DE1154150B

DE1154150B - Circuit arrangement for steepening pulse edges

Info

Publication number: DE1154150B
Application number: DE1961M0047714
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Heim
Original assignee: Friedrich Merk Telefonbau GmbH
Current assignee: Friedrich Merk Telefonbau GmbH
Priority date: 1961-01-18
Filing date: 1961-01-18
Publication date: 1963-09-12

Description

Schaltungsanordnung zur Versteilerung von Impulsflanken In Impulse verarbeitenden oder durch Impulse gesteuerten Anordnungen ist es oft erforderlich, daß die einzelnen Impulse sehr steile Impulsflanken besitzen. Auch wenn die Impulsgeneratoren an sich Impulse mit verhältnismäßig steilen Impulsflanken liefern, so erleiden diese Impulse doch beim Durchgang durch die sie verarbeitenden oder von ihnen gesteuerten Anordnungen Verformungen, die sich meist in verhältnismäßig nur schwach ansteigenden Impulsflanken darbieten. In diesen Fällen ist der Einsatz von Impulsverbesserungs-Anordnungen erforderlich, damit die Impulsflanken wieder versteilert werden. Da diese Impulsverbesserungs-Anordnungen oft in großer Zahl notwendig sind, verteuern sie, wenn sie nicht sehr einfach gehalten werden können, den Preis einer Anlage recht beträchtlich.Circuit arrangement for steepening pulse edges into pulses processing or impulse-controlled arrangements, it is often necessary to that the individual pulses have very steep pulse edges. Even if the pulse generators deliver impulses with relatively steep impulse edges, they suffer Impulses pass through those that process them or that are controlled by them Arrangements deformations, which are usually only slightly increasing in relative terms Present pulse edges. In these cases, pulse enhancement arrangements are used required so that the pulse edges are steepened again. Because these pulse enhancement arrangements are often necessary in large numbers, they make them more expensive if they are not kept very simple the price of a plant can be quite considerable.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine besonders einfache Anordnung zur Versteilerung von Impulsflanken zu schaffen. Sie verwendet dabei eine als »Rekombinations-Effekt« bekannte Erscheinung, die darin besteht, daß eine Diode, die vom leitenden in den gesperrten Zustand übergeführt werden soll, beim Anlegen von Sperrpotential nicht sofort sperrt, sondern noch eine bestimmte Zeit Strom in Sperrichtung führt. Dies ist dadurch bedingt, daß sich zum Zeitpunkt des Anlegens des Sperrpotentials an die Diode noch freie Ladungsträger in der pn-Übergangszone befinden, die erst herausgeholt werden müssen, um die Sperrwirkung zu ermöglichen.The invention has therefore set itself the task of a particular to create a simple arrangement for steepening pulse edges. she uses a phenomenon known as the "recombination effect", which consists in that a diode that is to be converted from the conductive to the blocked state, when applying blocking potential does not block immediately, but a specific one Time current leads in reverse direction. This is due to the fact that at the time After applying the blocking potential to the diode, there are still free charge carriers in the pn junction zone that must first be removed to enable the blocking effect.

Es ist bereits bekannt, diesen »Rekombinations-Effekt« zur Beeinflussung von an eine Diode angeschalteten Impulsen zu verwenden, und zwar in der Weise, daß durch den während der Rekombinations-Zeit in Sperrichtung fließenden Strom eine Verstärkung der an die Diode angeschalteten Signale erreicht wird.It is already known to influence this "recombination effect" of pulses connected to a diode in such a way that by the current flowing in the reverse direction during the recombination time Amplification of the signals connected to the diode is achieved.

Im Gegensatz hierzu benutzt die Erfindung den am Ende der Rekombinations-Zeit erfolgenden plötzlichen Abbau der Ladungsträger zur Bildung bzw. Versteilerung der Impulsflanken der an eine solche Diode angeschalteten Impulse. Zu diesem Zweck werden die Impulse einer derart vorgespannten Diode zugeführt, daß deren Vorspannung dem Betrag nach kleiner als die jeweilige Impulsspannung und dieser entgegengerichtet ist und daß die Ausgangsimpulse, deren Anstiegs- oder Abstiegsflanken je nach der Polung der Diode durch den am Ende der Rekombinations-Zeit erfolgenden plötzlichen Abbau der Ladungsträger der Diode geformt werden, an dieser Diode abgegriffen werden. Will man sowohl die Anstiegs- als auch die Abstiegsflanken eines Impulses versteilern, so kann man, wie durch die Erfindung weiterhin vorgeschlagen wird, die einzelnen Impulse zwei parallelgeschalteten, in unterschiedlicher Richtung vorgespannten und unterschiedlich gepolten Dioden zuführen, von denen jede die Versteilerung einer der Flanken, und zwar je nach Polung entweder die Anstiegs- oder die Abstiegsflanke, durchführt.In contrast, the invention uses the one at the end of the recombination time sudden breakdown of the charge carriers to form or steepen the Pulse edges of the pulses connected to such a diode. Be for this purpose the pulses fed to a diode biased so that its bias is the Amount to be smaller than the respective pulse voltage and opposite to this is and that the output pulses, their rising or falling edges depending on the Polarity of the diode due to the sudden occurring at the end of the recombination time Degradation of the charge carriers formed by the diode can be tapped at this diode. If one wants to steepen both the rising and falling edges of a pulse, so you can, as is also proposed by the invention, the individual Two pulses connected in parallel, biased in different directions and Feed diodes of different polarity, each of which increases the steepening of one of the edges, either the rising or the falling edge, depending on the polarity, performs.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt; es zeigt Fig. 1 das Strom- bzw. Spannungsverhalten einer Diode bei einem nicht idealen Spannungssprung, Fig. 2 die Anordnung gemäß der Erfindung zur Versteilerung der Anstiegsflanke eines Impulses, Fig. 3 eine Anordnung, die zur Versteilerung der Anstiegs- und der Abstiegsflanke von Impulsen dient und Fig. 4 ein Impuls-Diagramm, das die sich in der Anordnung nach Fig. 3 abspielenden Vorgänge erläutert.In the drawing, two exemplary embodiments of the invention are shown; FIG. 1 shows the current or voltage behavior of a diode in the case of a non-ideal one Voltage jump, Fig. 2 shows the arrangement according to the invention for steepening the Rising edge of a pulse, Fig. 3 shows an arrangement used for steepening the The rising and falling edges of pulses are used and FIG. 4 is a pulse diagram, which explains the processes taking place in the arrangement according to FIG.

Vor der Betrachtung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele sei zunächst noch einmal kurz die als »Rekombinations-Effekt« bekannte Erscheinung an Dioden beschrieben: Wird die Polarität einer an einer Diode anliegenden Spannung rasch im Verhältnis zur Rekombinations-Zeit dieser Diode geändert, so fließt nach dem Polaritätswechsel etwa für die Dauer von 1 ns bis 10 us je nach den Eigenschaften der betreffenden Diode in Sperrichtung der volle Durchlaßstrom, der sehr rasch, und zwar fast schlagartig, am Ende dieser Zeitspanne auf den Wert 0 zurückgeht. Ändert man die Polarität der an einer Diode anliegenden Spannung vom Durchlaß- zum Sperrzustand langsamer, aber höchstens so langsam, daß der Polaritätswechsel noch innerhalb der Rekombinations-Zeit abgeschlossen wird, so wird während der Zeit der Umpolung der Ansteuerspannung der Diode in dieser ein Strom weiterfließen und die Diode wird erst eine bestimmte Zeit nach abgeschlossener Umpolung ihren Sperrzustand annehmen.Before considering the embodiments shown in the drawing Let me first briefly recall the phenomenon known as the “recombination effect” Described on diodes: the polarity of a voltage applied to a diode changed rapidly in relation to the recombination time of this diode, it continues to flow the polarity change for about a period of 1 ns to 10 us, depending on the properties of the diode in question in the reverse direction the full forward current, which very quickly, almost suddenly, at the end of this period of time it goes back to the value 0. If you change the polarity of the voltage across a diode from forward to Locked state slower, but at most so slow that the polarity change is still possible within the recombination time is completed, so will during the time of the polarity reversal of the control voltage of the diode in this a current continues to flow and the diode will only be a certain time after the polarity reversal has been completed Accept lock status.

Diese Erscheinung ist zunächst in Fig.1 dargestellt. In dieser Fig. 1 gibt der obere Kurvenzug den Verlauf der an der Diode anliegenden Spannung wieder, die sich verhältnismäßig langsam von einer Durchlaßspannung in eine Sperrspannung ändert. Der Spannungswechsel erfolgt aber voraussetzungsgemäß doch so schnell, daß er noch innerhalb der Rekombinations-Zeit der betreffenden Diode abgeschlossen wird.This phenomenon is first shown in Fig.1. In this Fig. 1 the upper curve shows the course of the voltage applied to the diode, which changes relatively slowly from a forward voltage to a reverse voltage changes. However, the voltage change takes place so quickly that it is completed within the recombination time of the diode in question.

Betrachtet man nun den in Fig. 1, unten, aufgetragenen Verlauf des die Diode durchfließenden Stromes, so ergibt sich, daß dieser zunächst bis zum ersten Knickpunkt der oben aufgetragenen Diodenspannung konstant ist und dann mit absinkender Spannung ebenfalls abnimmt. Wenn die Durchlaßspannung infolge Unterschreitens der Null-Linie zur Sperrspannung wird, so wird infolge des Rekombinations-Effektes die Diode nicht sofort stromlos, sondern es fließt nun weiterhin durch die Diode ein Strom, und zwar in Sperrichtung, bis alle freien Ladungsträger die pn-Übergangsschicht verlassen haben. Erst in diesem Zeitpunkt sperrt die Diode, und zwar schlagartig, so daß das Ende des in Fig. 1, unten, dargestellten Kurvenzuges eine entsprechende versteilerte Impulsflanke des jeweiligen Ausgangsimpulses hervorruft.If one now considers the course of the plotted in FIG. 1, bottom current flowing through the diode, it follows that this is initially up to the first The inflection point of the diode voltage plotted above is constant and then with decreasing Tension also decreases. If the forward voltage falls below the If the zero line becomes the reverse voltage, the recombination effect will result in the The diode is not immediately de-energized, but continues to flow through the diode Current, namely in the reverse direction, until all free charge carriers reach the pn junction have left. Only at this point does the diode block, and suddenly, so that the end of the curve shown in Fig. 1, below, a corresponding causes steeper pulse edge of the respective output pulse.

Wenn somit in der Anordnung nach Fig. 2 die positive Vorspannung aus der Batterie Ba für die Diode D durch einen negativen Potentialsprung, der dem Impulsgenerator JG entnommen wird, überwunden wird, so stellt sich am Ende der Recovery-Zeit der Diode D, falls das Ende des Spannungssprunges noch in die Rekombinations-Zeit fällt, eine plötzliche Potentialänderung ein, die am Ausgang A der Anordnung das Erscheinen eines plötzlichen Spannungssprunges, d. h. eines Impulsbeginns mit einer sehr steilen Impulsflanke, darstellt. Mit der Diode D ist ein Widerstand R in Reihe geschaltet, der auch durch den Innenwiderstand der Impulsspannungsquelle JG gebildet werden kann.If the positive bias voltage from the battery Ba for the diode D is overcome in the arrangement according to FIG At the end of the voltage jump still falls within the recombination time, a sudden change in potential occurs, which represents the appearance of a sudden voltage jump at output A of the arrangement, ie a pulse start with a very steep pulse edge. A resistor R, which can also be formed by the internal resistance of the pulse voltage source JG , is connected in series with the diode D.

Die Anordnung nach Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 2 dadurch, daß aus dem Impulsgenerator JG ein Impuls entnommen wird, der eine schräge Anstiegs- und Abstiegsflanke besitzt. Beide Flanken werden durch die Anordnung versteilert, und zwar in der aus der Fig. 4 ersichtlichen Weise. Die Versteilerung der Anstiegsflanke bewirkt dabei die Diode D 1 in Verbindung mit der Vorspannungsquelle Ba 1, während die Abstiegsflanke des Impulses durch die Diode D 2, der die anders gerichtete Vorspannungsquelle Bat vorgeschaltet ist, versteilert wird.The arrangement according to FIG. 3 differs from that according to FIG. 2 in that a pulse is taken from the pulse generator JG which has an inclined rising and falling edge. Both flanks are steepened by the arrangement, specifically in the manner shown in FIG. The steepening of the rising edge causes the diode D 1 in connection with the bias voltage source Ba 1, while the falling edge of the pulse is steepened by the diode D 2, which is preceded by the differently directed bias voltage source Bat .

Für die Darstellung der Impuls-Diagramme in Fig. 4 ist angenommen, daß sowohl die Batterie Ba l als auch die Batterie Bat eine Spannung von jeweils 5 Volt liefern, und zwar mit der aus der Fig. 3 ersichtlichen Polung. Der Impulsgeber JG soll Impulse mit einer Spannung von -12 Volt Leerlaufspannung abgeben.For the illustration of the pulse diagrams in FIG. 4, it is assumed that both the battery Ba l and the battery Bat supply a voltage of 5 volts each, with the polarity shown in FIG. The pulse generator JG should emit pulses with a voltage of -12 volts open circuit voltage.

In Fig. 4 gibt die oberste Kurve gestrichelt den Impulsverlauf am Ausgang des Impulsgebers JG wieder, falls keine Versteilerung der Impulsflanken durch die Dioden vorgenommen wird. Der ausgezogene Kurvenverlauf gibt die Impulse wieder, die am Ausgang A der Anordnung nach Fig. 3 abgenommen werden können, die zwar hinsichtlich ihrer Potentialhöhe gegenüber dem Eingangsimpuls verkleinert sind, bei denen aber die Anstiegs- und Abstiegsflanken steiler verlaufen.In Fig. 4, the uppermost curve shows the pulse curve on the dashed line Output of the pulse generator JG again if there is no steepening of the pulse edges is made by the diodes. The solid curve gives the impulses again, which can be removed from the output A of the arrangement of FIG. 3, the are reduced in terms of their potential level compared to the input pulse, but in which the rising and falling edges are steeper.

Der mittlere Kurvenzug der Fig. 4 gibt den Stromverlauf in der Diode D 1 wieder, während in der unteren Kurve der Stromverlauf durch die Diode D 2 dargestellt ist.The middle curve in FIG. 4 shows the current profile in the diode D 1 again, while the current curve through the diode D 2 is shown in the lower curve is.

In der mittleren Kurve ist davon ausgegangen, daß bis zum Beginn des zu formenden Impulses die Diode D 1 von einem konstanten Durchlaßstrom durchflossen wird, der mit negativer werdendem Impulspotential stetig abnimmt und bei Kompensation der Vorspannung der Diode D 1 durch die Impulsspannung eine negative Richtung erhält.In the middle curve it is assumed that by the beginning of the The pulse to be formed flows through the diode D 1 by a constant forward current which steadily decreases as the pulse potential becomes more negative and with compensation the bias of the diode D 1 is given a negative direction by the pulse voltage.

Der gestrichelte Teil des mittleren Kurvenzuges der Fig. 4 gibt den während der Rekombinations-Zeit fließenden Stromanteil wieder, und die Kurve zeigt, daß am Ende der Rekombinations-Zeit dieser bis zu diesem Zeitpunkt in Sperrichtung fließende Strom ziemlich schlagartig auf den Wert 0 zurückgeht und damit die im oberen Kurvenzug ersichtliche versteilerte Impulseingangsflanke hervorruft.The dashed part of the middle curve of FIG. 4 is the current component flowing again during the recombination time, and the curve shows that at the end of the recombination time this up to this point in the reverse direction flowing current goes back quite abruptly to the value 0 and thus the im causes the steeper pulse input edge visible in the upper curve.

Entsprechend der Wahl der Vorspannung und der Polung der Diode fließt durch die Diode D 2 zunächst ein bestimmter Durchlaßstrom, und wenn die negative Impulsspannung dem Wert 0 wieder zustrebt, nimmt auch der die Diode D 2 durchfließende Strom stetig ab. Bei einer Kompensation der Impulsspannung durch die Vorspannung der Diode D 2 beginnt der Rekombinations-Strom nunmehr in Sperrichtung zu fließen, was wiederum durch den gestrichelt eingezeichneten Kurventeil dargestellt wird. Ist die Rekombinations-Zeit der Diode D 2 zu Ende, so geht dieser Strom schlagartig zurück und bildet dabei die Abstiegsflanke des Ausgangsimpulses.According to the choice of bias and polarity of the diode flows through the diode D 2 initially a certain forward current, and if the negative If the pulse voltage tends towards the value 0 again, the value flowing through the diode D 2 also decreases Current steadily from. When the pulse voltage is compensated by the bias voltage the recombination current now begins to flow in the reverse direction of the diode D 2, which in turn is represented by the part of the curve drawn in dashed lines. If the recombination time of the diode D 2 is over, this current goes suddenly back and forms the falling edge of the output pulse.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Circuit arrangement for steepening pulse edges, characterized in that the pulses are fed to such a -biased diode that their bias is smaller in magnitude than the respective pulse voltage and this is opposite and that the output pulses, their rise or Falling edges depending on the polarity of the diode at the end of the respective recombination time occurring sudden degradation of the charge carriers in the diode are formed this diode can be tapped.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that to steepen the rising and falling edges of a pulse the pulse in question is two parallel-connected, in different directions biased and differently polarized diodes is supplied. Considered Publications: German Auslegeschrift No. 1058 560.