DE1029873B - Mehrstufige, aus Flip-Flop-Kreisen gebildete bistabile elektronische Schaltung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Zählketten sind bekanntlich aus bistabilen Einzelstufen bzw. bei Verwendung von Gasentladungsröhren aus Stufen mit einer Gasentladungsröhre, die im Zusammenwirken mit der vorhergehenden bzw. der nachfolgenden Röhre als bistabile Elemente wirken, aufgebaut. Um die Schaltsicherheit zu erhöhen, wird den Eingängen der Stufen eine Und-Schaltung zugeordnet, die nur dann einen Umschaltimpuls auf die folgende Zählstufe liefert, wenn die Und-Schaltung bei Vorhandensein eines Zählimpulses gleichzeitig mit einem Vorbereitungsimpuls wirksam wird. Der Löschimpuls für die vorhergehende Stufe wird dann entweder bei der Zündung der nachfolgenden Stufe auf die vorhergehende Stufe oder in einer bekannten anderen Anordnung von der Und-Schaltung der dieser Stufe vorausgehenden Stufe übertragen. Im letzteren Fall müssen Verzögerungsglieder in den Ausgang der einzelnen Stufen zu den zugeordneten Umschakereingängen zwischengeschaltet werden, um eine einwandfreie Übertragung bzw. Sperrung des ankommenden Zählimpulses zu gewährleisten. In beiden Fällen sind also Zeitverzögerungen beim Umschalten der Stufen nicht zu vermeiden. Entweder die Umschaltzeit der nachfolgenden Stufe oder die Umschal tzeit der vorhergehenden Stufe geht in die Fortschaltzeit ein.

Diese Zeitverzögerung auszuschalten, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Für eine mehrstufige, aus Flip-Flop-Kreisen gebildete bistabile elektronische Schaltung, bei der das Ankopplungsglied einer beim Auftreten eines Schaltimpulses in einen vorgegebenen Zustand zu schaltenden nachfolgenden Flip-Flop-Stufe durch den· Ausgangs impuls einer zunächst in den vorgegebenen Zustand geschalteten vorhergehenden Flip-Flop-Stufe vorbereitet wird, besteht nun die Erfindung darin, daß der Schaltimpuls und der Vorbereitungsimpuls zwischen zwei gegensinnig gepolten und auf den Vorbereitungszustand vorgespannten Dioden des Kopplungsgliedes zwischen den beiden gekoppelten Flip-Flop-Stufen zugeführt wird, derart, daß ein Rückstellimpuls auf die vorhergehende Flip-Flop-Stufe und gleichzeitig damit ein Zählimpuls auf die folgende Flip-Flop-Stufe zu deren Umschaltung von dem Koppelglied aus übertragen wird.

Der Vorteil dieser erfmdungsgemäßen Anordnung gegenüber dem Bekannten liegt auf der Hand. Während hier die Fortschaltzeit durch die Schaltzeit der Röhren bzw. der einzelnen Flip-Flop-Stufen nach unten begrenzt ist, erfolgt bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Ausschaltung der vorhergehenden Stufe und die Einschaltung der nächstfolgenden Stufe gleichzeitig, d. h. die Fortschaltzeit wird stark herabgesetzt. Außerdem brauchen keine aufwendigen Verzögerungsglieder den einzelnen Stufen zugeordnet zu

Mehrstufige, aus Flip-Flop-Kreisen gebildete bistabile elektronische Schaltung

Anmelder:

IBM Deutschland

Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b. H., Sindelfingen (Württ), Böblinger Allee 49

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 8. Dezember 1964

Raymond Edwin Nienburg,

Wappinger Falls, N. Y. (V. St. A.),

ist als Erfinder genannt worden

werden, um eine sichere Umschaltung zu erzielen. Vielfach ergibt sich bei bekannten Anordnungen außerdem die Notwendigkeit, daß zur Weiterschaltung einer beliebigen Stufe auch vorhergehende Stufen je nachdem wieder eingeschaltet sind, um den erforderlichen Zählimpuls auf die zu schaltende Stufe zu übertragen. Die Anzeige ist dadurch während des Zählens nicht eindeutig wie bei der Anordnung nach der Erfindung, die also auch in dieser Hinsicht den bekannten Anordnungen überlegen ist, da jeweils nur eine Stufe eingeschaltet ist. Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Schaltschema einer Stufe einer Schaltung nach der Erfindung.

Fig. 2 stellt eine dreistufige erfindungsgemäße Schaltung dar, von der einige Komponenten in Blockform gezeigt sind und die zu einem geschlossenen Ring schaltbar ist.

Die elektronische Schaltung nach Fig. 1 enthält einen Trigger 9, auch Flip-Flop-Kreis genannt, d. h. einen bistabilen elektronischen Stromkreis mit zwei Vakuumverstärkerröhren 10 und U, welche je eine Hälfte einer Doppeltriode 5965 sein können. Die Anoden 12 und 13 der Vakuumröhren 10 und 11 sind mit den Steuergittern 14 und 15 kreuzgekoppelt. Wenn eine der Verstärkerröhren 10 oder 11 leitet, ist die andere nichtleitend mit Ausnahme des Übergangsstadiums, in dem beide Röhren kurz nichtleitend sein können.

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Das Gleichstromarbettspotential wird der Anode 12 über eine Versteilerurigsspüle 16 zugeführt, die an den Abgriff eines aus den Widerständen 17 und 18 gebildeten Spannungsteilers zwischen einer + 90-V-Quelle und Erde angeschlossen ist. Die in Reihe zwischen der - + 90-V-Qttel'ie und Erde liegenden Widerstände 19 und 20 bilden einen weiteren Spannungsteiler, von dem die. Anode 13 über eine Versteilerungsspule 16 α ihr "Gleichstrompotential erhält.

- Ein der Primärwicklung 40 eines Transformators 41 zugeführter positiver Eingangsimpuls erzeugt einen negativen Impuls auf der Sekundärwicklung 42. Diese ist mit einer Diode 43 und dem Widerstand 33 zwischen dem Gitter 15 und der Kathode 35 in Reihe geschaltet. Der gesamte negative Impuls wird durch die Diode 43 nur dann weitergeleitet, wenn das Potential an ihrer Anode 44 gegenüber dem ihrer Kathode 45 positiv ist. Ist die Röhre 10 nichtleitend, dann

Ein weiterer Spannungsteiler, der einen Teil des io liegt ihr Gitterpqtential auf oder unter dem Sperr-Belastungskreises für die'Anode 12 bildet, umfaßt die wert. Ein negativter Impuls, ob er nun von der Diode in Reihe geschalteten .Widerstände" .22, 23 und 24 43 durchgelassen" wird oder nicht, beeinflußt dann zwischen der Anode 12 und einer—150-V-Quelle. Der nicht den nichtleitenden Zustand dieser Vakuum-Widerstand 24 und ein- Kondensator 25 bilden eine röhre. Ist dagegen die Röhre 10 leitend, dann hat ihre Entkopplungsschaltung, welche im wesentlichen Span- 15 Gittervorspannung etwa ; den Wert 0 V oder ist nungsschwankungen in der —150-V-Quelle daran leicht positiv, wodurch die'Diode 43 auf das Leitendhindert, das Potential am Spannungsteiler zu beein- werden vorbereitet wird. Durch einen negativen Imflussen. Außerdem wird Verhindert, daß Spannungs- puls auf der Sekundärwicklung 42 verschiebt sich Schwankungen am Spannungsteiler die — 150-V-Quelle nun das Potential der Kathode 45 der Diode 43 weiter beeinflussen. Das Gitter 14 der Vakuumröhre 11 er- 20 in negativer Richtung, woraufhin die Diode 43 den hält seine Steuerspannung vom Verbindungspunkt der negativen Impuls dem Gitter 15 weiterleitet und den Widerstände 22 und 23 des Spannungsteilers über den leitenden Zustand in der Röhre 10 beendet. Die Diode Schutzwiderstand 26. Ein mit dem Widerstand 22 46 und der Widerstand 47, die in Reihe an der'£$axit~ parallelgeschalteter Kondensator 27 wirkt als Aus- därwicklung 42 liegen, leiten positive Spannungsgleichskondensator, der mit dafür sorgt, daß die Span- 25 spitzen ab, die an der oberen Seite der Sekundärnuiigswelle an der Anode 12 wä'hrend einer Zustands- wicklung 42 infolge des Abfalls eines positiven Imveränderung mit ausreichender Amplitude und ent- pulses auf der Primärwicklung 40 entstehen, sprechender Form dem Gitter 14 aufgeprägt wird. Ebenso erzeugt ein der Primärwicklung 50 eines

Dieser Kondensator dient außerdem als Speicherkon- Transformators 51 aufgeprägter positiver Impuls densator und stellt sicher, daß die Vakuumröhre 11 30 einen negativen Impuls auf der Sekundärwicklung 52, leitend wird, wenn beide Röhren während einer Ver- der über die Diode 53 und über den Widerstand 26 änderung des Zustandes, in dem die Röhre 11 vorher dem Gitter 14 immer dann zufließt, wenn die Röhre 11 nichtleitend war, nichtleitend werden. leitend ist. Die in Reihe über die Sekundärwicklung

Ein Spannungsteiler, der zu dem Belastungskreis 52 geschaltete Diode 54 und der Widerstand 55 leiten für die Anode 13 gehört, umfaßt die Widerstände 28, 35 positive Spannungsspitzen ab, die an der oberen Seite 29 und 30, die in Reihe zwischen der Anode 13 und der Sekundärwicklung 52 infolge des Abfalls eines der —150-V-Quelle liegen. Die gesonderte Span- positiven Impulses auf der Primärwicklung 50 entnungsquelle wird verändert, um das Potential an dem stehen.

Spannungsteiler zu verändern, wenn die Stabilität des Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des

Triggers 9 geprägt werden soll. Der Widerstand 30 40 Flip-Flop-Kreises 9 sei angenommen, daß ein posi- und der Kondensator 31 bilden eine Entkopplungs- tiver Impuls der Primärwicklung 40 des Transschaltung für die Herabsetzung von Spannungs- formators 41 aufgeprägt wird, wenn die Röhre 10 Schwankungen auf ein Mindestmaß. Die Steuerspan- leitend ist. Die Diode 43, die im Begriff ist, leitend zu nung für das Gitter 15 der Röhre 10 wird von dem werden, weil die Gittervorspannung der Röhre 10 Verbindungspunkt der Widerstände 28 und 29 über 45 Null oder leicht positiv ist, gibt den auf der Sekunden Schutzwiderstand 33 gewonnen. Ein mit dem därwicklung 42 erzeugten negativen Impuls dem Widerstand 28 parallel geschalteter Kondensator 32 Gitter 15 weiter. Wenn nun das Gitter 15 über den dient als Ausgleichskapazität, die mit dafür sorgt, Sperrwert hinaus negativ wird, dann steigt das daß die Spannungswelle an der Anode 13 während Potential der Anode 12 der Röhre 10 in Richtung einer Zustandsveränderung mit ausreichender Ampli- 5° auf + 10 V an. Dieses positive Potential ist über tude und richtiger Form dem Gitter 15 aufgeprägt den Widerstand 22 und den Kondensator 27 mit dem wird. Dieser Kondensator dient außerdem als Gitter 14 gekoppelt und läßt die Röhre 11 leitend Speicherkapazität und sorgt dafür, daß die Röhre 10 werden, sobald ihr Gitterpotential über das Sperrirnmer dann leitend wird, wenn beide Röhren für potential hinaus ansteigt. Beim Beginn des leitenden einen Augenblick während einer Veränderung des Zu- 55 Zustandes der Röhre 11 beginnt ihr Anodenpotential Standes, in dem die Röhre 10 vorher nichtleitend war. von + 10 V aus auf —30 V beim voll leitenden Zunichtleitend werden. stand abzusinken. Dieses abnehmende Potential an Der Widerstand 34 zwischen dem Widerstand 24 der Anode 13 ist über den Widerstand 28 und den und dem Verbindungspunkt der Kathoden 35 und 36 Kondensator 32 mit dem Gitter 15 gekoppelt und hält bildet eine Kathodengegenkopplung für die beiden 60 dieses unter dem Sperrpotential. Wenn die Röhre 11 Verstärkerröhren 10 und 11. Die Ladung des über leitend und die Röhre 10 nichtleitend sind, ist der den Widerstand 34 geschalteten Nebenschlußkonden- Trigger im EIN-Zustand.

sators 37 wird durch einen Eingangsimpuls kurzer Wenn nun ein positiver Impuls der Primärwick-

Dauer nur wenig beeinflußt. Durch diesen Konden- lung 50 des Transformators 51 aufgeprägt wird, so sator werden die Kathoden 35 und 36 ständig im 65 wird der dadurch auf der Sekundärwicklung 52 erwesentlichen auf demselben Potential gehalten. Ein zeugte negative Impuls durch die Diode 53 weitergeüber den Gitter-Kathoden-Kreis der leitenden Röhre
angelegter negativer Impuls erzeugt also keine merkliche Potential veränderung an den Kathoden 35

und 36.

leitet und über den Widerstand 26 dem Gitter 14 aufgeprägt. Wenn nun das Potential des Gitters 14 unter
den Sperrwert sinkt und negativ wird, dann steigt das

70 Potential der Anode 13 der Röhre 11 auf + 10 V an-

Dieses positive Potential ist über den Widerstand 28 und über den Kondensator 32 mit dem Gitter 15 gekoppelt und läßt die Röhre 11 leitend werden,, sobald ihr Gitterpotential über den Sperrwert steigt. Beim Beginn des leitenden Zustandes in der Röhre 10 beginnt deren Anodenpotential von -f 10 V auf — 30 V bei voll leitendem Zustand abzufallen. Dieses sinkende Potential der Anode 12 ist über den Widerstand 22 und über den Kondensator 27 mit dem Gitter 14 gekoppelt und hält dieses unter dem Sperrpotential. Wenn die Röhre 11 nichtleitend und die Röhre 10 leitend ist, befindet sich der Trigger im AUS-Zustand. In jedem der obengenannten Fälle werden also Impulse dem Eingangstransformator der jeweils leitenden Röhre aufgeprägt, um diese nichtleitend zu machen.

Das Ausgangspotential wird von der Anode 12 der Röhre 10 über einen Schutzwiderstand 70 dem Steuergitter 71 einer Vakuumröhre 72 zugeleitet. Diese Röhre und ihre zugeordneten Schaltelemente bilden einen Kathodenverstärkerkreis, d. h. ejnen Verstärker, welcher eine richtige Impedanzanpassung zwischen Ein- und Ausgangskreisen bewirkt, während das Ausgangspotential mit einer Verstärkung von weniger als eins erhalten bleibt. Die Röhre 72 ä'5 des Kathodenverstärkers hat eine Anode 73, die über die Widerstände 74 und 75 an eine + 150-V-Quelle angeschlossen ist. Die Kathode 78 dieser Röhre ist über einen Kathodenwiderstand 79 mit einer —150-V-Quelle verbunden. Der Widerstand 75 und der Kondensator 77 bilden einen Entkopplungskreis, Welcher verhindert, daß Potentialschwankungen in der + 150-V-Quelle und an der Anode 73 einander stören, während der Widerstand 74 die Störspannungen unterdrückt.

Ist der Trigger 9 im EIN-Zustand, dann wird das positive Potential an der Anode 12 über den Widerstand 70 dem Gitter 71 der Röhre 72 aufgeprägt. Das positive Potential an der Kathode 78 ist in diesem Falle durch einen Strombegrenzungswiderstand 80 mit dem Verbindungspunkt 81 eines passiven Netzwerkes 82 gekoppelt. Wenn der Trigger 9 im AUS-Zustand ist, führt das negative Potential an der Anode 12 zu einem negativen Potential am Verbindungspunkt 81 des passiven Netzwerkes 82.

