasselbe Ergebnis läßt sich beispielsweise dadurch erzielen, daß die Steuerimpulsquelle 32 eine negative Vorspannung erhält und daß die Ausgangsspannung der Quelle 32 direkt über die Schalter 33 den entsprechenden Widerständen 23 zugeführt wird. Jeder Emitterübergang eines Transistors wäre dann bei Abwesenheit eines Gleichstromsteuerimpulses aus der Quelle 32 in Sperrichtung vorgespannt. Ein Steuerimpuls würde dann die Basis des Transistors in Richtung auf Erdpotential anheben und die Emittervorspannung aufheben.

Es ist zu diesem Zeitpunkt wichtig festzustellen, daß die schnell arbeitende Übertragskette nach Fig. 4 auch dadurch betrieben werden kann, daß jede Flip-Flop-Schaltung 31 bei Abwesenheit eines Steuerimpulses die Vorspannung Null und bei Anwesenheit eines Steuerimpulses eine negative oder Sperrvorspannung liefert. Wird die Kette auf diese Weise betrieben, dann werden die Übertragsimpulse aus der Quelle 30 über die Kette nur bei Abwesenheit eines Steuerimpulses übertragen und bei Anwesenheit eines Steuerimpulses gesperrt. Die Synchronisation zwischen Steuer- und Übertragsimpulsen ist gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung die gleiche, wie sie bereits beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß für eine volle Übertragung die Hinterkante des Steuerimpulses mindestens um die Abfallzeit des Steuerimpulses vor der Vorderkante des Übertragsimpulses auftritt. Grundsätzlich unterscheidet sich diese Arbeitsweise nur geringfügig von der weiter oben beschriebenen, da die Wahl eines Bezugspunktes für die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Impulses in vielen Fällen nur eine Frage der Zweckmäßigkeit ist.

λ'^τοη einem anderen Gesichtspunkt aus gesehen, kann die Schaltung nach Fig. 4 anstatt als schnell arbeitende Übertragskette für die Verwendung in - einer binären Addierstufe mit Parallelspeisung als eine logische »UND«-Schaltung angesehen werden, bei der der Emitter der letzten Transistorstufe die Ausgangsklemme darstellt und die mit dem Schalter 33 verbundene Eingangselektrode jeder Flip-Flop-Schaltung als Eingangsklemme dient. Die Übertragsimpulsquelle 30 und die Steuerimpulsquelle 32 arbeiten in der beschriebenen Weise, obwohl der Begriff »Übertrag« nicht mehr seine frühere Bedeutung hat. Die Eingangsimpulse werden den verschiedenen Stufen durch Schließen des betreffenden Schalters 33 zugeführt, und es wird dann, wenn alle Schalter 33 geschlossen sind, ein Steuerimpuls gleichzeitig an alle Flip-Flop-Schaltungen angelegt. Unter diesen Bedingungen weist jeder Transistor am Emitter dann die Vorspannung Null auf, wenn der richtige »Übertrags «- Impuls vollständig durch die Kette übertragen werden soll, um einen Ausgangsimpuls zu liefern. Ist einer oder mehrere der Schalter 33 offen, d. h. liegt kein Eingangsimpuls an dem entsprechenden Transistor, dann wird der -»Übertrags«-Impuls gesperrt und kein Ausgangsimpuls erzeugt.

Die teilweise als Blockdiagramm in Fig. 5 dargestellte binäre Addierstufe weist eine mit Schichttransistoren arbeitende Übertragsschaltung gemäß der Erfindung auf. Diese Schaltung ist beispielsweise so aufgebaut, daß sie vierstellige, binäre Zahlen verarbeiten kann, konnte jedoch auch eine größere Kapazität dadurch erhalten, daß die Anzahl der Ziffernstufen vergrößert wird. Die dargestellten vier Stufen reichen jedoch ebenso gut wie eine größere

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Anzahl von Stufen aus, um die Prinzipien der Erfin- »UND «-Schaltung 48. Außerdem liegt eine örtliche dung und die sich dabei ergebenden Vorteile zu er- Übertragsleitung 49 zwischen dem Emitter der läutern. Schichttransistor-Torschaltung 11 und weiteren Ein-

