DE1011924B - Schaltungsanordnung fuer Schieberegister unter Verwendung von Transistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schaltungen mit Transistoren, und zwar auf Schaltungsanordnungen für Schieberegister unter Verwendung von Transistor-Multivibratoren oder von Flip-Flop-Kreisen in Schieberegisterstufen.

Bekanntlich lassen sich zwei Transistoren durch sich überkreuzende Verbindungen zwischen ihren Kollektoren und ihren Basiselektroden zur Bildung von bistabilen Flip-Flop-Schaltungen oder Multivibratorkreisen verwenden. Derartige Schaltungen können vorteilhafterweise als Stufen eines Schieberegisters in Reihe geschaltet werden. Es ist dabei wünschenswert, daß die Transistor-Flip-Flop-Stufe stabil arbeitet. Zu diesem Zweck wurden bisher die Transistoren im leitenden Zustand in ihren Sättigungsbereich hinein ausgesteuert. Die Sättigung tritt bekanntlich dann auf, wenn der Basisstrom größer ist als zur Deckung des Kollektorstroms erforderlich wäre, so daß sich in der Basis des Transistors ein Überschuß von Minoritätsträgern ergibt. Erreicht ein Transistor die Sättigung, so verringern sich seine inneren Verluste. Wenn jedoch Transistoren in ihrem Sättigungsbereich arbeiten, werden sie gegen anliegende Impulse unempfindlicher, so daß zur Sperrung der Transistoren größere Impulse erforderlich sind, wobei außerdem nach Anlegen des Impulses noch zusätzlich Zeit benötigt wird, um die Transistoren zu sperren, da noch die überschüssigen Minoritätsträger abgeleitet werden müssen.

Dies tritt insbesondere dann auf, wenn man handelsübliche Transistoren innerhalb einer Schaltung verwendet, da die verschiedenen zur Verwendung kommenden Transistoren einen ziemlich großen Streubereich ihres Strom Verstärkungsfaktors α aufweisen können. Ist die Schaltung so aufgebaut, daß die Transistoren mit einem niederen α-Wert gerade noch außerhalb des Sättigungsbereichs bleiben, dann erreichen Transistoren mit einem höheren α-Wert bereits den Sättigungsbereich, bei dem zur Sperrung der Transistoren ein größerer Impuls und auch eine längere Zeit gebraucht wird. Wird andererseits die Schaltung so ausgelegt, daß die Transistoren mit einem höherliegenden α-Wert nicht in ihren Sättigungsbereich gelangen, dann werden die Transistoren mit kleinerem α-Wert mit schlechtem Wirkungsgrad betrieben, wobei die inneren Verluste ansteigen.

Es ist ganz allgemein eine Aufgabe der Erfindung, verbesserte Transistormultivibratoren oder Flip-Flop-Kreise zu schaffen. Genauer gesagt, handelt es sich um die Verbesserung von Transistorschaltungen, die als Stufen eines Schieberegisters Verwendung finden sollen.

Weiterhin soll die Erfindung die Verwendung von Transistoren in Schieberegistern ermöglichen, wenn die Werte für die Stromverstärkung α der Transistoren innerhalb weiter Bereiche streuen.

Weiterhin ist es Zweck der Erfindung, sicherzustellen, daß alle in den Flip-Flop-Kreisen eines Schieberegisters Schaltungsanordnung für Schieberegister unter Verwendung von Transistoren

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt,
¹S Fürth. (Bay.), Breitscheidstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. April 1955

Frank Moncliff Pearsall jun., Merrick, N, Y.,
und Robert Edward Staehler, North Caldwell,

N.J. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

verwendeten Transistoren außerhalb ihres Sättigungsbereiches bleiben. Insbesondere soll gemäß der Erfindung erreicht werden, daß die Transistoren ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand außerhalb der Sättigung gehalten werden.

Ferner ist es ein Zweck der Erfindung, die Schnelligkeit und das Ansprechen von mit Transistoren arbeitenden Schieberegistern zu verbessern. Es soll dabei ein mit großer Geschwindigkeit arbeitendes Schieberegister geschaffen werden, das mit einem Minimum an Schaltelementen auskommt und mit einer in weiten Bereichen veränderbaren Nutzlast betrieben werden kann.

Diese und andere der Erfindung zugrunde liegenden Ziele werden durch besondere Ausführungsformen erreicht, wobei jede Registerstufe eines Schieberegisters eine symmetrische Schicht-Transistoren verwendende Flip-Flop-Schaltung, einen mit jedem Transistor des Flip-Flop-Teiles gleichstromgekoppelten Transistorverstärker und eine mit den Ausgangsklemmen des Transistorverstärkers verbundene Ubertragungstorschaltung aufweist. Der Verstärkerteil ist somit Bestandteil einer Schieberegisterstufe und ist nicht, wie dies bisher nor-

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malerweise üblich war, nur ein mit einer Ausgangsklemme einer Schieberegisterstufe verbundener Verstärker.

Der Transistorverstärker folgt dem Arbeiten des Flip-Flop-Kreises und liefert den Strom für eine in weiten Bereichen veränderbare Gleichstromlast und liefert ebenfalls ein Bezugspotential für die Übertragungstorschaltung, die, gesteuert durch einen Taktimpuls, die in. einer Stufe des Registers eingespeicherte Nachricht oder Information an die nächste Stufe des Registers weiterschiebt.

Weiterhin enthält der Transistorverstärker gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung einen Haltekreis, um die Kollektorspannung des Flip-Flop-Transistors, mit

sehen ist, die so vorgespannt ist, daß beim Sperren des Verstärkertransistors die Verbindung zwischen den beiden Transistoren wirksam unterbrochen wird. Von einer geeigneten Vorspannungsquelle aus. liegt ein Widerstand an der Basis des Verstärkertransistors, um einerseits den zum Abführen der Minoritätsträger notwendigen Strom zu liefern, wodurch das Sperren des Verstärkers beschleunigt wird, und um andererseits einen Weg für diese Ladungsträger zu bilden.

Ohne eine Entkopplungsdiode zwischen dem Flip-Flop- und dem Verstärkertransistor arbeitet der Verstärker bezüglich der Flip-Flop-Schaltung als dauernd wirksamer Haltekreis, der das Sperren der Flip-Flop-Stufe verlangsamt oder sogar verhindert. Da der Verstärkertransisftor

dem der Verstärker verbunden ist, auf einem Wert zu
halten, der über dem für die Sättigung des Flip-Flop- 15 im Sättigungsbereich mit einem hohen Strom arbeitet, Transistors erforderlichen Wert liegt. In einer besonderen sammelt sich im Basisbereich des Transistors eine Ausführungsform der Erfindung ist der Kollektor des beträchtliche Menge von Minoritätsträgern, d. h. Löchern Flip-Flop-Transistors mit der Basis des Verstärkertran- oder Elektronen an. Werden diese Ladungsträger nicht sistors gleichstroirigekoppelt, und die Kollektorspannung abgeleitet und liegt ein Impuls an der Basis des Flip-Flopdes Verstärkertransistors ist dabei so gewählt, daß der 20 Transistors, um diesen Transistor und den Verstärker-Flip-Flop-Transistor außerhalb seiner Sättigung bleibt.
Die Kollektorspannung des Flip-Flop-Transistors im
stromführenden Zustand entspricht der Kollektorspannung des Verstärkertransistors abzüglich dem Ohmschen
Spannungsabfall auf dem Gleichstromweg zwischen den 35
beiden Transistoren. Dadurch wird also erreicht, daß der
stromführende Flip-Flop-Transistor außerhalb des Sättigungsbereiches bleibt, ohne daß zusätzliche Schaltele

mente für einen Haltekreis erforderlich sind.

transistor zu sperren, so wird das Potential am Kollektor des Flip-Flop-Transistors sich zu ändern beginnen, w,as jedoch durch den Verstärker verzögert wird. Sind die Minoritätsträger aus dem Verstärker abgeleitet, so daß dieser dem Arbeiten des Flip-Flop-Transistors folgen kann, dann ist nicht mehr genügend Impulsenergie übrig, um das Abschalten zu ermöglichen, so daß der Flip-Flop-Transistor wieder in seine leitende Stellung zurückkehrt. Mit Hilfe der Diode werden jedoch der Verstärker und die Verwendet man Schieberegisterstufen gemäß der Erfin- 30 Flip-Flop-Schaltung während des Sperrvorganges voneindung, so ist es möglich, praktisch alle Transistoren, unab- ander getrennt, da gemäß der Erfindung nur ein leichtes hängig vom Bereich ihrer Stromverstärkung α, zu ver- Abweichen des letzteren von seinem Betriebspotential wenden, indem der Flip-Flop-Teil so ausgelegt wird, daß ausreichend ist, um die Vorspannung der Diode zu ändern, die Transistoren mit geringeren Stromverstärkungs- Ist dadurch der Verstärkertransistor von dem Flip-Flopwerten α zur Sättigung neigen. Die Transistoren mit 35 Transistor getrennt, so besteht gleichzeitig ein getrennter höheren Stromverstärkungswerten α neigen dann selbst- Strompfad zum Abführen der überschüssigen Ladungsverständlich auch zur Sättigung. Die Transistoren werden träger des Verstärkertransistors.

jedoch dabei durch die Haltewirkung der Verstärker- Auf diese Weise sprechen die Flip-Flop-Transistoren

transistoren außerhalb ihres Sättigungsbereiches festge- sehr rasch an, so daß das Schieberegister bei einer sehr halten. Dadurch ergibt sich ein rasches Ansprechen des 40 hohen Betriebsfrequenz verwendet werden kann, während Flip-Flop-Kreises, während gleichzeitig die inneren gleichzeitig die Verstärkertransistoren im Sättigungsbe-

Leistungsverluste innerhalb annehmbarer Grenzen gehalten werden. In einer besonderen, beispielsweisen Ausführungsform lassen sich Transistoren, deren Stromverstärkungsbereich von 0,95 bis 0,995 geht, oder deren (1-α)-Verhältnis 10:1 beträgt, untereinander austauschbar verwenden.

Um Schnelligkeit des Ansprechens der Schieberegisterschaltung und einen hohen Ausgangsstrom für einen

reich betrieben werden können, um einen hohen Strom an eine in weiten Grenzen veränderbare Nutzlast zu Hefern.

In einer anderen beispielsweisen Ausführungsform gemäß der Erfindung, in der es nicht notwendig ist, einen großen Strom an eine sich ändernde Last zu liefern, kann der Verstärkertransistor auf andere Weise mit dem Flip-Flop-Transistor verbunden werden, um den Kollektor des

großen Bereich von Gleichstromlastwiderständen zu 50 Flip-Flop-Transistors gleichstrommäßig festzuhalten und erreichen, ist es wünschenswert, daß nicht nur die Flip- dadurch den Transistor außerhalb seines Sättigungs-Flop-Transistoren, wie bereits erwähnt, durch die Verstärkertransistoren außerhalb ihres Sättigungsbereiches
gehalten werden, sondern daß die Verstärkertransistoren
ihren Sättigungsbereich erreichen. 55