Die in dem gestrichelt dargestellten Viereck 82 eingetragene Schaltung für ein passives Netzwerk funktioniert wie ein schnell arbeitender logischer UND-Kreis, welcher 0,1-Mikrosekunden-Impulse, die am Verbindungspunkt 81 empfangen werden, weiterleitet oder sperrt. Positive Impulse der Größenordnung von 30 V, die einer Klemme 83 aufgeprägt werden, gehen über einen Kondensator 84 auf den Verbindungspunkt 81. Die Dioden 85 und 86 sind mit entsprechenden Primärwicklungen 50 bzw. 87 in Reihe geschaltet und bilden so zwei parallele Stromkreise zwischen dem Punkt 81 und einer + 10-V-Quelile.

Immer wenn infolge des AUS-Zustandes des Flip-Flop-Kreises 9 das Potential am Verbindungspunkt 81 einen Wert von — 30 V annimmt, sind die Dioden 85 und 86 in der Sperrichtung mit etwa 40 V vorgespannt. Wenn jetzt ein 0,1-Mikrosekunden-Impuls von + 30 V dem Verbindungspunkt 81 aufgeprägt wird, steigt das resultierende Potential an diesem Punkt auf etwa 0 V für die Dauer des Impulses. Der Impuls wird aber von dem passiven Netzwerk 82 gesperrt, da die Dioden immer noch durch eine Vorspannung von — 10 V während des Impulsintervalls nichtleitend bleiben.

Immer wenn das Potential am Verbindungspunkt 81 infolge des EIN-Zustandes des Flip-Flop-Kreises 9 den Wert + 10 V annimmt, haben die Dioden 85 und 86 ein Potential von etwa 0 V, womit sie an. die Schwelle des leitenden Zustandes kommen. Wenn nun ein 0,1-Mikrosekunden-Impuls,von.+-30 V dem Verbindungspunkt 81 aufgeprägt wird, steigt das resultierende Potential an diesem Punkt auf etwa -f-40 V für die Dauer des Impulses, und der Impuls wird weitergeleitet, da die Dioden eine Durchlaßvorspannung von etwa 30 V haben. Infolgedessen bewirkt der positive Impuls einen. Stromfluß durch, die Primärwicklungen 50 und 87. Dadurch entsteht ein negativer Impuls in der Sekundärwicklung 52 bzw. in der Sekundärwicklung 88. Da von den Sekundärwicklungen negative Impulse den entsprechenden Flip-Flop-Kreisen zugeleitet werden, wird also der vorhergehende Flip-Flop-Kreis in den AUS-Zustand geschaltet bei der EIN-Schaltung des nachfolgenden Flip-Flop-Kreises.

Nachstehend wird nun eine dreistufige, zu einer Ringschaltung vervollständigte Schaltung nach der Erfindung an Hand der Fig. 2 beschrieben. Der in Blockform gezeigte Flip-Flop-Kreis mit zugeordnetem Kathodenverstärker gleicht dem in Fig. 1 dargestellten Flip-Flop-Kreis mit zugeordnetem Kathodenverstärker. Wenn einer der Flip-Flop-Kreise 100 bis 102 im EIN-Zustand ist, wird ein positives Gleichstrompotential an den betreffenden Kathodenverstärker 103 bis 105 gelegt. Der Ausgang jedes der Kathodenverstärker 103 bis 105 ist über den entsprechenden Widerstand 106, 107 oder 108 an einen Verbindungspunkt 109, 110 bzw. 111 eines passiven Netzwerks 112, 113 bzw. 114 angeschlossen. Positive 0,1-Mikrosekunden-Impulse werden von einer Eingangsklemme 115 aus den passiven Netzwerken 112 bis 114 über entsprechende Kondensatoren 116 bis 118 zugeleitet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ausgang von einer Sekundärwicklung 119 in der rechten Stufe in Fig. 2 als Eingang einem Flip-Flop-Kreis 100 der linken Stufe zugeleitet, wodurch ein geschlossener Ring zustande kommt.

Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der bevorzugten Ringschaltung nach Fig. 2 sei angenommen, daß der Flip-Flop-Kreis 100 im EIN-Zustand und die Flip-Flop-Kreise 101 und 102 im AUS-Zustand sind. Dadurch entsteht ein positives Gleichstrompotential am Verbindungspunkt 109 und ein negatives Gleichstrompotential an den Verbindungspunkten 110 und 111. Bei der Aufnahme eines positiven Impulses an der Klemme 115 leitet das passive Netzwerk 112 den Impuls weiter, und die passiven Netzwerke 113 und 114 sperren den Impuls. Der durch das passive Netzwerk 112 durchgelassene Impuls erzeugt einen negativen Impuls auf den Sekundärwicklungen 120 und 121, wie oben beschrieben. Der negative Impuls in der Wicklung 120 schaltet den Flip-Flop-Kreis 100 in den AUS-Zustand, während der negative Impuls in der Wicklung 121 den Flip-Flop-Kreis 101 in den EIN-Zustand schaltet. Daher wird das Gleichstrompotential im Punkt 109 negativ und das im Punkt 110 positiv. Das negative Gleichstrompotential im Punkt 111 bleibt unverändert. Bei der Aufnahme des nächsten Impulses an der Klemme 115 werden negative Impulse vom Passivnetzwerk 113 weitergeleitet und von den Netzwerken 112 und 114 gesperrt. Daher nimmt der Flip-Flop-Kreis 101 einen negativen Impuls über die Sekundärwicklung 112 an, und der Flip-Flop-Kreis 102 erhält einen negativen Impuls über die Sekundärwicklung 123, wodurch diese Flip-

Flop-Kreise in den AUS- bzw. EIN-Zustand geschaltet werden. Bei Einführung folgender Impulse an der Klemme 115 wird der EIN-Zustand zu den folgenden Flip-Flop-Kreisen um die Ringschaltung herum weitergeschaltet.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mehrstufige, aus Flip-Flop-Kreisen gebildete bistabile elektronische Schaltung, bei der das Ankopplungsglied einer beim Auftreten eines Schaltimpulses in einen vorgegebenen Zustand zu schaltenden nachfolgenden Flip-Flop-Stufe durch den Ausgangsimpuls einer zunächst in den vorgegebenen Zustand geschalteten vorhergehenden Flip-Flop-Stufe vorbereitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltimpuls und der Vorbereitungsimpuls zwischen zwei gegensinnig gepolten und auf den Vorbereitungszustand vorgespannten Dioden (85, 86) des Koppelgliedes (82, 112, 113,144) zwischen den beiden gekoppelten Flip-Flop-Stufen zugeführt wird, derart, daß ein Rückstellimpuls auf die vorhergehende Flip-Flop-Stufe (100) und gleichzeitig damit ein Zählimpuls auf die folgende Flip-Flop-Stufe (101) zu deren Umschaltung von dem Koppelglied aus übertragen wird,

2. Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Dioden (85, 86) des Koppelgliedes (82, 112, 113, 114) anodenseitig

sowohl direkt mit dem Ausgang der vorhergehenden Flip-Flop-Stufe (100) als auch mit der Schaltimpulsquelle (83) verbunden sind und daß die Kathoden dieser Dioden (85, 86) jeweils über eine Primärwicklung (50) eines ersten Transformators (51), dessen Sekundärwicklung (52) mit der vor-, hergehenden Flip-Flop-Stufe (100) gekoppelt ist, und eine Primärwicklung (87) eines zweiten Transformators, dessen Sekundärwicklung (88) mit der nächstfolgenden Flip-Flop-Stufe (101) gekoppelt ist, an einer gemeinsamen Vorspannungsquelle (+ 10 V) liegen.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbereitungsimpuls von der vorhergehenden Flip-Flop-Stufe (100) über eine Kathodenfolgestufe (70-79) auf das Koppelglied übertragen wird.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen der Ankopplungsgliedtransformatoren (51; 87, 88) und die Sekundärwicklung des Eingangstransformators (41) durch Dioden (46, 54) überbrückt sind, deren Anode mit dem heißen Ende der Sekundärwicklungen verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Mr. 846 319;
britische Patentschrift Nr. 677 872.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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