DE1029872B - Fremdgesteuerte Transistorkippschaltung mit kurzer Abfallzeit - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Impulse bestehen im allgemeinen aus Flanken mit in der Grenze unendlich steilem Anstieg und Dachteilen, bei denen die Spannung konstant bleibt. Im Gegensatz zu Röhren treten insbesondere bei der Verstärkung starker Impulse im Ausgangskreis des Transistors Verzerrungen auf, die hauptsächlich in einer Verringerung der Abfallzeit des Impulses bestehen. Diese Abfallzeit ist jedoch größer, als nach dem Frequenzgang des Transistors für kleine Signale zu erwarten wäre.

Eine bekannte Ausführungsform des Transistors besteht aus einem Körper aus Halbleitermaterial, der mit einem nicht gleichrichtenden Kontakt, der Basiselektrode, und zwei dicht benachbarten gleichrichtenden Kontakten, dem Emitter und Kollektor, versehen ist. Das Halbleitermaterial kann sowohl aus n-leitendem als auch aus p-leitendem, d. h. Löcher leitendem Material bestehen. Die Emitterelektrode sendet bei geeigneter Vorspannung gegen den Halbleiter Minoritätsträger in den Halbleiter. Im Falle des n-leitenden Materials bedeuten Minoritätsträger, daß der Emitter »Löcher«, d. h. Defektelektronen in den n-Halbleiter sendet, da in dem η-Halbleiter die Majoritätsträger Elektronen sind.

Wenn andererseits der Halbleiterkörper aus p-leitendem Material besteht, liefert der Emitter Elektronen als Minoritätsträger. Ein Teil der Minoritätsträger wird von der Kollektorelektrode eingesammelt und löst am Kollektor Majoritätsträger aus, die zur Basis fließen.

Fremdgesteuerte Transistorkippschaltung mit kurzer Abfallzeit

Anmelder:

IBM Deutschland

Internationale Büro-Maschinen

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

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1953

Joseph Carl Logue, Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.)_r ist als Erfinder genannt worden

erforderliche Zeit sei als Abfallzeit des Transistors bezeichnet,

' Die erfindungsgemäße fremdgesteuerte Transistorkippschaltung vermeidet diese Sättigungseffekte und

Bei hohem Kollektorstrom, aber 30 weist trotzdem im Ausgangskreis genau definierte niedriger Kollektorspannung, ist der Kollektor nicht Signalpotentiale auf. Dies wird dadurch erreicht, daß imstande, alle vom Emitter gelieferten Träger einzu- der aus Belastungswiderstand und Spannungsquelle sammeln, so daß sich im Basisgebiet überschüssige bestehenden Reihenschaltung des Belastungskreises Minarkäitsträger speichern. Ein weiterer Zuwachs der eine zweite, aus einer zweiten, niedrigeren Span-Trägeraussendung des Emitters erzeugt dann keinen 35 nungsquelle und einem Gleichrichter bestehende Zuwachs des Kollektorstromes mehr, der Transistor Reihenschaltung parallel geschaltet ist, daß die beiden ist gesättigt. Diese Sättigung trifft leicht bei der Ver- StromqueHen und der Belastungewiderstand so bestärkung großer Impulse ein, da der durch den hohen messen sind, daß der Spannungsabfall an dem Be-Strom hervorgerufene Spannungsabfall an dem mit lastungswiderstand im »Ein«-Zustand des Transistors dem Kollektor verbundenen Lastwiderstand die 40 größer als die Spannungsdifferenz der beiden Span-Kollektorspannung auf sehr kleine Werte herunter- nungsquellen ist, während im »Aus «-Zustand der drückt. Spannungsfall am Belastungswiderstand kleiner als

Bei bekannten Schaltungen für große Impulse ist die besagte Spannungsdifferenz ist. Mit einem deres bisher üblich gewesen, die Stromkreise so zu ge- artigen Belastungskreis läßt sich eine Belastungsstalten, daß man im Ein-Zustand den Transistor bis 45 kennlinie darstellen, die den Sättigungsbereich der in die Sättigung aussteuerte, um ein definiertes Tranisistorkennlinien nicht schneidet, da die KoJlektor-Potential zu erhalten. Nach dem Ende des Impulses
kann dann nicht sofort ein steiler Abfall des Ausgangssignals erfolgen, da zunächst noch Minoritätsträger im Basisgebiet gespeichert sind, die die vom 50
Emitter her gesendeten Minoritätsladungsträger zu

nächst ersetzen. Erst wenn dieser Vorrat erschöpft ist, kann das Ausgangssignal auf Null absinken. Die zur Beseitigung dieser gespeicherten Minoritätsträger

Basis-Spannung oberhalb eines bestimmten Wertes festgehalten wird, bei dem keine Sättigung des Transistors eintritt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnung für zwei beispielsweise Ausführungsformen näher erläutert.

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Fig. 1 ist ein Schaltbild einer bestimmten Ausführungsform der Transistorschaltung nach der Erfindung;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung einer Schar von Kollektor-Strom-Spaonungs-Kennlinien für die Schaltung nach Fig. 1; _ -.

Fig. 3 ist ein Schaltschema einer anderen Formier Transistorschaltung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Transistor 1 mit einer Basis-

ohne wesentlichen Fehler außer acht gelassen werden. Er ist daher in Fig. 2 nicht graphisch dargestellt worden.

Der graphisch in Fig. 2 dargestellte Sättigungs-5. bereich ist der Bereich rechts von der Belastungslinie 12j wo die Kurven konstanten Emitterstroms aufhören linear zu sein und sich auf den Ausgangspunkt zu biegen.

Die zusammengesetzte Belastungslinie in Fig. 2 elektrode 1 δ, einer Kollektorelektrode 1 c und einer io für die Schaltung nach Fig. 1 folgt der Linie 11 von Emitterelektrode 1 e. Die Emitterelektrode 1 e ist ge- deren Schnittpunkt mit der waagerechten Achse bis erdet. Die Eingangsklemmen 3 und 4 sind an die zu dem Schnittpunkt mit der Linie 12 und folgt dann Basis 16 über den Widerstand 2 bzw. an Erde an- der Linie 12 abwärts. Für jeden Wert von V_c und E₈ geschlossen. Zwischen der Kollektorelektrode 1 c und ist der Stromwert auf der Belastungslinie 11 so klein Erde liegen zwei parallele Zweigstromkreise. Einer 15 im Vergleich mit dem Stromwert auf der Belastungsdieser Zweigstromkreise umfaßt den üblichen Be- linie 12, daß der erste außer acht gelassen werden lastungswiderstand 5 und eine damit in Reihe liegende kann.

Batterie 6, und der andere Zweigstromkreis besteht Man sieht also, daß alle praktischen Arbeitspunkte

aus einer asymmetrischen Impedanz 7 und einer da- für den Transistor 1 in der Schaltung von Fig. 1 mit in Reihe liegenden Batterie 8. Die Ausgangs- 20 außerhalb seines Sättigungsbereiches liegen. Infolgeklemmen 9 und 10 sind an die Kollektorelektrode 1 c dessen wird die Abfallzeit des Transistors, wenn das bzw. Erde angeschlossen. Eingangssignal weggenommen wird, auf eine sehr

Die Batterie 8 hat eine kleinere Spannung als die kurze Dauer verkleinert. Durch Verbindung eines Batterie 6. Der Widerstand 5 ist so gewählt worden, Belastungswiderstandes, einer asymmetrischen Eindaß der Potentialabfall am Widerstand 5 im Ein- 25 heit und zweier Batterien gemäß Fig. 1 kann man Zustand des Transistors größer ist als die Differenz dieselben Ergebnisse mit jedem beliebigen Transistor zwischen den Spannungen der Batterien^ und 8. Wenn erhalten. Es müssen jedoch hinsichtlich der Auswahl die asymmetrische Einheit 7 gemäß der Zeichnung der Batteriepotentiale folgende Bedingungen beachtet gepolt ist, dann verläuft die Potentialdifferenz über werden:

die asymmetrische Einheit im Ein-Zustand in einer 30 1. Das Potential der Batterie 6 muß größer als der solchen Richtung, daß ein Strom durch sie in ihrer
Richtung geringer Impedanz geschickt wird.

Befindet sich der Transistor im Aus-Zustand, dann ist der Potentialabfall am Widerstand 5 kleiner als die Differenz zwischen den Potentialen der Batterien 6 und 8, die Potentialdifferenz an der asymmetrischen Einheit 7 ist von entgegengesetzter Polarität, und der Stromfluß durch sie hindurch wird im wesentlichen verhindert.

In Fig. 2 ist eine Schar von Kollektorkennlinien für den Transistor 1 dargestellt. Zu jeder Kurve in Fig. 2 gehört ein fester Emitterstromwert. Diese Parameter sind in der Zeichnung angegeben worden. Der Kurvenschar ist eine Linie 11 überlagert, die dea

Ort aller wirksamen Betriebspunkte des Transistors 1 45 möglichst senkrecht verläuft, angibt, wenn dieser mit einem Kollektor-Basis- Die Erfindung ist oben in Anwendung auf einen

Belastungskreis versehen ist, der nur aus dem Wider- Transistor mit Basiseingang beschrieben worden. Sie stand 5 und der Batterie 6 besteht. Die Neigung der eignet sich genauso zur Anwendung auf Transistoren Belastungslinie 11 ist durch die Impedanz des Wider- mit Emittereingängen. Eine solche Schaltung zeigt Standes 5 bestimmt. Ihre Lage ergibt sich durch das 50 Fig. 3. Da jedes der Schaltelemente nach Fig. 3 im Potential E₆ der Batterie 6, das den Punkt festlegt, wo wesentlichen dem entsprechenden Element in Fig. 1 die Belastungslinie die waagerechte Achse schneidet gleicht, sind in Fig. 3 dieselben Bezugszahlen ver-(Kollektorstrom J_c gleich Null). wendet worden. Bei der graphischen Darstellung der

Außerdem ist der Kurvenschar in Fig. 2 eine Be- Kennlinien für die Schaltung nach Fig. 3 ist jede lastungslinie 12 überlagert, die den Ort aller wirk- 55 Kurve in der Kollektor-Potential-Strom-Ebene für samen Punkte des Transistors darstellt, wenn dieser einen konstanten Basisstromwert zu zeichnen, mit einem Kollektor-Basis-Belastungskreis versehen Es wird angenommen, daß die Arbeitsweise der

ist, der nur die asymmetrische Einheit 7 und die Bat- Schaltung nach Fig. 3 aus der obenstehenden Beterie 8 umfaßt. Die Neigung der Belastungslinie 12 Schreibung der Schaltung nach Fig. 1 klar hervorgeht, ist durch die Durchlaß impedanz der Einheit 7 und 60 Daher erübrigt es sich, sie näher zu beschreiben, ihre Lage durch das Potential E₈ der Batterie 8 be- Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist für

Batterie 8 sein;

der Potentialabfall am Widerstand 5 muß sich in einem Bereich verändern, der sich auf beiden Seiten der Differenz zwischen den Potentialen der Batterien 6 und 8 erstreckt, und 3. muß die Durchlaßimpedanz der asymmetrischen Impedanzeinheit 12 ein solches Verhältnis zum Potential der Batterie 8 haben, daß die Belastungslinie 12 außerhalb des Sättigungsbereiches liegt. Zur Erfüllung der letztgenannten Bedingung sind keine genauen Grenzen von Impedanz oder Potential erforderlich. Es ist aber wünschenswert, daß die Durchlaßimpedanz der asymmetrischen Einheit 7 so klein wie möglich ist, damit die Belastungslinie 12

stimmt. Die asymmetrische Einheit 7 führt nur dann Strom, wenn das Kollektorpotential V_c positiver ist als das Potential der negativen Klemme der Batterie 8.

Wenn das Kollektorpotential V_c negativer als das Potential der negativen Klemme der Batterie 8 ist, dann fließt ein Strom durch die asymmetrische Impedanzeinheit 7 in umgekehrter Richtung hoher

jede Schaltung vorteilhaft, die mit Signalen beträchtlicher Zeitdauer (3 oder mehr MikroSekunden) betrieben wird. Bei Verwendung von Signalimpulsen von 1 Mikrosekunde Dauer oder darunter werden wegen der kurzen Zeiten wenige Minoritätsträger gespeichert, und das Problem der Abfallzeit erhebt sich nicht.

Die beschriebenen Schaltungen beziehen sich auf

Impedanz. Dieser Strom ist sehr gering und kann 70 einen Spitzentransistor aus Halbleitermaterial vom

η-Typ. Die Erfindung läßt sich Batürlich genausogut bei Spitzentransistoren vom p-Typ und bei Flächentransistoren verwenden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Fremdgesteuerte Transistorkippschaltung mit kurzer Abfallzeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung, bestehend aus einer Gleichstromquelle (6) und einem Belastungswiderstand (5) des Belastungskreises, eine zweite Reihenschaltung, bestehend aus einer zweiten Gleichstromquelle (8) mit kleinerer Klemmenspannung und einem Gleichrichter (7), parallel geschaltet ist, daß die beiden Stromquellen (6., 8) und der Belastungswiderstand (5) derart bemessen sind, daß der Spannungsabfall an dem Belastungswider-(5) im »Ein«-Zustand der Transistorschaltung größer ist als die Spannungsdifferenz der beiden Stromquellen (6, 8) und daß der Spannungsabfall am Belastungswiderstand (5) im »Aus«-Zustand der Transistorschaltung kleiner ist als die Spannungsdifferenz der beiden Stromquellen (6., 8).

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschrift Nr. 2 622 211.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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