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Mehrstabile Kippschaltung
Es ist bekannt, mit Hilfe von nach der sogenannten RTL-Technik (Resistance Transistor Logic) aufgebauten Kippstufen mehrstabile Kippschaltungen zu bilden. Zu den Anwendungsgebieten solcher mehrstabiler Kippschaltungen gehören derzeit vor allem Zählschaltungen sowie logische Schaltkreise der Messund Regeltechnik.
Die bekannten Schaltungsanordnungen weisen gemäss Fig. l grundsätzlich bei einer Kippschaltung mit n stabilen Betriebszuständen n KippstufenSl, S2 usw. auf, die je n-1 diese Stufen gegenseitig verkoppelnde Eingänge el, e2 usw. haben. Die Ausgänge AI, A2 usw. aller Stufen der mehrstabilen Kippschaltungen führen zu je einem dieser Eingänge aller übrigen Stufen. Wenn eine der Stufen SI, S2 usw., z. B. die Stufe S5, aktiviert ist, werden alle übrigen Stufen über die an den Ausgang der aktivierten Stufe angeschlossenen Eingänge, im angenommenen Beispiel über die an den Ausgang A 5 angeschlossenen Eingänge el. blockiert.
Für die Blockierung dieser Stufen genügt es bei geeigneter Wahl der Ansprechschwelle (m =1), wenn an einem Eingang eine Potentialverschiebung auftritt und alle andern Eingangspotentiale unverändert bleiben. Unter der Ansprechschwelle m ist die Anzahl der Eingänge e zu verstehen, an denen eine Potentialverschiebung auftreten muss, damit der Transistor durch die Potentialverschiebung an den Eingängen entweder aktiviert oder inaktiviert (z. B. leitend gemacht oder gesperrt) wird. Die Polarität der Eingangspotentiale ist dabei prinzipiell nicht von Bedeutung. Bekanntlich kann in der RTLTechnik die Ansprechschwelle m einer Stufe der mehrstabilen Kippschaltung frei zwischen den Werten m = 1 und m = n-1 gewählt werden.
In Fig. 2 ist zur näheren Erläuterung eine nach der RTL-Technik ausgebildete Kippstufe Sl mit verkoppelnden Eingängen el-e4 dargestellt, die über Widerstände Rk zur Basiselektrode des Transistors Tri führen. An dieser Basiselektrode liegt ferner über eine Diode Dl der Ausgang eines als Ansteuerglied zwi-
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Kollektor des Transistors TriTransistor an Masse liegt. Der Kollektor des Transistors Tri ist ferner mit einer Ausgangsklemme A 1 verbunden.
Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Stufe Sl sind in Fig. 2 noch Teile der vorhergehenden Stufe S5 dargestellt. Der Ausgang A 5 dieser Stufe ist, wie schon erwähnt, an inaktivierende Eingänge aller übrigen Stufen, darunter auch an den Eingang el der Stufe S l angeschlossen. Der Koppelwiderstand Rk im Eingang el ist aber im Gegensatz zu den Koppelwiderständen aller übrigen Eingänge e2 - e4 der Stufe 51 von einem Kondensator KC1 überbrückt, der eine Vorzugskopplung für die Übertragung von Potentialänderungen von der Stufe S5 zur Stufe S l bildet. Diese Vorzugskopplung ist in Fig. l für jede Stufe durch eine Verdickung einer der Eingangsadern el - e4 angedeutet.
Wirkt auf die gemeinsame Klemme Bein Potentialsprung ins Positive (z. B. Vorderflanke eines positiven Impulses), so führt der vorher geladene Kondensator C5 seine Ladung über die Diode D5 an die Basis des Transistors Tr5 ab, wodurch dieser Transistor inaktiviert, im vorliegenden Falle also gesperrt wird. Der Potentialsprung am Ausgang A 5 dieser Stufe bewirkt über den Kondensator KCI die Aktivierung der nächsten Stufe Trl, die sodann aber den Ausgang Al alle übrigen Stufen sperrt.
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Die bekannten Schaltungen mit dem Aufbau nach Fig. l und den Kippstufen nach Fig. 2 können nun aber nur mit einer beschränkten Stufenzahl ausgebildet werden, weil der Betriebssicherheit der nach der RTL-Technik aufgebauten Kippstufen infolge der Toleranzen der Widerstände und der-T"msistoren Grenzen gesetzt sind. Derzeit dürfte die bestriebssicher anwendbare Stufenzahl bei n = 5 - 7 liegen.
Die Erfindung befasst sich deshalb mit der Aufgabe, diese Beschränkung auf einfache Weise aufzuheben, ohne dass dadurch die Betriebssicherheit der Schaltung herabgesetzt wird. Eine diese Aufgabe lö-
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gang jeder Stufe zu inaktivierenden Eingängen aller übrigen Stufen der jeweils gleichen Gruppe geführt ist, während die steuernden Eingänge der jeweils der gleichen Gruppe angehörenden Stufen zusammengefasst sind und an den so erhaltenen, den einzelnen Gruppen zugeordneten Eingängen alternierend eine Quelle von Deblockierungssignalen liegt. In jeder einzelnen der g Gruppen kann dabei die Anzahl s der Stufen so gross gewählt werden, wie dies derzeit auf Grund der Tolemnzender Widerstände und der Transistoren im Hinblick aufdie Betriebssicherheit zulässig ist.
Die Gesamtzahl der Stufen und damit die Anzahl der möglichen stabilen Betriebszustände der so gebildeten mehrstabilen Kippschaltung ist durch das Produkt g. s (Gruppenanzahl mal Stufenanzahl je Gruppe) gegeben. Durchdie zyklisch verschachtelte Reihenfolge von Stufen, die verschiede- nen Gruppen angehören, und durch die gegenseitige Verkopplung der Stufen und Gruppen wird erreicht. dass. aus- gehend vom Ruhezustand, in dem die erste Stufe der ersten Gruppe aktiviert ist, durch ein Triggersignal zu-
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sodann die zweite Stufe der zweiten Gruppe usw. bis zur letzten Stufe der letzten Gruppe aktiviert wird, an die sich wieder die erste Stufe der ersten Gruppe anschliesst.
In Fig 3 ist ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Gruppen von je fünf Kippstufen dargestellt (g = 2, s = 5), wodurch sich eine Kippschaltung mit zehn stabilen Betriebszuständen ergibt.
Die Stufen sind in Fig. 3 wieder nur schematisch durch Blöcke dargestellt und mit S bezeichnet, wobei dem Buchstaben S jeweils die Ordnungszahl der Gruppe vorangestellt und die Ordnungszahl der Stufe innerhalb der betreffenden Gruppe nachgestellt ist. Es ist also beispielsweise die Stufe 2S3 die dritte Kippstufe der zweiten Gruppe. Die Stufen 1S1-1S5 sind ebenso wie die Stufen 2S1 - 2S5untereinandergemäss Fig. l so verkoppelt, dass der Ausgang jeder Stufe mit inaktivierenden Eingängen aller übrigen Stufen verbunden ist, wobei aber im Gegensatz zu Fig. l keine Vorzugskopplung zu dirge ; dwelchen dieser Eingänge besteht. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Verkopplungen nur für die erste Gruppe voll eingezeichnet, für die zweite Gruppe hingegen nur durch gestrichelte Linienabschnitte angedeutet.
Die steuernden Eingänge aller Stufen der ersten Gruppe sind zu einer gemeinsamen Eingangsklemme Bl zusammen- gefasst, während die steuernden Eingänge der zweiten Gruppe in analoger Weise zu einer gemeinsamen Eingangsklemme B2 zusammengefasst sind. Jede Stufe ist im geschlossenen Ring mit der nachfolgenden Stufe so gekoppelt, dass durch diese Koppelleitung die Aktivierung der nächsten Stufe vorbereitet wird, wenn sich die vorhergehende Stufe in aktiviertem Zustand befindet. Über die steuernden Leitungen Bl, B2 werden die beiden Gruppen alternierend blockiert bzw. deblockiert.
Ist in einem betrachteten Ausgangszeitpunkt die erste Gruppe deblockiert und in dieser Gruppe bei-
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Kopplung mit dem Ausgang 1A1 der Stufe IS l blockiert. Zu gleicher Zeit liegt an der Leitung B2 ein.
Blockierungspotential, das alle Stufen 2S1 - 2S5 der zweiten Gruppe blockiert. Imnächsten Kippzeitpunkt werden die Potentiale an El und B2 venauscht, d. h. es liegt nunmehr Blockierungspotential anBl und Deblockierungspotential an B2, wodurch alle Stufen 1S1-1S5 der ersten Gruppe blockiert werden, während in der Gruppe 2S1 - 2S5 die mit der Stufe IS1 gekoppelte Stufe 2S1 gekippt wird und sodann über ihren Ausgang 2A1 alle übrigen Stufen der gleichen Gruppe blockiert. Bei der nächsten Vertauschung der Potentiale an Bl und B2 wird in analoger Weise die Stufe 1S2 gekippt und dieser stufenweise Kippvorgang setzt sich zyklisch in dem durch Verschachtelung der Stufen verschiedener Gruppen gebildeten Ring von Stufen fort.
In Fig. 4 ist einebeispielsweiseAusführung einerStufe für positive Blockierungspotentiale dargestellt.
