DE1075155B

DE1075155B - Ringzähler mit ungrader Stufenzahl

Info

Publication number: DE1075155B
Application number: DENDAT1075155D
Authority: DE
Inventors: Stuttgart-Weil im Dorf Konrad Jäger
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Publication date: 1960-02-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Ringzähler mit ungrader Stufenzahl, die aus in einen Ein- bzw. Aus-Zustand schaltbaren Stufen mit nur je einem steuerbaren nichtlinearen Schaltelement aufgebaut sind. Solche Ringzähler sind normalerweise so ausgelegt, daß in ihnen jeweils nur eine der Stufen durch eine Vorspannung an der Steuerleitung so vorbereitet ist, daß sie bei Zuführung eines Fortschaltimpulses aus ihrem Ein- in den Aus-Zustand bzw. umgekehrt übergeht.

Ringzähler mit kleiner Stufenzahl können bekanntlich so aufgebaut werden, daß jeweils nur eine Stufe sich im Ein-Zustand und die übrigen Stufen sich im Aus-Zustand befinden. Das erfordert allerdings ein dichtes Netzwerk von Kopplungszweigen zwischen den Steuerleitungen und den Arbeitswiderständen -der Stufen. Um den Aufwand für die gegenseitige Kopplung der Stufen zu verringern, hat man Zähler entwickelt, bei denen gruppenweise ein Teil der Stufen sich im Ein-Zustand und ein anderer Teil der Stufen zo sich im Aus-Zustand befindet. Bekannte Zählerformen dieser Art haben jedoch den Nachteil, daß der für die Kopplung erforderliche Aufwand mit der Stufenzahl wächst. Für Zähler mit großer Stufenzahl hat man daher je Stufe einen Flip-Flop vorgesehen. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine als Ringzähler geeignete multistabile Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der der erforderliche Aufwand für die Kopplung der einzelnen Stufen möglichst klein ist.

Die Erfindung betrifft, genauer gesagt, einen Ringzähler mit ungrader Stufenzahl, der aus in einen Einbzw. Aus-Zustand schaltbaren Stufen mit nur je einem steuerbaren, nichtlinearen Schaltelement (z. B, Transistor) derart aufgebaut ist, daß jeweils nur eine der Stufen durch eine Vorspannung an ihrer Steuerleitung so vorbereitet ist, daß sie bei Zuführung eines Fortschaltimpulses aus ihrem Ein- in den Aus-Zustand bzw. umgekehrt übergeht und daß der Zustandswechsel in dieser Stufe in einer weiteren Stufe einen Zustandswechsel auslöst. Erfindungsgemäß ist dieser Ringzähler so aufgebaut, daß die Steuerleitung jeder Stufe (to) einerseits über erste Steuermittel zum Stabilisieren des Schaltzustands mit den Arbeitswiderständen der beiden benachbarten Stufen (m — 1) und (to+1) und andererseits über zweite Steuermittel zum Vorbereiten der Fortschaltung mit den Arbeitswiderständen von zwei die vorbereitende Zählerstellung für die Stufe (m) anzeigenden Stufen (w — 1 und m-\-l oder » und m—T) so verbunden und vorgespannt ist, daß sich im stabilen Zustand des Ringzählers mit nur einer die Zählerstellung anzeigenden Ausnahme aufeinanderfolgende Stufen in entgegengesetzten Schaltzuständen befinden. Ein solcher Zähler hat den Vorteil, daß der Aufwand für die Steuermittel, die mit Ringzähler mit ungrader Stufenzahl

Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz

Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen,

Hellmuth-Hirth-Str. 42

Konrad Jäger, Stuttgart-Weil im Dorf,
ist als Erfinder genannt worden

einer Stufe verbunden sind, unabhängig von der Stufenzahl des Zählers ist.

Im folgenden werden Einzelheiten der Erfindung und weitere Merkmale an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen fünfstufigen Ringzähler in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Tabelle verschiedener Schaltzustände,

Fig. 3 eine Ringzählerstufe mit einer Transistorstufe zur Vorbereitung der Fortschaltung,

Fig. 4 eine Und-Schaltung zur Vorbereitung der Fortschaltung,

Fig. 5 und 6 den Wechsel des Schaltzustandes beim Fortschalten.

