DE1088544B - Schaltungsanordnung mit einem Koinzidenzgatter aus mehreren parallel geschalteten Gleichrichtern zur Ausuebung verschiedener logischer Funktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf logische Stromkreise im allgemeinen, und auf logische Stromkreise mit Transistoren im besonderen.

Die Anwendung von digitalen Methoden in modernen Rechen- und Automationssystemen hat zu der Entstehung mehrerer verschiedener Arten von logischen Stromkreisen geführt. Eine große Zahl dieser logischen Stromkreise hat im Interesse der Zuverlässigkeit halbleitende Vorrichtungen als Hauptkomponenten. Diese Vorrichtungen, allgemein als »Transistoren« bekannt, sind klein, sehr haltbar und scheinen eine lange Lebensdauer zu haben.

Der Flächentransistor besteht im allgemeinen aus einem Körper aus halbleitendem Material mit zwei Zonen gleicher Leitfähigkeit, die durch eine Zone entgegengesetzter Leitfähigkeit voneinander getrennt sind. Er kann somit entweder negativ-positiv-negativ oder positiv-negativ-positiv sein. Wenn der Transistor von der Art P-N-P ist, ist der Emitter normalerweise positiv vorgespannt, damit er steh iri einer verhältnismäßig leitenden oder Vorwärtsrichtung und der Kollektor negativ und somit in verhältnismäßig nichtleitender Richtung, und zwar jeweils in bezug auf die Basis, befindet. Im Falle des Transistors von der Art N-P-N sind diese Polaritäten umgekehrt.

Mit zunehmender Verbreitung von Rechenanlagen und der Automation im allgemeinen gibt es immer mehr Anwendungen, bei welchen neue Arten von logischen Stromkreisen bessere Resultate ergeben.

Es ist demgemäß eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten logischen Stromkreis zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines logischen Stromkreises, der eine Vielzahl von Funktionen erfüllt.

Es sind sogenannte »UND«-Schaltungen oder Koinzidenzgatter bekannt, bei denen mehrere parallel geschaltete Gleichrichter einerseits an mehrereEingangskreise angeschlossen sind und andererseits einen gemeinsamen Ausgang haben. Derartige Schaltungen sind ohne Umpolung der Dioden nur in der Lage, eine ganz bestimmte logische Funktion darzustellen.

Es ist auch eine Koinzidenzschaltung mit Transistoren bekannt, Dabei werden die Transistoren über ihre Basis angesteuert. Auch diese bekannte Einrichtung ist nicht geeignet, verschiedene logische Funktionen auszuüben.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem Koinzidenzgatter aus mehreren parallel geschalteten Gleichrichtern zur Ausübung verschiedener logischer Funktionen. Thr kennzeichnendes Merkmal besteht darin, daß wahlweise beide Elektroden der Gleichrichter des Koinzidenzgatters mit Hilfe von Schalttransistoren unmittelbar an die über Widerstandsmittel an den in Durchlaß-

Schaltungsanordnung mit einem

Koinzidenzgatter aus mehreren

parallel geschalteten Gleichrichtern

zur Ausübung verschiedener logischer

Funktionen

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Wemer-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Juli 1957

Willard M. Brittain, Amherst, Buffalo, N. Y.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

richtung positiven Elektroden der Gleichrichter anliegende Vorspannung anschließbar sind.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ermöglicht es, ein bekanntes Gatter so zu variieren, daß damit mehrere logische Funktionen erfüllt werden können. Dieser Erfolg wird erzielt, ohne daß an der -■ Grundstruktur der Schaltungsanordnung etwas geändert werden muß. Vielmehr werden die Variationsmöglichkeiten dadurch geschaffen, daß verschiedene Schalttransistoren zwischen zwei Punkten eingeführt werden. Dazu sind auch keine zusätzlichen Spannungsversorgungsqueilen notwendig. Die Hauptaufgabe der Schalttransistoren bei der Anordnung nach der Erfindung besteht nicht darin, die Eingangssignale zu verstärken, vielmehr sollen sie es ermöglichen, aus der Grundstruktur mit einfachen Mitteln verschiedene Abwandlungen zu gewinnen, die mehrere logische Funktionen ausüben können. Es ist beispielsweise in der Steuerungstechnik sehr erwünscht, mannigfaltige und komplizierte Steuerungsvorgänge durch Schaltelemente zu lösen, die aus wenigen Grundbausteinen aufgebaut sind. Für derartige Zwecke lassen sich Schaltuögs-

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anordnungen nach der Erfindung vorteilhaft verwenden.

Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, kann ein derartiger logischer Stromkreis die Grundlage für mehrere Varianten bilden, welche seinen Anwendungsbereich vorteilhaft -erweitern. Ein Anwendungsgebiet dieses Stromkreises ist unter anderem die Datenverarbeitung bei Fernmeßeinrichtungen.

Weitere Anwendungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In diesen Zeichnungen sind ausschließlich zum Zwecke der Erläuterung die bevorzugten Anwendungen der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines logischen Stromkreises mit den Merkmalen dieser findung ;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Anwendungsform der Erfindung;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer dritten Anwendungsform mit den Merkmalen dieser Erfindung.

In Fig. 1 ist ein logischer Stromkreis dargestellt, in welchem Transistoren Verwendung finden. Im allgemeinen gehören zu dieser Anwendungsform Anschlußmittel 10 und 11 zum Anlegen einer Gleichstromquelle, ein Transistor 40, Eingangsmittel für den logischen Stromkreis, hier als Transistoren 70 und 80 gezeigt, und Ausgangsmittel für den logischen Stromkreis an den Anschlüssen 90, 91 und 92.

Der Transistor 40 besteht aus einem Emitter 41, einem Kollektor42 und.einer Basis43. Der Emitter 41 ist mit Anschluß 10 und Anschluß 90 verbunden. Der Kollektor 42 ist durch einen Widerstand 45 mit Anschluß 11 verbunden. Der Anschluß 91 ist mit der Verbindungsstelle von Kollektor 42 und Widerstand

45 verbunden. Anschluß 92 ist mit Anschluß 11 verbunden. Basis 43 ist mit Anschluß 47 über Widerstand

46 verbunden. Die Basis 43 ist mit Emitter 41 durch einen Widerstand 32 und ein Anschlußpaar 12 und 13 verbunden. Anschluß 47 ist mit Anschluß 11 durch zwei parallele Abzweigungen verbunden. In einer der zwei parallelen Abzweigungen befinden sich ein Gleichrichter 20 und ein Widerstand 21, in der anderen Abzweigung sind ein Gleichrichter 30 und ein Widerstand 31 angeordnet.

Eine Gleichstromquelle der dargestellten Polarität ist mit den Anschlüssen 10 und 11 verbunden. Der Anschluß 10 ist mit der Verbindungsstelle von Gleichrichter 20 und Widerstand 21 durch einen Emitter 71 und einen Kollektor 72 des Transistors 70 verbunden. Eine Basis 73 des Transistors 70 ist mit einem Eingangsanschluß 75 verbunden. Anschluß 10 ist auch mit der Verbindungsstelle von Gleichrichter 30 und Widerstand 31 durch einen Emitter 81 und einen Kollektor 82 des Transistors 80 verbunden. Die Basis 83 des Transistors 80 ist mit dem Eingangsanschluß 85 verbunden. Eine Gleichstromquelle mit einer Spannung von geringerer Größe als die mit den Anschlüssen 10 und 11 verbundene Gleichstromquelle mit in Fig. 1 eingetragener Polarität ist an Anschlüsse 12 und 13 anzuschließen und veranlaßt die Sperrung des Halbleiters 40, wenn Basis 43 kein Signal zugeführt wird. Da der in der Anwendungsform der Fig. 1 verwendete Halbleiter 40 vom Typ P-N-P ist, leitet er nicht, wenn die Basis sich in bezug auf den Emitter im Zustand positiver Polarität befindet. Wenn· daher der Basis 43 kein Signal zugeführt wird, ist der Halbleiter .40 abgeschaltet, und eine-Ausgangsspannung am Transistor 40 kann an den Anschlüssen 90 und 91 erhalten werden. Das heißt, daß von der Gleichstromquelle, die durch den Transistor 40 mit den Anschlüssen 10 und 11 verbunden ist, kein Strom von Anschluß 10 zu Anschluß 11 fließen kann.

Die Transistoren 70 und 80 arbeiten als Eingangsschaltmittel, d. h., es wird angenommen, daß das als Basissteuerung den Transistoren 70 und 80 an den Anschlüssen 75 bzw. 85 zugeführte Eingangssignal von der richtigen Polarität und Größe ist, um die Eingangsschalttransistoren 70 und 80 entweder abzuschalten oder zu sättigen. Wenn daher ein negatives Eingangssignal, das dem Transistor 70 als Basissteuerung dient, dem Anschluß 75 zugeführt wird, wird der Transistor 70 gesättigt und er leitet. Der Strom fließt von Anschluß 10 durch Emitter 71 und Kollektor 72 des Halbleiters 70 und Widerstand 21 zum Anschluß 11. Die Verbindungsstelle von Gleichrichter 20 und Widerstand 21 erreicht dann effektiv das Potential des Anschlusses 10. Der Transistor 80 arbeitet auf die gleiche Weise, wenn er am Anschluß 85 ein Eingangssignal empfängt, das ihn zur Sättigung treibt. Somit erreicht dann auch die Verbindungsstelle von Gleichrichter 30 und Widerstand 31 effektiv das Potential des Anschlusses 10.

Wenn die Verbindungsstellen Gleichrichter 20— Widerstand 21 und Gleichrichter 30—Widerstand 31 das Potential des Anschlusses 10 durch die richtigen Eingangssignale an den Eingangsanschlüssen 75 bzw. 85 annehmen, nimmt auch Anschluß 47 das Potential des Anschlusses 10 an. Der Emitter 41 hat nun im wesentlichen das gleiche Potential wie die Basis 43, und die Gleichstromquelle, die mit den Anschlüssen 12 und 13 verbunden ist, veranlaßt den Transistor 40 abzuschalten. Bei abgeschaltetem Transistor 40 entsteht an den Anschlüssen 90 und 91 eine Ausgangsspannung und an den Anschlüssen 91 und 92 keine Ausgangsspannung. ·

Wenn kein negatives Eingangssignal auf die Anschlüsse 75 und 85 oder nur auf einen der Anschlüsse 75 und 85 einwirkt, ist das Potential des Anschlusses 47 nicht effektiv das Potential des Anschlusses 10. Der Transistor 40 wird durch das Anlegen der Gleichstromquelle,'die mit den Anschlüssen 10 und 11, dem Emitter 41 und der Basis 43 durch mindestens eine der Abzweigungen, die mit Anschluß 47 verbunden sind, leitend gemacht. Von Anschluß 10 fließt Strom durch Emitter 41 und Kollektor 42 des Transistors 40 und Widerstand 45 zum Anschluß 11. An den Anschlüssen 90 und 91 fällt keine Ausgangsspannung am Transistor 40 ab, und an den Anschlüssen 91 und 92 kann eine Ausgangsspannung am Widerstand 45 abgenommen werden.

Eine Vielzahl von Abzweigungen, die einen Widerstand und eine Diode enthalten, kann zwischen Anschluß 47 und Anschluß 11 geschaltet werden. Eine Vielzahl von Eingangsschalttransistoren kann in der dargestellten Weise zwischen der Verbindungsstelle von Gleichrichter und Widerstand jeder Abzweigleitung und Anschluß 10 geschaltet werden. Es ist zu sehen, daß, wenn das Ausgangssignal von den An-Schlüssen 90 und 91 abgenommen wird, eine logische Funktion'abläuft. Das heißt, nur wenn die Gesamtheit einer Vielzahl von positiven Eingängen gegeben ist, befindet sich kein Signal an den Anschlüssen 90 und 91. Dies könnte als eine »NICHT-UND «-Funktion bezeichnet werden/ Es ist auch zu sehen, daß, wenn das Ausgangssignal von den Anschlüssen 91 und 92 abgenommen wird, ein Ausgangssignal nur vorhanden ist, wenn die Gesamtheit einer Vielzahl von positiven Eingängen vorhanden ist. Dies ist die gewöhnliche »UND «-Funktion.

In Fig. 2 ist eine andere Anwendungsform der Merkmale der Erfindung dargestellt, in der die Teile, die auch in Fig. 1 erscheinen, mit den gleichen Zahlen wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Der Hauptunterschied zwischen den in Fig. 1 und 2 dargestellten Anwendungsformen ist, daß in Fig. 2 ein zusätzlicher Ein·- gangstransistor 100 und ein zusätzlicher Eingangstransistor 110 mit den Transistoren 70 bzw. 80 parallel geschaltet sind.

Die Arbeitsweise der zusätzlichen Eingangstransistoren 100 und 110 ist die gleiche wie die der Eingangstransistoren 70 und 80. Das heißt, daß, wenn ein negatives Eingangssignal den Eingangsanschlüssen 105 oder 115 des Eingangstransistors 100 bzw. 110 mitgeteilt wird, die Verbindungsstelle Gleichrichter 20—Widerstand 21 bzw. Gleichrichter 30—Widerstand 31 effektiv das Potential des Anschlusses 10 erreicht.

Wenn man positive Eingangssignale benutzt, hat man jetzt, um in der Sprache der Fachleute für logische Stromkreise zu reden, den »NICHT-Und«- Stromkreis der in Fig. 1 dargestellten Anwendungsform, wenn der Ausgang von den Anschlüssen 90 und

91 übernommen wird, wobei »ODER«-Eingänge für jede Zweigleitung des Eingangsstromkreises zwischen den Anschlüssen 47 und 11 vorhanden sind.

Wenn positive Eingangssignale benutzt werden und wenn das Ausgangssignal von den Anschlüssen 91 und

92 entnommen wird, ist die in Fig. 2 dargestellte Anwendungsform ein »UND«-Stromkreis mit »ODER«- Eingängen für jede Zweigleitung des Eingangsstromkreises zwischen den Anschlüssen 47 und 11.

In Fig. 3 ist eine weitere Anwendungsform der Merkmale dieser Erfindung veranschaulicht, in der die Teile, die auch in Fig. 1 erscheinen, mit den gleichen Zahlen wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Anwendungsformen in Fig. 1 und 3 ist, daß in Fig. 3 ein Eingangsschalttransistor 120 zwischen Anschluß 10 und Anschluß 47 hinzugekommen ist. Eine Vielzahl von Eingangsschalttransistoren kann auf die gleiche Art wie Transistor 120 geschaltet werden. Die Arbeitsweise des Eingangstransistors 120 ist die gleiche wie die der zuvor beschriebenen Eingangstransistoren, mit der Ausnahme, daß ein negativer-Eingang zum Transistor 120 an dessen Eingangsanschluß 125 in sich ausreicht, um zu veranlassen, daß der Transistor 40 sperrt, da er direkt mit Anschluß 47 verbunden ist.

Wenn somit positive Eingangssignale benutzt werden und wenn das Ausgangssignal des Stromkreises von den Anschlüssen 90 und 91 genommen wird, erhält man, was als Ablauf der logischen Funktionen » (NICHT-UND) — ODER« bezeichnet werden kann. Das heißt, es ist die Gesamtheit der Vielzahl der positiven Eingänge zu den Eingangsschalttransistoren, die in der Art der Transistoren 70 und 80 geschaltet sind, erforderlich, um zu veranlassen, daß das Ausgangssignal an den Anschlüssen 90 und 91 aufhört. Jedoch veranlaßt ein einziger positiver Eingang zu einem Eingangsschalttransistor, der in der Art des Transistors 120 geschaltet ist, daß kein Ausgangssignal an den Anschlüssen 90 und 91 auftritt.

Wenn positive Eingangssignale benutzt werden und wenn der Ausgang von den Anschlüssen 91 und 92 genommen wird, hat man die logische Funktion »UND-ODER«. Das heißt, daß die Gesamtheit einer Vielzahl von positiven Eingängen zu den Eingangsschalttransistoren, die in der Art der Transistoren 70 und 80 geschaltet sind, vorhanden sein muß, ehe an den Anschlüssen 91 und 92 ein Ausgangssignal auftritt. Wenn jedoch irgendeiner aus der Vielzahl positiver Eingänge für einen in der Art des Transistors 120 geschalteten Transistor vorhanden ist, tritt ein Ausgangssignal an den Anschlüssen 91 und 92 auf.

Es ist zu beachten, daß die vorerwähnten logischen Funktionen ablaufen können, wenn die Eingangsschalttransistoren veranlaßt werden, durch eine positive Vorspannung abzuschalten, und wenn dann ein negatives Eingangssignal einwirkt. In diesem Falle würde das Ausgangssignal für die richtige Funktion von dem entgegengesetzten Satz Ausgangsanschlüssen, verglichen mit dem für das positive Eingangssignal, abgenommen werden können. Es kann also dieser logische Stromkreis duale Funktionen erfüllen.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß, während die dargestellten Beispiele praktische Anwendungsformen der Erfindung sind, sie sich nicht auf die genauen und veranschaulichten Einzelheiten beschränkt, da Abwandlungen hiervon möglich sind, ohne daß vom Geist dieser Erfindung abgewichen wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit einem Koinzidenzgatter aus mehreren parallel geschalteten Gleichrichtern zur Ausübung verschiedener logischer Funktionen, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise beide Elektroden der Gleichrichter des Koinzidenzgatters mit Hilfe von Schalttransistoren' unmittelbar an die über Widerstandsmittel an den in Durchlaßrichtung positiven Elektroden der Gleichrichter anliegende Vorspannung anschließbar sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der allen parallel geschalteten Dioden gemeinsame Verzweigungspunkt über einen Widerstand mit der Steuerelektrode eines Schalttransistors verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dioden mit einem Widerstand in Reihe geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 879 618;
deutsche Auslegeschrift V 8722 VIII a/21 a¹ (bekanntgemacht am 19. 7. 1956).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 009 590/269 8.60