DE1148589B - Impuls-Dehnungsverstaerker - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

116488 Vma/213¹

ANMELDETAG; 26. MAI 1959

BEKANNTMACHUNG OER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 16. MAI 1963

Die Erfindung betrifft einen Dehnungsverstärker mit Rauschunterdrückung, bei welchem die durch Minoritätsträgeransammlung in. einem Transistor auftretende Speicherwirkung benutzt wird.

In der elektronischen Impulstechnik, wie z. B. in der Technik der elektronischen digitalen Rechenmaschinen und bei Fernmeßgeräten, ist es häufig wünschenswert, das Vorhandensein eines kurzen elektrischen Impulses zu einem bestimmten Zeitpunkt festzustellen und diese Information zu einem anderen Zeitpunkt zu verwerten. Dieser Zeitpunkt kann z. B. nach dem Auftreten des Eingangssignals liegen. Für diesen Zweck sind bereits sogenannte Dehnungsverstärker bekannt.

Ferner sind Anordnungen bekannt, bei denen die von einem Differenzierglied abgeleitete Spannung einen Halbleiter mit Trägheitseffekt steuert, dessen Ausgangsspannung auch beim Abklingen der ihm zugeführten Differenzierspannung bis zum Ende des aus einem Taktimpuls auszublendenden Impulses andauert.

Es entstehen jedoch Schwierigkeiten, wenn der gewünschte Impuls von einem elektrischen Rauschen begleitet ist, das dem gewünschten Signal zeitlich nahe liegt und beträchtlich stärker ist. Um dieses starke, benachbarte elektrische Rauschen zu vermeiden, kann man die elektrische Information zu einem Zeitpunkt austasten oder abtasten, wenn das gewünschte elektrische Impulssignal ein höheres Signalzu Rauschverhältnis aufweist. Hierbei entstehen dadurch Schwierigkeiten, daß die Verwendung bekannter Verfahren zum Feststellen des Vorhandenseins des elektrischen Signals zu einem gewünschten Abtastzeitpunkt mit dem verwendeten Abtastverfahren verträglich sein muß, durch das das benachbarte Rauschen größerer Amplitude unterdrückt wird.

Außer dem Austasten und Dehnen eines in einer elektrischen Eingangswellenform vorhandenen gewünschten Signals ist es häufig auf dem Gebiet der elektronischen Rechenanlagen erwünscht, das gewünschte Signal als Impuls von vorherbestimmter Breite und Amplitude zu einer Entnahme-Auswertzeit darzustellen. Daher muß das gewünschte Signal nach dem Aussondern und Dehnen oft noch verstärkt und geformt werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die beiden Ausgangselektroden des Dehnungstransistors mit der gleichen Vorspannungsquelle verbunden sind, daß ferner an einer Ausgangselektrode dieses Transistors ein Schalter angeschlossen ist, über den zum Abtastzeitpunkt dem Dehnungstransistor Abtastimpulse zugeführt werden, durch die die nor-Impuls-Dehnungsverstärker

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m. b. H., Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 28. August 1958

Albert Watson Vinal, Owego, N. Y. (V· St. A.), ist als Erfinder genannt worden

malerweise in Sperrichtung vorgespannte Ausgangselektrode des Transistors entsperrt wird, so daß die an der Eingangselektrode des Transistors zugeführten Signale nur im getasteten Zustand des Schalters über die Minoritätsträgeransammlung eine Dehnung erfahren, wodurch alle während der Tastimpulse auftretenden Signale gedehnt und alle außerhalb dieser Zeitintervalle auftretenden Rausch- oder sonstigen Signale unterdrückt werden.