Wird der Verstärkertransistor in seinen Sättigungsbereich hineingesteuert, dann tritt ebenfalls das Problem
überschüssiger Ladungsträger auf, und es wird für sehr
schnelles Arbeiten der Anordnung notwendig, die überschüssigen Ladungsträger aus dem Transistor abzu- 60 rend die Ausgangsimpulse dieser Stufe des Schiebeführen, wenn er gesperrt wird. In einigen Ausführungs- registers dem Kollektor des Verstärkertransistors entformen der Erfindung, bei denen die Basis des Verstärker- nommen werden. Eine Entkopplungsdiode im Gleichtransistors mit dem Kollektor des Flip-Flop-Transistors stromweg zwischen den beiden Transistoren ist nicht in gleichstromgekoppelt ist, würden die Ladungsträger un- allen diesen Ausführungsformen erforderlich, obgleich sie mittelbar in den anderen Transistor zurückgeführt 65 in allen Fällen vorteilhafterweise verwendet wird, um werden. Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der
Erfindung wird dies dadurch verhindert, daß in diesen
Ausführungsformen im Gleichstromweg zwischen dem
Kollektor des Flip-Flop-Transistors und der Basis des

bereiches zu halten. So kann zwar der Kollektor des Flip-Flop-Transistors mit dem Emitter des Verstärkertransistors verbunden werden, während das Haltepotential an der Basis des Verstärkertransistors angelegt ist, oder der Kollektor des Flip-Flop-Transistors kann gleichstrommäßig mit der Basis des Verstärkertransistors verbunden werden, wobei dann aber das Haltepotential dem Emitter des Verstärkertransistors zugeführt wird,

optimale Ergebnisse zu erzielen.

Der Verstärker liefert auch eine Ausgangsspannung aft, eine Übertragungstorschaltung, über die das in einer Stufe eingespeicherte Nachrichtenelement beim Anlegen eines

Verstärkertransistors eine Entkopplungsdiode vorge- 70 Taktimpulses an die nächste Stufe weiter übertrage^

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wird. In der Ausführungsform, in der der Flip-Flop- Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Schieberegisters, in dem

Transistor mit seinem Kollektor an der Basis des Ver- Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, Stärkertransistors liegt, während das Haltepotential an Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Schiebe-

dessen Kollektor angelegt ist, folgt der Gleichstrompegel registerstufe gemäß der Erfindung und die dieser Torschaltung dem Emitter des Transistors. In einer 5 Fig. 3, 4 und 5 schematische Darstellungen eines Teiles besonderen Ausführungsform ist dieser Gleichstrompegel einer Schieberegisterstufe gemäß weiteren Ausführungsm größerem Maße negativ, wenn der Transistor leitet, als formen der Erfindung.

wenn der Transistor gesperrt ist. In dieser Ausführungs- In Fig. 1 ist eine Schieberegisterschaltung unter Ver-

form stellt der Sperrzustand den Speicherzustand für ein wendung von Schieberegisterstufen gemäß der Erfindung Nachrichtenelement dar. Wenn die an der Torschaltung io dargestellt. Sie enthält eine Nachrichtenquelle 10 mit liegende Spannung ihren größten negativen Wert hat, Serienausgang, die mit der ersten einer Mehrzahl von wird kein Taktimpuls durchgelassen, so daß keine Ände- Schieberegisterstufen 11 verbunden ist. Am Ausgang der rung eines Zustandes übertragen wird. Die Torschaltung Nachrichtenquelle 10 treten Impulse entweder auf der enthält einen Kopplungskondensator zur nächsten Stufe für die Ziffer 0 bestimmten Eingangsleitung 12 oder auf und einen Widerstand, so daß die Torschaltung mit etwas 15 der für die Ziffer 1 bestimmten Eingangsleitung 13 auf. Verzögerung arbeitet. Diese Verzögerung und auch die in In gleicher Weise sind die Ausgangsklemmen der Schiebedem Transistorverstärker selbst auftretende Verzögerung registerstufen als Paralleleingänge mit einem Nachstellen sicher, daß sich die Torspannung beim Anliegen richtennutzkreis 15 verbunden. Somit erscheinen die Imeines Taktimpulses nicht ändert. Der Widerstand dient pulse entweder auf den für die Ziffer 0 vorgesehenen Ausauch dazu, irgendwelche rückwirkenden Interferenzen 20 gangsleitungen 16 oder auf den für die Ziffer 1 vorgevon der nächsten angekoppelten Stufe oder vom Taktim- sehenen Ausgangsleitungen 17 der Stufen 11. puls her zu dämpfen und zu verhindern, daß der Taktim- Eine Taktimpulsquelle 20 liefert Takt- oder Schiebepuls in die logische Schaltung Eingang findet. Zusätzlich impulse an jede der Schieberegisterstufen, um die Inverhindert der Gleichstromverstärker, daß diese Rück- formation längs des Registers mit einer Frequenz weiterwirkung ein Rückstellen der vorangehenden Flip-Flop- 25 zuschieben, die im richtigen Verhältnis zu der Frequenz Stufe bewirkt. liegt, mit der die von der Nachrichtenquelle 10 kommende

In einer besonderen Ausführungsform dieser Erfindung Nachricht zugeführt wird.

liegt die Entkopplungsdiode im Gleichstromweg zwischen Die Nachrichtenquelle 10 gehört der Art von Nachdem Kollektor des Flip-Flop-Transistors und der Basis richtenquellen an, bei denen eine Nachricht in Serie eindes Verstärkertransistors, während das Haltepotential 30 gespeichert und entnommen wird, beispielsweise einer des Kollektors des Verstärkertransistors so gewählt ist, magnetischen Trommel. In gleicher Weise kann der Nutzdaß der Flip-Flop-Transistor sicher außerhalb seiner Sätti- kreis 15 einer von vielen bekannten Typen sein, bei denen gung verbleibt. die Nachricht parallel zugeführt wird. Beispiele derartiger

Es ist jedoch möglich, .verschiedene Typen von Transi- Nutzkreise sind Register und Umrechner. Derartige Nutzstoren und verschiedene Potentiale in den verschiedenen 35 kreise können große Eingangsströme unter sich ändernden Ausführungsformen dieser Erfindung zu verwenden. Impedanzbedingungen oder aber einen konstanten Aus-

Es ist ein Merkmal dieser Erfindung, daß die Transi- gangsstrom benötigen.

stören der Flip-Flop- oder Multivibratorschaltung durch Jede Schieberegisterstufe weist zwei Teile auf, nämlich

eine Gleichstromkopplung mit einem Verstärkertransistor einen ersten oder Flip-Flop- bzw. Multivibratorteil und außerhalb ihres Sättigungsbereiches gehalten werden, 40 einen zweiten Teil mit einem Verstärker und einer »Und«- wobei dem Verstärkertransistor eine geeignete Vorspan- Torschaltung. Diese Teile sind in der in Fig. 2 dargestellten nung zugeführt wird, um dadurch das Haltepotential für besonderen Ausführungsform gezeigt. In diesem Ausfühden Flip-Flop-Transistor zu liefern. rungsbeispiel enthält der Flip-Flop-Teil ein Paar von

Ein weiteres Merkmal der Erfindung wird darin gesehen, Transistoren 22 und 23, die N-P-N-Schichttransistoren daß im Gleichstromweg zwischen dem Verstärker-Transi- 45 sein können. Wie weiter unten ausgeführt, können auch stör und dem Flip-Flop-Transistor eine Entkopplungs- andere Arten von bekannten Transistoren verwendet diode vorgesehen ist, deren Vorspannung derart gewählt werden. Die Kollektoren und die Basiselektroden der ist, daß die Verbindung zwischen den beiden Transistoren beiden Transistoren 22 und 23 sind über Widerstände 25 wirksam unterbrochen wird, wenn der Flip-Flop-Transi- und Kondensatoren 26 zur Bildung eines bistabilen Multistor in seinen Sperrzustand überzugehen beginnt. 50 vibrator- oder Flip-Flop-Kreises in bekannter Weise über

Weiterhin wird es für die Erfindung als kennzeichnend Kreuz miteinander verbunden. Die Kollektoren sind unterangesehen, daß eine Diode und ein Widerstand bei ge- einander über die Widerstände 27 und über einen gemeineigneten Vorspannungen den Transistorverstärker in die samen Widerstand 28 mit Masse verbunden. Lage versetzenden stromführenden Transistor einer Flip- Die Basiselektroden der Transistoren sind jeweils über

Flop-Schaltung außerhalb seines Sättigungsbereiches zu 55 einen Widerstand 30 mit einer negativen Spannungsquelle halten, die Flip-Flop-Schaltung und den Verstärker beim 31 verbunden. Die negativ gerichteten Nachrichtenim-Sperren des Flip-Flop-Transistors zu entkoppeln und pulse, wie z. B. der Impuls 32, liegen von der Nachrichteneinen Weg zum Abführen der Minoritätsträger von der quelle 10 oder von der vorhergehenden Stufe 11 des ReBasis des Verstärkertransistors sicherzustellen. gisters über Widerstände 33 an den Basiselektroden der Außerdem wird ein Merkmal der Erfindung darin ge- 60 Transistoren. Die Emitter sind ebenfalls über einen Widersehen, daß ein Schieberegister eine Mehrzahl von Stufen stand 35 und einen Kondensator 36 mit der negativen aufweist, wobei jede Stufe einen Flip-Flop-Teil enthält, Potentialquelle 31 verbunden.

das über eine Entkopplungsdiode mit einem Transistor- Die Kollektoren der Transistoren 22 und 23 sind über

verstärker und Torschaltungsteil verbunden ist, so daß Entkopplungsdioden 38 mit dem Verstärker- und Torsich ein rasches .Ansprechen des Schieberegisters ergibt, 65 schaltungsteil verbunden. Insbesondere sind die Kollekdas geeignet ist, große Ströme für veränderbare Lasten toren der Transistoren 22 und 23 in der dargestellten zu liefern. Ausführungsform der Erfindung über die Dioden 38 direkt

Diese und andere Merkmale der Erfindung werden durch mit den Basiselektroden der Verstärkertransistoren 39 die folgende Beschreibung und die Zeichnungen leichter und 40 verbunden. Demgemäß ist der Flip-Flop-Teil geverständlich. Dabei zeigt 70 maß einem Merkmal der Erfindung über eine Entkopp-

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lungsdiode mit dem Verstärkerteil einer Schieberegisterstufe gleichstromgekoppelt. Die Transistoren 39 und 40 sind vorzugsweise P-N-P-Schichttransistoren, obgleich auch andere bereits bekannte Typen verwendet werden können.

Die Kollektoren der Transistoren 39 und 40 sind direkt mit einer negativen Potentialquelle 41 verbunden. Die Basiselektroden liegen über Widerstände 43 ebenfalls an einem negativen Potential 41. Gemäß einem Merkmal der

Flop-Teiles leitend ist, in der Schieberegisterstufe eine 1 eingespeichert. Leitet der Transistor 40, dann erscheint die weniger negative Spannung an der Ausgangsleitu^gl7, und demnach ist eine 0 in dem Schieberegister gespeiß|prij_r

Ein vom Taktgenerator 20 kommender Takiw, Schiebeimpuls hat eine Maximalamplitude, die die renz zwischen den beiden möglichen Spannungsam Punkt52, d.h. die Differenz zwischen den^:s||aiii> (Hfl nungen der Quellen 41 und 42 nicht überschreitet. In pen?,

Erfindung ist die an den Kollektoren der Transistoren 39 io beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Amp|jtud^ und 40 von der Potentialquelle 41 anliegende Spannung des Taktimpulses 54 etwa —7 Volt betragen, waisrend bezüglich der das Emitterpotential der Transistoren 22 die Vorspannung 56 an diesem Punkt auf —15 V und 23 liefernden Potentialquelle 31 so gewählt, daß über gehalten wird. Demgemäß ergeben die —7VoIt, ^ die Gleichstromkopplung zwischen den beiden Transi- sie der Vorspannung von —15VoIt überlagert wsg|en, storpaaren die Flip-Flop-Transistoren bei allen Lastbe- 15 eine Spannungsamplitude von —22 Volt. Die Dioden dingungen außerhalb des Sättigungsbereiches gehalten 50 sind so gepolt, daß ein negativer Impuls nur diUiciii werden. diejenige Diode durchgelassen wird, die an einer wenjger

Die Verstärkertransistoren 39 und 40 werden in ihren negativen Spannung liegt. Liegt demgemäß ein T^ikt-Sättigungsbereich ausgesteuert, um einen großen Strom impuls 54 an der die Dioden 50 enthaltenden Diodesjtfbrfür einen weiten Belastungsbereich im Nutzkreis 15 zu 20 schaltung an, so tritt in dem beschriebenen Ausführnjjjgsliefern. Die Ansprechfrequenz jedoch und die Geschwin- beispiel auf der für die Ziffer 1 vorgesehenen Leitung$φ£ digkeit, mit der der Flip-Flop-Teil durch die Taktimpulsquelle 20 und die Nachrichtenquelle 10 gesteuert werden
kann, hängt nicht vom Ansprechen des Verstärkerteiles
ab. Verhindert man daher, daß die Transistoren des Flip- 25
Flop-Teiles in ihren Sättigungsbereich gelangen, dann
wird ein schnelles Ansprechen des Schieberegisters aufrechterhalten.

An den Emittern der Transistoren 39 und 40 liegen Lastwiderstände 45. Die Emitter sind ebenfalls über Di-

sei, so daß ein negativer Impuls 55 über den Widers: an der Basis des Transistors 23 liegt. Dieser I: neigt an sich dazu, den Transistor 23 zu sperren, jedoch in dieser Schieberegisterstufe vorher bereits, 1 eingespeichert war, ist der Transistor 22 leitend Transistor 23 gesperrt. Der Eingangsimpuls 55 hat auf die Lage der Schaltung weder im Flip-Flop-Yeil

nachfolgenden Stufe des Schieberegisters ein η Impuls auf, während an der für die Ziffer 0 vorgi Leitung zur folgenden Stufe kein Impuls auftritt. Es sei ferner angenommen, daß beim Anlegen _:[:;ΟΦ

öden 46 mit der Spannungsquelle 42 und über Widerstände 47 und Kopplungskondensatoren 48 mit den Eingangsleitungen der nächsten Stufe des Schieberegisters verbunden. Somit sind die aufeinanderfolgenden Stufen

des Schieberegisters wechselstrommäßig aneinanderge- 35 im Verstärker- und Torschaltungsteil Einfluß, koppelt. Die für die Ziffer 0 bestimmte Ausgangsleitung 16 Die von vorhergehenden Stufen ankommenden Impuls^^i:!i*;i |"!

werden vorteilhafterweise der Basis der Transistoren übet;;,« die Widerstände 33 zugeführt. Der Taktimpuls 54,,_;||iri|:":^!:| allen Stufen parallel zugeleitet, und es ist möglich, dll* "''"'" verschiedenen Stufen nicht alle den gleichen Widersi aufweisen. Bei Verwendung der Widerstände 33 ist,,mc«,i,; Widerstand jeder Stufe für den Taktimpuls-GeneratGR

zum Nutzkreis 15 ist mit dem Emitter des Transistors 39 verbunden, während die für die Ziffer 1 bestimmte Ausgangsleitung 17 mit dem Emitter des Transistors 40 verbunden ist. Außerdem liegen Dioden 50 zwischen der Taktimpulsquelle 20 und dem jeweiligen Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 47 und dem Kondensator 48 jedes Transistors.

der gleiche.
Es soll nun angenommen werden, daß in der

Eine weitere Würdigung und weiteres Verständnis der

Erfindung läßt sich leicht aus einer Betrachtung der Ar- 45 gehenden Stufe eine 0 eingespeichert war und daß beitsweise der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform Anlegen eines Taktimpulses ein negativer Impuls 32 gewinnen.

Angenommen, der Transistor 22 sei zu einem gegebenen Zeitpunkt leitend, dann fließt ein Strom über die Ent

den Widerstand 33 an der Basis des Transistors 22_:

liegt. Die Basis wird jetzt mehr negativ als der

so daß der Strom zwischen Kollektor und Emitter diesel¹ SS

. ,« /'IjIl

kopplungsdiode 38 zum Verstärkertransistor 39, der eben- 50 Transistors gesperrt wird. Dadurch steigt die EmitterSs'iiij! falls leitend ist. Es fällt daher über den Widerstand 45 spannung an, und es ergibt sich ein positiver Impui||§fc>er"^:!l!"^!| Spannung ab, die am Punkt 52 auftritt. Die bei gesperr- den Kondensator 26 an die Basis des Transistors 23, jliro- ' tem Transistor 39 am Punkt 52 auftretende Spannung durch dieser leitend wird. Da der Transistor 22 nichj: in 1¹ entspricht der der Quelle 42 und kann in einer Ausfüh- seinem Sättigungsbereich arbeitete, wird der an,; ,,gen f rungsform beispielsweise —15 Volt betragen. Wenn der 55 Transistor 23 angelegte Impuls anfänglich verstärkt;'|nd I

Transistor 39 leitet, dann fällt die Spannung am Punkt 52 dadurch beträchtlich größer als der an der Basig jpes

ab und erreicht die Spannung der Quelle 41, die mit dem Transistors 22 anliegende negative Impuls 32. ,,^

Emitter des Transistors 39 verbunden ist. In der beschrie- Ist der Transistor 22 gesperrt, so bilden der Widerstand

benen Schaltung kann die Spannung der Quelle 41 z. B. 35 und der Kondensator 36 einen Weg geringer Impjjjgpi^ — 30 Volt betragen. Die Diode 46 stent dabei sicher, daß 60 vom Emitter des Transistors 22 zur Potentialquel||i| 1, die Spannung am Punkt 52 innerhalb dieses Bereiches um etwa vorhandene Minoritätsträger abzuleiten, wij^>iji bleibt. durch den Kondensator 36 die Emitterspannung k#>j

In der beschriebenen Ausführungsform spricht der stant gehalten wird. Der gemeinsame Emitterwttiir-Lastkreis auf die weniger negative Eingangsspannung, stand 35, der dem Kondensator 36 parallel geschaltet igt nämlich auf 15 Volt an. Demgemäß wird die Spannung 65 und zwischen den Basiselektroden und den Emittern deffi am Punkt 52 bei leitendem Transistor 39 an der Aus- Transistoren 22 und 23 liegt, ermöglicht eine autofeaa·* gangsleitung 16 kein Eingangssignal für den Nutzkreis 15 tische Vorspannung der Transistoren*, zur Folge haben. Eine mehr positive oder werfer nega- Wenn der Transistor 22 gesperrt wird, dann steigt die m

ti ve Spannung wird dagegen an der Ausgangsleitung 17 Kollektorspannung des Transistors in positiver Richtung liegen. Demnach ist, wenn der Transistor 22 des Flip- 70 an, so daß die zwischen Kollektor und der Basis des Tran-

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sistors 39 liegende Diode 38 in Sperrichtung vorgespannt wird. Auf diese Weise ist der Verstärkerteil des Schieberegisters wirksam von dem Transistor 22 abgetrennt, wobei die Haltespannung weggenommen wird, die den Transistor 22 außerhalb des Sättigungsbereiches festhält. Da jedoch der Transistor 22 gesperrt ist, wird diese Haltespannung nicht mehr benötigt. Der Kollektor des Transistors 39 liegt dabei auf dem Potential der Quelle 41, in diesem Ausführungsbeispiel also auf —30 Volt. Da die Verbindung zwischen dem Transistor 39 und dem Transistor 22 wirksam unterbrochen ist, kann die Basis des Transistors 39 das Potential der Quelle 42, in diesem Falle —15 Volt, eher annehmen als das Kollektorpotential des Transistors 22.

Wie bereits erwähnt, wird der Transistor 39 vorteilhafterweise ins Sättigungsgebiet ausgesteuert, um einen großen Ausgangsstrom an den Nutzkreis liefern zu können.

Daher verbleiben in dem Transistor nach seiner Sperrung überschüssige Ladungsträger. Diese können über den Widerstand 43 nach der Quelle 42 abgeleitet werden. Gleichzeitig kann das Emitterpotential, d. h. das Potential am Punkt 52, auf etwa — 15VoIt ansteigen.

Daraus ergibt sich für den Nutzkreis, daß in der Schieberegisterstufe jetzt eine 0 eingespeichert ist, während die Schiebetorschaltung mit den Dioden 50 jetzt in der Lage ist, eine eingespeicherte 0 beim Anlegen des nächsten Taktimpulses 54 als Signal an die nächste Stufe des Registers weiterzugeben.

Es muß dabei darauf hingewiesen werden, daß zwischen dem Anlegen eines Takt- oder Schiebeimpulses und dem Bereitstellen der Schiebetorschaltung für den nächsten Taktimpuls eine gewisse Verzögerung besteht, so daß die in einer Registerstufe eingespeicherte Nachricht beim Anliegen eines Taktimpulses nur an die nächstfolgende Registerstufe weitergegeben wird und nicht auch an die nachfolgenden Stufen. Diese Verzögerung ergibt sich aus der zum Sperren der Gleichstrom Verstärkertransistoren 39 und 40 benötigten Zeit und auch zum Teil aus der Zeitkonstante der Torschaltung.

Wie bereits erwähnt, sind gemäß einem Merkmal der Erfindung die Transistoren 22 und 39 sowie die Transistoren 23 und 40 gleichstromgekoppelt, und die den verschiedenen Elektroden zugeführten Spannungen sind so gewählt, daß die Verstärkertransistoren 39 und 40 die Flip-Flop-Transistoren 22 und 23 außerhalb ihres Sättigungsbereiches halten, so daß Transistoren mit einem sehr großen Streubereich ihres Stromverstärkungsfaktors α im Flip-Flop-Teil verwendet werden können. In der besonderen, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, in der die Kollektorspannung der Verstärkertransistoren 39 und 40 bei —30 Volt liegt, wird die Kollektorspannung der Flip-Flop-Transistoren 22 und 23 bei einem geringfügig negativeren Wert als ■—30 Volt festgehalten. Dieser Wert ist auch infolge des Spannungsabfalls über der Basis-Kollektor-Strecke des Verstärkertransistors und über der Diode 38 negativer als —30 Volt. Man kann auch, wenn dies erwünscht sein sollte, im Gleichstromweg zwischen den Flip-Flop- und Verstärkertransistoren einen Widerstand einschalten, um die Wirkung möglicher Veränderungen dieser Halbleiterwiderstände zu verringern. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Kollektorspannung der Transistoren 22 und 23 auf einem Wert von —32 Volt festgehalten werden.

Die Basiselektroden und die Emitter der Flip-Flop-Transistoren sind demgemäß so vorgespannt, daß die Haltespannung am Kollektor ausreicht, um den Transistor außerhalb seines Sättigungsbereiches zu halten. In dem Ausführungsbeispiel kann für die Quelle 31 eine Spannung von —37 Volt gewählt und der Wert des Widerstandes 30 so eingestellt werden, daß das Basispotential genügend unterhalb des Kollektorpotentials liegt, um den Transistor vom Erreichen der Sättigung abzuhalten.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung können die verschiedenen beschriebenen Schaltelemente die folgenden Werte haben:

Widerstände	Ohm
25	21500
27	5110
28	1210
30	5 110
33	2 610
35	383
43	7 500
45	10 000
47	15 000

Kondensatoren	pF
26 36 48	120 10 000 240

Spannvmgsquellen	Volt
31	—37
41	—30
42	J. O
56	—15

Die Transistoren 22 und 23 können N-P-N-Schichttransistoren der Typen M 1853 oder M 1858, die Transistoren 39 und 40 P-N-P-Schichttransistoren des Typs M 1778 und die Dioden 38, 46 und 50 Germanium-Dioden des Typs 400 A sein.

Die oben angegebenen Werte sind nur Beispiele für eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, und zahlreiche andere Ausführungsformen mit verschiedenen Werten für diese Schaltelemente sind möglich. Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß in Schaltungen in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform der Erfindung der Amplitudenbereich der Kollektorspannung des Flip-Flop-Transistors durch die zur richtigen Vorspannung der zwischen den Flip-Flop- und Verstärkertransistoren liegenden Dioden benötigte Spannung bestimmt wird. Dadurch vermag der Verstärkertransistor den Flip-Flop-Transistor aus dem Sättigungsbereich heraus zu halten, wenn dieser leitend ist. Ferner wird dadurch eine Unterbrechung der Verbindung ermöglicht, wodurch die in der Basis vorhandenen Minoritätsladungsträger aus dem Verstärkertransistor abgeleitet werden können, wenn der Flip-Flop-Transistor gesperrt ist. In dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die geringste negative Spannungsauswanderung am Kollektor des Flip-Flop-Transistors etwas negativer als das am Kollektor des Verstärkertransistors anliegende Haltepotential von —30 Volt, und liegt z.B. in der Größenordnung von — 32 Volt, so daß noch ein gewisser Spannungsabfall über der Kollektor-Basisstrecke des Verstärkertransistors und über der Diode 38 möglich ist. Da die am meisten positive Spannung an der Gleichstromverstärkerseite der Diode 38 liegt, in diesem Fall also die —-15 Volt von der Quelle 42, so ist die maximale

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positive Amplitude der " Flip-Flop-Kollektorspannung etwa —12 VoIt₅ die sicherstellen soll, daß die Diode gesperrt wird, wenn der Flip-Flop-Transistor selbst gesperrt wird. Weiterhin wird, wie bereits erwähnt, die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers am Punkt 52 durch, den Spannungsbereich und die Pegel bestimmt, die die logische Schaltung des ausgangsseitigen Nutzkreises benötigt, und sie beträgt in diesem besonderen Ausführungsbeispiel zwischen —15 und —30 Volt. Hierdurch werden auch die Werte für den Torschaltungsteil des Schieberegisters bestimmt.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig..2 werden für die Flip-Flop-Transistoren N-P-N-Schichttransistoren verwendet, die Verstärkertransistoren sind P-N-P-Schichttransistoren und die Haltespannung wird dem Kollektor des Verstärkertransistors zugeführt. Viele Abänderungen dieser Anordnung sind möglich, ohne den Erfindungsbereich zu verlassen. Demgemäß ist in der Ausführungsform nach Fig. 3, in der nur der obere Teil einer Schieberegisterstufe dargestellt ist, ao wobei gleiche oder ähnliche Schaltelemente mit denselben ' Bezugsziffern wie in Fig. 2, aber mit einer angehängten 1, bezeichnet sind, der verwendete Flip-Flop-Transistor 221 ein P-N-P-Schichttransistor, der Verstärkertransistor 391 ein N-P-N-Schichttransistor, und die Haltespannung wird von einer positiven Spannungsquelle 411 an den Kollektor des Verstärkertransistors 391 angelegt.

Wie ersichtlich, weisen die Spannungsquellen 311, 421, 411 und 561 die entgegengesetzte Polarität wie die Spannungsquellen 31-, 42, 41 und 56 der Ausführungsform nach Fig. 2 auf, während die Entkopplungsdiode 381 entgegengesetzt gepolt ist. In dieser Ausführungsform ergibt sich das Problem der Elektronenspeicherung im Verstärkertransistor 391, wobei sich diesmal die Elektronen und nicht die Löcher in der Basis des Transistors ansammern, die dann über einen Widerstand 431 an die Quelle 421 abgeführt werden.

" Es ist nicht für alle Ausführungsformen dieser Erfindung erforderlich, daß die Gleichstromverbindung von dem Flip-Flop-Transistor zur Basis des Verstärkertransistors über eine Entkopplungsdiode.führt. In der Ausführungsform nach Fig. 4, bei der der-Flip-Flop-Transistor 222 wieder ein N-P-N-Schichttransistor ist, ist der Kollektor des Flip-Flop-Transistors über eine Diode 382 mit dem Emitter eines Transistors 392 verbunden, der ein N-P-N-Schichttransistor sein kann.

In dieser Ausführungsform, in der gleiche oder ähnliche Schaltelemente mit dem gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichnet wurden, jedoch mit einer angehängten2, liegt das Haltepotential von einer Quelle 412 an der Basis des Transistors 392. Diese Schaltung kann vorteilhafterweise dann verwendet werden, wenn der Verstärkertransistor eine Spannungsverstärkung mit einem konstanten Ausgangsstrom liefern soll, der unabhängig von der Nutzlast ist, während die Ausführungsformen nach Fig. 2 und vorteilhafterweise für Stromverstärkung und veränderbaren Ausgangsstrom für die Nutzlast und auch für Spannungsverstärkung verwendet werden können.

Die Diode 382 ist in der Ausführungsform nach Fig. 4 auf Grund der rascher auftretenden Diodenwirkung der Emitter-Basis-Schicht des Verstärkertransistors weniger dringend erforderlich. Sie liefert jedoch eine optimale Entkopplung zwischen dem Flip-Flop-Transistor und dem Verstärker- und Haltetransistor.