Diese Stufe unterscheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten dadurch, dass innerhalb der Stufen dergleichen Gruppe keine Vorzugskopplung besteht, dafür aber von jeder im Ring vorhergehenden Stufe (z. B. 2S5) zur
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blockiert werden. Wenn die Stufenzahl g grösser als 2 ist, so sind jeweils g-1 Gruppen blockiert und eine Gruppe ist deblockiert. Die Deblockierung einer bestimmten Gruppe von Stufen hat zur Folge, dass eine der Stufen dieser Gruppe kippen kann und sodann alle übrigen Stufen dieser Grurpe gegen Kippen blok- kiert. Welche Stufe der deblockierten Gruppe jeweils gekippt wird, wird durch die Kopplungsleitungen zwischen den aufeinanderfolgenden, jeweils verschiedenen Gruppen angehörenden Stufen in dem Sinne festgelegt, dass jeweils die im Ring folgende Stufe der deblockierten Gruppe aktiviert wird.
Eine Ansteuerung der einzelnen Stufen durch RC-Glieder, wie in Fig. 2, kann somit entfallen, weil die Blockierung der zuletzt aktivierten Gruppe bereits eindeutig die Aktivierung der richtigen Stufe der gleichzeitig deblockierten Gruppe bewirkt.
Ein gemäss der Erfindung ausgebildeter mehrstabiler Kippkreis mit g Gruppen von je s Stufen muss somit in der Weise gesteuert werden, dass jeweils an g-1 Gruppen ein Blockierungssignal und an eine einzige Gruppe ein Deblockierungssignal anliegt, wobei das Deblockierungssignal in zyklischer Reihenfolge zwischen den Gruppen umgeschaltet werden muss. Diese Umschaltung kann mit Hilfe eines g-stufigen Schieberegisters erfolgen, an dessen einzelnen Stufen die g-steuernden Eingänge der mehrstabilen Kippschaltung parallel angeschlossen sind und in dem ein Deblockierungssignal von Stufe zu Stufe verschoben wird. Ebenso können für den gleichen Zweck binäre Zählkreise in entsprechender Vielzahl verwendet werden.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dienen aber für diese Umschaltung ebenfalls mehrstabile Kippkreise, wobei für g 5 eine Kippschaltung der in Fig. 1 gezeigten Bauart ver-
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auch die Stufenanzahl beliebig geregelt werden kann. Es ist besonders möglich, mehrere erfindungsge- mässe mehrstabile Kippschaltungen-ausgehend von einer Schaltung mit sehr grosser Stufenzahl - in Kas- kade zu schalten, wobei sich die Stufenanzahl in jeder Kaskadenreihe aufdie Gruppenanzahl in der vorher- gehenden Kaskadenreihe reduziert, bis schliesslich die Anzahl. der erforderlichen Stufen in der letzten
Kaskade nur noch 1 oder 2 beträgt, wobei im ersten Falle eine Kippschaltung nach Fig. 1 und im zweiten Falle ein bistabiler Kippkreis einen Abschluss bilden kann.
In Fig. 5 ist schematisch eine solche Kaskade dargestellt. Es sei angenommen, dass ein mehrstabiler
Kippkreis mit insgesamt 50 Stufen nach dem Prinzip der Erfindung gebaut werden soll, wobei jede Gruppe von Kippstufen aus Sicherheitsgründen jeweils nur fünf Stufen umfassen soll. Es müssen dann die 50 Stufen in 10 Gruppen unterteilt werden, die in Fig. 5 mit der schon erläuterten Bezifferung lS1 - 1S5 bezeichnet sind und einen geschlossenen Ring bilden. Die 10 steuernden Einänge B1 - B10 dieser Kippschaltung sind mit den 10Ausgängen einer weiteren, gemäss der Erfindung aufgebauten mehstabilen Kippschaltung verbunden, die 2 Gruppen von je 5 Stufen aufweist, welche mit 1T1-2T5 bezeichnet sind.
Diese steuernde Kippschaltung entspricht im Aufbau der Darstellung nach Fig. 3 ; ihre Eingänge B'1 und B'2 sind an die Ausgänge eines bistabilen Multivibrators M angeschlossen, der an der Eingangsklemme E z. B. Zählimpulse aufnimmt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mehrstabile Kippschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass g Gruppen (g 2) von je s nachder RTL-Technik ausgebildeten Kippstufen (s 2) in zyklisch verschachtelter Reihenfolge durch die Aktivierung vorbereitende Koppelungen zu einem geschlossenen Ring verbunden sind, wobei der Ausgang jeder Stufe zu inaktivierenden Eingängen aller übrigen Stufen der jeweils gleichen Gruppe geführt ist, wäh- rend die steuernden Eingänge der jeweils der gleichen Gruppe angehörenden Stufen zusammengefasst sind und an den so erhaltenen, den einzelnen Gruppen zugeordneten Eingängen alternierend eine Quelle von Deblockierungssignalen liegt.