Die Erfindung macht also von der Minoritätsträgerspeicherung in einem Transistor zum Dehnen des gewünschten Teils einer elektrischen Eingangswellenform in Kombination mit weiteren Schaltmitteln Gebrauch, die verhindern, daß der Transistor auf einen der Eingangswellenform benachbarten elektrischen Rauschanteil anspricht. Durch zusätzliche Einrichtungen wird das gedehnte Ausgangssignal des Transistors in einen Impuls von feststehender Länge und Amplitude umgewandelt, der zu einem vorbestimmten Zeitpunkt entnommen und z. B. gezählt werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird der Ausgang der ersten Transistorschaltung mit dem Eingang einer »Und«-Schaltung verbunden, deren zweiten Eingang ein innerhalb des Zeitinter-

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vails der Minoritätsträgerspeicherzeit und des der lieh benachbart sein oder ihm vorausgehen kann,

zweiten Transistorschaltung zugeführten Tastimpulses Wenn durch dieses Rauschen der Dehnungstransistor

auftretender Leseimpuls zugeführt wird!, der die zeit- in der beschriebenen Weise gesättigt wird, kann dieser

liehe Lage innerhalb des besagten Zeitintervalls und das Vorhandensein oder Fehlen des gewünschten

die Dauer des Ausgangsimpulses definiert. 5 Signals nicht feststellen. Um diese Schwierigkeit zu

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungs- vermeiden, kann der erwähnte Dehnungstransistor beispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher zeitlich so getastet werden, daß er erst nach dem Auferläutert. In den Zeichnungen zeigt hören des Rauschens gesättigt werden kann.

Fig. 1 ein Schaltbild für ein Ausführungsbeispiel Fig. 1 zeigt einen Transistor Tl vom NPN-Typ

der Erfindung und io mit einer Basis 1, einem Kollektor 2 und einem

Fig. 2 Wellenformen von elektrischen Spannungen, Emitter 3. Dieser Transistor ist so geschaltet, daß er

die an bestimmten Stellen in dem Schaltbild von in der oben beschriebenen Weise als Dehnungsvor-

Fig. 1 auftreten. richtung wirksam ist, und außerdem wird er zeitlich

Um zu einem bestimmten Zeitpunkt das Vorhan- so getastet, daß er erst nach dem Ende des Raudensein eines gewünschten Signals festzustellen, *5 schens gesättigt werden kann. Der Emitter 3 des wobei dieser Zeitpunkt zeitlich nach dem Ansteuern Transistors Γ1 ist mit dem Emitter 4 eines EIN-liegt, kann eine Dehnungsvorrichtung verwendet AUS-SchalttransistorsT2 und mit einer positiven werden. Ein Merkmal der Erfindung ist die Aus- Gleichstromvorspannung über den Widerstand 13 nutzung der Minoritätsträgerspeicherung in einer verbunden. Der Transistor T 2 Hegt in einer Schal-Halbleitervorrichtung für diesen Zweck. Wenn eine 2° tung mit geerdetem Kollektor. Seiner Basis 5 wird ein große Spannung in Durchlaßrichtung an den PN- Tastspannungsimpuls zu einem Zeitpunkt zugeführt, Übergang zwischen Basis- und Emitter eines Tran- der nach dem Auftreten des elektrischen Rauschens sistors angelegt wird, entsteht ein solcher Sättigungs- in der an die Basis 1 des Transistors Tl angelegten zustand, daß die Basisschicht nach und nach mit Eingangswellenform liegt. Wenn es sich bei 72 um Minoritätsträgern aufgeladen wird. Diese Minoritäts- ²5 einen PNP-Transistor handelt, wie die Zeichnung träger sind sogenannte Löcher in PNP-Transistoren zeigt, muß die Tast-Impuls-Eingangsklemme so an- und freie Elektronen in NPN-Transistoren. Wenn geschlossen sein, daß sie einen negativen Tastimpuls dieser Sättigungszustand lange genug anhält, wird die immer dann empfängt, wenn eine Aussonderung erganze Basisschicht mit Minoritätsträgern gefüllt und wünscht ist. Normalerweise liegt an dem Emitter 3 der Transistor ganz gesättigt. Gleichzeitig mit dem 30 des Transistors Π die über den Widerstand 13 anBestehen eines teilweisen oder vollständigen Sätti- gelegte positive Gleichstromvorspannung. Wenn gungszustandes ist der Kollektorstrom stark, und die jedoch ein negativer Tastimpuls an die Basis 5 an-Kollektorspannung gleicht nicht mehr der an den gelegt wird, der groß genug ist, um diesen PN-Über-Kollektor angelegten Spannung, sondern wird im gang zwischen Basis und Emitter in Durchlaßrichtung selben Maße wie die Spannung über der Kollektorlast 35 vorzuspannen, wird der Transistor T 2 leitend, und verringert. Als Folge der Minoritätsträgerspeicherung der Emitter 3 des Transistors Tl geht zusammen mit kehrt die Basisschicht nicht sofort in den Ursprung- dem Emitter 4 des Transistors Γ 2 auf Erdpotential. Hohen Zustand zurück. Bei Entfernung der Vorspan- Wie erwähnt, arbeitet der Transistor Γ 2 als Schaltnung in Durchlaßrichtung am PN-Übergang zwischen vorrichtung.