Es ist klar, daß beide Transistoren 222 und 392 in der Schaltung nach Fig. 4 bei geeigneter Umkehr der Polaritäten der verschiedenen Spannungsquellen und Vorspannungen P-N-P-Schichttransistoren sein können. In gleicher Weise kann für den Transistor 392 auch ein Spitzentransistor Verwendung finden. In der Schaltung nach Fig. 5, in der wieder gleiche oder ähnliche Schaltelemente durch die gleichen Bezugszeidhen wie in Fig. 2, nur mit angehängter Ziffer 3 bezeichnet sind, liegt das Haltepotential am Emitter des Verstärfertransistors 393, dessen Basis mit dem Kollektor iies Multivibratortransistors 223 gleichstromgekoppelt ist.; In dieser Schaltung ist der Multivibratortransistor 223; ein N-P-N-Schichttransistor, während der Verstärker- ikadv Haltetransistor 393 ein P-N-P-Schichttransistor ist, wobei diese beiden bei gleichzeitiger Vertauschung der Irnpuls- und Vorspannungspolaritäten vertauscht werden können. In dieser Ausführungsform ist die Entkopplungsdiode 383 in der Gleichstrom-Halteverbindung zwischen der 3||Sts des Transistors 393 und dem Kollektor des Transistofsii23, wiederum nicht unbedingt erforderlich, ergibt jedoch eine optimale Entkopplung zwischen den beiden Transistoren, In einer Ausführungsform dieser Schaltung ist Änä geeignete Vorspannung, die von einer Quelle 59 über die" Diode 58 dem Kollektor des VerstärkertransistorSi^llii:BU-geführt wurde, beispielsweise —45 Volt, wenn dienten'* Emitter des Transistors 383 liegende Haltespannüng¹ —30 Volt beträgt. Die Quelle 57 liefert —60 Volt Quelle 563 —30 Volt. Es muß dabei beachtet werdei die Ausgangsleitungen dieser Schaltung über Kreuz iinit den gegenüberliegenden Eingangsleitungen der nächsien Stufe verbunden sind. Die Spannung am Punkt f§3 ändert sich dabei zwischen —45 und —30 Volt. ί|·

In jeder der beschriebenen Schaltungen können, #ie bereits ausgeführt, die N-P-N- und P-N-P-Schichttransistoren sowohl in den Verstärker- als auch in den

Flip-Flop-Teilen bei gleichzeitigem Vertauschen,·; ,ter

Batteriepotentiale und gleichzeitiger Umpolung''^:Φ'|βΓ Dioden gegeneinander ausgetauscht werden. Weiteärpn lassen sich in diesen Schaltungen die Impulse ten Flip-Flop-Transistoren so zuführen, daß diese Transistoren, statt wie bisher durch diese Impulse gesperrt zu werden, nunmehr in ihren leitenden Zustand übergeführt werden, wobei die Impulse bekanntlich den Basiselektroden oder den Kollektoren zugeführt werden müssen;

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE: ;

1. Schaltungsanordnung für Schieberegister unter Verwendung von Transistoren, die außerhalb ihres Sättigungsbereiches gehalten werden, dadurchj^is-.' kennzeichnet, daß bei jeder Registerstufe die ^i!!pi|is4¹^ elektroden und die Emitter eines ersten Paares vfeni Transistoren (22, 23) zur Bildung einer bistabilen Schaltung über Kreuz miteinander verbunden sind Ji :- daß je eine Elektrode eines als Verstärker arbeitenden zweiten Transistorpaares (39, 40) mit den Kollektoren: des ersten Transistorpaares gleichstrommäßigfiyter-^^! bunden ist; und daß jeweils'an einer zweiten Elekti&de dieses zweiten Paares ein ausreichend hohes Häße- . potential (41) liegt, um das Potential an den Kollektoren des ersten Paares über dem für die Sättigimg des ersten Transistorpaares erforderlichen WerSitzu halten; und daß ferner jeder Transistor des zweiten Paares eine Übertragungstorschaltung zur nächsten Registerstufe aufweist. ^:ί··< ^;

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen, welche die Transistoren des ersten Paares von den Transistoren des zwe||en'; Paares entkoppeln, wenn die Transistoren des ersten: Paares gesperrt sind. H- · ■:;,,; [

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadfeebi gekennzeichnet, daß die Entkopplungseinrichtiidi^en eine im Gleichstromweg zwischen den beiden Transistorpaaren befindliche Diode (38) aufweisen, wobei eine Potentialquelle (42) die Diode in Sperrichtung vorspannt, wenn das Potential am Kollektor eines

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Transistors des ersten Paares sich von dem im stromführenden Zustand anliegenden Potential aus zu ändern beginnt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ableiten überschüssiger Ladungsträger aus den Transistoren des zweiten Paares, wenn diese gesperrt werden, die Vorspannungsquelle und ein mit dieser in Reihe geschalteter Widerstand (43) dient.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als gleichstromgekoppelte Elektrode der Transistoren des zweiten Paares deren Basis und daß als zweite Elektrode zum Anlegen des Haltepotentials deren Kollektor verwendet werden.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als gleichstromgekoppelte Elektrode der Transistoren des zweiten

Paares deren Basis und daß als zweite Elektrode zum Anlegen des Haltepotentials deren Emitter verwendet werden.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als gleichstromgekoppelte Elektrode der Transistoren des zweiten Paares deren Emitter oder Kollektor und daß als zweite Elektrode zum Anlegen des Haltepotentiales deren Basis verwendet werden.

8. Schieberegister unter Verwendung einer Mehrzahl von Stufen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe eine Torschaltung aufweist, die mit der jeweils dritten Elektrode jedes zweiten Paares verbunden ist, und daß dieser Torschaltung Takt- oder Schiebeimpulse zugeführt werden, um die in einer bestimmten Stufe eingespeicherte Nachricht an die nächstfolgende Stufe des Registers zu schieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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