DE1006896B - Kippschaltung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kippschaltung mit zwei Verstärkerelementen und bezweckt, eine besonders günstige Schaltung dieser Art mit wenigstens einem Transistor zu schaffen.

Die Kippschaltung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstromwege der beiden Verstärkerelemente und eine Impedanz miteinander in Reihe liegen, wobei das erste Verstärkerelement durch einen Transistor gebildet wird, dessen Steuerelektrode mit einer Zone verbunden ist, in der die Mehrheitsladungsträger von gleicher Art wie die Ladungsträger im Hauptstromkreis des zweiten Verstärkerelements sind, und daß die Ausgangselektrode dieses Transistors mit einer Endklemme der erwähnten Impedanz und über eine Rückkopplungsschleife mit der Steuerelektrode des zweiten Verstärkerelements derart leitend verbunden ist, daß die beiden Verstärkerelemente gleichzeitig leitend oder gesperrt sind. Diese Eigenschaft erlaubt, bei solchen Anwendungen, bei denen die Kippschaltung meistens in einem bestimmten Zustand verbleibt, eine beträchtliche Einsparung der Speiseenergie.

Als Ausgangselektrode des erwähnten Transistors wird vorzugsweise seine Kollektorelektrode gewählt, die mit der Steuerelektrode des zweiten Verstärkerelements, ζ. B. mit der Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors stromleitend verbunden ist.

Wenn die beiden Verstärkerelemente aus zwei Grenzschichttransistoren bestehen, sind die Emitterelektroden dieser Transistoren vorzugsweise direkt miteinander verbunden, und die Rückkopplungsschleife besteht aus einer Verbindung zwischen der Kollektorelektrode des ersteren Transistors und der Basiselektrode des zweiten Transistors. Diese Schleife kann eine Batterie für die richtige Vorspannung der Basiselektrode des zweiten Transistors enthalten. Sie besitzt aber vorzugsweise einen Widerstand, der zusammen mit einem anderen Widerstand einen Spannungsteiler bildet, der zwischen der Kollektorelektrode des ersten Transistors und der Kollektorelektrode oder der Kollektorspeisungsspannungsquelle des zweiten Transistors liegt. Ist der erste Transistor von der p-n-p-Art, so ist dieser Spannungsteiler derart angeordnet, daß dann, wenn die Schaltung gesperrt ist, die Basiselektrode des zweiten Transistors gegenüber seiner Emitterelektrode negativ ist, und daß dann, wenn die Schaltung stromleitend ist, die Basiselektrode gegenüber der Emitterelektrode desselben Transistors positiv ist.

Der Rückkopplungseffekt kann dadurch beschleunigt werden, daß ein Kondensator über den zwischen der Kollektorelektrode des ersteren Transistors und der Basiselektrode des zweiten Transistors liegenden Widerstand angeschlossen wird.

Kippschaltung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 4, April und ¹IO. August 1955

Eric Wolfendale, Horley, Surrey (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Abart des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1,

Fig. 3 ein weiteres sehr einfaches Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit einer Diodentorschaltung für binären Betrieb,

Fig. 5 eine monostabile oder unstabile Kippschaltung nach der Erfindung und

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Das erste Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besitzt einen p-n-p-Transistor T, dessen Steuerelektrode mit der Basiselektrode, d. h. mit einer η-Zone verbunden ist, in der die Mehrheitsladungsträger Elektronen sind. Ein Feldeffekttransistor F mit einer Steuerelektrode g, bei dem die Mehrheitsladungsträger im Hauptstromkreis gleichfalls Elektronen sind, ist mit dem Emitter-Kollektor-Weg des Grenzschichttransistors T und mit einem Belastungswiderstand Rc in Reihe geschaltet.

Die dargestellte Schaltung ist bistabil. In einem ersten stabilen Zustand sind die beiden Transistoren stromleitend und im anderen Zustand sind beide gesperrt. Die Verstärkung über die Rückkopplungsschleife wird durch die Impedanztransformation zwischen den Emitter- und Kollektorkreisen des Grenzschichttransistors und durch die Steilheit gm des Feldeffekttransistors erzielt. Eine Änderung von 1 V der Spannung an der Steuerelektrodeg kann z.B. eine

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Stromänderung von 1 mA im Hauptstromkreis des Feldeffekttransistors herbeiführen (gw=lmA/V). Die Stromverstärkung des Transistors T ist nahezu gleich 1, so daß sich der Kollektorstrom dieses Transistors ebenfalls um 1 mA ändert. Wenn der Widerstand Rc größer als 1 kOhm ist, so ändert sich die Kollektorspannung des ersten Transistors und somit auch die Spannung an der Steuerelektrode des zweiten Transistors um mehr als 1V, was eine weitere Änderung des Stroms durch den Hauptstromkreis des Feldeffekttransistors bewirkt, usw.

Die stabilen Zustände der Kippschaltung nach Fig. 1 sind also:

1. Ein erster Zustand, in dem die beiden Transistoren gesperrt sind, da der Feldeffekttransistor gesperrt ist (dazu ist es notwendig, daß die Kollektorspeisespannung —Ec größer als die Sperrspannung an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors ist);

2. ein zweiter Zustand, in dem die beiden Transistoren stromleitend sind, wobei der Grenzschichttransistor gesättigt ist.

Dieser Zustand kann durch Einschalten eines Widerstandes geeigneter Größe in den Kreis der Ausgangselektrode des Feldeffekttransistors in eine Sättigung dieses Transistors umgewandelt werden. Eine Sperrdiode kann auch derart geschaltet werden, daß eine Sättigung des einen oder des anderen Transistors nicht möglich ist, wie z. B. in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kippschaltungen nach den Fig. 1 und 2 können mit höheren Geschwindigkeiten arbeiten, da die Rückkopplungsschleife keine andere Impedanz als die inneren Impedanzen der Transistoren selbst enthält.

Fig. 3 zeigt eine bistabile Kippschaltung mit einem ersten Grenzschichttransistor T1 der p-n-p-Art, dessen Emitter-Kollektor-Weg in Reihe mit dem Emitter-Kollektor-Weg eines zweiten Grenzschichttransistors T2 der n-p-n-Art und mit einem Belastungswiderstand Rc zwischen der negativen Klemme —Ec_x einer Speisequelle und der positiven Klemme +-Bc₂ derselben oder einer anderen Speisequelle liegt. Die Mehrheitsladungsträger in der mit der Steuerelektrode verbundenen Basis- oder η-Zone des Transistors T₁ sind von gleicher Art wie die Ladungsträger im Hauptstromkreis des Transistors T2, d. h. von der η-Art, oder Elektronen.

Die Rückkopplungsschleife enthält einen Widerstand Rf, der mit einem weiteren Widerstand Rp einen Spannungsteiler bildet.

Die bistabile Schaltung weist einen ersten stabilen Zustand auf, in dem die beiden Transistoren gesperrt sind, und einen zweiten stabilen Zustand, in dem sie beide stromleitend sind. Die Schleifenverstärkung wird durch die Impedanztransformation zwischen den Emitter- und Kollektorkreisen des ersten Grenzschichttransistors X¹I und durch die Stromverstärkung zwischen den Basis- und Emitterkreisen des zweiten Grenzschichttransistor T 2 erzielt. Im ersteren Zustand ist der Transistor T 2 gesperrt, wozu die Klemme —Ec₁ eine negative Spannung aufweisen muß, die größer ist als die Basissperrspannung des Transistors T 2. Im zweiten Zustand ist der erste Transistor Tl gesättigt. Durch Einschaltung eines Widerstandes mit einem richtigen Wert in den Kollektorkreis des zweiten Transistors T 2 kann man diesen zweiten Zustand auch bei Sättigung dieses Tran- 6g sistors erhalten. Man kann ferner auch eine Sperrdiode oder zwei Sperrdioden derart anschließen, daß der eine oder/und andere der beiden Transistoren nicht gesättigt werden kann, z. B. wie in der Abart nach Fig. 2.

Bei einer Abart der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Basiselektrode des ersteren Transistors Tl mit der Anzapfung eines Spannungsteilers verbunden, der einerseits mit der negativen Klemme—Ec₁ und andererseits mit der Kollektorelektrode des Transistors T 2 verbunden ist, wobei diese Kollektorelektrode über einem Belastungswiderstand mit der positiven Klemme +-Ec₂ verbunden ist, so daß die Schaltung vollständig symmetrisch ist.

Die Schaltungen nach den Fig. 1 bis einschließlich 3 und die beschriebenen Abarten dieser Schaltungen können durch abwechselnd positive und negative Impulse, die entweder an die Basiselektrode des ersten Transistors (T in den Fig. 1 und 2 und Π in Fig. 3) oder an einem Punkt der Rückkopplungsschleife angelegt werden, von einem Zustand in den anderen versetzt werden. Bei Steuerung auf die Basiselektrode muß letztere naturgemäß über einen geeigneten Widerstand an Erde oder an die negative Klemme—Ec₁ (Abart nach Fig. 3) gelegt werden. Statt dessen lassen sich auch Gleichrichtertore verwenden, womit die Schaltung durch wiederholte Impulse gleichen Vorzeichens von einer einzigen Eingangsklemme aus gesteuert werden kann, die über die erwähnten Tore mit verschiedenen Steuerpunkten verbunden ist, so daß die Schaltung als Binärzähler verwendet werden kann. Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer solchen binären Schaltung. Diese Kippschaltung hat einen gemeinsamen Eingangspunkt P, mit dem eine äußere Impulsquelle verbunden werden kann. Zwei Parallelkreise verbinden diesen Punkt P mit den beiden Steuerpunkten. Diese Kreise enthalten je einen polarisierten Gleichrichter Dl oder D 2, der entsprechend dem Verhältnis zwischen seiner Vorspannung und einer vom Zustand der bistabilen Kippschaltung abhängigen Steuerspannung stromleitend oder gesperrt ist. Der Gleichrichter D1 läßt Impulse nach einem ersten Steuerpunkt durch, der durch die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors F gebildet ist, und er erhält rechteckige Steuerspannungsimpulse von der Kippschaltung. Auf gleiche Weise läßt der Gleichrichter D 2 Impulse nach dem anderen Steuerpunkt durch, der aus der Basiselektrode des Transistors T besteht und der rechteckige Steuerspannungsimpulse von der Ausgangselektrode des Feldeffekttransistors F erhält. Ein kleiner Widerstand Rb liegt im Basiskreis des Grenzschichttransistors T. Wenn die Schaltung gesperrt ist, ist der Gleichrichter D1 stromleitend, und der Gleichrichter D2 ist gesperrt; das Umgekehrte ist der Fall, wenn die Schaltung stromleitend ist.

Die Schaltung nach Fig. 1 kann dadurch in einen monostabilen oder unstabilen Multivibrator abgeändert werden, daß der Kollektorbelastungswiderstand des Transistors T durch eine Induktivität ersetzt wird, wie in Fig. 5 dargestellt. Ein Belastungswiderstand liegt dabei im Ausgangskreis des Feldeffekttransistors F. Diese Schaltung ist unstabil, wenn — Ec kleiner als die Sperrspannung der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors ist, und monostabil, wenn —Ec größer als die Sperrspannung dieser Elektrode ist.

Man kann auch die Kollektorelektrode des Transistors T und die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors F über eine Kapazität miteinander verbinden und die erwähnte Steuerelektrode über einen Widerstand an eine negative Spannungsquelle legen. Wenn diese negative Spannung größer ist als die Sperrspannung der Steuerelektrode, so ist die Schaltung monostabil, und sie ist unstabil, wenn diese Spannung kleiner ist als die erwähnte Sperrspannung. Wenn das

Potential dieser negativen Vorspannungsquelle so hoch ist, daß der Feldeffekttransistor F einen Strom durchläßt, der für die Sättigung des Transistors T hinreichend ist, so wird die Schaltung wieder monostabil.

Dadurch, daß eine Kapazität C parallel zur Impedanz L geschaltet wird, wie in Fig. 5 gestrichelt dargestellt, wird der unstabile Multivibrator in einen Sinusoszillator abgeändert.

Bei den Schaltungen nach den Fig. 3 und 4 kann eine Ausgangsklemme mit der Ausgangselektrode des Feldeffekttransistors F verbunden werden, so daß der Ausgangskreis von der Rückkopplungsschleife entkoppelt ist. Eine Belastung dieses Ausgangskreises hat dann wenig oder keine Rückwirkung auf die Wirkungsweise der Kippschaltung.

Die beschriebenen Schaltungen können mit Transistoren ausgeführt werden, die beide gegenüber der angegebenen Leitungsart entgegengesetzt angeschlossen sind, wobei die Vorzeichen der Spannungsquellen gleichfalls entgegengesetzt sein müssen. Nach einer weiteren Abart der Schaltung nach Fig. 1 kann außerdem der Feldeffekttransistor durch eine Entladungsröhre ersetzt werden, in der die Ladungsträger im wesentlichen Elektronen sind. Fig. 6 zeigt eine solche Abart, in der z. B. eine Pentode statt des Feldeffekttransistors verwendet ist.

Auch kann der Lagentransistor T der verschiedenen Ausführungsformen der Fig. 1, 2 und 4 bis 6 durch einen Feldeffekttransistor desselben Leitungstyps ersetzt werden, während die Lagentransistoren T₁ und T₂ der Ausführungsform der Fig. 3 durch zwei Feldeffekttransistoren entgegengesetzter Leitungstypen ersetzt werden können.

Claims (11)

35 Patentansprüche:

1. Kippschaltung mit zwei Verstärkerelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstromkreise dieser Elemente und eine Impedanz miteinander in Reihe liegen, wobei ein erstes Verstärkerelement ein Transistor ist, dessen Steuerelektrode mit einer Zone verbunden ist, in der die Mehrheitsladungsträger von gleicher Art wie die Ladungsträger im Hauptstromkreis des zweiten Ver-Stärkerelementes sind, und daß die Ausgangselektrode dieses Transistors mit einer Endklemme der Impedanz und über eine Rückkopplungsschleife mit der Steuerelektrode des zweiten Verstärkerelementes derart leitend verbunden ist, daß die beiden Verstärkerelemente gleichzeitig leitend oder gesperrt sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verstärkerelement aus einem Transistor mit einer gegenüber dem ersten Transistor entgegengesetzten Leitungsart besteht.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verstärkerelement ein Grenzschichttransistor ist, dessen Kollektor-Emitter-Weg zwischen dem Hauptstromweg des zweiten Verstärkerelementes und der erwähnten Impedanz liegt, wobei seine Kollektorelektrode an eine Endklemme dieser Impedanz gelegt ist.

4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transistor ein Feldeffektarttransistor ist und daß seine Steuerelektrode direkt mit der Ausgangselektrode des ersten Transistors verbunden ist.

5. Schaltung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transistor ein Grenzschichttransistor mit einer gegenüber dem ersten Transistor entgegengesetzten Leitungsart ist, wobei die Emitterelektroden der beiden Transistoren miteinander verbunden sind, und daß Mittel vorgesehen sind, durch welche die Basiselektrode des zweiten Transistors gegenüber der Kollektorelektrode des ersteren Transistors polarisiert wird.

6. Schaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verstärkerelement aus einer Elektronenröhre mit wenigstens drei Elektroden besteht, wobei das erstere Verstärkerelement ein Transistor der Löcherleitungsart ist.

7. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche der Spannungsabfall an der erwähnten Impedanz begrenzt wird.

8. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Impedanz im Ausgangskreis des zweiten Verstärkerelementes liegt.

9. Schaltung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche der Spannungsabfall an der zweiten Impedanz gleichfalls begrenzt wird.

10. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des ersten Verstärkerelementes über eine Impedanz an einen Punkt konstanten Potentials gelegt ist, so daß die Schaltung mittels an diese Elektrode angelegter Impulse gesteuert werden kann.

11. Schaltung nach den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Steuerelektrode über einen Kondensator mit dem gemeinsamen Punkt des zweiten Verstärkerelementes und der zweiten Impedanz verbunden ist und daß wenigstens ein Punkt der Rückkopplungsschleife über einen ersten Gleichrichter in Reihe mit einem ersten Kondensator und der erwähnte gemeinsame Punkt über einen zweiten Gleichrichter in Reihe mit einem zweiten Kondensator mit einer Steuerimpulsquelle verbunden sind, wobei die Gleichrichter derart polarisiert sind, daß bei stromleitenden Verstärkerelementen der erstere Gleichrichter und bei gesperrten Verstärkerelementen der zweite Gleichrichter gesperrt ist und die Schaltung durch Impulse gleichen Vorzeichens von ihrem stromleitenden in ihren gesperrten Zustand und von ihrem gesperrten in ihren stromleitenden Zustand versetzt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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