DE1021965B - Bistabiler Transistor-Roehre-Kippkreis - Google Patents
Bistabiler Transistor-Roehre-KippkreisInfo
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- DE1021965B DE1021965B DEI6776A DEI0006776A DE1021965B DE 1021965 B DE1021965 B DE 1021965B DE I6776 A DEI6776 A DE I6776A DE I0006776 A DEI0006776 A DE I0006776A DE 1021965 B DE1021965 B DE 1021965B
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- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/26—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback
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- H03K3/286—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator bistable
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Description
DEUTSCHES
Man unterscheidet heute verschiedene Formen des Transistors, z. B. den Spitzentransistor, den Flächentransistor,
den Fieldistor und den Schichttransistor. Grundsätzlich beruht die Verstärkerwirkung bei derartigen
Störstellenhalbleitern darauf, daß eine ungleichmäßige Verteilung von Elektronen oder Defektelektronen,
die sich zwischen zwei Elektroden ausbildet, von einer dritten Elektrode gesteuert wird
(Transistor). Beim Fototransistor übernimmt der Lichtstrom die Funktion der Ladungsträger aussendenden
Elektrode. Je nach Aufeinanderfolge der Störstellenverteilung hinsichtlich Art und Anzahl ergeben
sich -p- oder -η-leitende Schichten. Beim Schichttransistor, der ohne Steuer- und Arbeitsspitze
aufgebaut ist, unterscheidet man dementsprechend p-n-p- und n-p-n-Schichttransistoren. Außer an
Germaniumkristallen ist eine ähnliche Verstärkerwirkung auch an Silizium, PbS und CdS gefunden
worden.
Der Transistor hat bereits Eingang in die Schaltungstechnik gefunden. So sind auch Impulszählschaltungen
bekanntgeworden, in denen die Elektronenröhren oder die gittergesteuerten gasgefüllten Röhren
durch Transistoren ersetzt sind. Diese Schaltungen benötigen wesentlich geringere Spannungen, die
Heizung entfällt, und der Raumbedarf ist gegenüber der entsprechenden Röhrenschaltung erheblich
geringer.
Die Stabilität der bekannten Transistor-Triggerkreise ist jedoch insofern recht unbefriedigend, als bei
jedem Austausch eines Transistors Neueinstellungen von Schaltungsmitteln erforderlich sind. Dies ist besonders
dann der Fall, wenn der Transistor nach längerem oder kürzerem Nichtgebrauch erneut in
Betrieb genommen wird.
Die angeführten Nachteile lassen sich bei einer bistabilen Transistor-Röhren-Kippschaltung erfindungsgemäß
durch eine Schaltung vermeiden, bei der in einem Kreis eine Röhre und ein in den Basisstromkreisen
des Transistors eingeschaltetes Impedanzelement angeordnet ist, das auch dem Gitter-Kathode-
und Anode-Kathode-Kreis der Röhre gemeinsam ist, und dies eine positive Rückkopplung sowohl im
Gitter- als auch im Anodenkreis der Röhre bewirkt und zugleich eine negative Eingangsimpedanz für den
Transistorkreis erzeugt. Dadurch schneiden sich in den stabilen Arbeitspunkten zwei nahezu aufeinander
senkrecht stehende Transistor- und Röhren-Eingangskennlinien, so daß insbesondere Schwankungen der
Transistorkennlinien im Sinne von Exemplar-Streuungen und Änderungen durch Temperatureinflüsse
die Stabilität der Arbeitspunkte nicht gefährden. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung. Die Erfindung sei an Hand der
Bistabiler Transistor-Röhre-Kippkreis
Anmelder:
IBM Deutschland Internationale
Büro-Maschinen Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ), Böblinger Allee 49
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1951
V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1951
Marion Loren Wood, Highland, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
Zeichnungen für einige beispielsweise Ausführungsformen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Transistor vom p-Typ benutzt
wird;
Fig. 2 und 3 enthalten Schaltbilder von weiteren Ausführungsformen der Erfindung, bei denen Transistoren
vom η-Typ verwendet sind;
Fig. 4 zeigt im einzelnen die jeweiligen Eingangskennlinien des verwendeten Transistorkreises und des
Röhrenkreises;
Fig. 5 A und 5 B sind Schaltbilder von Impulsfrequenzteilern unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Grundschaltung nach Fig. 2;
Fig. 6 und 7 zeigen die Eingangs- und Ausgangswellenformen, wie man sie mit den in Fig. 5 A
bzw. 5B dargestellten Impulsfrequenzteiler gewinnt; Fig. 8 enthält das Schaltbild eines vierstufigen
binären Zählers, in welchem in jeder Stufe Impulsfrequenzteiler nach Fig. 5 B vorgesehen sind;
Fig. 9 veranschaulicht die sich an verschiedenen
Stellen der Schaltung nach Fig. 8 sowie im Ein- und Ausgang der Anordnung ergebenden Wellenformen;
Fig. 10 und 12 geben die Schaltbilder zweistufiger binärer Zähler wieder, in denen pro Stufe Impulsfrequenzteiler
nach Fig. 5 A benutzt sind;
Fig. 11 zeigt, wie die Wellenformen im Ein- und Ausgang sowie an weiteren verschiedenen Stellen der
Schaltung nach Fig. 10 aussehen;
Fig. 13 enthält das Schaltbild eines zweistufigen binären Zählers, in welchem Impulsfrequenzteiler
nach Fig. 5 B vorgesehen sind;
709 847/282
Fig. 14 enthält eine Darstellung der Wellenformen, wie sie am Ein- und Ausgang und an einer anderen
Stelle in der Schaltung nach Fig. 13 entstehen.