Den grundsätzlichen Aufbau eines Ringzählers nach der Erfindung zeigt Fig. 1. In Fig. 1 sind die einzelnen Stufen des Zählers mit Sl, S2 usw. bis 5*5 bezeichnet. Jede dieser Stufen enthält einen Transistor T, dessen Emitter an Masse und dessen Kollektor über einen Arbeitswiderstand Ra an negative Vorspannung — VI gelegt ist. Die Basis dieses Transistors ist über einen Vorwiderstand¹ Rb an positive Vorspannung +V2 gelegt. Die Arbeitswiderstände der einzelnen Stufen sind mit Sammelschienen Al bis AS verbunden. Für die Fortschaltung ist eine gemeinsame Fortschalteleitung P vorgesehen. Die Steuer leitungen St 1, St 2 usw. der einzelnen Stufen sind mit je einer Und-Schaltung Ul und einer Und-Schaltung U2 verbunden. Die Eingänge der Und-Schaltung Ul sind mit den Arbeitswiderständen der jeweils benachbarten Stufen verbunden. Die Eingänge von U 2 sind einerseits an die Fortschälteleitung P und andererseits an die Arbeitswiderstände zweier die Fortschaltung vorbereitender Stufen gelegt.

S09· 729/296

Einen Überblick über, die Wirkungsweise des Zählers nach Fig. 1 gibt die Tabelle Fig. 2. In dieser sind die Ein-Zustände durch Kreuze markiert. Befinden sich z. B. die Stufen Sl, SZ und 6*4 im Ein-Zustand, so liegen die Sammelschienen A1,A2 und A4: nahezu auf Erdpotential, während die Sammelschienen A3 und AS auf negativem Potential — VI liegen. Bei dieser Zählerstellung sind nur für die Stufen 6" 3 und S 5 di'e Eingänge der Und-Schaltung Ul beide nicht negativ markiert; das hat zur Folge, daß über den Vorwiderstand Rb positives Sperrpotential an der Basis dieser Stufen liegt und diese im Äus-Zustand gehalten· werden. Wird nun ein Fortschaltimpuls zugeführt^ so wird die Stufe S 2 gesperrt, und anschließend geht die Stufe 5*3 in ihren Ein-Zustand über. Die Sperrung der Stufe 6*2 wird über die zugehörige Und-Schaltung t/2 bewirkt, deren mit Al und At verbundene Eingänge so vorgespannt sind, daß ein über die Leitung P zugeführter Fortschaltimpuls auf die Steuerleitung St 2 durchgreifen kann und damit die Stufe .5! 2 in ihren Aus-Zustand kippt. Da nach dem Kippen von S 2 nicht mehr zugleich S 2 und 6*4 im Em-Zustand sind, kippt die Stufe 5¹S in den Ein-Zustand.

Die Zählerstellung wird angezeigt über die Und-Schaltungen t/3. Sind z.B. Sl und 5*2 im Ein-Zustand, so spricht die Und-Schaltung t/3 der Stufest an und markiert den Ausgang al. Ebenso zeigen die Stufen S3 und 54 zusammen die Zählerstellung α2 an. Nach Zuführung des nächsten Fortschaltimpulses befinden sich die benachbarten Stufen 5* 1 und 5" 5 im Ein-Zustand und markieren dementsprechend den Ausgang α 3. Bei weiterer Zuführung von Fortschaltimpulsen werden der Reihe nach die Ausgänge a 4, a 5, al, ex2 usw. markiert.

Die detaillierte Schaltstufe eines Ringzählers nach der Erfindung zeigt Fig. 3. In dieser besteht die Und-Schaltung Ul aus einem Widerstand Rl und den Dioden D1 und D 2. Die Stufe selbst ist mit Sm bezeichnet, ihr Arbeitswiderstand ist mit der Sammelschiene Am verbunden. Die Kathoden der Dioden D1 und D2 sind mit den Sammelschienen Am—l und Am-\-l verbunden.

Die zweite Und-Schaltung U 2 enthält eine Reihenschaltung aus einem Kondensator C und einer Diode D 3, die mit der Zuführung P verbunden ist. Die Diode D3 wird über Widerstände i?4 und R2 so vorgespannt, daß sie nur dann für Fortschaltimpulse durchlässig ist, wenn entsprechende Markierpotentiale an den anderen beiden Eingängen der Und-Schaltung [72 anliegen. Wie die Fig. 3 zeigt, ist in diesem Ausführungsbeispiel für den Aufbau der Und-Schaltung U 2, deren Vorteile später noch erläutert werden, ein weiterer Transistor Tl für die Abtastung der Markierpotentiale vorgesehen. Sein Emitter ist mit der Sammelschiene Am verbunden, seine Basis ist über einen Widerstand R 5 einerseits mit der Sammelschiene Am—2 und andererseits über den Widerstand R3 mit positiver Spannung +V2 verbunden. Der Kollektor des Transistors liegt über R2 an negativem Betriebspotential —VI. Nur wenn der Transistor Tl nicht gesperrt ist, wird die Diode D 3 so weit vorgespannt, daß ein positiver Fortschaltimpuls auf die Steuerleitung Stm durchgreifen kann. Der Transistor T1 kann nur einschalten, wenn einerseits Am nahe an Erdpotential liegt, d. h. wenn die Stufe Sm sich im Ein-Zustand befindet und wenn zugleich am Widerstand R 5 über Am—2 negatives Markierpotential anliegt. Das ist nur dann der Fall, wenn die Stufe Am—2 sich im Aus-Zustand befindet.

Die Wirkungsweise des Zählers nach Fig. 3 erläutert Fig. 5. In dieser ist der Schaltzustand Zm vor dem Fortschalten und der Schaltzustand Zm+ 2 nach dem Fortschalten angegeben. Es wurde angenommen, daß im Schaltzustand Zm sich die Stufen m—3, m—l, m und m + 2, m+4: usw. im Ein-Zustand befinden. Da die Stufe m—2 im Aus-Zustand und zugleich die Stufe» im Ein-Zustand ist, führt der Transistor Π in der Und-Schaltung t/2 der Stufe 5m Strom. Wenn

ίο also ein Fortschaltimpuls zugeführt wird, so bewirkt dessen Anfangsflanke ein Sperren der Stufe Sm, da positives Markierpotential an die Basis von T angelegt wird. Dadurch wird bewirkt, daß die Stufe m in den Aus-Zustand kippt. -Über die Und-Schaltung Ul der Stufe 5*m+l wird dann die Basis des zugehörigen Transistors negativ markiert, und diese Stufe kippt in den Ein-Zustand wie im Zustand Zm + 2 eingezeichnet.

Zur Anzeige der Zählerstellung können Und-Schal-

ao tungen U3 verwendet werden, die jeweils den Schaltzustand zweier benachbarter Stufen abtasten. Die in Fig. 3 eingezeichnete Und-Schaltung U3 tastet Am und Am+1 ab. Ihr Ausgang a_k ist nur dann nicht negativ markiert, wenn sich zugleich die Stufen Sm und Sm-\-l im Ein-Zustand befinden.

Vorteilhafter verwendet man die in Tl gebildete Koinzidenz zur Anzeige der Zählerstellung, indem man das Potential·am Punkt b_k abgreift (in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet), wodurch die Und-Schaltung U3 überhaupt eingespart wird. Die Ausgänge b_k sind nur dann nicht negativ markiert, wenn sich zugleich die Stufe Sm im Ein-Zustand und die Stufe Sm-2 im Aus-Zustand befindet.

Während in Fig. 3 die Und-Schaltung U2 so ausgelegt ist, daß ihre beiden Steuereingähge auf unterschiedliche Markierpotentiale ansprechen, ist in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 eine Und-Schaltung angegeben, die an beiden Eingängen gleiche Markierpotentiale erfordert, t/2 enthält ebenfalls die aus C und D 3 gebildete Reihenschaltung. Die Diode D 3 wird über einen Widerstand i?4 und die Dioden J94 und D 5 dann negativ vorgespannt, wenn nicht zugleich die Stufen Am—1 und Am-\-2 sich im Ein-Zustand befinden.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 4 erläutert Fig. 6. Im Ausgangszustand Zm befinden sich die Stufen m—1 und m+2 im Ein-Zustand und bewirken, daß die Anfangsflanke des Fortschaltimpulses die Stufe m in den Aus-Zustand kippt. Wenn die Stufe m in den Aus-Zustand gekippt ist (Schaltzustand Z' in Fig. 6), kann der Transistor T der nachfolgenden Stufe m+1 nicht länger gesperrt bleiben. Die Stufe m + 1 kippt in den Ein-Zustand, womit der Schaltzustand Zm+2, also wieder ein stabiler Zustand erreicht ist. Um ein Durchlaufen des Zählers zu vermeiden, muß man in üblicher Weise durch zeitliche Begrenzung der Fortschaltimpulse dafür sorgen, daß der Fortschaltimpuls abgeklungen ist, ehe die Stufe m+1 vollständig in den Ein-Zustand kippt. Diese zeitliche Begrenzung der Fortschaltimpulse bestimmt die Größe der Kondensatoren C.

Gegenüber der Anordnung nach Fig. 3 hat die Schaltung nach Fig. 4 den Vorteil, daß die über D4 und DS abgetastete Koinzidenz der Schaltzustände von Am—l und Am+2 durch den Kipp Vorgang in der Stufe Am nicht aufgehoben wird.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 verhindert die Basiskapazität von T, daß, wenn der Sperrvorgang einmal angestoßen ist, der Transistor in den Ein-Zustand zurückkippt.

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Es sei noch bemerkt, daß bei Zählern mit neun und mehr Stufen die Stufen anfänglich in den richtigen Zustand gebracht werden müssen. Es muß nämlich vermieden werden, daß aufeinanderfolgende Stufen die Zustände Ein·—Ein—-Aus — Ein■—Ein — Aus usw. annehmen, denn in diesem Fall wurden mehrere Ausgänge des Zählers gleichzeitig markiert werden. Diese fehlerhafte Konfiguration kann bei der im allgemeinen vor jedem Zählerstart stattfindenden Einstellung des Zählers in eine Grundstellung beiläufig mit beseitigt werden, indem man die Stufen 6" mit gradzahligem Index nach dem Einschalten des Zählers kurzzeitig, zwangsweise in die Aus-Stellung bringt.

Claims

Patentansprüche:

1. Ringzähler mit ungrader Stufenzahl, der aus in einen Ein- bzw. Aus-Zustand schaltbaren Stufen mit nur je einem steuerbaren nichtlinearen Schaltelement (z. B. Transistor) derart aufgebaut ist, daß jeweils nur eine der Stufen durch eine an ihre S teuer leitung gelieferte Vorspannung so vorbereitet ist, daß sie bei Zuführung eines Fortschaltimpulses aus ihrem Ein- in den Aus-Zustand bzw. umgekehrt übergeht, und daß der Zustandswechsel in dieser Stufe in einer weiteren Stufe einen Zustandswechsel auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung jeder Stufe (m) einerseits über erste Steuermittel zur Stabilisierung des Schaltzustandes mit den Arbeitswiderstanden der beiden benachbarten Stufen (m—l, m + 1) und andererseits über zweite Steuermittel zum Vorbereiten der Fortschaltung mit den Arbeitswiderständen von zwei die vorbereitende Zählerstellung für die Stufe m anzeigenden Stufen (m— 1 und »+2 oder m und m—2) so verbunden und vorgespannt ist, daß sich im stabilen Zustand des Ringzählers mit nur einer, die Zählerstellung anzeigenden Ausnahme aufeinanderfolgende Stufen in entgegengesetzten Schaltzuständen befinden.

2. Ringzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen je einen emittersei tig mit Masse und kollektorseitig über einen Arbeitswiderstand (Ra) mit negativer Betriebsspannung (—VT) verbundenen Transistor (T) enthalten, an dessen Basis einerseits die Steuerleitung (St) und andererseits über einen Vorwiderstand (Rb) eine positive Vorspannung (+V2) gelegt ist.

3. Ringzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Steuermittel einer Stufe (m) aus einer ersten Und-Schaltung (Ul) bestehen, deren Eingänge mit den Arbeitswiderständen benachbarter Stufen (m—l und m+1) verbunden sind.

4. Ringzähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Steuermittel einer Stufe (m) aus einer zweiten Und-Schaltung (U 2) bestehen, deren einer Eingang mit der Zuführung (P) für Fortschaltimpulse und deren zwei weitere Eingänge mit den Arbeitswiderständen der zwei für die Stufe (m) vorbereitende Markierpotentiale liefernden Stufen verbunden sind.

5. Ringzähler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Und-Schaltung eine Reihenschaltung aus einem mit der Zuführung (P) verbundenen Kondensator (C) und einer Diode (D 3) enthält, welche Diode in Sperrichtung durch eine Koinzidenzschaltung mit zwei Eingängen vorgespannt ist, solange nicht an dieser Koinzidenzschaltung die beiden vorbereitenden Markierpotentiale anliegen.

6. Ringzähler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzschaltung einen Transistor (Tl) enthält und so ausgelegt ist, daß sie die Durchschaltung der Fortschaltimpulse auf die Steuerleitung ihrer Stufe (m) nur dann freigibt, wenn zugleich der mit dem Emitter des Transistors (Tl) verbundene Arbeitswiderstand der Stufe (m) ein für den Ein-Zustand dieser Stufe charakteristisches Markierpotential liefert und der über einen Widerstand (R 5) mit der Basis des Transistors (Tl) verbundene Arbeitswiderstand der vorbereitenden Stufe (m — 2) ein für den Aus-Zustand dieser Stufe charakteristisches Markierpotential liefert.

7. Ringzähler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzschaltung als Und-Schaltung (i?4, D 4, D 5) ausgelegt und mit den Arbeitswiderständen der vorbereitenden Stufen (m—l) und (ra+2) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen