DE1135039B - Kippschaltung mit einem Transistorsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Kippschaltungen und insbesondere Schaltungen, die Transistoren mit mehreren Kollektoren verwenden.

Von hervorragender Bedeutung für den modernen Digitalrechner sind seine Schaltkreise. Im allgemeinen handelt es sich dabei um elektrische Kippschaltungen. Eine elektrische Kippschaltung kann für einen einzigen festen Wert der Speisespannung und Schaltungsparameter mehr als einen stabilen Zustand annehmen. Durch Anregung von außen, gewöhnlich durch elekirische Impulse wird die Schaltung veranlaßt, schnell aus dem einen stabilen Zustand in einen anderen zu kippen.

Eine der grundlegendsten dieser elektrischen Kippschaltungen ist die Eccles-Jordan-Schaltung. Bisher hat diese grundsätzlich aus zwei Trioden bestanden, wobei der Anodenausgangsimpuls jeder Triode dem Gittereingang der anderen so zugeführt wird, daß die Schaltung in einem von zwei stabilen Zuständen sein kann. Legt man Impulse an die Gitter der Röhren, dann kann die bistabile Kippschaltung aus dem einen stabilen Zustand in den anderen gekippt werden. Andere Schaltkreise, die in Rechnern in großem Maße verwendet werden, sind die binäre Kippschaltung und das Schieberegister.

In den letzten Jahren wurden die Schaltkreise des modernen Rechners ständig von den Konstrukteuren geändert, um ihren gedrängten Aufbau und Arbeitsgeschwindigkeit zu verbessern. Diese Bemühungen beruhten vor allem auf der Ansicht, daß es nur nötig ist, die heutigen Schaltungen kleiner und schneller zu machen. Den gedrängten Aufbau erreichte man, indem man Transistoren und gedruckte Schaltungen an Stelle ihrer umfangreichen Gegenstücke verwendete; Schaltgeschwindigkeit hat man gewonnen, indem man die Kapazität und Induktivität der Sockel und Leitungen, die die einzelnen Elemente verbinden, verkleinerte. Das Ergebnis bestand darin, daß dieselbe Grundschaltung, wie sie schon vor zehn Jahren bestand, kleiner und schneller arbeitend gebaut werden konnte.

Während aber die Forderung nach Arbeitsgeschwindigkeit und gedrängten Aufbau weiterhin steigt, nähern sich die heutigen Schaltkreise der Rechenanlage schnell dem Punkt, wo die Erfolge kleiner werden. Es müssen ständig Kompromisse zwischen den gestellten Anforderungen und den erreichbaren Zielen geschlossen werden. Offensichtlich hat die bisherige Substitutionsmethode den Gipfel ihrer Wirksamkeit erreicht.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht darin, daß man eine Kippschaltung, die einen Schalttransl·- Kippschaltung mit einem Transistorsystem

Anmelder:

International

Business Machines Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,
Böbilingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. August 1960 (Nr. 50 682)

John Earle, Wappingers Falls, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

stör mit wenigstens zwei Kollektorelektroden in Basisschaltung benutzt, bei dem die eine Kollektorelektrode so ausgebildet ist, daß die Leitung zunächst in diesem Kollektorkreis einsetzt und bei zunehmendem Emitterstrom bei einem bestimmten Wert der zweite Kollektorkreis die Leitung übernimmt, wobei die technische Lehre darin zu suchen ist, daß dem Emitteranschluß eine Urstromquelle soviel Strom zuführt als für die Sättigung sämtlicher Kollektoren notwendig ist und ferner mit diesem Anschluß drei gleich große Widerstände verbunden sind, von denen einer zu einem der Kollektoren und zwei zu den Einstell- und Rückstellklemmen führen.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen:

Fig. 1 stellt die Schaltung eines zwei Kollektoren umfassenden Beispiels des Transistors mit mehreren Kollektoren dar;

Fig. 2 stellt die Emitter-Kollektor-Kennlinien des Transistors dar, wie man sie bei der Schaltung von Fig. 1 erhält;

Fig. 3 ist das Schaltschema einer bistabilen Kippschaltung, die den Transistor mit mehreren Kollektoren verwendet;

Fig. 4 zeigt die Schaltung einer anderen bistabilen Kippschaltung;

Fig. 5 zeigt die Schaltung einer weiteren bistabilen Kippschaltung;

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Fig. 6 zeigt die Schaltung eines Schieberegisters, das den Transistor mit mehreren Kollektoren verwendet;

Fig. 7 zeigt die Schaltung des Transistors mit mehreren Kollektoren, der in einer mit Gleichstrom arbeitenden binären Kippschaltung benutzt wird.

Der in Fig. 1 veranschaulichte Transistor mit mehreren Kollektoren ist das Ergebnis kürzlich angestellter experimenteller Untersuchungen über die Wechselgang des Transistors aus Zustand 2 in Zustand 3 der Kollektor 2 zu leiten beginnt, bevor der Kollektor 1 ganz zu leiten aufgehört hat. In den nachstehend erläuterten Rückkopplungsschaltungen ist dieses Merk-5 mal von größter Wichtigkeit.

Die grundlegende Kippschaltung der Erfindung ist in Fig. 3 veranschaulicht. Der Transistor mit zwei Kollektoren und die ihm zugeordnete Schaltung werden dort als gleichstrombetätigte bistabile Kippschal

wirkung mehrerer Kollektoren auf einer gemeinsamen io tung betrieben. Der Transistor hat einen Emitter 10,

Halbleiterschicht. Als Beispiel wird ein Transistor mit zwei Kollektoren dargestellt. Er besteht allgemein aus zwei PN-Kollektoren 1 und 2, die so angeordnet sind, daß sie auf den großflächigen PN-Übergang zwischen dem P-Emitter 10 und der N-Basis 12 einwirken. Als ebenfalls möglich ist eine ähnliche NPNP-Struktur dargestellt.

Um die Kennlinien eines Transistors mit mehreren Kollektoren zu erreichen, wird die Schaltung von

eine Basis 12 und Kollektoren 1 und 2. An den Emitter 10 ist eine Stromquelle in Form eines Widerstandes 30 und einer mit der Klemme 32 verbundenen positiven Spannungsquelle angeschlossen. Der Wider-15 stand 30 ist so groß, daß er den Durchtritt einer bestimmten Anzahl von Stromstärkeeinheiten gestattet.

An die Stromquelle sind mehrere Widerstände 34, 36 und 38 angeschlossen.

Durch diese Widerstände kann die Strommenge ge-

Fig. 1 verwendet. Die Basis 12 ist geerdet, und für 20 steuert werden, die aus der Urstromquelle in den die Kollektoren 1 und 2 werden geeignete Spannun- Emitter eingeführt wird. Die Widerstände 34 und 36 gen durch den aus den Widerständen 22 und 24 be- sind an die Klemmen 40 und 42 angeschlossen und stehenden Spannungsteiler geliefert. Der Emitterstrom bilden die Eingänge für die bistabile Kippschaltung. (Q wird dem Transistor durch die Klemme 14 züge- Der Widerstand 38 bildet eine Rückkopplung mit der führt, und die resultierenden Kollektorströme (Q 25 Klemme 44 des Ausgangs. Die Große der Widerstände werden an den Klemmen 16 und 18 abgenommen. 34, 36 und 38 ist so gewählt, daß jeder Widerstand Der am Kollektor 1 entstehende Strom ist mit i_cv eine bestimmte Anzahl von Stromeinheiten, die von der am Kollektor 2 mit i_c2 bezeichnet, der Stromquelle kommen ableitet und damit verhin-

Die Emitter-Kollektor-Kennlinien dieses in der dert, daß dieser Strom in den Emitter 10 gelangt. Dies Schaltung von Fig. 1 betriebenen Transistors mit zwei 30 erfolgt, wenn die Klemmen der jeweiligen Widerstände Kollektoren sind in Fig. 2 dargestellt. Auf der Ab- an einer negativen Spannung liegen. Die Ableitung szisse ist der Emitterstrom (Q in Einheiten aufgetra- tritt nicht ein, wenn die Klemmen Erdspannung oder gen. Eine Emitterstromeinheit ist diejenige, welche 0 V aufweisen. Eine geeignete Spannung wird den nötig ist, um die Kollektoren aus dem einen Zustand Kollektoren 1 und 2 durch die Widerstände 48 und 50 in den anderen zu schalten. Der Kollektorstrom (Q 35 zugeführt. Die Ausgangsspannung der bistabilen ist als Ordinate aufgetragen. Kippschaltung wird an den Klemmen 44 und 46 ab-

Die Wirkungsweise des Transistors mit zwei KoI- genommen.

lektoren ist aus den Kurven von Fig. 2 ersichtlich. Es Bekanntlich wird die Logik in Digitalrechner mit

gibt vier mögliche stabile Zustände für den Transi- dem binären Zahlensystem verwirklicht. Im binären stör, nämlich: Zustand 1 in dem kein Kollektor lei- 40 System werden durch nur zwei Ziffern 0 und 1, alle tend ist; Zustand 2, in dem Kollektor 1 leitend und anderen Zahlen dargestellt. Diese binären Zahlen 0 Kollektor 2 nichtleitend sind, und Zustand 4, in dem
beide Kollektoren leitend sind.
■ Zunächst sei der Zustand 1 betrachtet, in dem kein
Kollektor leitend ist. Steigt der Emitterstrom, so wird 45
der Kollektor 1 gesättigt, und der Transistor ist jetzt
im Zustand 2. Wenn der Emitterstrom den zur Sättigung des Kollektors 1 nötigen Wert übersteigt, fließt
der Strom zum Kollektor 2. Bei weiterer Zunahme

des Stroms wird das elektrische Feld in der Nähe des 50 richtungen dem binären System entsprechen. In den Kollektors 2 so stark, daß es beginnt, einen Teil des erfindungsgemäßen Schaltungen stellt die Erdspanursprünglich zum Kollektor 1 fließenden Stroms ab- nung oder 0 V die binäre oder logische 1 und eine zulenken. Bei weiterer Zunahme wird diese Ablenk- negative Spannung die binäre 0 dar. Das bedeutet, wirkung stärker, und schließlich erhält der Kollektor 2 daß die Eingangs- und Ausgangsspannungen der nahezu den ganzen injizierten Strom und wird ge- 55 Schaltungen nach der Erfindung zwischen der logisättigt. Gleichzeitig erhält der Kollektor 1 keinen sehen 1 und der logischen 0 schwanken. Emitterstrom und ist daher im Sperrzustand. Der Es sei angenommen, daß der Widerstand 30 sogroß

Transistor ist jetzt im Zustand 3. Wenn nach der ist, daß er drei Stromeinheiten durchläßt, und daß die Sättigung des zweiten Kollektors der Strom weiter er- Widerstände 34, 36 und 38 jeweils so groß sind, daß höht wird, fließt dieser zum Kollektor 1, und auch 60 eine Stromstärkeeinheit abfließt, wenn die jeweiligen dieser wird wieder gesättigt, nachdem ihn der nötige Klemmen die logische 0 darstellen (—VVoIt). Da eine Strom durchfließt. Dies ist der Zustand 4, in dem bistabile Kippschaltung zwei stabile Zustände hat, sei beide Kollektoren leitend sind. weiter angenommen, daß die Schaltung von Fig. 3 im

Eine weitere Eigenschaft des Transistors mit zwei ersten stabilen Zustand ist, wenn folgende Bedingun-Kollektoren, die die unten beschriebenen Schaltungen 65 gen vorliegen: Klemme 46 stellt die logische 1 dar ermöglicht hat, ist ebenfalls in Fig. 2 gezeigt. Der (0 V), Klemme 44 die logische 0 (negative Spannung), Transistor hat die Fähigkeit, sich stets schneller EIN- die Eingangsklemme 40 die logische 0 (negative Spanais AUS-zuschalten. Die Kurve zeigt, daß beim Über- nung) und die Klemme 42 die logische 1.

und 1 werden elektrisch durch Spannungen dargestellt. Die positivere Spannung stellt die binäre oder logische 1, die negativere die binäre oder logische 0 dar. Da die Kippschaltungen nach der Erfindung besonders in Digitalrechenanlagen brauchbar sind, müssen sie auf dieses binäre System ansprechen, wenn sie wirksame Schaltelemente sein sollen. Das bedingt, daß die Eingangs- und Ausgangsimpulse dieser Vor-

Unter diesen Bedingungen fließt durch die Klemmen 40 und 44 eine Stromeinheit ab, und es bleibt eine Einheit aus der Quelle für den Emitter übrig. Gemäß Fig. 2 bringt eine Emitterstromeinheit den Transistor in den Zustand 2, in dem Kollektor 1 leitet und Kollektor 2 nicht. Daher ist der Ausgangsimpuls dieses ersten stabilen Zustandes eine logische 1 an Klemme 46 und eine logische 0 an Klemme 44.

Die Umschaltung der bistabilen Kippschaltung aus

Kippschaltung nicht, da die von der Rückstellklemme benötigte eine Ableiteinheit von der Einstellklemme geliefert wird.

Die Schaltung von Fig. 3 ist die Grundform, aus der eine große Anzahl von logisch verschiedenen Kippschaltungen aufgebaut werden kann. Sie verfällt in zwei Klassen. Die erste Klasse besteht aus denjenigen Schaltungen, deren Parameter so beschaffen sind, daß sie unter bestimmten Bedingungen schwingen kön-

dem einen stabilen Zustand in den anderen erfolgt io nen. Diese Schaltungen werden Wechselstrom-Kippdurch das Anlegen von Kippimpulsen an die Eingangs- schaltungen genannt. Die zweite Klasse umfaßt die-

klemmen 40 und 42. Die Kippschaltung wird aus dem oben beschriebenen stabilen Zustand in den anderen stabilen Zustand geschaltet, wenn der Klemme 40 ein

Impuls der Spannung OV oder, binär ausgedrückt, 15 sind, muß bei den Schaltungen der ersten Klasse die eine 1 zugeführt wird. Dadurch kann eine weitere Breite der Eingangsimpulse kleiner als die Schwin-

Stromeinheit zum Emitter 10 fließen, so daß jetzt zwei Emitterstromeinheiten vorliegen. Diese beiden Stromeinheiten lassen den Kollektor 2 leitend werden

jenigen Schaltungen, die nicht schwingen. Sie werden Gleichstrom-Kippschaltungen genannt.

Da Schwingungen bei Kippschaltungen unerwünscht

gungsperiode der Schaltung sein. Das erreicht man allgemein durch die Verwendung einer positiv begrenzenden Differenzierschaltung am Einbesteht.

Mehrere Widerstände 64, 66, 68 und 70 sind an die Stromquelle angeschlossen. Die Widerstände 66 und 68 sind mit den Klemmen 72 und 74 verbunden und bilden die Eingänge der Vorrichtung. Der Widerstand 64 liegt in einer Rückkopplung mit der Ausgangsklemme 76 des Kollektors 1. Ähnlich liegt der Widerstand 70 in einer Rückkopplungsschleife mit

und schalten den Kollektor 1 ab. Wie aber aus Fig. 2 20 gang.

hervorgeht, beginnt der Kollektor 2 zu leiten, bevor Fig. 4 zeigt die Schaltungsanordnung einer typischen

der Kollektor 1 zu leiten aufhört. Sobald der Kollek- Wechselstrom-Kippschaltung. Der Transistor hat tor 2 zu leiten beginnt, fließt die Stromeinheit, die Kollektoren 1 und 2, einen Emitter 10 und eine gevorher vom Widerstand 38 abgeleitet wurde, jetzt zum erdete Basis 12. An den Emitter ist eine Stromquelle Emitter. Das bedeutet, daß jetzt drei Emitterstrom- 25 angeschlossen, die aus dem Widerstand 60 und einer

einheilen vorliegen, die beide Kollektoren leitend über die Klemme 62 zugeführten positiven Spannung

werden lassen. Beide Klemmen 44 und 46 sind also jetzt im Eins-Zustand (Erdpotential). Dieser Zustand

ist stabil, solange an der Klemme 40 die logische 1 vorliegt.

Wenn die Spannung an Klemme 40 bei Beendigung der Impulse in den Null-Zustand zurückkehrt, wird wieder eine Emitterstromeinheit abgeleitet, und es bleiben zwei Stromeinheiten für den Eintritt in den

Emitter übrig. Bei zwei Emitterstromeinheiten kann 35 der Ausgangsklemme 78 des Kolfektors 2. Geeignete der Kollektor 2 leitend werden und der Kollektor 1 Spannungen werden für die Kollektoren durch die abgeschaltet werden. Die Klemme 44 bleibt also im Widerstände 80 und 82 geliefert.
Eins-Zustand, während die Klemme 46 in den Null- Der Widerstand 60 hat einen solchen Wert, daß er,

Zustand geht. Dies ist der zweite stabile Zustand der _wenn die Spannung an der Klemme 62 positiv ist, Kippschaltung, und die Klemmen 44 und 46 sind nun ₄₀ eine bestimmte Anzahl von Stromeinheiten durchläßt, in dem dem ersten stabilen Zustand genau entgegen- Die Widerstände 64, 66, 68 und 70 sind jeweils so

gewählt, daß jeder von ihnen eine bestimmte Anzahl von Stromeinheiten ableitet, wenn seine Klemme an einer negativen Spannung liegt. Eine solche Ableitung erfolgt nicht, wenn die Klemmen Erdpotential oder 0 V haben.

Bei einer der vielen Schaltungen, die sich aus dieser Grundform aufbauen lassen, läßt der Widerstand 60 vier Stromeinheiten durch; die Widerstände 64 leitet die Klemme eine weitere Stromeinheit ab. Da 50 und 66 leiten jeder zwei Stromeinheiten unter entauch die Klemmen 40 und 44 beide im Null-Zustand sprechenden Bedingungen ab, und die Widerstände 68 sind, werden alle drei Stromeinheiten abgeleitet, und und 70 leiten jeder eine Stromeinheit ab, wenn ihre es bleibt kein Emitterstrom übrig. Infolgedessen wird Klemmen im Null-Zustand sind,
der Kollektor 1 nichtleitend, und die Klemmen 44 Jetzt sei die Wirkungsweise dieser Schaltung als

und 46 sind beide im Null-Zustand. Dies ist der Über- 55 bistabile Kippschaltung beschrieben. Es sei angenomgangszustand der bistabilen Kippschaltung. men, daß im stabilen Zustand die Klemme 72 im

Wenn bei Beendigung des Impulses die Klemme 42 Eins- und die Klemme 74 im Null-Zustand sind. Das in den Eins-Zustand zurückkehrt, leiten nur die Klem- ergibt eine Ausgangsspannung, die die Null darstellt, men 40 und 44 Strom ab. Damit bleibt eine Emitter- an beiden Klemmen 76 und 78. Würde ein positiver Stromeinheit übrig, die den Kollektor 1 leitend wer- 60 Impuls an Klemme 74 gelegt, um diese in den Einsden läßt. Damit ist die bistabile Kippschaltung in den Zustand zu bringen, so würde das bedeuten, daß die ursprünglichen Zustand zurückgekehrt, in dem die Widerstände 64 und 70 die einzigen Ableitungen für Klemme 46 im Eins- und die Klemme 44 im Null- die Urstromquelle wären und eine Stromeinheit übrig Zustand sind. Die Klemme 42 kann daher als Rück- lassen würden, die in den Emitter gelangt und den stellklemme bezeichnet werden und trägt den Buch- 65 Kollektor 1 in den Eins-Zustand bringt. Bei Beendistaben R. gung des Impulses würde die Klemme 74 wieder in

Das Anlegen gleichzeitiger Impulse an die Einstell- den Null-Zustand gehen. Damit könnten noch zwei und die Rückstellklemme beeinflußt die bistabile Stromeinheiten in den Emitter gehen, welche die Ten-

gesetzten Zustand. Die Kippschaltung ist damit eingestellt, und aus diesem Grunde wird die Klemme 40 als Einstellklemme bezeichnet. Sie ist auch durch den Buchstaben E gekennzeichnet.

Um die Kippschaltung wieder in ihren ursprünglichen stabilen Zustand zurückzuschalten, wird ein negativer Impuls an die Klemme 42 gelegt, die also aus dem Eins- in den Null-Zustand gebracht wird. Damit

7 8

denz haben, den Kollektor 1 AUS-und den Kollektor 2 Wenn ein Impuls an die Klemmet gelegt und

EIN-zuschalten. Der Kollektor 2 schaltet aber viel diese dadurch in den Null-Zustand gebracht wird,

schneller EIN, als der Kollektor 1 AUS-schaltet, und kehrt die Schaltung in den ursprünglichen Zustand

läßt dabei eine weitere Stromeinheit in den Emitter zurück, in welchem der Kollektor 1 EIN- und der

gelangen, wodurch der Kollektor 1 EIN-geschaltet 5 Kollektor 2 AUS-geschaltet sind. Selbst bei der für

bleibt. Jetzt sind die Kollektoren 1 und 2 beide im eine Wechselstrom-Kippschaltung erforderlichen Im-

Eins-Zustand. Dies ist der zweite stabile Zustand, und pulsbreite schwingt diese Schaltung, wenn die Klem-

jetzt ist die Kippschaltung eingestellt. men A und B im Eins- und die Klemme C im NuIl-

Um die Kippschaltung in den ursprünglichen Zu- Zustand sind. Solche Schwingungen sind bei Kippstand zurückzuschalten, muß die Klemme 72 erregt 10 schaltungen unerwünscht und müssen daher vermie-

und in den Null-Zustand gebracht werden. Bei Be- den werden.

endigung des Impulses kehren die Kollektoren 1 Will man die Schaltung von Fig. 5 als bistabile und 2 beide in den ursprünglichen Null-Zustand Gleichstrom-Kippschaltung betreiben, so hat dies folzurück, und damit ist die Kippschaltung dann rück- gende Schaltungsparameter zur Voraussetzung: Wigestelli. 15 derstand 84 läßt drei Stromeinheiten durch. Wider-Es dürfte nun klar sein, daß sich die Wirkungsweise stand 86 leitet zwei Stromeinheiten ab, und die Widieser Schaltungen sehr wesentlich durch Änderung derstände 88, 90 und 92 leiten jeder eine Stromeinder Schaltungsparameter, insbesondere der Werte der heit ab. Einer der stabilen Zustände, in die die Schal-Stromquelle und der Stromableitungen, abändern läßt. tung gelangen kann, hat folgendes zur Voraussetzung: Würde z. B. in der Schaltung von Fig. 4 der Wert der 20 Klemme A und B im Eins-, Klemme C im Null-, KoI-Stromquelle auf drei Einheiten umgeändert und jede lektorl im Eins-, Kollektor 2 im Null-Zustand. Durch Stromsenke unter entsprechenden Bedingungen eine Impulsgabe an die Klemme C wird also die Kipp-Einheit ableiten, so würde die Schaltung vollkommen schaltung in den zweiten stabilen Zustand gebracht, anders arbeiten. Auf diese Weise kann man aus der in dem der Kollektor 1 im Null- und der Kollektor 2 Grundform jede beliebige Zahl von logisch verschie- 25 im Eins-Zustand sind. Durch Impulsgabe an die denen Schaltungsoperationen erlangen. Die Schal- Klemme A wird die Kippschaltung wieder in den urtungsparameter bestimmen häufig, ob die Schaltung sprünglichen Zustand zurückgeschaltet, wechselstromartig oder gleichstromartig arbeitet. Ein Die oben nur der Veranschaulichung verschiedener Beispiel dafür ist die Schaltung von Fig. 5. Schaltungen dienenden Schaltungsparameter sind Die Schaltung von Fig. 5 gleicht der von Fig. 4 mit 30 lediglich Beispiele für eine große Anzahl von bistader Ausnahme, daß sie nur eine Rückkopplungs- bilen Kippschaltungen, die sich aus der Grundform schleife hat. An den Emitter 10 des Transistors sind aufbauen lassen. Diese Schaltungen unterscheiden drei Eingangsklemmen A, B und C angeschlossen, die sich jedoch nicht nur in den Werten der Stromquelmit durch Widerstände 86, 88, 90 gebildeten Strom- len und -ableitungen voneinander. Ihre Betriebsart, ableitungen verbunden sind. Eine positive Spannungs- 35 ihre Schaltcharakteristika und ihre Fähigkeit zur quelle ist über die Klemme 85 angeschlossen. Eine Ausführung von logischen Verknüpfungen sind sehr weitere Stromableitung wird durch die Rückkopp- verschieden.

lungsschleife gebildet, die den Widerstand 92 an die Die grundlegenden oben beschriebenen einzelnen Ausgangsklemme 94 des Kollektors 2 anschließt. Die Folgeschaltungen können leicht nach Kombination Widerstände 96 und 98 liefern die Spannung für die 40 miteinander »Vielfach-Folge«-Schaltungen bilden. Kollektoren. Ein auf einer solchen Schaltung beruhendes Beispiel Eine der Möglichkeiten zum Betreiben der Schal- ist das Schieberegister von Fig. 6. Die Schaltung betung von Fig. 5 nach Wechselstromart bedingt, daß steht im wesentlichen aus drei Transistoren 100, 102 die Parameter folgende Werte haben: Widerstand 84 und 104, die jeder als bistabile Kippschaltung angeläßt vier Stromeinheiten durch, Widerstand 86 leitet 45 ordnet sind. An den Emitter jedes Transistors ist drei Stromeinheiten ab, die Widerstände 88, 90 und eine Stromquelle 106, 108 bzw. 110 angeschlossen. 92 leiten jeder eine Stromeinheit ab. Ein stabiler Zu- Vorspannungen für die- Kollektoren werden durch stand, in den die Schaltung gelangen kann, liegt vor, die Spannungsteiler 112, 114 bzw. 116 geliefert. Für wenn die Klemme A im Eins-, die Klemmen B und C jeden Transistor sind vier Stromableitungen vorgebeide im Null-, die Ausgangsklemme 93 im Eins- und 50 sehen. Für den Transistor 100 sind dies die Widerdie Klemme 94 im Null-Zustand sind. Wenn jetzt die stände 118, 120, 122 und 124. Die Widerstände 120 Klemme C einen Impuls empfängt und in den Eins- und 122 bilden zusammen mit den Klemmen 121, Zustand geht, bedeutet das, daß nur die Klemme C 123 die Eingänge für den ersten Transistor. Der Wi- und die Klemme 94 Strom abziehen. Daher bleiben derstand 118 ist in bezug auf die anderen ähnlich anzwei Stromeinheiten für den Eintritt in den Emitter 55 geordneten Widerstände der anderen Transistoren übrig, die versuchen, den Kollektor 1 AUS- und den rückgekoppelt. Der Widerstand 122 liegt in einer Kollektor 2 EIN-zuschalten. Wie jedoch schon er- Rückkopplung mit dem Ausgang des Kollektors 2 des wähnt, schaltet der Kollektor 2 schneller EIN als der Transistors 100.

Kollektor 1 AUS-schaltet, und daher wird die eine Der Transistor 102 hat ebenfalls vier Stromablei-Ableiteinheit, die vorher an Klemme 94 vorlag, jetzt 60 tungen in Form von Widerständen 126, 128, 130 und aufgehoben und drei Stromeinheiten gelangen in den 132. Der Widerstand 126 ist mit den ebenso ange-Emitter und schalten beide Kollektoren EIN. Wenn ordneten Widerständen der anderen Transistoren verdieser Impuls endet, kehrt die Klemme C in den bunden. Der Widerstand 132 ist an den Ausgang des Null-Zustand zurück. In diesem Zustand gelangen Kollektors 2 des Transistors 102 angeschlossen, und zwei Stromeinheiten aus der Quelle in den Emitter, 65 der Widerstand 130 ist an den Ausgang des Kollekso daß der Kollektor 2 EIN-geschaltet bleibt und der tors 2 des Transistors 100 angeschlossen. Der WiderKollektor 1 AUS-geschaltet wird. Dies ist der zweite stand 128 bildet zusammen mit der Klemme 131 den stabile Zustand für diese Schaltung. Eingang zum Transistor 102.

Die Anordnung der Widerstände 134,136,138 und 140 des Transistors 104 ist mit der des Transistors 102 identisch.

Folgende Schaltungsparameter erzeugen eine zufriedenstellende Operation des Schieberegisters: Jede der Stromquellen 106, 108 und 110 hat einen Wert von drei Stromeinheiten; jeder der Widerstände 118, 120, 126, 128, 134, 136 hat einen Wert von zwei Stromeinheiten, jeder der Widerstände 122, 124, 130, 132, 138 und 140 hat einen Wert von einer Stromeinheit.

Um zu zeigen, wie die Vorrichtung mit diesen Parametern arbeitet, ist die Klemme 121 im Eins-, die Klemme 123 im Null-Zustand. Daher sind der Kollektor 1 des Transistors 100 im Null- und der Kollektor 2 im Eins-Zustand. Die Klemme 131 ist im Null-Zustand, der Kollektor 1 und der Kollektor 2 des Transistors 102 sind beide im Null-Zustand. Die Klemme 135 ist im Eins-Zustand, der Kollektor 1 des Transistors 104 ist im Eins- und der Kollektor 2 im Null-Zustand.

Wenn nun den Klemmen 121 und 135 Impulse zugeführt werden, um sie in den Null-Zustand zu bringen, und die Klemme 131 durch einen Impuls in den Eins-Zustand gebracht wird, will der Transistor 100 beide Kollektoren in den Null-Zustand umschalten. Im selben Augenblick hat der Transistor 102 sofort drei Emitterstromeinheiten, welche die beiden Kollektoren EIN-schalten wollen. Wie schon gesagt, hat der Transistor mit zwei Kollektoren die Eigenschaft, daß er schneller EIN- als AUS-schaltet. Da der Widerstand 130 des Transistors 102 an den Ausgang des Kollektors 2 des Transistors 100 angeschlossen ist, beeinflußt diese Eigenschaft des Transistors die Wirkungsweise der Schaltung zu diesem Zeitpunkt wesentlich. Beim Transistor 102 sind daher zunächst beide Kollektoren 1 und 2 leitend und im Eins-Zustand. Wenn kurz danach der Transistor 100 AUS-geschaltet hat, wird eine Stromeinheit im Transistor 102 durch den Widerstand 130 abgeleitet. Dadurch wird der Kollektor 1 des Transistors 102 in den Null-Zustand zurückgeschaltet. Das Anlegen des Impulses an Klemme 135 bewirkt die vollständige Abschaltung des Transistors 104, und daher sind beide Kollektoren im Null-Zustand.

Bei Beendigung des Impulses kehren die Klemmen in ihren ursprünglichen Zustand zurück, und durch einen ähnlichen Vorgang überträgt die Schaltung die Information des Transistors 102 zum Transistor 100.

Eine andere Folgeschaltung, die durch Zwischenschaltung und Kombination der Grundschaltung aufgebaut werden kann, ist die binäre Kippschaltung von Fig. 7. Die Schaltung besteht aus zwei Transistoren 150 und 152 mit je zwei Kollektoren, geeigneten Stromquellen 154 und 156 und Vorspanneinrichtungen 158 und 160. An die Stromquelle 154 und den Emitter des Transistors 150 sind drei Stromableitungen in Form der Widerstände 162, 164 und 166 angeschlossen. Der Widerstand 164 bildet zusammen mit der Klemme A die Eingangsklemme für den Transistorl50, während der Widerstand 162 zum Ausgang des Kollektors 1 des Transistors 152 rückgekoppelt ist. Der Widerstand 166 ist zum Ausgang des Kollektors 2 des Transistors 150 rückgekoppelt.

Ebenso sind an den Emitter und die Stromquelle 156 des Transistors 152 drei Stromableitungen in Form der Widerstände 168, 170 und 172 angeschlossen. Der Widerstand 168 und die Klemme B bilden den Eingang zum Transistor 152, während der Widerstand 170 an den Ausgang des Kollektors 2 des Transistors 150 angeschlossen und der Widerstand 172 zum Ausgang des Kollektors 2 des Transistors 152 rückgekoppelt sind.

Um die Wirkungsweise der Vorrichtung zu erläutern, seien folgende Schaltungsparameter angenommen: Jede der Stromquellen liefert drei Stromeinheiten, die beiden Eingangswiderstände 164 und 168 leiten zwei Stromeinheiten ab, und alle anderen Stromableitungen leiten eine Stromeinheit ab. Im ersten stabilen Zustand liegen folgende Bedingungen vor: Klemme A ist im Eins-Zustand, der Kollektor 1 des Transistors 150 ist im Eins-Zustand, der Kollektor 2 des Transistors 152 ist im Null-Zustand, die Klemme B und die Kollektoren 1 und 2 des Transistors 152 sind im Null-Zustand. Unter diesen Bedingungen findet eine Ableitung von zwei Einheiten in bezug auf die Quelle 154 wegen des Kollektors 2 des Transistors 150 und des Kollektors 1 des Transistors 152, die die Neigung hat, den Kollektor 1 dieses Tran-Eintritt in den Transistor 150 übrig, die die Kollektoren im leitenden Zustand hält. Die Quelle 156 wird einer Ableitung von drei Einheiten ausgesetzt wegen der Klemme B und des Kollektors 2 des Transistors 150. Daher sind beide Kollektoren des Transistors 152 nichtleitend.

Wenn nun Impulse an beide Klemmen A und B gelegt werden, wodurch die Klemme A in den NuIl- und die Klemme B in den Eins-Zustand gebracht werden, gelangt eine Stromeinheit in den Transistor 152, die die Neigung hat, den Kollektor 1 dieses Transistors in den Eins-Zustand zu bringen. Der der Klemme A zugeführte Impuls bringt den Kollektor 1 des Transistors 150 in den Null-Zustand. Dabei handelt es sich um einen Übergangszustand. Bei Beendigung der Impulse geht die Klemme A wieder in den Eins-Zustand. Anfangs besteht eine Ableitung von einer Einheit zum Kollektor 2 des Transistors 150. Daher bleiben zwei Stromleitungen übrig, die in den Transistor gelangen und den Kollektor 2 in den Eins-Zustand bringen. Bei Beendigung des Impulses an Klemme B gelangt der Kollektor 1 des Transistors 152 in den Null-Zustand und erzeugt dadurch die erforderliche Stromableitung von einer Einheit, um den Kollektor 2 des Transistors 150 im Eins-Zustand zu halten. Dies ist der zweite stabile Zustand.

Die Vorrichtung kehrt in ihren ursprünglichen Zustand zurück, wenn die richtigen Impulse an die Eingangsklemmen gelegt werden.

Aus den vorstehend beschriebenen Schaltungen ist ersichtlich, wie die Erfindung ihr Hauptziel erreicht, nämlich das, schnellere und kompaktere Schaltkreise zu schaffen. Die Wirkung der Kippschaltungen besteht darin, daß sie einen größeren Teil der Schaltvorgänge in eine einzige Schaltungsvorrichtung hineinlegen und dadurch die wirksame Schaltgeschwindigkeit erhöhen und die Zahl der benötigten Bauelemente und Verdrahtungen verringern.

Die Bedeutung der Erfindung, wenn man sie in ihrem breiten Aspekt betrachtet, ist offensichtlich, wenn man eine Folgeschaltung mit zwei Kollektoren gemäß Fig. 5 mit den herkömmlichen logischen Schaltungen vergleicht. Ein solches Äquivalent würde zwölf Schaltelemente benötigen, und zwar UND-, ODER-, Umkehr- und Eccles-Jordan-Kippschaltungen. Die Bedeutung liegt jedoch nicht nur darin, daß zwölf Schaltelemente durch eine einzige Schal-

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tungsvorrichtung ersetzt worden sind, sondern daß keins dieser Elemente individuell in der Zwei-Kollektor-Schaltung zu erkennen ist. Im Gegenteil wird an Stelle von zwölf Schaltelementen nur ein Schalter benutzt, bei dem die Logik irgendwie in den zusammenwirkenden Feldern liegt, welche die Träger über verschiedene PN-Übergangsbereiche hinweg steuern.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kippschaltung, die einen Schalttransistor mit wenigstens zwei Kollektorelektroden in Basisschaltung benutzt, bei dem die eine Kollektorelektrode so ausgebildet ist, daß die Leitung zunächst in diesem Kollektorkreis einsetzt und bei zunehmendem Emitterstrom bei einem bestimmten Wert der zweite Kollektorkreis die Leitung übernimmt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Emitteranschluß eine Urstromqueäle (30, 32) soviel Strom zuführt als für die Sättigung sämtlicher Kollek-

toren (1,2) notwendig ist und ferner mit diesem Anschluß drei gleich große Widerstände (34, 36, 38) verbunden sind, von denen einer zu einem der Kollektoren (2) und zwei zu den Einstell- und Rückstellklemmen (40, 42) führen.

2. Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter Widerstand (64) zum anderen Kollektor (76) rückgekoppelt ist und sich die beiden Rückkopplungs- (64, 70) und Eingangswiderstände (66, 68) verhalten wie 2:1.

3. Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Klemme über einen Widerstand (86) zum Emitter geführt ist, der sich zu den beiden anderen Eingangswiderständen (88,90) und dem Rückkopplungswiderstand (92) wie 1: 3 verhält.

4. Kippschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung solcher Stufen zu einem Schieberegister (Fig. 6).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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