Die Anordnung nach Fig. 1 weist einen Transistor 10 vom p-Typ, das Potentiometer 12 und die Vorspannungsbatterie
14 auf. Diese Schaltungselemente sind in der genannten Reihenfolge zwischen Basiselektrode
b und Kollektor c in Reihe geschaltet. Da der hier benutzte Transistor 10 vom p-Typ ist, muß
geschalteter Röhre 16, wodurch der Emitterstrom unterdrückt wird und nur ein Minimalstrom im
Kollektorstromkreis des Transistors fließt.
Wenn jetzt das Emitterpotential des Transistors 10 für einen Augenblick in umgekehrter Richtung geändert
wird, dann fließt wieder ein Emitterstrom, der einen entsprechend erhöhten Kollektorstrom erzeugt.
Der erhöhte Kollektorstrom hat eine Erhöhung des
wird, um den Emitterstromfluß zu verringern, z. B. durch Anlegung eines Triggerimpulses geeigneter
Polarität, so verringert sich der Kollektorstrom entsprechend und setzt dadurch den Strom durch das
Potentiometer 12 herab. Dies hat einen Potentialabfall am Steuergitter 18 zur Folge. Durch richtige
Wahl der Stromkreisparameter nimmt das Potential des Steuergitters 18 gegenüber der Kathode 22 einen
solchen Wert an, daß es zur Blockierung der Röhre 16
der positive Anschluß der Vorspannungsbatterie 14 ίο kommt. Der Stromkreis nach Fig. 1 ist damit in
mit dem Kollektor c verbunden sein. Das Gitter 18 seinem zweiten stabilen Arbeitszustand mit abder
Entladungsvorrichtung bzw. der Elektronenröhre
16 ist mit dem Abgriff 20 des Potentiometers 12 verbunden. Die Kathode 22 liegt über die Vorspannungsbatterie 24 am Verbindungspunkt des Potentiometers 15
12 mit der Vorspannungsbatterie 14. Die Anode 26
ist über die Stromquelle 28 an den Emitter e des
Transistors 10 angeschlossen, und zwar liegt der
positive Anschluß der Batterie 28 an der Anode 26
und der positive Anschluß der Batterie 24 an der 20 Spannungsabfalls über dem Potentiometer 12 zur Kathode 22 der Röhre 16. Die über den Widerstand Folge. Dadurch erhöht sich wieder das Potential am 12 erzeugte Spannung und die Spannung der Batterie Gitter 18 gegenüber dem der Kathode 22 über den 28 tragen zusammen dazu bei, ein größeres Potential Grenzwert für die Röhre 16 hinaus. Die Röhre 16 bezu schaffen als das der Batterie 24, um die Röhre 16 ginnt also wieder stromleitend zu werden und erhöht so vorzuspannen, daß sie leitend wird, wenn das 25 weiter den Emitterstrom durch den Transistor 10 bis Steuergittex 18 über den Grenzwert vorgespannt ist. zur Sättigung.
16 ist mit dem Abgriff 20 des Potentiometers 12 verbunden. Die Kathode 22 liegt über die Vorspannungsbatterie 24 am Verbindungspunkt des Potentiometers 15
12 mit der Vorspannungsbatterie 14. Die Anode 26
ist über die Stromquelle 28 an den Emitter e des
Transistors 10 angeschlossen, und zwar liegt der
positive Anschluß der Batterie 28 an der Anode 26
und der positive Anschluß der Batterie 24 an der 20 Spannungsabfalls über dem Potentiometer 12 zur Kathode 22 der Röhre 16. Die über den Widerstand Folge. Dadurch erhöht sich wieder das Potential am 12 erzeugte Spannung und die Spannung der Batterie Gitter 18 gegenüber dem der Kathode 22 über den 28 tragen zusammen dazu bei, ein größeres Potential Grenzwert für die Röhre 16 hinaus. Die Röhre 16 bezu schaffen als das der Batterie 24, um die Röhre 16 ginnt also wieder stromleitend zu werden und erhöht so vorzuspannen, daß sie leitend wird, wenn das 25 weiter den Emitterstrom durch den Transistor 10 bis Steuergittex 18 über den Grenzwert vorgespannt ist. zur Sättigung.
Durch diese Anordnung erhält außerdem der Emitter e Obwohl sich die vorstehende Erklärung der Arbeits-
des Transistors 10 die richtige Vorspannung, d. h., vv«se des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 auf die
der Emitter wird negativ gegen die Basis b. Emitterpotentialänderung des Transistors 10 bezogen
Die Batterie 24 kann auch in den Basisstromkreis 30 nat· kann natürlich der Stromkreis auch durch Eindes
Transistors an der Stelle X eingeschaltet werden. führung von Kippimpulsen an anderen Punkten der
In diesem Falle kommt man mit einer kleineren Schaltung zwischen seinen beiden stabilen Arbeitszu-Batteriel4
aus, da an dieser Stelle X das Potential ständen hin- und hergeschaltet werden. So können
der Batterie 24 zu dem der Batterie 14 hinzukommt. z· B· mit gleicher Wirkung Triggerimpulse dem Gitter
Außerdem kann im Bedarfsfalle die Batterie 28 ent- 35 18 der Röhre 16 aufgeprägt werden. Ferner kann man
fallen, da die bei Inbetriebnahme der Schaltung über an Stelle der Einführung von Impulsen entgegenden
Basiswiderstand 12 entwickelte Spannung die erforderliche Polarität hat, um über die Anode 26 und
über den Emitter e Strom zu erhalten, der durch entsprechende Bemesssung des Widerstandes 12 eine an- 40
gemessene Größe erreicht. Durch die Verwendung der
Batterie 28 im Emitterkreis wird aber der .Stromkreis
stabiler.
über den Emitter e Strom zu erhalten, der durch entsprechende Bemesssung des Widerstandes 12 eine an- 40
gemessene Größe erreicht. Durch die Verwendung der
Batterie 28 im Emitterkreis wird aber der .Stromkreis
stabiler.
In Fig. 1 ist wie auch in den Fig. 2 und 3 nur die
Grundschaltung angegeben. Die Ein- und Ausgangs- 45 den. Die Schaltung nach Fig. 1 kann also entweder
anschlüsse und die Ausgangsanschlüsse oder Be- durch negative oder durch positive Impulse oder eine
Kombination beider, die dem Verbindungspunkt des Emitters e und der Anode 26 zugeführt wird, geschaltet
werden. Durch entsprechende Wahl der Strom-
g p gg
gesetzter Polarität in einem einzigen Element auch Impulse gleicher Polarität abwechselnd verschiedenen
Elementen, z. B. Gitter 18 und Kathode 22 der Röhre , der Anordnung zuführen, um die Schaltung zwisehen
seinen beiden stabilen Zuständen hin- und herzukippen. Außerdem können für denselben Zweck aufeinanderfolgende
Impulse gleicher Polarität an die Anode 26 und den Emitter e gleichzeitig angelegt werd
lastungsimpedanzen sind in diesen Figuren nicht mit dargestellt. Sie sind jedoch beispielsweise aus den
Fig. 5 A und 5 B ersichtlich.
Die Stromverstärkung alpha (α) des Transistors 10 50 kreisparameter läßt sich jedoch der Stromkreis wahlist
größer als Eins, d.h., durch eine Erhöhung des weise gestalten, so daß er durch Impulse einer Polarität
umgeschaltet wird, jedoch nicht durch solche der anderen Polarität, wenn Impulse beider Polaritäten
nacheinander diesem Verbindungspunkt zufließen.
Emitterstroms wird bei gleichbleibendem Kollektorpotential eine Erhöhung des Kollektorstroms bewirkt,
die größer als die Erhöhung des Emitterstroms ist.
Da der Widerstand 12 mit dem Emitter- und dem 55 Die Anordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von
Kollektorstromkreis in Verbindung steht, fließt dieser der nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß hier der
Transistor 10' vom η-Typ ist. Um dem Transistor 10 die richtigen Vorspannungen zu geben, muß die Batterie
14' zwischen dem Spannungsteiler 12 und dem 60 Kollektor c des Transistors 10' liegen, so daß ihr negativer
Anschluß mit dem Kollektor und der negative Anschluß der Batterie 28' mit dem Verbindungspunkt
des Potentiometers 12 und der Batterie 14' verbunden ist. Der Emitter e des Transistors 10' ist direkt mit
anderen Worten: Der Spannungsabfall über den 65 der Kathode 22 der Röhre 16 und das Steuergitter 18
Widerstandsabschnitt d des Potentiometers 12 ist auch in diesem Beispiel mit der Anzapfung 20 des Poetwa
gleich dem Potential der Vorspannungsbatterie tentiometers 12 \-erbunden.
Wenn jetzt im zweiten stabilen Arbeitszustand ein positiver Impuls dem Emitter aufgeprägt wird, dann
erhöhte Kollektorstrom natürlich auch über diesen Widerstand.
Es sei nun davon ausgegangen, daß sowohl der Transistor 10 als auch die Röhre 16 zu Anfang
leitend sind, d. h. das die Schaltung nach Fig. 1 im ersten stabilen Arbeitszustand ist. Der Abgriff 20 am
Potentiometer 12 ist so eingestellt, daß das Gitter-Kathoden-Potential
der Röhre etwa Null ist. Mit
24 für den Zustand maximalen Stromes oder Sättigungsstromes durch den Transistor 10. Wenn
nun das Potential des Emitters e momentan geändert 70 fließt wieder Emitterstrom, der eine entsprechende
Vergrößerung des Kollektorstromes und des Spannungsabfalls über dem Potentiometer 12 zur Folge
hat. Die Teilspannung über dem Widerstandsabschnitt d des Potentiometers 12 ist jetzt groß genug,
um die negative Spannung E1 der Batterie 24' zu überwinden,
so daß das Steuergitter 18 der Röhre 16 über den Grenzwert vorgespannt ist und die Röhre 16 leitend
wird. Damit erhöht sich der Emitterstrom. Die Erhöhung des Emitterstromes führt zu einer Vergrößerung
des Kollektorstromes bis zu einem Höchstwert und zur Umschaltung der Triggeranordnung
nach Fig. 2 in den ersten stabilen Arbeitszustand.
Obwohl der positive Impuls außerdem an die Kathode 22 angelegt wurde, hat er auf dieses Steuerelement
natürlich keine Wirkung, da die Röhre 16 bereits abgeschaltet wurde.
Durch Zuführung eines weiteren positiven Impulses an den Emitter e wird jetzt auf die vorstehend beschriebene
Weise die Schaltanordnung zurück in den zweiten stabilen Arbeitszustand gebracht. So schaltet
der Stromkreis zwischen seinen beiden stabilen Zuständen auf jeden angelegten Triggerimpuls hin um.
Während die Erklärung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 2 sich nur auf die Einführung positiver
Impulse zum Verbindungspunkt von Kathode 22 und Emitter e bezieht, um so den Stromkreis zwischen
seinen beiden stabilen Arbeitszuständen hin- und herzusteuern, läßt sich bei entsprechender Wahl der
Stromkreisparameter die Schaltung auch mit aufeinanderfolgenden negativen Impulsen oder mit einer
Kombination aufeinanderfolgender positiver und negativer Impulse hin- und herkippen. Oder, wie in
Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, es kann der Stromkreis durch eine andere Wahl der Parameter wahlweise
so festgelegt werden, daß er nur auf Impulse einer Polarität anspricht, wenn Impulse beider Polaritäten
zugeführt werden.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die im allgemeinen der Anordnung nach
Fig. 2 gleicht mit der Ausnahme, daß die Batterie 14' jetzt zweiteilig (14A und 145) und das Steuergitter
18 der Röhre 16 an dem Verbindungspunkt dieser beiden Stromquellen 14*4 und 14Z? angeschlossen ist.
