DE1021965B - Bistabiler Transistor-Roehre-Kippkreis - Google Patents

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

Marion Loren Wood, Highland, N. Y. (V. St. A.),
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;

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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.

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.

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 l^sr. 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 »2^ND« 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)

Patentansprüche·.

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;

deutsche Patentschrift Nr. 820151.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 709 8*7/282 12.57