DE1039568B - Elektronischer Schalter mit einem Transistor, der mehrere Elektroden und die Erscheinung der Ladungs- anreicherung aufweist - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein logisches Schaltelement oder einen Verstärkeraufbau und bezieht sich insbesondere auf Vorrichtungen und Schaltungen, bei denen beim Betrieb die Erscheinung der Ladungsträgerspeicherung oder die Erscheinung einer Steigerung oder Anreicherung der Ladungsspeicherung ausgenutzt wird, wie sie normalerweise bei Halbleitervorrichtungen, z. B. Transistoren, eintritt. In diesem Zusammenhang nutzt die Erfindung Erscheinungen, die bisher als unerwünschte Eigenschaften von Transi stören betrachtet wurden, zur Schaffung eines vereinfachten Transistorverstärkers mit verbesserten Arbeitseigenschaften aus.

Transistorschaltungen bekannter Art zeigen eine Erscheinung, die als Ladungsträgerspeicherung oder Ladungsanreicherung bezeichnet werden kann. Dk Erscheinung wird durch den folgenden Sachverhalt gekennzeichnet: Wenn ein Ausgangsstrom in einer Transistorvorrichtung fließt und der Eingangsstrom plötzlich vermindert wird, dann nimmt der Ausgangsstrom nicht sofort ab, sondern fließt noch infolge der Ladungssteigerung in dem Ausgangskreis der Schaltung weiter. Dieser Stromfluß, der auch als Zusatzstrom bezeichnet wird und nach einer Abnahme oder einem Aufhören des Eingangssignals weiterfließt, entsteht dadurch, daß in der Gitterstruktur des festen Materials überschüssige Löcher oder Elektronen gespeichert sind, wobei eine bestimmte endliche Zeit erforderlich ist, damit diese überschüssigen Löcher oder Elektronen in dem Verstärker beseitigt werden, wenn das Eingangssignal abnimmt oder ganz aufhört.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung, welche die obenerwähnte Erscheinung aufweist und die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Quelle von Leistungsimpulsen den Ausgang durch Ein- oder Ausschalten des Ausgangswiderstandes steuert und daß durch die Ladungsanreicherung der Transistor so geladen wird, daß ein stetiger Ausgangsstrom während der Dauer des Anschlusses des Ausgangswiderstandes unabhängig von einer Abnahme des Eingangssignalpegels geliefert wird, und daß die Leistungsimpulse zeitlich so bemessen sind, daß der Ausgangswiderstand während einer Zeitspanne angelegt werden kann, die nach der Vorbereitungszeit zur Aufladung des Transistors beginnt und spätestens nach vollständiger Entziehung der angereicherten Ladung im Transistor beendet ist. Wenn ein solcher Schaltvorgang gemäß der Erfindung verwendet wird, dann können die Ausgangsimpulse entweder die gleiche Länge oder auch eine andere Länge wie die Eingangsimpulse aufweisen; die tatsächliche Zeitdauer der Ausgangsimpulse wird durch die Dauer der Leistungsimpulse bestimmt und begrenzt, die zur selektiven Tastung der Belastung benutzt werden. Die Erscheinung der Ladungssteigerung Elektronischer Schalter
mit einem Transistor,
der mehrere Elektroden
und die Erscheinung der Ladungsanreicherung aufweist

Anmelder:

Sperry Rand Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M.HEschersheim, Liehtenbergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. Oktober 1955

John Presper Eckert jun., Gladwyne, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

wird gemäß der Erfindung dadurch ausgenutzt, daß ein Eingangsimpuls den Transistor genügend weit auflädt, so daß er den Belastungsstrom führt, selbst wenn der Eingangsimpuls in seiner Amplitude abnehmen sollte.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung kann die ausgangsseitige Belastung von dem Transistor während einer Zeitperiode abgetrennt werden, die gleich oder kleiner ist als eine vollständige erste Halbperiode des Eingangsstromes; die Belastung kann dann während der letzten Halbperiode des Eingangssignals wieder eingetastet werden, wobei der Belastungsstrom im wesentlichen aus dem Transistorzusatzstrom besteht. Mit einer solchen Anordnung ist es zulässig, am Eingang eine Anstiegszeit zu haben, die bis zu einer halben Schwingung lang ist, ohne die Anstiegszeit des Stromes und der Spannung auf der Ausgangsseite zu beeinträchtigen, da die Anstiegszeit des Signals auf der Eingangsseite infolge der Tastung der Belastung durch die Leistungs- oder Taktgeberimpulse auf der Ausgangsseite nicht wiedergegeben wird. Eine derartige Betriebsweise ergibt ferner eine Wiederholungsfrequenz der Schaltung, die z. B. gleich etwa der Hälfte der a-Grenzfrequenz des Transistors ist, da eine ganze Halbperiode für die Aufladung des

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Transistors zur Verfügung steht und da infolge der zusätzlichen Zeit, die für die Diffusion der Löcher in dem Transistor notwendig ist, wenn er gemäß der Erfindung betrieben wird, der Verstärkungsfaktor des Transistors erheblich erhöht wird.

Es sei ferner bemerkt, daß bei Verwendung der Impulsbetriebsweise gemäß der Erfindung, bei der z. B. eine Impulssteuerung des Kollektors des Transistors stattfindet, die Löcher über den Kollektor nur abgeführt werden, wenn die Belastung tatsächlich durch den Impuls gesteuert wird. Bei Anwendung der beschriebenen Arbeitsweise mit Impulssteuerung des Kollektors können höhere Stromverstärkungen in der Schaltung erreicht werden, selbst wenn die gleichen Einschaltzeiten für Impulsbetrieb und Nichtimpulsbetrieb gelten. Die beschriebenen Betriebseigenschaften, bei denen diese Eigenschaft des Transistorverstärkers ausgenutzt wird, ergeben daher eine beträchtliche Erhöhung des Verstärkungsfaktors und ermöglichen es außerdem, den Transistorverstärker mit ao Rechteckwellen zu betreiben, die der a-Grenzfrequenz des Transistors sehr nahe kommen.

Der erwähnte Tast- oder Impulsbetrieb kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bei der Ausbildung eines verbesserten logischen Schaltelementes, z. B. eines Komplementärverstärkers, verwendet werden. In dieser Beziehung sei bemerkt, daß Komplementärverstärker bisher einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau hatten und daß sie häufig nur eine geringe Verstärkung sowie weitere unerwünschte Eigenschaften aufwiesen. Die vorliegende Erfindung dient dazu, diesen komplizierten Aufbau und den schwierigen Betrieb durch Verwendung eines Inversionsverstärkers zu beseitigen, für die die Transistoren ein Beispiel darstellen. Derartige Inversionsverstärker können an eine Impulsquelle über eine Belastung angekoppelt werden, wobei in Abwesenheit eines Eingangssignals an dem Inversionsverstärker die Impulsquelle dem Ausgangswiderstand entsprechende Ausgangsimpulse zuführt, während beim Anlegen eines Eingangssignals der Inversionsverstärker an einem Ausgangspunkt ein vorbestimmtes Potential aufrechterhält, das unabhängig von der Anwesenheit der Impulse dieser Impulsquelle ist. In dieser Beziehung wird gemäß der Erfindung wieder von dem neuen Gedanken Gebrauch gemacht, eine Impulssteuerquelle für Inversionsverstärker, z. B. Transistoren, zu liefern, so daß der Inversionsverstärker als Komplementärverstärker arbeitet.

Bei dieser zuletzt genannten Ausführungsform der Erfindung kann wieder ein Transistor verwendet werden, dessen eine Klemme mit einer Quelle von selektiven Eingangsimpulsen verbunden ist, während ein Belastungsimpuls an eine andere Klemme des Transistors angeschlossen ist, wobei die Belastung mit einer Quelle von regelmäßig auftretenden Taktgeberoder Leistungsimpulsen verbunden ist. Beim Betrieb dieser Ausführungsform der Erfindung kann an der Belastung kein Ausgangssignal in Abwesenheit eines der Belastung aufgedrückten Leistungsimpulses entnommen werden; die Zuführung eines derartigen Leistungsimpulses ergibt den gewünschten Ausgangsimpuls an dem Ausgangswiderstand. Wenn ein Eingangssignal an den Transistor oder irgendeine andere Form eines Inversionsverstärkers gelegt wird, dann wird die Ausgangsklemme unabhängig von dem Auftreten der Leistungsimpulse auf einem vorbestimmten Ausgangspotential gehalten. Diese Arbeitsweise entspricht der gewünschten Ausgangscharakteristik von bekannten Komplementärverstärkern, wobei ein solcher Komplementärverstärker in einfacherer Weise ausgeführt werden kann, als dies bisher möglich war.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten elektronischen Halbleiterschalter anzugeben.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen elektronischen Transistorschalter anzugeben, der die Erscheinung der Steigerung ausnutzt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Transistorschalters, der in der Lage ist, sehr dicht an der α-Grenze des Transistors zu arbeiten.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Transistorschalters mit selektiv getasteter Belastung, bei dem die Frequenzabhängigkeit des ganzen Systems verbessert wird.

Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale des Erfindungsgegenstandes gehen aus der Beschreibung in Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor.

Fig. 1 ist eine schematische Schaltung eines Transistorschalters gemäß der Erfindung;

Fig. 2 A bis 2 D zeigt ein Diagramm mit Kurvenformen, die eine mögliche Arbeitsweise der Schaltung der Fig. 1 darstellen, und

Fig. 3 A bis 3D zeigt ein Diagramm mit Impulsformen bei einer anderen Betriebsweise der abgeänderten Schaltung nach Fig. 1.

Aus Fig. 1 geht hervor, daß der Transistorverstärker gemäß der Erfindung einen Transistor 10 enthalten kann, dessen Emitter geerdet ist und dessen Basis 11 mit einer Quelle von Eingangsimpulsen verbunden ist, die der Klemme 12 zugeführt werden. Der Kollektor 22 des Transistors kann über einen Gleichrichter D1 mit einem Ausgangswiderstand Ri verbunden sein; das andere Ende des Belastungswiderstandes R_L kann an eine Quelle 13 von regelmäßig wiederkehrenden positiven und negativen Leistungsimpulsen angeschlossen sein, wobei die Ausgangssignale an einer Ausgangsklemme 14 abgenommen werden. Eine Quelle von Formgebungs- oder Steuerimpulsen 15 (Fig. 2D) kann mit einer oder mehreren Elektroden des Transistors 10 z. B. über einen Gleichrichter D 2 verbunden sein.

Bei dem besonderen Ausführutigsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 1 dargestellt ist, wird ein pnp-Transistor in einer geerdeten Emitterschaltung verwendet. Es sei darauf hingewiesen, daß der beschriebene Grundgedanke jedoch auch bei anderen Verstärkeranordnungen, und zwar insbesondere bei pnp- und npn-Transistoren verwendet werden kann. Die Transistoren können ferner sowohl Flächen- als auch Spitzentransistoren sein. Die Transistoren können ferner in einer Schaltung mit geerdeter Basis oder mit geerdetem Kollektor oder auch, wie dargestellt, mit geerdetem Emitter verwendet werden. Es sei ferner bemerkt, daß die Quelle 15 der Formgebungsimpulse im vorliegenden Fall mit der Basis des Transistors verbunden" ist; es ist jedoch auch möglich, diese Impulse dem Emitter oder Kollektor des Transistors oder mehreren Elektroden des Transistors zuzuführen. Diese abgeänderten Schaltungen sollen alle durch das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 mit umfaßt werden.

Beim Betrieb der Schaltung kann ein Eingangsimpuls der Klemme 12 zugeführt werden, wodurch Ladungsträger in die Gitterstruktur des Halbleitermaterials des Transistors 10 injiziert werden. Während einer Anlaufzeit ist der Ausgangswiderstand R_L von dem Transistor 10 abgeschaltet, und zwar unter dem Einfluß der Taktgeber- oder Leistungsimpulse der Quelle 13, so daß eine Vorbereitungszeit für die Aufladung des Transistors 10 zur Verfügung steht.

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Diese Anfangs- oder Anlaufzeit kann z. B. bis zur Die beschriebene Arbeitsweise geht besonders deut-

Hälfte der Zeit betragen, die dem Eingangssignal zu- lieh aus einer Betrachtung der in Fig. 2 dargestellten

geordnet ist, und da die Belastung während dieser Kurvenformen hervor, die bei der Schaltung nach

Anlaufzeit nicht mit dem Transistor verbunden ist, Fig. 1 erhalten werden. Bei dem besonderen Beispiel

kann das Eingangssignal tatsächlich eine Anstiegszeit 5 der Fig. 2 ist ein Zeitintervall t_t und t₃ dargestellt; es

aufweisen, die sich über die erste Hälfte der Periode sei angenommen, daß dieses Zeitintervall derjenigen

erstreckt, ohne daß dieser Anstieg des Signals an Zeit entspricht, die einem gegebenen Eingangsimpuls

dem Ausgangswiderstand wiedergegeben wird. zugeordnet ist. Aus dem Diagramm der Fig. 2 ist er-

Nach dieser ersten Aufladungszeit wird die Be- sichtlich, daß während einer Anfangs- oder Anlauflastung in den Kreis eingetastet, wodurch der Aus- io zeit t₁ bis t₂, die z. B. so lange sein kann wie eine gangsstrom an der Belastung rasch ansteigt; dieser Halbwelle des Eingangssignals, der an der Klemme Ausgangsstrom und die Belastung werden durch den 12 der Fig. 1 zugeführte Eingangsimpuls in negativer Fluß der anfänglich aufgeladenen Löcher oder Elek- Richtung ansteigt und daher Ladungsträger in den tronen auf einem im wesentlichen konstanten Wert Transistor 10 einführt. Die Impulsform der Fig. 2 B gehalten, selbst wenn das Eingangssignal in seiner 15 ist stark übertrieben und stellt einen Fall dar, bei dem Größe abnehmen sollte. Die Größen der Schalt- das Eingangssignal eine so schlechte Form hat, daß elemente sind vorzugsweise so gewählt, daß die auf- etwa die Hälfte der Eingangshalbwelle auf die Angespeicherte Ladung dem Transistor im wesentlichen Stiegzeit der Eingangssignale entfällt,
vollständig während des Zeitintervalls entzogen wird, Während dieser Anlaufzeit von t_t bis t₂ der Fig. 2 in dem die Belastung in den Kreis eingetastet ist: 20 kann der Leistungsimpuls der Quelle 13 z.B. einehnach dieser Ausgangsperiode wird die Belastung von kleinen positiven Wert aufweisen, so daß der Gleichdem Kreis wieder abgeschaltet, so daß der Ausgangs- richter D1 nichtleitend ist, und der Ausgangswiderstrom rasch abnimmt. stand R_L ist daher von dem Transistor 10 abgeschal-

Es sei bemerkt, daß die Zeit, während der der Aus- tet. Im Zeitpunkt i₂ möge der Leistungsimpuls der gangsstrom tatsächlich durch den Ausgangs wider- 25 Quelle 13 (Fig. 2A) auf einen negativen Wert fallen, stand fließt, von der Dauer der Taktgeberimpulse oder wodurch der Gleichrichter D1 und der Ausgangs-Leistungsimpulse abhängt, die zur Tastung des Aus- widerstand R_L mit dem Kollektor des Transistors 10 gangswiderstandes benutzt werden, und daß diese verbunden werden. Der Belastungsstrom steigt daher Ausgangszeit entweder ebenso groß wie die Zeit des rasch im Zeitpunkt J₂ (Fig. 2 C) und werden auf die-Eingangsimpulses oder auch verschieden von dieser 30 sem Wert während des Zeitintervalls t₂ bis t₃ gehal-Zeit gewählt werden kann. Es sei ferner bemerkt, daß ten, selbst wenn das Eingangssignal an der Klemme infolge der Tastung des Ausgangswiderstandes in 12 während dieses Zeitintervalls im wesentlichen auf einem Zeitpunkt, der nach dem Beginn des Eingangs- Null fallen sollte (Fig. 2B). Das Potential der Aussignals liegt, die Schaltung eine kurze Zeitverzöge- gangsklemme 14 nähert sich daher dem Bezugspotenrung aufweist, so daß eine Verzögerung in der Signal- 35 tial des Emitters des Transistors 10, der nach Fig. 1 übertragung ohne Verwendung zusätzlicher Verzöge- geerdet ist, und nimmt daher in dem Zeitintervall t₂ rungsleitungen bewirkt werden kann. bis t₃ den Wert Null an. Diese Aufrechterhaltung der

Als Zusammenfassung dieser Ausführungen kann Größe des Belastungsstromes und der Ausgangsspanalso gesagt werden, daß der Transistorschalter bei nung wird dadurch bewirkt, daß der Zusatzstrom einer Ausführungsform der Erfindung so betrieben 4o durch den Ausgangswiderstand R_L infolge der Leiwerden kann, daß ein Ausgangswiderstand wahlweise stungsimpulse der Quelle 13 während des Zeitinterin den Kreis zu einem Zeitpunkt eingetastet wird, valls t₂ bis t₃ abgezogen wird; die verschiedenen Paradef nach dem Anfangszeitpunkt eines Eingangssignals meter sind vorzugsweise so gewählt, daß dem Tranliegt, und zwar zu einer solchen Zeit, daß der Teil des sistor 10 während des Zeitintervalls t₂ bis t₃ im Eingangssignals, der vor dem Tastzeitpunkt des Aus- 45 wesentlichen die ganze Ladung entzogen wird. Im gangswiderstandes liegt, genügt, um einen im wesent- Zeitpunkt t₃, in dem im wesentlichen die ganze Lalichen konstanten Strom durch den Ausgangs wider- dung dem Transistor 10 entzogen ist, kann der Leistand zu schicken, wobei dieser Strom zumindestens stungsimpuls der Quelle 13 wieder seinen positiven teilweise aus angereicherten Ladungsträgern besteht. Wert annehmen, so daß der Gleichrichter D1 und der Der Ausgangswiderstand wird dann vorzugsweise zu 50 Ausgangswiderstand R_L von dem Transistor abgeeiner Zeit wieder ausgetastet, wenn die Ladungsträ- trennt werden. Im Bedarfsfall kann ein verhältnisger im wesentlichen vollständig durch den Ausgangs- mäßig schmaler Reinigungsimpuls von einer Quelle widerstand dem Transistor entzogen worden sind, 15 unmittelbar nach dem Zeitpunkt i₃ (Fig. 2 D) ge- und diese Austastzeit kann im wesentlichen gleichzei- liefert werden, um den Gleichrichter D 2 leitend zu tig mit dem vollständigen Aufhören des Eingangs- 55 machen und irgendwelche Restladungen von dem signals stattfinden. Bei einer solchen Anordnung zeigt Transistor 10 rasch abzuführen.

der Transistorverstärker, da eine gegebene Gesamt- Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ladung aus dem Transistor während einer Zeit abge- ist angenommen worden, daß der Ausgangs widerzogen wird, die kürzer ist als die dem gesamten stand R_L lediglich die Belastung darstellt, die an dem Eingangssignal entsprechende Zeit, günstigere Ver- 60 Transistor 10 liegt, und diese Belastung ist, wie darstärkereigenschaften; diese günstigen Eigenschaften gestellt, über den Gleichrichter Dl mit dem Tranrühren in erster Linie von der Ausnutzung der ange- sistor verbunden. Wenn auch die beschriebene Anordreicherten Ladung her, die früher als unerwünscht nung einwandfrei arbeitet, so sind doch verschiedene betrachtet worden ist. Ein Formgebungsimpuls kann, Abänderungen möglich. Der Ausgangswiderstand R_L wie weiter unten noch beschrieben wird, unmittelbar 65 kann über einen Transformator an den Kreis angenach dem Austasten der Belastung hervorgerufen koppelt sein, wobei der Gleichrichter Dl z. B. mit werden, um dadurch irgendwelche Restladungen aus dem einen Ende der Transformatorprimärwicklung dem Transistor zu entfernen und um z. B. die Kollek- verbunden sein kann, während das andere Ende der torkapazität des Transistors zu entladen, wodurch Primärwicklung mit der obenerwähnten Impulsquelle Störeffekte vermieden werden. 70 der Laistungs- oder Taktgeberimpulse verbunden ist.

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Der Ausgangswiderstand R^ kann in diesem Fall an sinken, wenn kein Eingangssignal vorhanden ist; wenn die Sekundärwicklung des Transformators ange- jedoch ein Eingangssignal auftritt, dann folgt die schlossen sein, so daß in diesem Fall der obenerwähnte Ausgangsklemme nicht den Leistungsimpulsen, son-Anstieg des Belastungsstromes zwischen t₂ und t₃ der dem bleibt im wesentlichen auf Endpotential. In Schaltung die Eigenschaft eines nicht komplementär 5 einem solchen Fall und durch richtige Wahl des an arbeitenden Verstärkers gibt. Außerdem ist es nicht die Klemme 14 angeschlossenen Kreises können die notwendig, irgendeine Belastung außer der getasteten negativ verlaufenden Impulse an der Klemme 14 als Belastung in der Ausgangsleitung vorzusehen. Es »Ausgangssignal« betrachtet werden, während die auf kann jedoch in manchen Anwendungsfällen vorteil- Endpotential bleibende Spannung, die beim Auftreten haft sein, eine Rückspannung am Kollektor des Tran- io eines Eingangssignals erscheint, als »Fehlen eines sistors 10 auszunutzen, um dadurch die Aufladung Ausgangssignals« betrachtet werden kann,
des Ausgangskreises zu erleichtern. Eine solche Rück- Bei einer abgeänderten Ausführungsform dieser spannung kann z. B. durch eine der in Fig. 1 darge- Komplementärschaltung kann der Gleichrichter D1 stellten Alternativen geliefert werden; so kann z.B. weggelassen und durch eine unmittelbare Verbindung eine R-L-Schaltung 16 vorgesehen sein, die in der dar- 15 21 ersetzt werden. Wenn diese abgeänderte Schaltung gestellten Weise mit einer Spannungsquelle 17 für die benutzt wird, ist der Transistor 10 bei Abwesenheit Rückspannung verbunden ist. Es kann auch eine Wi- eines Eingangssignals an der Klemme 12 nichtleitend, derstandsanordnung 18 an eine derartige Spannungs- so daß der Kollektor 22 des Transistors 10 dem Poquelle 17 angeschlossen sein. Bei einer anderen Alter- tential der an der Klemme 13 zugeführten Leistungs- native kann die Rückspannung dem Kollektor des ao impulse folgen kann. Infolgedessen bewirkt jeder ins Transistors 10 über ein Widerstandselement 19 und Negative gehende Leistungsimpuls an der Klemme 13 einen Gleichrichter D3 zugeführt werden, so daß die bei Abwesenheit eines Eingangssignals einen ins Ne-Rückspannung durch Zuführung geeigneter Takt- gative gehenden Impuls an der Ausgangsklemme 14. geberimpulse an der Klemme 20 ein- und ausgetastet Beim Anlegen eines Eingangssignals an die Klemme werden kann. 25 12 jedoch wird der Transistor 10 während des Auf-Während die beschriebene Ausführungsform der tretens eines ins Negative gehenden Leistungsimpul-Erfindung im wesentlichen insofern als Transistor- ses an der Klemme 13 leitend, und die Leitfähigkeit verstärker arbeitet, als positive Ausgangsimpulse nur des Transistors 10 bewirkt, daß der Kollektor 22 im beim Auftreten von Eingangsimpulsen erzielt werden, wesentlichen das gleiche Potential wie der Emitter kann die Schaltung auch als Kompletnentärverstärker 3° des Transistors annimmt, nämlich Erdpotential, so unter Verwendung eines Inversionsverstärkers be- daß während der Leitfähigkeit des Transistors die nutzt werden. Bevor auf die Beschreibung dieser Aus- Ausgangsklemme 14 während des Auftretens der ins führungsform der Erfindung eingegangen wird, sei Negative gehenden Leistungsimpulse an der Klemme bemerkt, daß beim normalen Betrieb eines Inversions- 13 im wesentlichen auf Erdpotential gehalten wird. Verstärkers, z. B. eines Transistors, einer Vakuum- 35 Sowohl bei der ersten als auch bei der abgeänderröhre oder eines trägerfrequenten magnetischen Ver- ten Ausführungsform der Erfindung wird durch die stärkers, ein verhältnismäßig stetiges Betriebspotential Verwendung einer Impulsspannungsquelle an Stelle zugeführt wird, so daß ein positives Eingangssignal, der stetigen Betriebsspannung die Arbeitsweise der das z. B. dem Gitter einer Vakuumröhre zugeleitet Schaltung so geändert, daß impulsförmige Ausgangswird, ein negativ verlaufendes Ausgangssignal an der 4° signale gewünschter Polarität bei Abwesenheit von Anode der Vakuumröhre erzeugt. Eingangasignalen erhalten werden, während das AufWenn gemäß der Erfindung die normalerweise ver- treten eines Eingangssignals den Transistor leitend wendeten stetigen Betriebsspannungen durch die im- macht und diese Ausgangsimpulse unterdrückt. Die pulsförmig verlaufenden Betriebsspannungen ersetzt Schaltung arbeitet daher als Komplementärverstärker, werden, nimmt der Inversionsverstärker eine voll- 45 Die beschriebene Arbeitsweiseder abgeänderten Ausständig neue Funktion an. In einem derartigen Fall führungsform gemäß der Erfindung wird besonders deuthat das Eingangssignal, welches einem derartigen lieh aus einer Betrachtung der in Fig. 3 graphisch Inversionsverstärker während des Auftretens von vor- dargestellten Impulse. Während eines Zeitintervalls J₁ bestimmten Betriebsimpulsen zugeführt wird, die und t₃ wird ein negativer Leistungsimpuls der Wirkung, eine Ausgangsklemme durch Leitfähigkeit 5° Klemme 13 (Fig. 3A) zugeführt. Da der Klemme 12 des Inversionsverstärkers auf einem vorbestimmten kein Eingangsimpuls zugeleitet wird (die Klemme 12 Bezugspotential zu halten. Bei Abwesenheit eines kann z. B. eine Anzahl von verschiedenen Eingängen solchen Eingangssignals kann infolge des nichtleiten- aufweisen), während dieser Leistungsimpuls auftritt, den Zustandes des Inversionsverstärkers die Aus- ist der Transistor 10 nichtleitend, so daß die Energie gangsklemme dazu gebracht werden, den Betriebs- 55 des Leistungsimpulses über den Ausgangswiderimpulsen in ihrer Spannung zu folgen. Indem also stand R_L der Ausgangsklemme 14 zugeleitet wird, eine impulsartige Betriebsspannung bei einem solchen wobei die Ausgangsklemme 14 eine Potentialschwan-Inversionsverstärker, z. B. einem Transistor, verwen- kung ausführt, die derjenigen des Leistungsimpulses det wird, kann eine impulsförmige Ausgangsspannung entspricht. Wenn nun nach einem Zeitintervall^ bis an einem Ausgangswiderstand in Abwesenheit eines 60 t₆ ein Eingangsimpuls der Klemme 12 zugeführt wird, Eingangssignals erhalten werden, während die An- dann wird der Transistor 10 leitend. Es sei bemerkt, Wesenheit eines Eingangssignals bewirkt, daß die daß bei der Darstellung der Fig. 3 der Eingangs-Ausgangsklemme ein vorbestimmtes Potential an- impuls, der z. B. in dem Zeitintervall i₄ bis t₆ auftritt, nimmt, während die Betriebsimpulse auftreten. Die anfangs während einer Zeitdauer zugeführt wird, die Vorrichtung arbeitet daher als Komplementärver- 65 vor dem Auftreten eines Leistungsimpulses an der stärker. Klemme 13 liegt (der z. B. während des Zeitinter-Eine in dieser Weise arbeitende Transistorschal- valls t₅ bis f₇ auftritt), so daß wieder Ladungsträger tung hat wieder den'Aufbau der Fig. 1.Tn einem sol- injiziert werden können und eine zusätzliche Zeit für chen Fall wird die Ausgangsklemme 14 regelmäßig die Diffusion der Löcher in den Transistor vor dem auf das negative Potential der Leistungsimpulse ab- 70 tatsächlichen Auftreten des Leistungsimpulses zur

Verfügung steht; diese Überlappung des Eingangssignals und des Leistungssignals erhöht praktisch die Verstärkung der Schaltung.

Infolge des Auftretens eines Eingangsimpulses in dem Zeitintervall t_i bis i₆ wird der Transistor 10 beim Auftreten eines Leistungsimpulses an der Klemme 13 z. B. während des Zeitintervalls t_s bis t₇ leitend. Diese Leitfähigkeit des Transistors bewirkt, daß der Kollektor und infolgedessen auch die Ausgangsklemme 14 im wesentlichen das gleiche Potential annehmen wie der Emitter des Transistors, nämlich Erdpotential, so daß die Ausgangsklemme 14 nicht mehr in Abhängigkeit von dem Leistungsimpuls der Klemme 13 negativ wird.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein kleiner Impuls auf der Ausgangsseite unmittelbar nach dem Zeitpunkt t_s auftreten, der mit dem Auftreten eines Leistungsimpulses der Klemme 13 zusammenfällt. Dieser kleine Impuls ergibt sich bei einer praktischen Ausführung gemäß der Erfindung, da der Kollektor des Transistors 10 etwas absinken kann, wenn man versucht, die größtmögliche Stromverstärkung zu erhalten. Derartige kleine Impulse können jedoch vermieden werden, indem die Amplitude der Leistungsimpulse verringert wird; sie können praktisch vollständig durch geeignete Wahl der Schaltelemente unterdrückt werden, ohne die Gesamtverstärkung des Systems zu vermindern.

Beim Fehlen eines weiteren Eingangssignals, z. B. während der Zeitdauer f_g bis t_1Q, wird der Transistor 10 wieder nichtleitend, und zwar während des Zeitintervalls t₉ bis t_n; ein weiterer ins Negative gehender Leistungsimpuls an der Klemme 13 während dieses Zeitintervalls t₉ bis t_n erzeugt wiederum einen entsprechenden negativen Ausgangsimpuls an der Klemme 14. Wie oben erwähnt, sind die Eingangssignale gegenüber den Leistungsimpulsen zeitlich so abgestimmt, daß sie vor dem tatsächlichen Beginn der Leistungsimpulse auftreten; die Eingangsknpulse hören, wie dargestellt, auf, während die Leistungsimpulse noch vorhanden sind. Unabhängig von der Beendung des Eingangsimpulses fließt, während der Leistungsimpuls wirksam ist, ein Strom im Ausgangskreis der Schaltung noch weiter, und zwar infolge der Aufspeicherung von überschüssigen Ladungsträgern in der Gitterstruktur des Halbleitermaterials des Transistors; die abgeänderte Form der hier beschriebenen Schaltung nutzt daher ebenfalls die Erscheinung der Ladungsanreicherung aus, die oben erwähnt worden ist. Aus Fig. 3 A und 3 C ist ersichtlich, daß der Transistor 10 weiterhin während des Zeitintervalls f₆ bis i₇ leitend bleibt, obwohl der Eingangsimpuls im Zeitpunkt £₆ aufhört, während der Leistungsimpuls noch wirksam ist. Diese Leitfähigkeit rührt von dem Fluß der überschüssigen Ladungsträger her, die vorher in dem Transistor aufgespeichert worden sind.

Wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 kann ein Reinigungsimpuls benutzt werden, um störende Wirkungen derartiger Ladungsträger zu verhindern; die Reinigungsimpulse können die in Fig. 3 B dargestellte Form haben und regelmäßig auftreten, wobei sie unmittelbar nach dem Aufhören eines Leistungsimpulses an der Klemme 13 zugeführt werden.

Die beschriebene Arbeitsweise dieser Ausführungsform der Schaltung läßt sich dahingehend zusammenfassen, daß die Erfindung einen verbesserten Komplementärverstärker schafft, der einen Ausgangswiderstand aufweist, welcher von einer Quelle von regelmäßig wiederkehrenden Leistungsimpulsen gesteuert wird. Dieser Ausgangswiderstand ist auch mit einem selektiv leitenden Inversionsverstärker verbunden, wobei in Abwesenheit eines Eingangssignals und bei einer Leitfähigkeit des Inversionsverstärkers die Leistungs impulse einer Ausgangsklemme zugeführt werden. In Abhängigkeit von einem Eingangssignal und der sich daraus ergebenden Leitfähigkeit des Inversionsverstärkers wird die Ausgangsklemme auf einem vorbestimmten Bezugspotential gehalten, unabhängig davon, ob Leistungsimpulse vorhanden sind. Die Arbeitsweise der Schaltung entspricht daher derjenigen eines Komplementärverstärkers. Wenn ein Transistor nach Fig. 1 verwendet wird, läßt sich die komplementäre Arbeitsweise mit einer größeren Stromverstärkung durchführen, als dies bisher der Fall war. In der Praxis wurde festgestellt, daß die Schaltung mit dem Transistor 10 durch Verwendung einer Impulsquelle 13 nach Fig. 1 an Stelle einer stetigen Leistungszufuhr tatsächlich eine Stromverstärkung aufweist, die zwei- oder dreimal so groß ist wie diejenige, bei der der Kollektorausgangswiderstand an eine stetige Betriebsspannung angeschlossen ist.

Verschiedene Abänderungsmöglichkeiten der Schaltung sind ohne weiteres ersichtlich. Schaltungen nach Fig. 1 lassen sich auch ohne weiteres bei direkter Kopplung verwenden; eine Anzahl von nach Fig. 1 geschalteten Kreisen kann in Kaskade geschaltet werden, um verschiedene logische Schaltungen zu bilden, die in Rechenmaschinen angewendet werden können.

Weitere Abänderungen der Schaltung können getroffen werden. Die verschiedenen möglichen Formen von Transistoren, die benutzt werden können, sowie die verschiedenen möglichen Schaltungen dieser Transistoren bezüglich des Einganges, des Ausganges und der Impulsquellen sind bereits erwähnt worden. Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Ausdruck »Transistor« bisher in Verbindung mit Halbleitervorrichtungen mit drei Anschlüssen benutzt worden ist, der Ausdruck soll aber auch Halbleiterverstärker umfassen, die drei und mehr Anschlüsse aufweisen. Es können daher auch z. B. Transistortetroden oder Transistoren mit mehrfachem Emitter bei den Verstärkern und Komplementärschaltungen der oben angegebenen Art sowie auch andere Formen von Inversionsverstärkern benutzt werden.

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Schalter mit einem Transistor, der mehrere Elektroden und die Erscheinung der Ladungsanreicherung aufweist, wobei der einen Elektrode Eingangssignale zugeführt werden und eine zweite Elektrode an einen Ausgangswiderstand angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Quelle (13) von Leistungsimpulsen den Ausgang (14) durch Ein- oder Ausschaltung des Ausgangswiderstandes steuert und daß durch die Ladungsanreicherung der Transistor (10) so geladen wird, daß ein stetiger Ausgangsstrom während der Dauer des Anschlusses des Ausgangswiderstandes unabhängig von einer Abnahme des Eingangssignalpegels geliefert wird, und daß die Leistungsimpulse zeitlich so bemessen sind, daß der Ausgangswiderstand während einer Zeitspanne angelegt werden kann, die nach der Vorbereitungszeit zur Aufladung des Transistors beginnt und spätestens nach vollständiger Entziehung der angereicherten Ladung im Transistor beendet ist.

2. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle der Lei-

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stungsimpulse (13) an das dem Transistor (10) gegenüberliegende Ende des Ausgangswiderstandes angeschlossen ist.

3. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorhanden sind, die nach einer weiteren Zeit wirksam werden, welche im wesentlichen mit dem Aufhören der Eingangssignale zusammenfallen, um restliche Anreicherungsladungen aus dem Transistor zu entfernen.

4. Elektronischer Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Entfernung der Ladungen Formgebungsimpulse liefert (D 2,15), die nach dem Aufhören des Eingangssignals wirksam werden und die restliche Anreicherungsladung aus dem Transistor entfernen, und daß diese Formgebungsimpulse als weitere Eingangssignale am Transistor (10) auftreten.

5. Elektronischer Schalter nach den An- ao Sprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, während der der Ausgangswiderstand angeschlossen ist, im wesentlichen dem halben Zeitintervall zwischen dem Beginn und dem Ende des Eingangssignals entspricht.

6. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle der Leistungsimpulse (13) mit dem einen Ende des Ausgangswiderstandes (Ri) verbunden ist, während der Ausgang (14) mit dem anderen Ende des Ausgangswiderstandes in Verbindung steht, daß der Transistor eine normalerweise unwirksame Klemmschaltung (16, 17; 17, 18) aufweist, die mit dem anderen Ende des Ausgangs Widerstandes verbunden ist, und daß die Eingangssignale selektiv die Klemmschaltung wirksam machen, derart, daß die Quelle der Leistungsimpulse selektiv unwirksam wird und keine Ausgangsimpulse an dem Ausgang erzeugt.

7. Elektronischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung aus einem Verstärker besteht.

8. Elektronischer Schalter nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker einen Transistor enthält.

9. Elektronischer Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor normalerweise nichtleitend ist.

10. Elektronischer Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor mit seinem Emitter an eine Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist, während der Ausgang des Verstärkers durch den Kollektor (22) des Transistors gebildet wird.

11. Elektronischer Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugspotential das Erdpotential dient.

12. Elektronischer Schalter nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalvorrichtung selektive Eingangsimpulse an den Eingang (12) des Verstärkers legt, derart, daß das Potential an dem Ausgangswiderstand (R_L) Ausgangsimpulse auf weist, die den Leistungsimpulsen l>ei Abwesenheit eines Steuersignals am Verstärker entsprechen, während das Potential am Ausgangswiderstand dem Ausgangspotential des Verstärkers entspricht, wenn ein Steuersignal an dem Verstärker anwesend ist.

13. Elektronischer Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale während vorbestimmter Leistungsimpulse angelegt werden.

14. Elektronischer Schalter nach Anspruch 13. dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor nichtleitend ist, wenn keine Koinzidenz zwischen einem der Leistungsimpulse und einem der Eingangsimpulse besteht, so daß das Potential an dem Ausgangswiderstand (Ri) nur dann Impulse aufweist, die dem Leistungsimpuls entsprechen, wenn keine Eingangssignale vorhanden sind.

15. Elektronischer Schalter nach den Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor normalerweise nichtleitend ist und daß er in Abhängigkeit von dem Vorliegen eines Steuersignals während des Auftretens eines der Lei stungsimpulse leitend gemacht wird.

16. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Quelle von Leistungsimpulsen aufweist, die an das eine Ende des Ausgangswiderstandes (Rl) angeschlossen ist, während die Ausgangssignale an dem anderen Ende des Ausgangswiderstandes abgenommen werden, und daß der Transistor einen normalerweise nichtleitenden Verstärker bildet, der mit dem anderen Ende des Ausgangswiderstandes verbunden ist, und daß am Eingang (12) die Eingangssignale dem Verstärker zugeführt werden und ihn selektiv leitend machen, derart, daß das andere Ende des Ausgangswiderstandes (Ri) selektiv ein vorbestimmtes Bezugspotential annimmt.

17. Elektronischer Schalter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle der Leistungsimpulse als Betriebsspannung für den Verstärker wirkt, so daß der Verstärker nur dann leitend wird, wenn gleichzeitig sowohl nur ein Leistungsimpuls als auch ein Eingangssignal auftritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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