Das Potentiometer 12 ist danach durch den Widerstand 12' ersetzt und die Batterie 24' in Fortfall gekommen.
Die Arbeitsweise der Triggerschaltung nach Fig. 3 ist ähnlich der der Schaltung nach Fig. 2. Sie unterscheiden
sich nur dadurch, daß der gesamte Spannungsabfall und nicht nur der Teil d über den Widerstand
12' jetzt als Gegengewicht zu dem festen und von der Batterie 14^-ί bestimmten Vorspannungspotential
im Betriebszustand des Stromkreises zur Verfügung steht.
Die Arbeitsweise der Grundschaltungen nach Fig. 1 bis 3 läßt sich an Hand der Fig. 4 noch besser erklären.
In Fig. 4 sind die jeweiligen Eingangskennlinien
der Transistor- und Röhrenteile getrennt dargestellt. Man untersuche z. B. die Eingangskennlinien
des Röhrenteils nach Fig. 2, d. h. die Kennlinien der Röhre 16, von den Punkten M und Λ* aus betrachtet,
für verschiedene Spannungswerte der Vorspannungsbatterie 24' und die Eingangskennlinien für die Schaltung
des Transistors 10' nach Fig. 2, ebenfalls von den Punkten M und Λ' aus gesehen, für verschiedene
Werte der Vorspannungsbatterie 24'. Diese Eingangskennlinien sind in Fig. 4 dargestellt, und zwar ist die
Spannung e waagerecht und die Stromstärke i senkrecht dargestellt. Die Röhrenkennlinien sind mit ausgezogenen
Linien angegeben. Die S-förmige Röhrenkennlinie links gilt für einen Spannungswert der Vorspannungsbatterie
24' gleich Null und ist daher mit .E1 = O bezeichnet. Die rechte S-förmige Röhrenkennlinie
mit der Bezeichnung -E1= + + ist die Eingangskennlinie
des Röhrenkreises für einen positiven Spannungswert aus der Batterie 24', wobei die entstehende
negative Vorspannung größer als der Abschaltwert ist, wenn die Spannung über M-N gleich Null ist. Die
gestrichelte Kennlinie, die teilweise einen negativen ίο Impedanzbereich aufweist, ist die Eingangskennlinie
des Transistorstromkreises für ein Batteriepotential E1 (erzeugt von Batterie 24') gleich Null. Die
anderen punktiert gezeichneten Kennlinien links davon sind Eingangskennlinien der Transistorschaltung
für zwei positive Werte von E1. Dabei gilt die rechte punktiert dargestellte Kennlinie für ein Potential E1.
wie es für die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 2 benötigt wird.
Ein stabiler Arbeitszustand der Schaltung nach Fig. 2 ist in Fig. 4 mit P bezeichnet. Dieser Punkt P
ist der Schnittpunkt der Röhrenkennlinie für E1= + mit der strichpunktierten Transistorkennlinie für
E1=+. Mit anwachsender Vorspannung aus 24' verschiebt
sich die Röhrenkennlinie, wie dargestellt, nach rechts, die Transistorkennlinie dagegen nach links,
und die Anordnung schaltet sich im Punkt S, das ist der Schnittpunkt der mit El— + + bezeichneten
strichpunktierten Kennlinie mit der durch E1= + + gekennzeichneten Röhrenkennlinie, in den anderen
Betriebszustand um. Durch Herabsetzung des aus der Batterie24' entnommenen Spannungswertes auf E1= +
erreicht man, daß die Schaltungsanordnung den Arbeitspunkt Q annimmt. Man beachte, daß die beiden
Kurven für E1 = + sich außerdem in einem rnittleren
Punkt R schneiden. Dieser Schnittpunkt bezeichnet jedoch einen unstabilen Arbeitszustand, da die
negative Steigung der strichpunktierten Kurve kleiner ist als die positive Steigung der mit ausgezogenen
Linien dargestellten Kurve in diesem Punkt R.
4.0 Bei der vorstehenden Erklärung wurden die Röhre 16 und der Transistor 10' beide als nichtleitend in
einem stabilen Arbeitszustand angesehen, der Arbeitspunkt Q liegt also nach Fig. 4 auf der Null-Stromachse.
Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Je nach Bedarf können die Stromkreisparameter so eingerichtet
sein, daß der untere Schnittpunkt der Transistorkennlinie mit der Röhreneingangskennlinie bei
einem endlichen Stromwert auftritt. Ein solcher endlicher Stromwert muß natürlich geringer sein als der
des obersten Schnittpunktes der gleichen Kennlinien.
Bezüglich der Anordnungen nach den Fig. 1 bis 3
ist außerdem zu beachten, daß jede Anordnung eine positive Rückkopplung sowohl im Gitter- als auch im
Anodenstromkreis der Röhre 16 enthält. Wie z. B. die Fig. 3 zeigt, verläuft der Strom durch den Widerstand
12' im Sinne des Pfeiles aufwärts, so daß das obere Ende des Widerstandes 12' gegenüber dem
unteren Ende negativ wird. Jede Erhöhung der Spannung über den Widerstand 12' infolge eines vergrößerten
Kollektorstromes erhöht also die zwischen der Anode 26 und der Kathode 22 der Röhre 16 angelegte
Spannung. Wenn daher mehr Strom durch die Röhre 16 fließt, um den Emitterstrom des Transistors 10'
und dadurch auch den Kollektorstrom zu vergrößern.
dann wird eine höhere Spannung über den Widerstand 12' erzeugt, wodurch das Potential der Anode
26 gegenüber der Kathode 22 erhöht und der Emitterstrom noch weiter vergrößert wird. Der positive
Rückkopplungsstrom für den Gitterstromkreis zwisehen dem Steuergitter 18 und der Kathode 22 ver-
läuft in ähnlicher Weise, nur setzt in diesem Fall das über Widerstand 12' infolge des erhöhten Kollektorstromes
erzeugte Potential das von der Gitterbatterie 14:A festgelegte herab, wodurch der Strom durch die
Röhre 16 und über den Emitterkreis noch weiter verstärkt wird.
Die Schaltungen nach den Fig. 1 bis 3 lassen sich ohne weiteres so einrichten, daß nur einer der Röhrengangsleitung
32' über einen zweiten Differenzierkondensator 44 und eine zweite Diode 46 mit dem Kollektor
c des Transistors 10' verbunden. Die Fig. 7 zeigt (in Fig. 5 B angedeutet) rechteckförmige Wellenformen,
wie sie die Eingangsimpulse A zwischen der Leitung 32' und Erde aufweisen. Diese Rechteckimpulse
unterliegen durch die Kondensatoren 30' und 44 einer Differentiation. Die entstehenden negativen
Impulse werden durch die darstellungsgemäß gepolten
kreise mit positiver Rückkopplung gebildet wird. So
könnte z.B. das Potential des Gitters 18 gegenüber io Dioden 42 und 46 gesperrt, so daß nur Triggerimpulse
der Kathode 22 durch Einschaltung einer Batterie positiver Polarität, von denen jeder mit der vorderen
feststehenden Potentials direkt zwischen Kathode 22 Kante eines entsprechenden Rechteckwellenteils gleich-
und Gitter 18 konstant gehalten werden. Der dadurch zeitig am Eingang auftritt, gleichzeitig dem Kollek-
entstehende Stromkreis würde dann völlig von der tor c und dem Emitter e des Transistors 10 zugeführt
positiven Rückkopplung des Anodenstromkreises ab- 15 werden, wie dies aus Fig. 5 B hervorgeht.
hängen, um die gewünschte Schaltwirkung zu erzeugen. Ähnlich könnte die Röhre 16 durch eine gasgefüllte
Entladungsdiode ersetzt werden.
Fig. 5 A zeigt die Schaltung eines Impulsfrequenz-
Angenommen, die Schaltung nach Fig. 5 B ist anfangs im ersten stabilen Arbeitszustand, in dem kein
Strom durch die Röhre 16 oder den Emitter e und nur ein Mindeststrom durch den Kollektor c fließt, so hat
teilers unter Verwendung der Anordnung nach Fig. 2. 20 der erste, an den Kollektor c angelegte positive Kipp-
Die übereinstimmenden Elemente der beiden Anordnungen nach Fig. 2 und 5 A haben die gleichen Bezugszeichen.
Die am Eingang zugeführten positiven Kippimpulse werden über den Kopplungskondensator
impuls wegen des großen Potentialabfalls über den Halbleiterkörper des Transistors zwischen Basis- und
Kollektorelektrode überhaupt keine Wirkung. Wie jedoch oben in Verbindung mit Fig. 5 A beschrieben,
30 dem.Emitter aufgeprägt, und zwar ist der Eingang 25 bewirkt dieser an den Emitter angelegte positive Imdarstellungsgemäß
zwischen die Leitung 32 und Erde puls, daß Emitterstrom und auch ein entsprechend
geschaltet. Die Verbindungsleitung des Potentio- erhöhter Kollektorstrom fließt, wodurch der Spanmeters
12 ist mit den Batterien 14' und 28' ebenfalls nungsabfall über dem Potentiometer 12 verstärkt und
geerdet. Zwei Belastungsimpedanzen sind in Form der das Potential des Gitters 18 über den Grenzwert
Widerstände 34 und 36 vorgesehen, die zwischen der 30 erhöht wird. Die Schaltung nach Fig. 5 B nimmt also
Batterie 14' und dem Kollektor c bzw. der Batterie 28' schnell ihren zweiten stabilen Arbeitszustand an, bei
dem ein Maximal- oder Sättigungsstrom durch den Kollektorstromkreis und ein Maximal- oder Sättigungsstrom
durch den Emitter und die in Reihe liegende Röhre 16 fließt. Der nächste, gleichzeitig dem
Emitter e, der Kathode 22 und dem Kollektor c zuge-
und der Anode 26 liegen. Es steht also ein erster Ausgang an der Leitung 38, die mit der Anode 26 verbunden
ist, und ein zweiter Ausgang auf der mit Kollektor c verbundenen Leitung 40 zur Verfügung.
Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 5 A ist bereits oben in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben
worden und wird hier nicht wiederholt.
Gute Ergebnisse lassen sich mit einer Schaltung
führte positive Kippimpuls schaltet die Anordnung nach Fig. 5 B in ihren ersten stabilen Arbeitszustand
zurück, und zwar aus zwei Gründen: Erstens wird
nach Fig. 5 A erzielen, wenn der Transistor 10' ein 40 das Kathodenpotential, wie oben in Verbindung mit
Punktkontakttransistor vom »Typ A« mit einem Stromv-erstärkungsfaktor 1,5 ist und wenn die Spannungen
der Batterien 14' und 28' je 45 Volt, die der Batterie 24' = 67,5 Volt betragen. Das Potentiometer
Fig. 5A beschrieben, erhöht, wodurch das Gitter-Kathoden-Potential
der Röhre 16 größer als ihr Abschaltwert wird. Zweitens macht, da das Kollektor-Basis-Potential
des Transistors 10' jetzt verhältnis-
12 ist zweckmäßig 20 000 Ohm, der Widerstand 34 = 45 mäßig niedrig, nämlich in der Größenordnung von
510 0hm, der Widerstand 36 = 1000 Ohm, der Kopp- 2 bis 5 Volt ist, der dem Kollektor c aufgeprägte
lungskondensator 30 = 0,05 Mikrofarad groß. Als Kippimpuls diesen gegenüber der Basiselektrode b
Kippkreisröhre ist die Type 5687, von der nur die relativ stärker positiv, wodurch die Neigung besteht,
eine Spannungshälfte benutzt wird, besonders geeignet. den Kollektorstrom herabzusetzen. Die daraus fol-
Die Fig. 6 zeigt die bei der Anordnung nach 50 gende Verminderung des Kollektorstromes verringert
Fig. 5 A sich ergebenden Ein- und Ausgangswellenformen. Die positiven Eingangskippimpulse A (Fig. 6)
werden der Leitung 32 (Fig. 5A) zugeführt. Auf der Leitung 38 hat man dann Äusgangsimpulse der
Form B und auf der Leitung 40 (Fig. A) solche der Form C zur Verfügung. Die Ausgangsimpulse B und C
haben verschiedene Polarität. Der Ausgangsimpuls B ist natürlich außerdem über das Potentiometer 12 der
Anordnung nach Fig. 5 A abnehmbar. Dieser Ausgang
dann den Potentialabfall über den Widerstand 12 weiter und drückt dadurch das Potential des Gitters
18 weiter bis zum Abschaltwert oder sogar darüber hinaus, bis der erste stabile Arbeitszustand der Kippschaltung
nach Fig. 5 B wieder erreicht ist.
Der Ausgangsimpuls B (Fig. 7) ist wieder auf der Leitung 38 (Fig. 5B), und der Ausgangsimpuls C
(Fig. 7) steht auf der Leitung 40 zur Verfügung. Es ist wiederum zu beachten, daß die Ausgangsimpulse B
kann nach Wunsch anstatt oder zusammen mit einem 60 und C nach Fig. 7 entgegengesetzte Polarität haben
der in Fig. 5A gezeigten Ausgänge verwendet werden. und daß außerdem der Impuls C an der hinteren Kante
Die Fig. 5 B zeigt eine zweite Impulsteilerausfüh- etwas zugespitzt ist wegen des in diesem Augenblick
rung mit der Schaltung nach Fig. 2. Auch hier sind dem Kollektor c zugeführten positiven differenzierten
wieder übereinstimmende Elemente übereinstimmend Impulses. Wie bei Fig. 5 A ist der Ausgangsimpuls B
gekennzeichnet. Der erste Unterschied zwischen den 65 (Fig. 7) ebenfalls am Potentiometer 12 (Fig. 5B) verfügbar.
Der Ausgang an dieser Stelle kann entweder allein oder zusammen mit den Ausgängen der Leitungen
38 und 40 (Fig. 5B) verwendet werden.
Schaltungen von Fig. 5 A und 5 B ist der, daß eine Diode 42 zwischen Kondensator 30' und Emitter e geschaltet
ist und daß die Kapazität des Kondensators 30' hinreichend klein gewählt ist, damit er als Diffe-
Für die Schaltung nach Fig. 5 B hat es sich als vor-
renzierelement funktioniert. Außerdem ist die Ein- 70 teilhaft erwiesen, die Schaltungselemente folgender-
maßen zu bemessen: Kondensator 30' = 0,006 Mikrofarad, Kondensator 44 = 0,02 Mikrofarad, die Dioden
42 und 46 beide vom Typ IN48. Die übrigen Schaltungselemente
sind wie im Falle der Anordnung nach Fig. 5 A auszuwählen.
Die Fig. 8 zeigt einen vierstufigen (1-2-4-8) binären Zähler mit den vier Stufen 50, 52, 54 und 56. Jede
Stufe enthält den in Fig. 5 B gezeigten Impulsfrequenzteiler mit dem Ausgang lsr. Die einzige
Quelle positiven Potentials ist über die Leitung 60 mit der Anode 26 jeder Röhre 16 verbunden, und ein
jeder Röhre 16 zugeordneter Widerstand 36 dient sowohl als Trennwiderstand wie auch als Belastungsimpedanz. In ähnlicher Weise ist die einzige Quelle
negativen Potentials über die Leitung 62 mit dem Kollektor c jeder Stufe durch den- Trennwiderstand 34
verbunden, welcher natürlich nach Wunsch außerdem als Belastungsimpedanz dienen kann. Das Gitter 18
jeder Röhre 16 ist mit der Anzapfung 20 des jeweils zugeordneten Potentiometers 12 über den Gitterwiderstand
19 verbunden, der einen kleinen Wert. z. B. 100 Ohm, haben kann. Dieser Widerstand ist für die
Funktion des Kippkreises nicht erforderlich, verhindert jedoch einen zu großen Gitterstrom der Röhre 16,
wenn die Röhre leitend ist. Er verhindert außerdem, daß die Röhre zur Selbsterregung kommt. Die Wellenformen
der Impulse an den verschiedenen Stellen der Schaltung nach Fig. 8 sind in Fig. 9 gezeigt und mit
A bis E bezeichnet. Die verschiedenen Stellen der Anordnung nach Fig. 8, an denen diese Impulse auftreten,
sind durch die entsprechenden großen Buchstaben bezeichnet. Die Arbeitsweise jeder der Stufen
in der Anordnung nach Fig. 8 ist ähnlich der der einzelnen Impulszählerstufe von Fig. 5 B und wird, daher
hier nicht wiederholt.
Fig. 10 zeigt einen zweistufigen (1-2) binären Zähler mit den beiden Stufen 70 und 72, die miteinander
über einen Differenzierstromkreis 74, über den positiv vorgespannten Umkehrverstärker 76 und über
den Kathodenverstärker 78 verbunden sind. Jede Stufe 70 bzw. 72 enthält einen Impulsfrequenzteiler
nach Fig. 5 A mit der Abänderung, daß das Basispotentiometer 12 (Fig. 5 A) durch einen feststehenden
Widerstand 12 A und ein kleineres Potentiometer 12 B
ersetzt worden ist und zwischen Gitter 18 und Anzapfung 20 ein Gitterwiderstand 19 geschaltet ist, wie
Fig. 8 zeigt. Außerdem ist nur eine einzige Quelle positiven Potentials vorgesehen, die über die Leitung
80 mit der Anode 26 jeder Stufe durch den Widerstand 36 verbunden ist, welcher sowohl als Trennwiderstand
als auch als Belastungsimpedanz dient. In ähnlicher Weise ist nur eine einzige Quelle negativen
Potentials für beide Stufen benutzt, die über die Leitung 82 mit dem Kollektor c jeder Stufe durch ihren
jeweiligen Trennwiderstand 34 verbunden ist. Der an der Anode 26 liegende Ausgang der ersten Stufe 70
ist über den Differenzierstromkreis 74, der aus dem Kondensator 84 und dem Widerstand 86 besteht, mit
dem Gitter 88 der Umkehrverstärkerröhre 76 verbunden. Das freie Ende des Differenzierwiderstandes 86
ist über die Leitung 90 an eine zweite und größere Spannungsquelle positiven Potentials angeschlossen.
Der Widerstand 92 und das Widerstandselement des Potentiometers 94 sind in der genannten Reihenfolge
als Spannungsteiler zwischen Leitung 90 und Erde hintereinandergeschaltet. Ihr Verbindungspunkt führt
zur Anode 96 der Röhre 76. Die Kathode 98 der Röhre 76 ist geerdet. Das Gitter 100 des Kathodienverstärkers
78 ist mit dem Abgriff-102 des Potentiometers 94 über den Kopplungskondensator 104 und
über den Gitterwiderstand 106 sowie über die Leitung 108 mit einer zweiten stärker negativen Quelle negativen
Potentials verbunden. Die Anode 110 der Röhre 78 ist an die positive Potentialleitung 90 angeschlossen.
Ihre Kathode 112 ist über den Kathodenwiderstand 114 geerdet. Die Kathode 112 ist außerdem mit
dem Eingang der zweiten Stufe 72 über den Kopplungskondensator 30 verbunden.
Die Wellenformen der Impulse an den verschiedenen Stellen in der Schaltung nach Fig. 10 sind in der
Fig. 11 dargestellt und mit A bis E bezeichnet. Impulse der Form A (Fig. 11) treten in regelmäßiger
Wiederholung als Eingangskippimpulse am Eingang (Leitung 32 und Erde) der ersten Stufe 70 auf (vgl.
Fig. 10). Impulse der Form B (Fig. 11) werden in der ersten Stufe 70 an der- Anode 26 in der oben in Verbindung
mit Fig. 5 A beschriebenen Weise erzeugt. Der Ausgangsimpuls B wird differenziert. Der dem
Gitter 88 der LTmkehrverstärkerröhre 76 zugeführte differenzierte Impuls hat die Form C (Fig. H). Das
Gitter 88 ist wegen seiner Verbindung mit der Leitung 90 über den Widerstand 86 positiv vorgespannt,
wodurch die Röhre 76 bis zur Erreichung der Sättigung vorgespannt wird, so daß die positiven Impulse
der Form C keinen entsprechenden Ausgangsimpuls an der Röhre 76 erzeugen. Die negativen Impulse erzeugen
jedoch verstärkte positive Impulse an der Anode 96 (Linie D in Fig. 11). Diese Impulse, die im
Bedarfsfalle durch Verstellung des Abgriffs 102 am
Potentiometer 94 verkleinert werden können, werden dann über den Kathodenverstärker 78 und über den
Kopplungskondensator 30 mit dem Eingang der zweiten Stufe 72 verbunden. Der von der Anode 26 dieser
Stufe entnommene Impuls hat die Form E (Fig. 11).
Ein ähnlicher Ausgangsimpuls (nicht gezeigt) entgegengesetzter Polarität vom Ausgang der Anode 26
steht außerdem am Kollektor c zur Verfügung, wie oben in Verbindung mit Fig. 5 A beschrieben.
Bei einer die Schaltung nach Fig. 10 verwendeten Ausführung betrugen vorteilhaft die Widerstände
12.4 = 20 000 Ohm, die Potentiometer 125=10 000 Ohm. die Widerstände 34 = 620 Ohm, die Widerstände
19 und 106=100 Ohm, der Widerstand 86= 180 000 Ohm. der Widerstand 92 = 20 000 Ohm, das
Potentiometer 74 = 250 000 Ohm, der Widerstand 114 = 10 000 Ohm, der Kondensator 84 = 0,004 Mikrofarad,
die Kopplungskondensatoren 30 und 104 = 0,05 Mikrofarad, die Röhre 96 war vom Typ 6 SN 7
und die Röhre 78 vom Typ 12AU7. Die Leitung 90 hat dabei zweckmäßigerweise positives Potential von
180 VoK, die Leitung 80 ein positives Potential von 45 Volt, die Leitung 108 ein negatives Potential von
22.5 Volt und die Leitung 82 ein negatives Potential
von 45 Volt. Die übrigen Stromkreis werte sind vorteilhaft wie bei der Anordnung nach Fig. 5A zu
wählen.
Die Fig. 12 zeigt einen weiteren zweistufigen binären Zähler ähnlich dem in Fig. 10 gezeigten, nur ist
der Ausgang der ersten Stufe 70 direkt an den Eingang der zweiten Stufe 72 über den Kondensator 30'
angeschlossen, der als Differenzierelement dient. Die Arbeitsweise jeder Stufe ist ähnlich der oben in Verbindung
mit Fig. 5 A und 10 beschriebenen. Der differenzierte Ausgangsimpuls der ersten Stufe 70, der die
Form C (Fig. 11) hat, löst jedoch einen Ausgangsimpuls in der zweiten Stufe 72 nur auf jeden positiven
Impuls hin aus, wenn der Kondensator 30' = 0,0109 Mikrofarad beträgt und wenn die restlichen
Stromkreisparameter die oben in Verbindung mit Fig. 5 A angegebenen sind. Der Ausgangsimpuls in
709! 847/282
der zweiten Stufe 72 (Fig. 12) ähnelt in seiner Form dem Impuls £ (Fig. 11), er ist jedoch demgegenüber
so nach links oder rechts verschoben, daß die Vorderkante jedes positiven Rechteckwellenteils zeitlich mit
jedem positiven Impuls C zusammentrifft anstatt mit jedem negativen Impuls E (Fig. 11).
Die Fig. 13 zeigt einen zweistufigen binären Zähler
mit den beiden Stufen 120 und 122. Jede dieser Stufen 12Oj 122 ist ähnlich dem Impulsteilerstromkreis nach
Fig. 5 B und jeder der Stufen 52 bis 58 nach Fig. 8.
Nach Fig. 13 wird jedoch der Ausgangsimpuls jeder Stufe vom Kollektor c entnommen, d. h., es wird der
Ausgang »2ND« nach Fig. 5 B benutzt. Die Arbeitsweise
jeder Stufe des Zählers nach Fig. 13 ist ähnlich der des Impulsteilerstromkreises nach Fig. 5 B und
braucht daher hier nicht wiederholt zu werden. Die Wellenfarmen der an den verschiedenen, durch die
großen Buchstaben A bis C in der Schaltung von Fig. 13 bezeichneten Stellen auftretenden Impulse
sind in Fig. 14 gezeigt. Es ist wiederum zu beachten. daß die Wellenformen B und C etwas zugespitzt am
hinteren Ende ihrer positiven Rechteckwellenteile sind infolge der im gleichen Zeitpunkt erfolgenden Zuführung
des positiven differenzierten Impulses an den entsprechenden Kollektor c.
Obwohl in den oben beschriebenen beispielsweisen Ausführungsfoxmen der Erfindung Transistoren vom
»Typ A« mit Germanium vom n- oder p-Typ benutzt sind, ist die Erfindung natürlich nicht auf diese Verwendung
beschränkt. Es ist ohne weiteres möglich, mit Vorteil auch Transistoren neueren Typs, z. B. den
koaxialen Transistor, den Schichttransistor oder den Fieldistor, zu verwenden.
Claims (10)
1. Bistabiler Transistor-Röhre-Kippkreis, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kreis eine
Röhre (16) und ein in den Basisstromkreis des Transistors (10) eingeschaltetes Impedanzelement
(12) angeordnet ist, das auch dem Gitter-Kathode- und Anode-Kathode-Kreis der Röhre gemeinsam
ist und eine positive Rückkopplung sowohl im Gitter- als auch im Anodenkreis der Röhre bewirkt
und zugleich eine negative Eingangsimpedanz für den Transistorkreis erzeugt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stabilen Betriebszustände
der Kombination durch solche Arbeitspunkte der Transistorenkennlinie festgelegt sind, die zugleich
Schnittpunkte der Transistorenkennlinie mit der Röhrenkennlinie sind.
3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (e) eines
p-Typ-Transistors (10) über die Anodenstromquelle (28) mit der Anode der Röhre (16) verbunden
ist, deren Steuergitter (18) an den Abgriff (20) eines in die Basis des Transistors geschalteten
Spannungsteilers (12) angeschlossen ist.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (c) eines
n-Typ-Transistors (10') mit der Kathode (22) der
Röhre (16) verbunden ist, deren Steuergitter (18) an den Abgriff (20) eines mit einer Spannungsquelle (24') in Reihenschaltung in die Basis (b)
des Transistors geschalteten Potentiometers (12) angeschlossen ist.
5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (e) des
n-Typ-Transistors (10') mit der Kathode (22) der Röhre (16) und das Steuergitter (18) dieser
Röhre (16) mit dem Abgriff der Spannungsteilerschaltung einer Gleichstromquelle (14.4, 14B) des
Kollektorkreises verbunden ist.
6. Die Verwendung der Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5 zur Impulsfrequenzteilung.
7. Die Verwendung einer oder mehrerer der Anordnungen nach den Ansprüchen 1 bis 5 für ein-
oder mehrstufige Impulszähler.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählerstufen miteinander über
einen Impulsdifferentiator (74) verbunden sind.
9. Anordnung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die. Zählerstufen miteinander
über eine Impulsumkehrröhre (76) verbunden sind.
10. Anordnung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählerstufen miteinander
über einen Kathodenverstärker (7.8) verbunden sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 531076;
»The Bell System Technical Journal«, April 1951, insbesondere S. 384, Fig. 1;
USA.-Patentschrift Nr. 2 531076;
»The Bell System Technical Journal«, April 1951, insbesondere S. 384, Fig. 1;
deutsche Patentschrift Nr. 820151.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
© 709 8*7/282 12.57
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US264342A US2628310A (en) | 1951-12-31 | 1951-12-31 | Counter circuits |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1021965B true DE1021965B (de) | 1958-01-02 |
Family
ID=23005621
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEI6776A Pending DE1021965B (de) | 1951-12-31 | 1952-12-30 | Bistabiler Transistor-Roehre-Kippkreis |
Country Status (4)
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DE (1) | DE1021965B (de) |
FR (1) | FR1075245A (de) |
GB (1) | GB740367A (de) |
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