Die grundsätzlichen logischen Schaltelemente der gangsklemmen der »ODER«-Schaltung 47 und der binären Addierstufe mit Parallelspeisung nach Fig. 5 5 »UND «-Schaltung 48. Ausgangsseitig ist die »ODER«- sind der Einfachheit halber in Blockform dargestellt. Schaltung 45 mit der Basis der Schichttransistor-Sie enthalten »UND«-, »ODER«- und Sperrschaltun- Torschaltung 50 verbunden, während der Ausgang gen. Bei diesen Schaltungen liefert die »ODER«- der »UND«-Schaltung mit der Basis der Schicht-Schaltung dann einen Ausgangsimpuls, wenn eine der transistor-Torschaltung 51 verbunden ist. Die Tor-Eingangsklemmen betätigt ist, während die »UND«- io schaltungen 50 und 51 sind im wesentlichen die glei-Schaltung dann und nur dann einen Ausgangsimpuls dhen wie die Torschaltung 11 und liegen mit ihren liefert, wenn alle Eingangsklemmen betätigt sind. Die miteinander verbundenen Emittern an der Sperr-Sperrsdhaltung andererseits ist eine »UND«-Schal- Eingangsleitung einer Sperrschaltung 52. Der Emitter tung mit Schaltmitteln, die ein Ausgangssignal an der der Transistor-Torschaltung 11 liegt an dem KoI-Ausgangsklemme verhindern, solange auf der Sperr- 15 lektor der Torschaltung 50, während die potential-Eingangsleitung ein Signal liegt. Außerdem ist eine mäßig hoch liegende Seite der Übertragsimpulsquelle Anzahl weiterer Flip-Flop-Schaltungen (F-F) dar- 30 mit dem Kollektor der Torschaltung 51 und der gestellt. Diese können übliche bistabile Transistor- nichtsperrenden Eingangsklemme der Sperrschaltung Flip-Flop-Kreise sein und werden vorzugsweise mit 52 verbunden ist. Der Ausgang der »ODER«-Schal-Takt-Rückstellimpulsen betrieben, die diese Flip- 20 tung 47 führt nach einer anderen nichtsperrenden Flop-Schaltungen zu regelmäßigen Zeitpunkten ent- Eingangsleitung der Sperrleitung 52, und die Ausweder in ihre Ruhelage zurückbringen oder in ihrer gänge der Sperrschaltung 52 und der »UND«-Schal-Ruhelage, bei der kein Strom fließt, halten. tung 48 sind über eine Flip-Flop-Schaltung mit der

Die verschiedenen Eingangs- und Ausgangsklemmen Summenklemme S₂ verbunden, die das nächsthöhere der Addierschaltung mit Parallelspeisung nach Fig. 5 25 Kennzeichenelement der Summe der addierten Binärsind entsprechend der folgenden Zusammenstellung zahlen speichert.

bezeichnet. Die dritte Ziffernstufe ist im wesentlichen die

A^ A₃ A₂ A₁ gleiche wie die zweite. Die Eingangsklemmen A₃ und

BBBB &3 sittd ^mit einer »ODER«-Schaltung 54, einer

— 30 »UND«-Schaltung 55, einer »ODER«-Schaltung 56

S₅S_i S₃ S₂ S₁ und einer »UND«-Schaltung 57 verbunden. Wie in

der vorhergehenden Stufe ist eine örtliche Übertrags-

wobei A den Augenden, B den Addenden und 5" die leitung 58 zwischen dem Emitter der Torschaltung 51 Summe darstellt. Bei dieser üblichen binären Dar- und weiteren Eingängen der »ODER«-Schaltung 56 stellung liegt das kleinste kennzeichnende Element in 35 und der »UND«-Schaltung 57 angeordnet. Der Ausjedem Fall auf der rechten Seite. In der tatsächlich gang der »ODER«-Schaltung 54 liegt an der Basis ausgeführten Addierstufe nach Fig. 5 liegen die einer weiteren Schichttransistor-Torschaltung 59, wäh-Ziffernstufen in der umgekehrten Reihenfolge mit rend der Ausgang der »UND «-Schaltung 55 mit der der das kleinste kennzeichnende Element darstellen- Basis einer Schichttransistor-Torschaltung 60 verden Stufe auf der linken Seite, so daß die Arbeits- 40 bunden ist. Der Kollektor der Torschaltung 59 ist weise der Anordnung von links nach rechts fort- mit dem Emitter der vorhergehenden Torschaltung 50 schreitend beschrieben werden kann. verbunden (mit z. B. einer Diode 36, die in Richtung

In der linken unteren Ecke der Fig. 5 sind die des positiven Emitterstromes der Torschaltung 50 geKlemmen A₁, B₁ mit einer »UND «-Schaltung 41 und polt ist und die zur Trennung der Stufen voneinander einer »ODER«-Schaltung 42 verbunden. Der Ausgang 45 eingeschaltet ist), während der Kollektor der Torder »UND«-Schaltung 41 ist mit der Basis einer schaltung mit der potentialmäßig hochliegenden Schichttransistor-Torschaltung 11 verbunden, die der Klemme des Übertragsimpulsgenerators 30 verbunden in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform entspricht, ist. Die Emitter der Schichttransistor-Torschaltungen während der Ausgang der »ODER «-Schaltung 42 mit 59 und 60 liegen zusammen an der Sperreingangseiner nichtsperrenden Eingangsklemme einer Sperr- 50 klemme der Sperrschaltung 61, während die nichtschaltung 43 verbunden ist. Eine Übertragsimpuls- sperrenden Eingangsleitungen der Sperrschaltung 61 quelle 30 entsprechend der in Fig. 4 gezeigten liegt mit der »ODER«-Schaltung 56 und dem potentialmit einer Ausgangsklemme an Masse und mit der mäßig hochliegenden Ausgang der Übertragsimpulsanderen am Kollektor der Transistor-Torschaltung quelle 30 verbunden ist. Die Ausgänge der »UND«- 11. Außerdem liegt die nichtgeerdete Ausgangsklemme 55 Schaltung 57 und der Sperrschaltung 61 sind über des Übertragsimpulsgenerators 30 an der Eingangs- eine Flip-Flop-Schaltung 62 mit der Summenklemme klemme der Sperrschaltung 43. Die Sperr-Eingangs- S₃ verbunden.

klemme der Sperrschaltung 43 liegt am Emitter der Die letzte Ziffernstufe der Parallel-Addierschaltung

Torschaltung 11, während ihre einzige Ausgangs- ist die gleiche wie die zweite und dritte Stufe. Die klemme über eine Flip-Flop-Schaltung 44 mit der 60 Eingangsklemmen für die Elemente des Augenden SummenklemmeS^ verbunden ist, die das kleinste und Addenden^ und U₄ sind mit einer »ODER«- kennzeichnende Element der Summe der addierten Schaltung 63, einer »UND«-Schaltung 64, einer Binärzahlen speichert. »ODER«-Schaltung 65 und einer »UND«-Schaltung

Die zweite Ziffernstufe der Parallel-Addierechal- 66 verbunden. Die örtliche Übertragsleitung 67 von tung ist der ersten weitgehend ähnlich, weist jedoch 65 der vorhergehenden Stufe ist zwischen dem Emitter weitere logische Schaltelemente auf. Die Klemmen A₂ der Torschaltung 60 und weiteren Eingängen der und B₂, die die nächsthöheren kennzeichnenden EIe- >=ODER«-Schaltung65 und der »UND«-Schaltung 66 mente des Augenden bzw. Addenden aufnehmen, angebracht. Die Ausgänge der »ODER«-Schaltung 63 liegen an einer »ODER«-Schaltung45, einer »UND«- und der »UND«-Schaltung 64 sind mit den Basis-Schaltung 46, einer »ODER«-Schaltung 47 und einer 70 elektroden von Schichttransistor-Torschaltungen 68

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bzw. 69 verbunden. Der Emitter der Transistor- Impulsgenerator 75 liefert zu" regelmäßigen Zeit-Torschaltung 59 in der vorhergehenden Stufe ist mit punkten aufeinanderfolgende, positiv gerichtete Gleichdem Kollektor der Torschaltung 68 verbunden, wäh- Stromimpulse.

rend die potentialmäßig hochliegende Ausgangs- Die in Fig. 6A bis 6D dargestellten Wellenformen klemme des Übertragsimpulsgenerators 30 an der 5 dienen der Erklärung der Arbeitsweise der Schaltung