Basis und Emitter kehrt die Basisschicht wegen der 4° Fig. 2 zeigt als Beispiel eine elektrische Eingangs-Minoritätsträgerspeicherung nicht sofort in den ur- wellenform Λ, die an die Basis 1 des Transistors Π sprüngh'chen Zustand zurück, und es entsteht eine angelegt werden kann, welcher nach der Lehre der zeitliche Verzögerung in der Rückkehr der Kollektor- Erfindung als Dehnungsvorrichtung wirksam ist. spannung auf die Höhe der KoUektorspeisespannung, Unter den ungünstigsten Umständen kann — wie die von dem Sättigungsgrad in der Basisschicht ab- 45 gezeigt — die Eingangswellenform A aus einem hängt. Diese Verzögerung ist eine Funktion der Zahl Rauschanteil mit relativ großer Amplitude, das die von überschüssigen Minoritätsträgern in der Basis- WeUenformjB hat, und einer gewünschten Signalschicht, die entfernt werden müssen, bevor der Tran- wellenform C, deren Vorhandensein oder Fehlen festsistor wieder nichtleitend werden kann. Anders aus- gesteUt werden soll, bestehen. Wenn der vordere Teil gedruckt, wird innerhalb bestimmter Grenzen der Zeit 50 der Wellenform A mit großer Amplitude an die und des Sättigungsgrades ein Spannungsimpuls am Basis 1 des Transistors Tl angelegt wird, müssen Kollektor abgeleitet, dessen Länge eine Funktion der Vorkehrungen getroffen werden, um zu verhindern, Zeit ist, während derer die an den Basis-Emitter- daß dessen Basis-Emitter-PN-Übergang so stark in Übergang angelegte elektrische Eingangswellenform Durchlaßrichtung vorgespannt wird, daß eine Sättiden Transistor gesättigt hält. Innerhalb dieser Gren- 55 gung und die damit verbundene Minoritätsträgerzen gilt, daß, je länger die elektrische Eingangswellen- speicherung erfolgt, bevor der Rauschanteil abgeklunform, desto größer die Zeitverzögerung und desto gen ist. Wie schon erwähnt, übt der Transistor T 2 größer der am Kollektor erhaltene Spannungsimpuls. diese Funktion dadurch aus, daß er den Emitter 3 Weil der am Kollektor erhaltene Spannungsimpuls abwechselnd entweder auf der Höhe einer von einer nach dem Verschwinden der Eingangswellenform 60 Vorspannungsquelle aus über den Vorspannungsnoch eine Zeitlang andauert, kann man sagen, daß widerstand 13 angelegten positiven Gleichstromvordurch die Sättigung des Transistors die elektrische spannung oder der Erdspannung hält, je nachdem, ob Eingangswellenform gedehnt wird. die Basis-Emitter-Übergangsschicht des PNP-Tran-Außer der Notwendigkeit des Dehnens kann es sistors Γ 2 durch den Tastimpuls in Durchlaßrichtung sein, daß nur ein Teil der elektrischen EingangsweUen- 65 vorgespannt wird oder nicht.

form von Interesse ist, da eventuell ein elektrisches In Fig. 2 wird der negative Tastimpuls durch den

Rauschen von relativ großer AmpHtude (ein nicht Linienzug D dargestellt. Es muß dafür gesorgt werden,

interessierender Teil) dem gewünschten Signal zeit- daß die Vorderflanke der negativen Veränderung in

den Spannungspegeln zu einer Zeit auftritt, wenn der Rauschanteil B der Eingangswellenform A nicht mehr bedeutsam ist. Die Breite des- Tas'timpulses muß so gewählt werden, daß sie dem größten jemals erwünschten Dehnungsgrad entspricht. Die Wellenform E von Fig. 2 stellt die abgeleitete Spannungshöhe des Kollektors 2 und die gedehnte Ausgangsspannung des Dehnungstransistors Π dar. Die, Amplitude der Ausgangswellenform £ wird teilweise durch die an den Kollektor 2 angelegte Spannung be- ίο stimmt, und ihre Breite wird durch die Zeit bestimmt, die der Transistor im Sättigungszustand gehalten wird. Obwohl an der Klemme 15 über den Widerstand 14 eine größere positive Spannung geliefert wird, kann der Kollektor 2 niemals den Pegel der Vorspannung überschreiten, die an die Klemme 16 angelegt wird, und zwar wegen der von der dazwischengeschalteten Diode Dl ausgeübten Begrenzungswirkung. Ein ausgewählter Teil der Eingangswellenform A wird also durch die Wirkung der Minoritätsträgerspeicherung gedehnt und zu einem brauchbaren Spannungspegel am Kollektor 2 verstärkt.

Die Ausgangswellenform E kann zwar direkt verwendet werden, aber bei vielen bekannten elektrisehen Systemen vom Impulstyp, z. B. bei Ziffernrechnern, ist es nötig, einen Impuls zu erlangen, der eine relativ geringe, feststehende Breite und eine feststehende Amplitude hat, um mit dem Auftreten eines gewünschten Signals innerhalb der Eingangswellenform übereinzustimmen. Bei einer solchen Anwendung ist auch kein Ausgangsimpuls nötig, wenn die Eingangswellenform das gewünschte Signal nicht enthält. Um dieser Anforderung zu entsprechen, ist der Kollektor 2 des Transistors Tl an den einen Eingang eines üblichen UND-Kreises angeschlossen, der mindestens einen weiteren Eingang hat, um die Breite des Ausgangsimpulses und die Zeit, zu der das gedehnte Signal verwertet wird, zu bestimmen. Die gedehnte Eingangsspannung wird über die Diode D 2 angelenkt und ein Leseimpuls F über die Klemme 19 und die Diode D 3 geleitet. Wie es bei auf negative Signale ansprechenden UND-Kreisen üblich ist, ist die Ausgangsklemme 17 an eine negative Gleichstrom-Bezugsspannung an der Klemme 21 über einen Widerstand 20 angeschlossen, so daß die Dioden D 2 und D 3 jede normalerweise in Durchlaßrichtung vorgespannt sind. Wenn diese Dioden beide gleichzeitig durch den negativen Ausgangsimpuls und den Abfühlimpuls in Sperrichtung vorgespannt werden, entsteht an der Ausgangsklemme 17 ein Ausgangsimpuls, dessen Breite der des Leseimpulses entspricht. Dieser Leseimpuls ist durch die Wellenform F in Fig. 2 dargestellt. Der Zeitpunkt des Auftretens des Leseimpulses kann beträchtlich schwanken, solange er mit dem Vorhandensein der gedehnten Ausgangswellenform E am Kollektor 2 des Transistors Tl koinzidiert. Dieses Merkmal trägt besonders dazu bei, die Schwierigkeiten bei der Bestimmung des richtigen Zeitpunktes das Auftreten der logischen Impulse in elektrischen Systemen vom Impulstyp herabzusetzen.

Die Eingangswellenform kann an die Basis des Transistors Π entweder direkt oder über einen Transistor Γ 3 angelegt werden, der in einer Schaltung mit geerdetem Emitter liegt, wie oben beschrieben. Wenn es sich bei 7Ί um einen NPN-Transistor handelt, muß auch T 3 ein NPN-Transistor sein und eine Basis 7, einen Kollektor 8 und einen Emitter 9 haben. Der Emitter 9 ist über einen Vorspannungswiderstand 10 geerdet, und der Kollektor 8 ist so geschaltet, daß er über den Widerstandll eine Vorspannung empfängt. Wenn daher eine Eingangswellenform, wie z. B. die Wellenform A von Fig. 2, an die Eingangsklemme 12 angelegt wird, spannt sie den Basis-Emitter-PN-Übergang des Transistors Γ 3 in Durchlaßrichtung vor und überträgt die Eingangswellenform zur Basis 1 der Dehnungsvorrichtung Tl. Bei richtiger Auswahl des Transistors Γ 3 genügt die Eingangswellenform nicht zur Sättigung des Transistors Γ 3, und eine genaue Reproduktion dieser Wellenform wird an die Basis 1 angelegt.

Um ein einwandfreies Funktionieren der Anordnung zu gewährleisten, muß die an die Klemme 16 angelegte positive Vorspannung eine solche Größe haben, daß der Spannungspegel der Emitter 3 und 4 während des »Nicht-Aussonderungs«-Zustandes ausreicht, um sicherzustellen, daß der unerwünschte Teil der Wellenform A den Transistor Tl nicht in Durchlaßrichtung vorspannen kann. Außerdem ist es möglich, obwohl hier der Aussonderungstransistor Γ 2 in einer Schaltung mit geerdetem Kollektor gezeigt ist, an seiner Stelle eine beliebige gleichwertige elektrische Vorrichtung zu verwenden.

Im Rahmen der Erfindung kann die in Fig. 1 gezeigte Schaltung auf viele verschiedene Weisen abgewandelt werden. Zum Beispiel erfolgt die Verwendung der den Transistor Γ 3 umfassenden Emitterfolgestufe wahlweise, je nachdem, ob es nötig ist, für die Quelle der Eingangswellenform, die an die Klemme 12 angeschlossen ist, eine hohe Impedanz zu haben. Außerdem kann die Erfindung ohne Verwendung der an den Kollektor des Transistors T1 angeschlossenen UND-Schaltung ausgeübt werden, wenn ein Zähl- oder Entnahmeimpuls von feststehender Amplitude und Breite nicht erforderlich ist.

Obwohl die Erfindung hier als Vorrichtung zum Aussondern, Dehnen und Verstärken des gewünschten Signalteils einer positiven elektrischen Wellenform beschrieben wird, kann sie auch zum Aussondern, Dehnen und Verstärken eines gewünschten Signalteils einer negativen elektrischen Wellenform dienen, wenn die NPN-Transistoren Γ 3 und Tl durch gleichwertige PNP-Transistoren und der PNP-Transistor Γ 2 durch einen NPN-Transistor ersetzt, die Dioden D1, Dl und D 3 umgekehrt und die Polarität der Gleichstromvorspannungsquelle und der Bezugsspannungen umgekehrt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Dehnungsverstärker mit Rauschunterdrückung, bei welchem die durch Minoritätsträgeransammlung in einem Transistor auftretende Speicherwirkung benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgangselektroden (2, 3) des Dehnungstransistors (Γ1) mit der gleichen Vorspannungsquelle (16) verbunden sind, daß ferner an einer Ausgangselektrode (3) dieses Transistors ein Schalter (Γ2) angeschlossen ist, über den zum Abtastzeitpunkt dem Dehnungstransistor Abtastimpulse zugeführt werden, durch die die normalerweise in Sperrichtung vorgespannte Ausgangselektrode des Transistors (Tl) entsperrt wird, so daß die an der Eingangselektrode des Transistors

   zugeführten Signale nur im getasteten Zustand des Schalters über die Minoritätsträgeransammlung eine Dehnung erfahren, wodurch alle während der Tastimpulse auftretenden Signale gedehnt und alle außerhalb dieser Zeitintervalle auftreten-

   den Rausch- oder sonstigen Signale unterdrückt werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1022 264.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen