DE1101826B

DE1101826B - Einrichtung zur Zaehlung oder Steuerung von Vorgaengen

Info

Publication number: DE1101826B
Application number: DES56131A
Authority: DE
Inventors: Viktor Hofmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-12-05
Filing date: 1957-12-05
Publication date: 1961-03-09
Also published as: US3005917A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung, die zum Zählen oder Steuern von zeitlich aufeinanderfolgenden Vorgängen dient. Diesen Vorgängen entsprechen Änderungen elektrischer Spannungen oder Ströme, die als Steuersignale der Zähleinrichtung zugeführt werden.

Für den Aufbau von Zählschaltungen hat man vielfach neben dekadischen Systemen Dualsysteme mit anschließender Auswertung der Dualzahlen in das dekadische System verwendet. Darüber hinaus sind auch andere Intervalle, wie z. B. Oktal- oder vor allem Quintalsysteme mit fünf Zählschritten und ebenfalls anschließender Auswertung bekanntgeworden. Die Speicherung der einzelnen Zählschritte bis zum nächsten Zählimpuls erfolgt in elektrisch oder elektronisch arbeitenden Speicherschaltungen, z. B. in bistabilen Kippanordnungen. Die Kippschaltungen für die einzelnen Stufen, welche Zählschritte darstellen, sind in der Regel kapazitiv miteinander gekoppelt.

Wenn man steuerbare Halbleiter, insbesondere Transistoren verwendet, welche von sich aus nicht zwei stabile Betriebszustände aufweisen und die Möglichkeit besitzen, vom einen zum anderen Zustand zu kippen, so hat man bisher für jede einem Zählschritt entsprechende Stufe zwei Transistoren oder andere steuerbare Halbleiter benötigt. Um nur mit einem einzigen Transistor auskommen zu können, hätte es eines erheblichen schaltungstechnischen Aufwandes bedurft, oder man hätte auf Transistortypen zurückgreifen müssen, die wegen nachteiliger Eigenschaften hierfür wenig geeignet wären.

Bei den bekannten Zählschaltungen wird, wie erwähnt, meist von einer kapazitiven Kopplung der einzelnen Stufen, welche Zählschritten entsprechen, Gebrauch gemacht. Zählschaltungen mit kapazitiver Kopplung sind aber gegen Störimpulse außerordentlich empfindlich, andererseits würde der Übergang auf galvanische Kopplung einen hohen Aufwand an Bauteilen bedeuten und unter Umständen Schwierigkeiten in der Zuführung der Betriebsspannungen für die einzelnen Stufen bereiten. Demgegenüber kommt es bei der Erfindung darauf an, unter Einsparung von Bauelementen zu einer stark vereinfachten, aber betriebssicher arbeitenden Einrichtung zu gelangen, bei der vor allem die Zahl der steuerbaren Halbleiter verringert werden kann.

Die Erfindung besteht bei einer Einrichtung zur Zählung oder Steuerung von durch elektrische Signale abgebildeten, zeitlich aufeinanderfolgenden Vorgängen mit je einem Transistor pro Zählstufe darin, daß die Kollektoren der Transistoren jeweils mit der Basis des in Zählrichtung nachfolgenden Transistors über einen Widerstand und ein Ventil und mit den

Einrichtung zur Zählung oder Steuerung von Vorgängen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Viktor Hofmann, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

Basiselektroden aller übrigen Transistoren über je einen Widerstand gekoppelt sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand der Zeichnung erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter schematischer Darstellung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Zählschaltung mit Transistören, bei der der Einfachheit der Darstellung halber an Stelle einer Dekade ein Intervall von sechs Stufen veranschaulicht ist.

Wie bereits erwähnt, kann ebenso eine vom Dekadischen abweichende Zahlenskala verwendet werden.

Die letzte Stufe des jeweiligen Intervalls ist mit gleichartigen Schaltelementen, wie sie zwischen den einzelnen Stufen liegen, wieder mit der ersten Stufe verbunden, so daß sich ein Ring von völlig gleichartig aufgebauten Stufen ergibt. Von einer bestimmten Stelle aus geht man bei dekadischer Aufteilung zur nächsten Dekade weiter, um auf diese Weise die einzelnen Dezimalstellen bilden zu können.

In jeder einzelnen Stufe, also für jeden Zählschritt, ist nur ein einziger Transistor vorgesehen. Mit TrI bis Tr 6 sind die einzelnen, als Flächentransistoren ausgebildeten Transistoren der einzelnen Stufen bezeichnet. DieEmitteranschlüsseder sechs Transistoren liegen gemeinsam an Nullpotential. Die Kollektoren, die in Übereinstimmung mit den Transistoren Tr 1 bis Tr 6 mit C₁ bis C₆ bezeichnet sind, sind über die Widerstände 1 bis 6 an das negative Potential der Spannungsquelle 55 gelegt. Jeder der Kollektoren C₁ bis C₆ ist über einen Widerstand und eine Diode mit dem Basisanschluß des nachfolgenden Transistors

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verbunden. Es sind dies die Widerstände 7 bis 12 und die Dioden 13 bis 18. Gleichzeitig besteht eine Verbindung von jedem Kollektoranschluß zu den Basisanschlüssen sämtlicher übrigen Transistoren über ein Netz von Widerständen. Wichtig ist dabei, daß eine solche Verbindung nicht zum in Zählrichtung nachfolgenden Transistor führt. So liegt z. B. zwischen dem Kollektor C₁ und dem Basisanschluß des Transistors 3 ein Widerstand 25. Um das Schaltbild übersichtlicher zu gestalten, wurden die einzelnen Verbindungen der Koppelwiderstände mit den zugehörigen Kollektoranschlüssen weggelassen und die mit den Widerständen verbundenen Leitungen mit C₁ bis C₅ bezeichnet. Dies bedeutet, daß diese Leitungen an die entsprechenden Punkte der Schaltung gelegt zu denken sind. Vom Kollektor C₁ des Transistors Tr 1 führt also zum Basisanschluß jedes anderen Transistors außer dem nachfolgenden eine solche Widerstandsverbindung; so der Widerstand 26 zum Transistor Tr 4, ein Widerstand 27 an Tr 5 und ein Widerstand 28 an Tr 6.

An die Widerstände 7 bis 12 führen außerdem noch die Dioden 19 bis 24, die mit den Widerständen zusammen eine Wirkung gemäß einem sogenannten »Undgatter« haben. Die Dioden 19, 21 und 23 sind zum Eingang E₁, die Dioden 20, 22 und 24 zum Eingang E₁ zusammengefaßt. Die hochohmigen Widerstände 49 bis 54 dienen lediglich der Sperrstromkompensation bzw. für die Kompensation von Rückströmen.

Die Schaltungsanordnung ermöglicht es, daß immer nur ein einziger Transistor sich in gesperrtem Zustand befinden kann, denn sein Kollektor hat dann negatives Potential, und somit erhalten alle übrigen Transistoren über die Widerstände, die von ihren Basisanschlüssen zu dem Kollektor des gesperrten Transistors führen, Steuerströme und sind damit durchlässig.

Es wäre gegebenenfalls auch möglich, durch entsprechende Abwandlung der Schaltung zu bewirken, daß ein einziger Transistor im Durchlaßbereich arbeitet, während alle übrigen Transistoren sich in Sperrichtung befinden.

Zum Verständnis der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung sei angenommen, daß zunächst der Transistor TrI sich im Sperrzustand befinden möge und alle anderen Transistoren demgemäß im Durchlaßsinne arbeiten. Von den beiden Eingängen E₁ und JS₁' möge der Eingang E₁ spannungslos sein, d. h. auf Nullpotential liegen. Da auch die Emitteranschlüsse Nullpotential aufweisen, würde dies bedeuten, daß E₁ auf Emitterpotential liegt. Der andere Eingang, nämlich E₁ möge von einer Kippschaltung oder einer Schalteinrichtung vom Eingang her ein negatives Signal erhalten oder gerade erhalten haben. Wird nun dieSteuerspannung geändert, also E₁ an Nullpotential gelegt und an E₁ eine negative Spannung wirksam gemacht, so muß in diesem Augenblick der Transistor TrT· in Sperrichtung übergehen, denn sein Basiseingang (vor Diode 14) kommt über die Diode 20 an Nullpotential zu liegen, und es fließt dann kein Steuerstrom mehr über die Diode 14. Die Dioden 13 bis 18 haben einen größeren Schwellwert als die Dioden 19 bis 24, so daß dann an der Basis des Transistors Tr 2 in der Tat Nullpotential erreicht wird.

Sobald nun der Transistor Tr2 sperrt und damit der Spannungsabfall vom Kollektorwiderstand 2 sinkt, wird der Kollektor C₂ negativ, und es fließt über die Widerstände 9 sowie 29, 30,, 31 und 32 ein Steuerstrom. Demzufolge "wird der Transistor TrI ^t durchlässig, und die Transistoren Tr 3, Tr Ί, Tr 5 und Tr 6 bleiben nach wie vor in durchlässigem Zustand. Beim nächsten Wechsel des Signals an E₁ und E₁ wird der Transistor Tr 3 gesperrt und Tr 2 wieder durchlässig. Bei jedem Wechsel des Eingangssignals erfolgt also ein Weiterschalten, und die Ausgänge an den Kollektoranschlüssen C₁ bis C₆ haben nacheinander Signalspannung. Hinter dem Transistor Tr6 folgt wieder entsprechend der Ringkopplung der

ίο Transistor Tr1,' so daß nach erfolgtem Sperren des Transistors Tr 6 der Transistor Tr 1 zum Sperren gelangt.

Man wird die dargestellte Schaltungsanordnung zweckmäßig als Dekade aufbauen. Gegebenenfalls kann man aber auch zwanzig oder mehr Zählschritte vorsehen. Bei mehr als zehn Schritten kann aber unter Umständen der Aufwand an Kopplungswiderständen als unerwünscht hoch angesehen werden. Es ist jedoch möglich, gemäß weiterer Erfindung wesentliche Einsparungen an Kopplungsgliedern vorzunehmen. Dies soll an Hand der Fig. 2 näher erläutert werden.

In Fig. 2 ist ein Widerstandsfeld für eine Dekade veranschaulicht, wobei sich ein Netz ergibt, in welchem die Anschlüsse an die einzelnen Kollektorelektroden C₁ bis C₁₀ einerseits und die Anschlüsse 1 bis 10 andererseits, welche zu den Basiselektroden der Transistoren 1 bis 10 führen, versinnbildlicht sind. Wie die Darstellung erkennen läßt, besteht von den Kollektoren C₁ bis C₄ jeweils eine Widerstandsverbindung zu den Basisanschlüssen der Transistoren 6 bis 10. Durch die strichpunktierte Linie 57 ist dies veranschaulicht. Ebenso besteht von den Kollektoren C₆ bis C₉ eine Widerstandsverbindung nach den Transistoren 1 bis 5 in dem durch die gestrichelte Linie 58 umgrenzten Raum. Diese beiden Netze von je zwanzig Widerständen können durch Schaltungen von je vier Dioden und je fünf Widerständen ersetzt werden. Hierfür ist in Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel gezeigt. An den Basiskontakten der Transistoren 6 bis 10 sind Widerstände 59 bis 63 veranschaulicht, die wiederum mit Dioden 64 bis 67 mit den Kollektoren C₁ bis C₄ verbunden sind. Die Möglichkeit einer solchen Zusammenfassung ist um so mehr angebracht, eine je höhere Anzahl von Zählschritten die Schaltung aufweist. Bei zwanzig Schritten können z. B. zwei Netze von je neunzig Widerständen durch je zehn Dioden und je neun Widerstände ersetzt werden. Hierbei kann gegebenenfalls auch ein Zwischentransistor zur Verstärkung eingesetzt werden.

Werden die Widerstände 29, 34, 39, 44 und 48 (Fig. 1) mit Eingangsdioden kombiniert, ähnlich wie der Widerstand 7 mit den Dioden 19 und 13 vereinigt ist, so kann durch Anlegen der Eingangssignale an die diesen Dioden zugeordneten Eingänge mit derselben Schaltung rückwärts gezählt werden. In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für diese Möglichkeit gezeigt. Zum Rückwärtszählen dienen hierbei die gestrichelt gezeichneten Verbindungen, die zu den Eingängen^ und E₂' führen. Hierbei sind außer den Verbindungen über einen Widerstand und eine Diode vom Kollektor eines jeden Transistors zum Basisanschluß des nachfolgenden Transistors auch gleichartige Verbindungen mit der Basiselektrode des vorangehenden Transistors vorgesehen. Auf diese Weise kommen die gleichen Bedingungen für ein Rückwärtszählen zustande, wobei dann der Vorgang in entsprechender Weise jeweils von einem beliebigen Transistor aus auf den vorangehenden weitergreift.
Vierfach kann es erwünscht sein, daß die Schaltung bei Anlegen der Betriebsspannung eine bestimmte

Ruhelage einnimmt, d. h. daß nicht von Fall zu Fall ein beliebiger anderer Transistor die Ausgangsstellung bestimmt. Es kann z. B. erwünscht sein, den Transistor TrI bevorzugt gesperrt zu halten, so daß bei Inbetriebsetzen der Einrichtung oder nach kurzzeitigen willkürlichen oder unbeabsichtigten Betriebsunterbrechungen stets die gleiche Anfangsstellung sichergestellt ist. Sofern die Betriebsspannung durch die im Netzgerät befindlichen Glättungseinrichtungen beim Einschalten einen langsamen Stromanstieg aufweist, kann durch Zwischenschalten eines Schwellwertgleichrichters in den Basiskreis des Transistors TrI die gewünschte Bedingung leicht erfüllt werden. Die Zählschaltung gemäß der Erfindung läßt sich auch in Mehrkontakt-Steuersystemen verwenden. Die Dioden 19 bis 24 werden dann nicht zu den Eingängen E₁ und E₁ zusammengefaßt, sondern so mit je einem Endschalter verbunden, daß bei Betätigung desselben die Diode niederohmig an Nullpotential liegt. Die Dioden 19 bis 24 (Fig. 1) können in diesem ao Falle auch unbedenklich weggelassen werden. Ein Weiterschalten der Zählstufe kann dann nur durch den Endschalter erfolgen, der zum Eingang des Transistors führt, der dem augenblicklich gesperrten Transistor folgt. Eine Betätigung aller anderen End-Schalter würde unwirksam sein, d. h., es ist damit gleichzeitig eine gegenseitige Verriegelung der Endschalter gewährleistet.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Zählung oder Steuerung von durch elektrische Signale abgebildeten, zeitlich aufeinanderfolgenden Vorgängen mit je einem Transistor pro Zählstufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren (C) der Transistoren (Tr) jeweils mit der Basis des in Zählrichtung nachfolgenden Transistors über einen Widerstand (8 ... 12) und ein Ventil (13 ... 18) und mit den Basiselektroden aller übrigen Transistoren über je einen Widerstand (25 . . . 48) gekoppelt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei Steuersignalleitungen (E₁, E₁) die eine (E₁) jeweils zu den Basiselektroden der geradzahligen Transistorstufen (Tr 2, Tr4:, Tr6) und die zweite (E₁) zu den Basiselektroden der ungeradzahligen Transistorstufen (Tr 1, Tr 3, Tr S) führt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Weiterschalten der Zählschritte dadurch erfolgt, daß die Steuersignalleitungen abwechselnd niederohmig mit dem Emitterpotential der Transistoren verbunden werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Weglassen der Steuersignalleitungen die Transistoren auch durch jeder Basiselektrode zugeordnete Kontakte gegen 0 Volt der Reihe nach und nur in Zählrichtung gesperrt werden könne*n, wobei immer die vorhergehenden Halbleiter durchlässig werden, dieser Zustand stets stabil ist und so lange erhalten bleibt, bis durch Betätigung des nächsten Kontaktes der nächste Zählschritt erreicht wird und wobei unter »Betätigung des nächsten Kontaktes« auch ein Sperren bzw. Durchlässigwerden eines Transistors oder Kippen einer Flip-Flop-Schaltung usw. zu verstehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einfügen einer Diode jeweils in die Widerstands verbindung vom Kollektor des Transistors zur Basiselektrode des vorhergehenden und Diodenverbindung zu zwei weiteren Steuersignalleitungen (E₂, E₂) die Schaltung sowohl in Vorwärts- als auch Rückwärtszählrichtung betrieben werden kann (Fig. 4).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 955 691.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen