DE1044166B - Binaere Impulsverarbeitungsvorrichtung fuer bistabile Schaltungen - Google Patents

Description

Die Umschaltzeit sowie die höchste Arbeitsfrequenz hängt bei den bekannten Multivibratoren, insbesondere bei den bistabilen Flip-Flop-Schaltungen, außer von den durch das benutzte Verstärkerelement bedingten Zeiten vor allem von der Eigenart der nacheinander ablaufenden Vorgänge beim eigentlichen Umschalten ab. Die Rückkopplungswirkung kommt nämlich bei solchen Schaltungen erst über einen mit mehreren Zeitkonstanten behafteten Weg zustande. Leitet man z. B. auf ein Gitter einer der beiden zu einem Flip-Flop verbundenen Hochvakuumtrioden einen eine Umschaltung in den anderen Zustand einleitenden Impuls, so wird zunächst im direkten Ansprechen auf den angelegten Impuls die Stromführung der Anoden-Kathoden-Strecke dieser Röhre vermindert. Dadurch steigt die Spannung an ihrer Anode. Die steigende Spannung gelangt zum Gitter der zweiten Röhre und erhöht deren Stromfluß. Der erhöhte Stromfluß bedingt ein Absinken des an der Anode der zweiten Röhre stehenden Potentials. Schließlich gelangt die sinkende Spannung wieder zum Gitter der ersten Röhre zurück, und der Vorgang schaukelt sich auf diese Weise bis zum Erreichen des anderen stabilen Zustandes auf.

Es ist schon eine verbesserte Anordnung zur Umschaltung von Flip-Flop-Schaltanordnungen für aufeinanderfolgende Eingangsimpulse gleicher Polarität bekanntgeworden, bei der zwischen der Impulseingangsklemme und den beiden Steuerelektroden passive Elemente, insbesondere Dioden, eingeschaltet werden, deren Durchlaßzustand durch den Flip-Flop selbst so geschaltet wird, daß der folgende Impuls nur auf die die Umschaltung einleitende Steuerelektrode gelangen kann. Man erreicht dadurch eine Erhöhung der Sicherheit wie auch ein etwas schnelleres Umschalten, da der angelegte Impuls nicht mehr in an sich falscher Polung auf die Steuerelektrode des zweiten Systems gelangen kann, so daß er erst von der verstärkten Schaltspannung des ersten Systems kompensiert werden muß. .-.--.--..

Die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt für bistabile Schaltungen eine wesentliche Erhöhung der Schaltsicherheit und der Schaltfrequenz, indem ein bidirektionales Verstärkerelement mit mindestens zwei in der Bedeutung vertauschbaren Elektroden auf je eine Steuerelektrode der bistabilen Schaltung einwirkt, deren Ausgangselektroden galvanisch mit je einer der vertauschbaren Elektroden des bidirektionalen Verstärkerelementes verbunden sind. Bei dieser Anordnung ist nicht nur eine Verstärkung des an die Steuerelektrode des bidirektionalen Verstärkerelementes angelegten Impulses zufolge der verstärkenden Wirkung vorhanden, sondern es werden an beide Steuerelektroden der bistabilen Schaltung gleichzeitig Umschalt-Binäre Impulsverarbeitungsvorrichtung für bistabile Schaltungen

Anmelder:

IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfmgen (Württ), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. Mai 1956

Joseph Carl Logue, Kingston, N. Y.,

und James Leo Walsh, Hyde Park, N. Y. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

impulse in richtiger, d. h. die Umschaltung in den anderen Zustand bewirkender Polung angelegt. Während also z. B. das zuletzt stromführende System einen in Ausschaltrichtung wirkenden Impuls erhält, wird an das andere System direkt ein in Einschaltrichtung wirkender Impuls angelegt. Dadurch kommt eine sofortige Umschaltung zustande, da der in einer bistabilen Schaltung der beschriebenen Art an sich vorhandene Rückkopplungsweg nicht mehr zur Einleitung der Umschaltung benötigt wird.

Die erfindungsgemäße doppelt wirksame Umschaltung besitzt gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen weiterhin den Vorteil, daß auch eine sichere Umschaltung mit Impulsen erreicht wird, deren Form für die Umschaltung der bisherigen Schaltungen nicht genügte.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung wird erhalten, wenn als bidirektionales Verstärkerelement ein Transistor mit in der Funktion gleichwertig austauschbarer Emitter- und Kollektorelektrode verwandt wird. Die Basiselektrode dient dabei als binäre Eingangsklemme.

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer mit Flächentransistoren bestückten bistabilen Multivibratorschaltung beschrieben.

Fig. 1 veranschaulicht eine bekannte bistabile MuI-tivibratorschaltung mit Transistoren, an die der erfin-

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dungsgemäße Eingangskreis gemäß Fig. 2 angeschaltet wird; in

Fig. 3 sind die Spannungsschwankungen an einigen Punkten der Schaltung dargestellt; in

Fig. 4 ist ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Eingangsschaltung gezeigt.

Die bistabile Multivibratorschaltung nach Fig. 1 enthält die pnp-Flächentransistoren 10 und 20, deren Emitter 11 und 21 an Masse liegen. Die Basiselektrode 12 und 22 jedes Transistors ist über je einen Widerstand 16 oder 26 an eine positive Vorspannung gelegt. Gleichzeitig ist die Basis 12 mit der Klemme 17 und die Basis 22 mit der Klemme 27 verbunden. Die Kollektoren 13 und 23 sind über einen Widerstand 18 und 29 mit einer negativen Spannung verbunden und außerdem direkt an die Klemmen 34 und 35 angeschlossen. Zwischen dem Kollektor des einen Transistors und der Basis des anderen Transistors sind jeweils die Kreuzkopplungen 30, 31 und 32, 33 angeordnet.

Der in Fig. 2 dargestellte bidirektionale pnp-Transistor 36 hat eine Basiselektrode 37, die mit der Eingangsklemme 50 verbunden ist. Die beiden Grenzschichten 40 und 41 sind einander gleich, ebenso die Elektroden 38 und 39, die also je nach Art und Höhe der angelegten Spannung in ihrer Funktion zwischen einem Emitter und einem Kollektor umschaltbar sind. Die eine Elektrode 38 des Transistors 36 ist über einen Widerstand 46, Klemme 47 und 35 mit dem Kollektor 23 des Transistors 20 verbunden und über einen Kondensator 43, Klemme 42 und 17 mit der Basis 12 des Transistors 10 gekoppelt. Analog ist die andere Elektrode 39 des Transistors 36 über einen Widerstand 48 mit dem Kollektor 13 und über einen Kondensator 45 mit der Basis 22 gekoppelt.

Wenn der Transistor 10 leitend ist, befindet sich die Elektrode 38 des Transistors 36 auf dem negativen Potential des Kollektors 23 des nichtleitenden Transistors 20. Die andere Elektrode 39 des Transistors 36 befindet sich demgegenüber nahezu auf Erdpotential, da sie mit dem stromführenden Kollektor 13 verbunden ist. Mithin ist zur Zeit die Elektrode 38 als Kollektor und die Elektrode 39 als Emitter wirksam. Da an der Basis im Ruhezustand Erdpotential liegt, ist auch die Emitter-Basis-Grenzschicht 41 gesperrt, so daß sich der Transistor 36 im nichtleitenden Zustand befindet. Dabei ist für die Einhaltung des nichtleitenden Zustandes nur wesentlich, daß über der Grenzschicht 41 eine genügende Vorspannung (bis herab zu 0,01 V) vorhanden ist.

Wenn jetzt ein negativer Impuls an die Klemme 50 angelegt wird, gerät der Transistor 36 in den leitenden Zustand, da die sperrende Vorspannung an der Grenzschicht 41 überwunden wird. Damit wird das Potential an der Elektrode 38 positiver; zugleich wird zwangläufig die Elektrode 39 negativer. Als Ergebnis der einzigen Potentialänderung an der Klemme 50 werden auf die Basiselektroden der Transistoren 10 und 20 über die Kondensatoren 43 und 45 entgegengesetzt gepolte Impulse geleitet. Die Polung ist so, daß die Basis 12 des Transistors 10 positiver wird und der Transistor 10 mithin vom leitenden in den nichtleitenden Zustand gelangt. Gleichzeitig wird die Basis 22 des Transistors 20 negativer, so daß der Transistor 20 vom nichtleitenden in den leitenden Zustand gelangt. Die Schaltung nach Fig. 1 ist damit in ihren anderen stabilen Zustand umgeschaltet. Die Rückkehr des Potentials auf einen positiven Wert an der Elektrode 37 des Transistors 36 hat keine Wirkung, da keine wesentliche Impedanzänderung' über den -Transistor 20 erfolgt. Nach dem Umschalten der Anordnung von Fig. 1 hat jetzt die Elektrode 38 nahezu Erdpotential, da sie über den Widerstand 46 mit dem Kollektor 23 des jetzt stromführenden Transistors 20 verbunden ist. Die mit dem Kollektor 13 des Transistors 10 verbundene Elektrode 39 führt jetzt negatives Potential. Damit hat sich die Bedeutung der Elektroden 38 und 39 des Transistors 36 umgekehrt. Die Elektrode 38 entspricht jetzt einem Emitter, während die Elektrode 39 die Funktion eines Kollektors übernommen hat. Der nächste an die Basiselektrode 37 angelegte negative Impuls schaltet in der beschriebenen Art die bistabile Anordnung nach Fig. 1 in den ursprünglichen stabilen Zustand zurück.

In Fig. 3 sind für einen bidirektionalen pnp- und einen npn-Transistor die Potentialveränderungen an den Elektroden 38 und 39 als Funktion der Potentialänderungen an der Basis 37 dargestellt. Es ist klar ersichtlich, daß die Merkmale des bidirektionalen Stromflusses, der Phasenumkehrung und der Energieverstärkung bei beiden Transistortypen vorhanden sind und damit auch beide Typen in der erfindungsgemäßen Anordnung benutzbar sind.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Anordnung gezeigt, die die Schaltung nach Fig. 1 auf aufeinanderfolgende positive Impulse an der Basis 37 des Transistors 36 von dem einen stabilen Zustand in den anderen umschaltet. Der Transistor 36 ist im »Kein-Signal«-Zustand leitend, da an der Basiselektrode negatives Potential gegen den Emitter liegt. Führt der Transistor 10 Strom, so entsteht auch ein Stromweg von der Kollektorelektrode 13 über Widerstand 48, durch den Transistor 36 und über den Widerstand 46 zu dem negativen Potential am Kollektor 23 des nichtleitenden Transistors 20. Da der Transistor 36 leitend ist, besteht nur ein geringer Potentialunterschied zwischen seinen äußeren Elektroden 38 und 39.

Wird an die Basiselektrode 37 ein in positiver Richtung steigender Impuls angelegt, so gelangt der Transistor 36 in den nichtleitenden Zustand. Dadurch steigt das Potential an der Elektrode 38 nahezu auf das des Kollektors 13 in positiver Richtung, während das der Elektrode 39 auf das negative Potential des Kollektors 23 abfällt. Über den Kondensator 43 wird damit auf die Basiselektrode 12 ein positiver Impuls geleitet, der den Transistor 10 ausschaltet, während über den Kondensator 45 auf die Basis 22 ein negativer Impuls gegeben wird, der den Transistor 20 einschaltet.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht nur auf bistabile Multivibratoren beschränkt, sie kann vielmehr überall dort mit Vorteil verwendet werden, wo zwei Punkte zwischen verschiedenen Potentialen arbeiten und in der sich diese Potentiale unter dem Einfluß eines einzigen Impulses aufeinander zu bewegen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Binäre Impulsverarbeitungsvorrichtung für bistabile Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein symmetrischer Flächentransistor mit zwei in der Wirkung vertauschbaren Elektroden auf je eine Steuerelektrode des nachgeschalteten bistabilen Multivibrators einwirkt und daß die Ausgangselektroden der bistabilen Vorrichtung galvanisch mit je einer der vertauschbaren Elektroden des symmetrischen Flächentransistors verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je eine der vertauschbaren Elektroden des Flächentransistors über einen Kondensator auf die Steuerelektrode des einen Multi-

vibratorelementes einwirkt und über einen Widerstand mit der Ausgangselektrode des anderen Multivibratorelementes verbunden ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchenl und 2, dadurch gekennzeichnet, daß je einer der vertauschbaren Elektroden des Flächentransistors über einen Kondensator auf die Steuerelektrode des einen Multivibratorelementes einwirkt und über einen Widerstand mit der Ausgangselektrode des gleichen Multivibratorelementes verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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