Kollektorelektrode der Torschaltung 69 und an der nach Fig. 6. Die Wellenformen in der Zeichnung ent-

nichtsperrenden Eingangsklemme der Sperrschaltung sprechen den Wellenformen an den entsprechenden

70 liegt. Die Emitter der Torschaltungen 68 und 69 Punkten der Fig. 6. Der Eingangs-Übertragungs-

sind miteinander und mit der Sperreingangsklemme impuls am· Punkte ist in der oberen Zeile jeder der Sperrsdhaltung 70 verbunden, während die je- io Figur, der Eingangssteuerimpuls am Punkt B jeweils

weiligen Ausgänge der »UNDe-Schaltung 66 und der in der zweiten Zeile, die Wellenform zwischen Basis

Sperrschaltung 70 über eine Flip-Flop-Schaltung 71 und Masse am Punkt C in der dritten Zeile und der

mit der Summenklemme ^₄ verbunden sind. Weiter- ausgangsseitig übertragene Impuls am Punkt D in

hin führt eine letzte örtliche Übertragsleitung von der der unteren Zeile dargestellt.

Emitterelektrode der Torschaltung 60 über eine Flip- 15 Die Reihe der in Fig. 6 A bis 6 D dargestellten

Flop-Schaltung 63 an die letzte Summenklemme S₅. Wellenformen zeigt die Wirkung auf die Übertragung

Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist die eines 1 Mikrosekunden langen Impulses aus dem eben beschriebene, parallelgespeiste, binäre Addier- Impulsgenerator 75 mit einer relativen Zeitlage der schaltung eine Anzahl schnell arbeitender Übertrags- Vorderkante des Eingangsimpulses bei X und der ketten gemäß Fig. 4 auf, die übereinander angeordnet 20 Vorderkante des Steuerimpulses bei Y. In Fig. 6 A sind. Eine schnell arbeitende Übertragskette enthält ist dargestellt, wie der Eingangs-Übertragungsimpuls beispielsweise die Torschaltungen 11, 50, 59 und 68. vollkommen vor dem Steuerimpuls aus der Flip-Flop-Eine andere weist die Torschaltungen 51, 59 und 68 Schaltung 31 auftritt. Dabei findet keine Übertragung auf, während eine weitere die Torschaltungen 60 und über den Emitter statt. In Fig. 6 B fällt die Vorder-68 enthält. Eine im wesentlichen augenblickliche 25 kante des Eingangs-Übertragungsimpulses zeitlich Übertragung eines Übertragsimpulses ergibt sich, mit der Vorderkante des Steuerimpulses zusammen, wenn dies durch die logischen Schaltungen ermöglicht und es erfolgt wiederum keine Übertragung. In wird, gemäß der Erfindung über den zwischen dem Fig. 6 C ist dargestellt, wie die Vorderkante des ÜberKollektor und der Basis jeder Schichttransistor-Tor- tragungsimpulses mit dem Ende des Anstiegsinterschaltung liegenden Kondensator 15 und durch die 30 valls der Vorderkante des Steuerimpulses zusammen-Synchronisation zwischen der Übertragsimpulsquelle fällt. In diesem Falle erfolgt eine teilweise Über-30 und dem Anlegen der einzelnen Elemente des tragung, die etwa 80% des endgültigen Wertes er-Augenden und Addenden an die entsprechenden Ein- reicht. In Fig. 6 D ist dargestellt, wie die Vorderkante gangsklemmen der Addierschaltung. Die Elemente des Übertragungsimpulses etwa 1 Mikrosekunde spädes Augenden und Addenden werden gleichzeitig zu- 35 ter auftritt als die Vorderkante des Steuerimpulses, geführt und treten in taktmäßiger Folge derart auf, In diesem Fall erfolgt eine volle Übertragung, daß ihre Vorderkante mindestens um die jeweiligen Das sich auf die Zeitlage des Übertragungsimpulses Anstiegszeiten vor der Vorderkante des entsprechen- bei A in bezug auf den Steuerimpuls bei B beziehende den Übertragsimpulses auftreten. Zweckmäßigerweise Merkmal der Erfindung wird besonders deutlich aus läßt jede Torschaltung entsprechend dem Arbeiten 4° den Fig. 6B und 6 C. In Fig. 6B gibt es, obwohl die der logischen Schaltelemente den Übertragsimpuls beiden Impulse gleichzeitig auftreten, keine Überohne irgendeine kumulative zeitliche Verzögerung tragung, da die Vorderkante des Übertragungsdurch die ganze Kette hindurch. Der sich ergebende impulses nicht in der Lage ist, die für eine Transchnelle Übertrag ermöglicht es, daß alle Ziffern- sistorwirkung und damit für die Übertragung notstufen der Addierschaltung im wesentlichen gleich- 45 wendige große Strommenge in die Basis zu injizieren, zeitig arbeiten, so daß sich die Vorteile der hohen In Fig. 6 C tritt die Vorderkante des Steuerimpulses Geschwindigkeit von Parallelschaltungen auch bei nur etwa 0,2 Mikrosekunden früher auf als in Fig. 6 B. Verwendung von Schichttransistoren als aktive Tor- Da die Anstiegszeit des Steuerimpulses vorüber ist, schaltelemente verwirklichen lassen. ehe die Vorderkante des Übertragungsimpulses auf-

Der in Fig. 6 dargestellte synchrone Impuls- 50 tritt, so kann dieser Ladungsträger in die Basis leistungsverstärker stellt eine weitere das erfindungs- injizieren, die die Transistorwirkung und die sich gemäße Prinzip verwendende Schaltung dar. Die in dadurch ergebende Übertragung hervorrufen. Fig. 6 gezeigte Ausführungsform weist einen Schicht- Es muß zu diesem Zeitpunkt darauf hingewiesen transistor 11 mit einem äußeren Kondensator 15 auf, werden, daß der Ausgang der Flip-Flop-Schaltung, der den Kollektor und die Basis des Transistors mit- 55 der hier als Impuls bezeichnet wurde, nicht noteinander verbindet, einen Gleichstromimpulsgenerator wendigerweise ein kurzer Impuls sein muß. Er kann 75 niedriger Impedanz zwischen dem Kollektor und tatsächlich beträchtlich langer sein als die Impulse I lasse und einen Lastwiderstand 18 zwischen Emitter aus dem Generator 75. Die hauptsächliche Beschrän- und Masse. Ein Widerstand 23 und eine Steuer-Flip- kung liegt darin, daß dann, wenn nur ein einziger Flop-Schaltung 31 entsprechend denen in Fig. 4 und 5 60 Ausgangsimpuls bei D erzeugt werden soll, der bei D liegen in Reihe zwischen der Basis des Transistors 11 auftretende Impuls nicht mehr als einen der bei A und Masse, wobei die Flip-Flop-Schaltung 31 bei Ab- auftretenden Impulse überlappen sollte. Wesenheit eines Impulses an ihrem Eingang eine Der Impuls bei B kann länger sein, wenn es er-Emittersperrvorspannung für den Transistor und bei wünscht ist, für jeden an der Flip-Flop-Schaltung Abwesenheit eines solchen Impulses im wesentlichen 65 31 angelegten Steuerimpuls zwei oder mehr Auskeine Emitterspannung liefert. Der Widerstand 23 ist gangsimpulse bei D zu erzeugen, durch eine in Richtung auf die Basis des Transistors Eine Abwandlung der in Fig. 6 gezeigten Ausgepalte Diode 76 überbrückt und stellt einen Strom- führungsform stellt der in Fig. 7 dargestellte synpfad niedriger Impedanz und damit einen Weg für chrone Impulsleistungsverstärker dar, bei dem die eine rasche Entladung des Kondensators 15 her. Der 70 während der Übertragung durch Ableitung des an

dem Kondensator zwischen Kollektor und Basis auftretenden Impulsstromes über den Widerstand 23 entstehenden Verluste von Ausgangsenergie vermieden werden. Die Schaltung nach Fig. 7 ist die gleiche wie in Fig. 6, nur daß zwischen dem Widerstand 23 und der Steuer-Flip-Flop-Schaltung ein zweiter Transistor 77 eingeschaltet ist. Der Transistor 77 weist die entgegengesetzte Leitfähigkeitsart auf wie der Transistor 11 und liegt mit seinem Kollektor am Widerstand 23, mit seiner Basis an der Flip-Flop-Schaltung 31 und mit seinem Emitter über eine Gleichstrompotentialquelle 78 an Masse. Die Potentialquelle 78 ist so gepolt, daß sie die Emitter beider Transistoren 77 und 11 in Sperrichtung vorspannt.

Im Betrieb der Schaltung nach Fig. 7 ist das durch die Quelle 78 gelieferte Potential so lange aufgehoben, wie der Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 31 negativ bleibt, so daß der Emitterübergang des Transistors 77 in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Die KoI-lektor-Emitter-Impedanz des Transistors 77 ist nied- ao rig, und die Basis des Transistors 11 wird auf einem negativen Potential gehalten. Dadurch ist der Emitterübergang des Transistors 11 in Sperrichtung vorgespannt, und die Haupttransistor-Torschaltung wird dadurch in ihrer offenen Stellung gehalten. Kippt ein ankommender Steuerimpuls die Flip-Flopschaltung 31 in ihren Null-Ausgangszustand, dann spannt die Potentialquelle 78 den Emitterübergang des Transistors 77 in Sperrichtung vor. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 77 wird dadurch in ihren Zustand hoher Impedanz gekippt, die Wirkung der Quelle 78 auf den Emitterübergang des Transistors 11 wird aufgehoben, und die Haupttransistor-Torschaltung wird geschlossen.

Ein Vergleich des Betriebsverhaltens der beiden Schaltungen nach Fig. 6 und 7 für verschiedene Werte des zwischen Kollektor und Basis liegenden Kondensators 15 ist in den Fig. 8 A bis 8D dargestellt. Die Fig. 8 A und 8 B gehören zur Schaltung nach Fig. 6, während die Fig. 8 C und 8D zur Schaltung nach Fig. 7 gehören. In jeder Figur zeigt die Wellenform in der obersten Zeile den positiv gerichteten Ein-' gangs-Übertragungsimpuls am Punkt A, während die übrigen Impulsformen die sich am Punkt D ergebenden Ausgangsimpulse darstellen. Die zweite Wellenform stellt die Ausgangsspannung dar, wenn kein äußerer Kondensator 15 verwendet wird, die dritte gilt für einen äußeren Kondensator zwischen 15 und 75 pF und die vierte für einen äußeren Kondensator von 15 bis 200 pF.

Die Fig. 8 A und 8 C zeigen das Arbeiten für einen Impuls von 1 Mikrosekunde Dauer, während die Fig. 8 B und 8 D das Arbeiten für einen 0,2 Mikrosekunden langen Impuls zeigen.

Wie aus den Fig. 8 A bis 8 D zu ersehen, bevorzugt die Anordnung nach Fig. 6 kurze Impulse. Die Amplitude der Vorderkante ist praktisch für jeden Wert des Kondensators 15 bei beiden Anordnungen die gleiche. In der Schaltung nach Fig. 6 fällt jedoch bei dem längeren Impuls die Amplitude des Ausgangsimpulses mit der Zeit ab. Eine Erklärung dafür ist, daß sich der Ausgangsimpuls aus zwei Teilen zusammensetzt. Die Vorderkante stellt die unmittelbare kapazitive Stromspitze vom Kondensator 15 in Durchlaßrichtung durch die Emitterdiode dar. Diese ur- 6s sprüngliche Spitze des Emitterstromes injiziert Ladungsträger in die Basis, die in den Kollektor diffundieren und zur Erzeugung des übrigen Ausgangsimpulses aufgenommen werden. In Fig. 6 wird ein Teil des anfänglichen Basisstromes abgeleitet. Da die Ausgangsspannung des Generators 75 im wesentlichen konstant ist, wird dadurch die Vorderkante des Ausgangsimpulses nicht beeinflußt. Der Ableitungspfad leitet jedoch einen Teil der in die Basis injizierten Ladungsträger ab, so daß sie am Kollektor nicht zur Verfügung stehen, wodurch die Transistorwirkung zeitlich verkürzt wird.

Die Schaltungen nach Fig. 6 und 7 sind keine Verstärker im üblichen Sinne. Sie können jedoch für die Übertragung relativ hoher Impulsleistungen vom Kollektor zu der am Emitter angeschlossenen Last durch Anlegen von geringen Ladungen an die Basis gesteuert werden, wodurch sich ein hoher Wert an effektiver Verstärkung ergibt. Die Größe des zur Steuerung verwendeten Ladungsstromes kann sehr klein sein, wobei deren kleinster Wert durch die Größe des Kondensators 15 durch die Spannung, auf die der Kondensator 15 aufgeladen wird, und die für den Ladevorgang zur Verfügung stehende Zeit bestimmt wird. Die maximale Impulswiederholungsfrequenz für den Generator 75 wird bei den vorliegenden Schaltbedingungen durch die maximal zum Laden des Kondensators 15 benötigte Zeit bestimmt.

Es ist einleuchtend, daß die oben beschriebenen Anordnungen nur der Erläuterung der Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips dienen. Zahlreiche andere Schaltungen lassen sich ohne Abweichen vom Wesen und vom Anwendungsbereich der Erfindung durch den Fachmann aufbauen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Transistor-Torschaltung, deren Schaltverzögerung nahezu Null ist, mit einem Flächentransistor mit Emitter-, Kollektor- und Basiselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (15) in einem im wesentlichen widerstandsfreien Strompfad zwischen einer ersten (13) und einer zweiten Transistorelektrode (14) liegt und Ladungsträger von der ersten nach der zweiten Elektrode koppelt, daß die erste Elektrode in Sperrichtung vorspannende Gleichstromimpulse der ersten Elektrode zur Übertragung durch den Transistor nach der dritten Elektrode (12) zugeführt werden, daß der Transistor normalerweise so vorgespannt ist, daß zwischen der ersten und der dritten Elektrode ein Zustand hoher Impedanz herrscht, und daß diese Vorspannung durch mit den Signalimpulsen synchronisierte Gleichstrom-Steuerimpulse aufgehoben wird, wobei jeder Signalimpuls mindestens einen Teil eines Steuerimpulses zeitlich überlappt, und die Vorderflanke des Signalimpulses nach der Vorderflanke des Steuerimpulses auftritt und-daflT mit der dritten Elektrode eine SignaTausgangsschaltung verbunden ist.

2. Torschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode der Kollektor (13), die zweite Elektrode die Basis (14) und die dritte Elektrode der Emitter (12) ist.

3. Torschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderflanke jedes Signalimpulses hinter der Vorderflanke des synchronisierten Steuerimpulses mindestens um die Anstiegszeit der Vorderflanke des Steuerimpulses nacheilt.

4. Torschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung durch die eine Quelle (24, 25; 31) für

Gleiohstromsteuerimpulse mit zwei Stromzuständen im wesentlichen aufgehoben wird, welche Quelle zwischen der zweiten und der verbleibenden Elektrode eingeschaltet ist, um die Vorspannung während des einen Stromzustandes der Steuerimpulse aufzuheben.

5. Torschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorvorspannung durch eine Flip-Flop-Schaltung (31) angelegt wird, deren Ausgang zwischen der zweiten (14) und der verbleibenden Elektrode (12) angeschlossen ist, daß die Flip-Flop-Schaltung in ihrem ersten Ausgangszustand die verbleibende dritte Transistorelektrode in ihrem Sperrzustand vorspannt, während beim zweiten Ausgangszustand der Flip-Flop-Schaltung im wesentlichen keine Vorspannung an der verbleibenden Elektrode liegt, und daß die Flip-Flop-Schaltung sich normalerweise in ihrem ersten Ausgangszustand befindet und durch die Gleichstromsteuerimpulse ao in ihren zweiten Zustand gekippt wird.

6. Schnellarbeitende Übertragschaltung mit einer Anzahl von Torschaltungen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Sdialtmittel die inneren Strecken zwischen der ersten und der verbleibenden Elektrode jedes Transistors (11, 50, 59, 68, 51, 60) für die Signalübertragung zur Bildung einer Serienkettenschaltung hintereinandergeschaltet sind, daß die Quelle (30) für Gleichstromsignalimpulse mit der ersten Elektrode des Transistors am einen Ende der Kette verbunden ist, daß die Quelle (31) für synchronisierte Steuerimpulse an der zweiten Elektrode jedes Transistors der Kette angeschlossen ist und daß eine Verbraucherschaltung mit der verbleibenden Elektrode des Transistors am anderen Ende der Kette verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Proceeding of the IRE, November 1952, S. 1531 bis 1541.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen