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Schaltungsanordnung zur Flankenversteilerung von Rechteckirapulsen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Flankenversteilerung von Rechteckimpulsen
aus Triggerimpulsen anderer Form mit Hilfe eines transistorisierten sogenannten
Schmitt-Triggers und einer nachgeschalteten Transistorausgangsstufe in Emitter-Basis-Schaltung,
wobei der Transistor der Ausgangsstufe von anderem Leitfähigkeitstyp als die Transistoren
des Schmitt-Triggers ist.
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Solche Schaltungen sind an sich bereits bekannt. Die Ausgangsstufe
trennt den Verbraucher der Rechteckimpulse vom Schmitt-Trigger ab und bildet zwei
Schaltpotentiale, von denen eines im Gegensatz zu den Schaltpotentialen des Schmitt-Triggers,
wie sie an den Kollektorelektroden abgreifbar sind, identisch mit einem Betriebspotential
des Triggers sein kann.
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Bei einer bekannten Schaltung ist die Emitterelektrode des Ausgangsstufentransistors
mit dem Abgriff einer Gleichspannungsquelle verbunden, mit dem auch die Kollektorwiderstände
der Schmitt-Trigger-Schaltung verbunden sind. Die Basiselektrode des Ausgangsstufentransistors
liegt an einem Zwischenabgriff des Kollektorwiderstands - eines der Schmitt-Trigger-Transistoren,
während an einem Kollektorwiderstand der Ausgangsstufe, der auf einen für Schmitt-Trigger
und Ausgangsstufe gemeinsamen Abgriff der Betriebsspannungsquelle führt, die gewünschten
Rechteckimpulse abgegriffen werden.
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Die Schaltung genügt den steigenden Anforderungen nach kurzen Schaltzeiten
vielfach nicht mehr, so daß die Aufgabe zu lösen ist, eine Ausgangsstufe für Schmitt-Trigger
auszubilden, die Rechteckimpulse mit extrem steilen Flanken liefert.
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Die Erfindung besteht darin, daß ein Zwischenabgriff der Gleichspannungsquelle,
dessen Potential zwischen den Schaltpotentialen des Schmitt-Triggers, vorzugsweise
in der Mitte zwischen den Potentialen der beiden Abgriffe der Gleichspannungsquelle
für den Betrieb des Schmitt-Triggers, liegt, mit der Emitterelektrode des Ausgangsstufentransistors
verbunden ist, während die Kollektorelektrode dieses Transistors über einen Widerstand
mit demselben Abgriff der Gleichspannungsquelle wie der gemeinsame Emitterwiderstand
des Schmitt-Triggers verbunden ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand zweier Ausführungsformen näher
erläutert, die in F i g. 1
bzw. F i g. 2 dargestellt sind. Ihre Funktion
wird dann an Hand von Zeitdiagrammen in F i g. 3 erklärt.
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F i g. 1 enthält einen Transistor-Schmitt-Trigger mit zwei
Transistoren 1 und 2, einem gemeinsamen Emitterwiderstand 3, zwei
Kollektorwiderständen 4 und 5 und mit einem R-C-Koppelglied 6,7. Der
Basiselektrode des ersten Transistors 1, die über einen Spannungsteiler
9, 10 gleichspannungsmäßig vorgespannt ist, wird über einen Serienwiderstand
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von einem Eingang 12 ein Triggerimpuls zugeführt. Der Impuls ändert den
Innenwiderstand des ersten Transistors, was in bekannter Weise bewirkt, daß auch
der zweite Transistor 2 kurzzeitig seinen Innenwiderstand ändert und daß am Kollektoranschluß
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dieses zweiten Transistors ein Spannungsimpuls abgreifbar ist. In Abwesenheit
von Triggerimpulsen am Eingang 12 verharrt die Schaltung in ihrem einzigen stabilen
Zustand, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der erste Transistor leitend und der
zweite gesperrt ist.
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Der am Punkt 13, dem Ausgang des Schmitt-Triggers abgreifbare
Spannungsverlauf während eines Kippvorganges ist in F i g. 3 als oberstes
Zeit-diagramm dargestellt. Im Ruhezustand liegt dieser Punkt auf einem Potential,
das der positiven Betriebsspannung entspricht, die den beiden Kollektorwiderständen
zugeführt wird und die aus einer Batterie 14 geliefert wird. Angeregt durch einen
Triggerimpuls beginnt der Transistor 2 zu leiten; das Potential am Punkt
13 sinkt auf einen Wert, der zwischen der positiven Betriebsspannung und
der mit dem gemeinsamen Emitterwiderstand des Schmitt-Triggers verbundenen negativen
Betriebsspannung liegt. Die negative Betriebsspannung ist hier der Einfachheit halber
als Nullspannung angenommen.
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Unterschreitet das Eingangssignal am Eingang 12 die Ansprechschwelle
der Schaltung, so fällt der Schmitt-Trigger wieder in den stabilen Zustand.
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Wie man aus dem obersten Zeitdiagramm der F i g. 3 ersehen
kann, vollziehen sich die Kippvorgänge in einer endlichen Zeitspanne, und es besteht
das Bedürfnis, die daraus resultierenden schrägen Impulsflanken zu versteilern.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein weiterer Transistor
15 dem Schmitt-Trigger nachgeschaltet wird. Dieser Transistor ist gemäß der
Erfindung vom entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp wie die Schmitt-Trigger-Transistoren.
In Fig. 1 sind die Schmitt-Trigger-Transistoren vom npn-Typ, der Schalttransistor
15 vom pnp-Typ. Letzterer ist erfindungsgemäß in Emitter-Basis-Schaltung
aufgebaut, mit einem Arbeitswiderstand 16 in der Kollektorleitung, wobei
seine Emitterelektrode mit einem Abgniff der Spannungsquelle 14 verbunden ist, dessen
Potential zwischen dem erwähnten positiven und negativen Betriebspotential des Schmitt-Triggers
liegt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung benutzt hierfür ein Potential,
das genau in der Mitte zwischen den Schmitt-Trigger-Betriebspotentialen liegt. In
F i g. 3
ist dieses Potential gegenüber Erde U und mit einer -igestrichelten
Linie bezeichnet. Durch diese Wahl der Betriebsspannung für den Schalttransistor
15 wird eine wesentlich steilere Impulsanstiegsflanke erreicht, da die gestrichelte
Linie in F i g. 3 den Schmitt-Trigger-Ausgangsimpuls in seinem steilsten
Bereich schneidet und da erst in diesem Moment, d. h., wenn die Basisspannung
des Schalttransistors negativer als die Emitterspannung wird, der Schalttransistor
zu
leiten beginnt. Am Ausgang 17 des Schalttransistors läßt sich deshalb
ein Impuls abgreifen, dessen Form im untersten Zeitdiagramrn der F i g. 3
angedeutet ist.
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Ein weiterer Vorteil des Schalttransistors ist ebenfalls aus diesem
Zeitdiagramm zu ersehen: Während die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers
am Punkt 13 sich zwischen zwei Potentiale bewegt, die beide nicht
0 Volt (Erdpotential) sind, erhält man am Ausgang des Schalttransistors in
Abwesenheit von Triggerimpulsen Erdpotential, während die Ausgangsspannung durch
einen Triggerimpuls etwa auf den Wert des Mittelabgriffs der BetriebsspannungsqueRe
14 steigt.
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Daß sich die Erfindung nicht auf das geschilderte Ausführungsbeispiel
allein beschränkt, soll durch die folgende F i g. 2 bewiesen werden, die
eine übersetzung des Erfindungsgedankens auf den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
der Transistoren und darüber hinaus eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung
zeigt. Hier sind also die Transistoren des Schmitt-Triggers vom pnp-Typ und der
Schalttransistor vom npn-Typ, entsprechend kehren sich die Polaritäten der Betriebsspannungsquelle
und die Polarität der Ansteuerimpulse und der Ausgangsimpulse um. Im übrigen verhält
sich die Schaltung jedoch wie die oben geschilderte, so daß sich die Erläuterung
funktionell übereinstimmender Teile erübrigt, soweit diese Teile mit denselben
Nummern
wie in F i g. 1 bezeichnet sind. Die, Ausgangsspannung des
Schalttransistors 15, die am Ausgang 17 a abgegriffen wird, ist als
mittleres der drei Zeitdiagramme in F i g. 3 angegeben. Es unterscheidet
sich von dem Ausgangssignal der Schaltung gemäß F i g. 1 nur durch die Polarität.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde noch ein weiterer Schalttransistor
18 dem ersten Schalttransistor 15 nachgeschaltet, in dem die Polarität
der Ausgangsimpule nochmals umgekehrt wird, so daß am Ausgang 19 dieses Schalttransistors
eine ähnliche Impulsform abgreifbar ist wie am Ausgang 17 in F i
g. 1. Dieser zweite Schalttransistor ist wieder vom gleichen Typ wie
die Transistoren des Schmitt-Triggers -und ist ebenfalls in Emitter-Basis-Schaltung
angeordnet, d. h. seine Emittereiektrode liegt an Erdpotential, seine Kollektorelektrode
ist über einen Arbeitswiderstand mit dem erwähnten mittleren Spannungsabgriff der
Betriebsspannungsquelle 14
verbunden und bildet zugleich den Ausgang
19. Dieser Schalttransistor wird über ein R-C-Koppel#glied (20, 21) angesteuert,
das die Kollektorelektrode des ersten Schalttransistors 15 mit der Basiselektrode
des zweiten Transistors 18 koppelt. Vorteilhafterweise verbindet man die
Basiselektrode des zweiten Schalttransistors über einen Basiswiderstand 22 zusätzlich
mit einem Abgriff der Betriebsspannungsquelle, der einen gleich großen Spannungsbetrag
liefert wie der Mittelabgriff, jedoch entgegengesetzte Polarität aufweist. Für diesen
Fall wird das Schaltkriterium zum Leitendwerden des zweiten Schalttransistors erreicht,
sobald der erste Schalttransistor leitend wird.
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Durch eine solche erfindungsgemäße Ausbildung der dem Schmitt-Trigger
nachgeschalteten Schaltverstärkerstufen werden wesentlich steilere Impulsflanken
als am Schmitt-Trigger selbst erreicht, wodurch die Aufgabenstellung der Erfindung
erfüllt ist.