DE1044874B

DE1044874B - Reduction circuit with a surface crystalode working as a bistable tilting unit with a negative resistance characteristic

Info

Publication number: DE1044874B
Application number: DED22497A
Authority: DE
Inventors: Otto Schulz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-03-10
Filing date: 1956-03-10
Publication date: 1958-11-27

Description

Es sind bereits Transistorschaltungen für Untersetzer mit je zwei Transistoren pro Stufe bekannt, bei denen analog zur Multivibratorschaltung in der Röhrentechnik jeweils der Kollektor des einen Transistors über ein i?C-Glied mit der Basis des anderen gekoppelt ist. Je nach Dimensionierung der äußeren Schaltung kann diese Schaltung astabil sein, d. h. am Kollektor eine fortlaufende Rechteckspannung erzeugen, oder monostabil·, d. h. auf einen kurzzeitigen Signalimpuls hin einen definierten Rechteckimpuls abgeben. Schließlich kann sie bistabil· sein, so· daß der eine Transistor in stromführenden, der andere im gesperrten Zustand bleibt, wobei durch einen Signalimpuls die Transistoren ihre Arbeitsstellung vertauschen und einen Impuls an die nachgeschaltete Stufe abgeben. Die letztere Arbeitsweise wird für Untersetzer, die aus einer Impulsfolge nur jeden zweiten, vierten, achten usw. Impuls zählen sollen, sowie für Rechenmaschinen, die nach dem dualen Prinzip arbeiten, angewandt. Es können mit dieser Schaltung Impulsfolgen von etwa 10⁵ Hz verarbeitet werden.There are already known transistor circuits for coasters with two transistors per stage, in which, analogously to the multivibrator circuit in tube technology, the collector of one transistor is coupled to the base of the other via an IC element. Depending on the dimensioning of the external circuit, this circuit can be astable, ie generate a continuous square wave voltage at the collector, or monostable, ie emit a defined square pulse in response to a brief signal pulse. Finally, it can be bistable, so that one transistor remains in the current-carrying state and the other in the blocked state, with the transistors exchanging their working position as a result of a signal pulse and emitting a pulse to the downstream stage. The latter mode of operation is used for coasters that should only count every second, fourth, eighth, etc. pulse from a pulse train, as well as for calculating machines that work on the dual principle. With this circuit, pulse trains of around 10 ⁵ Hz can be processed.

Während es bei den bekannten Flip-Flop-Schaltungen mit zwei Transistoren keine Schwierigkeiten bereitet, einen Impulsuntersetzer für Impulse gleicher Polarität zu verwirklichen, besteht bei Anordnungen mit nur einer Kristallode mit negativer Widerstandskennlinie pro Untersetzerstufe das vorliegender Erfindung zugrunde liegende Problem, mit Impulsen gleicher Polarität den jeweilig eingestellten Arbeitepunkt einmal in positiver und einmal in negativer Richtung aus der stabilen Lage über den Kippunkt hinaus in den fallenden Teil der Kennlinie zu bewegen, um den Umsprang zum anderen möglichen Arbeitspunkt auszulösen. Man müßte also· an sich Impulse verschiedener Polarität zur jeweiligen Umsteuerung des Arbeitspunktes zur Verfügung haben, die jedoch bei Untersetzerschaltungen sich nicht ohne zusätzlichen, den Vorteil der Verwendung nur einer Kristallode wieder kompensierenden Aufwand darstellen lassen.While it is with the well-known flip-flop circuits With two transistors there is no problem, a pulse scaler for pulses of the same To realize polarity, there is the present invention in arrangements with only one crystal electrode with negative resistance characteristic per reduction stage underlying problem, with pulses of the same polarity the respectively set working point once in a positive and once in a negative direction from the stable position above the tipping point move out into the falling part of the characteristic curve to make the jump to the other possible Trigger operating point. So one would have to have pulses of different polarity for the respective reversal of the operating point are available, which, however, cannot be avoided in the case of reduction circuits additional expense to compensate for the advantage of using only one crystallode permit.

Eine Lösung des Problems bestände weiter darin, die Steuerimpulse gleicher Polarität unter Zwischenschaltung eines Verzögerungsgliedes sowohl auf den Emitter als auch auf die Basis der Kristallode einwirken zu lassen. Durch das Verzögerungsglied wird verhindert, daß der gleiche Impuls· gleichzeitig auf Basis und Emitter einwirkt und sich in seiner Wirkung kompensiert. Versuche haben ergeben, daß dieser Lösung der Aufgabenstellung nach der Erfindung verschiedene Nachteile, wie Einengung des Frequenzbereiches bzw. der Zählgeschwindigkeit, das Auftreten von Einschwingvorgängen und die Notwendigkeit sehr genauer Dimensionierung der Verzögerungsglieder, anhaften. Wird die letztere Bedingung nicht Untersetzerschaltung mit einer alsA solution to the problem would also consist in the control pulses of the same polarity with the interposition a delay element act both on the emitter and on the base of the crystal allow. The delay element prevents the same pulse from occurring at the same time Base and emitter act and compensate in its effect. Tests have shown that this Solution of the problem according to the invention various disadvantages, such as narrowing the frequency range or the counting speed, the occurrence of transient processes and the necessity very precise dimensioning of the delay elements. The latter condition will not Reduction circuit with an as

bistabile Kippeinheit arbeitendenbistable tilting unit working

Flächenkristallode mit negativerSurface crystalode with negative

WiderstandskennlinieResistance curve

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Otto Schulz, Darmstadt,
ist als Erfinder genannt wordenOtto Schulz, Darmstadt,
has been named as the inventor

erfüllt, so kann es entweder vorkommen, daß durch die kompensierende Wirkung kein Umsprang erfolgt, oder daß der die Umschaltung ausführende erste Impuls mit so großer Verzögerung an die zweite Steuerelektrode gelangt, daß er die inzwischen umgesprungene Kristallode wieder auf den ursprünglichen Arbeitspunkt zurückschaltet. Wegen dieser kritischen Bedingungen scheint diese Lösung nicht erfolgversprechend. fulfilled, it can either happen that the compensatory effect does not change or that the first pulse executing the switchover to the second with such a long delay Control electrode arrives that he has now jumped over the crystal electrode back to the original one Working point switches back. Because of these critical conditions, this solution does not seem promising.

Eine bekannte Kippschaltung gemäß der USA.-Patentschrift 2 595 208 arbeitet ebenfalls nur mit einem Transistor, und zwar mit einem Spitzentransistor. Bei dieser Kippschaltung werden die zur Umschaltung erforderlichen Impulse jeweils verschiedenen Elektroden zugeführt. Diese Art der Umschaltung läßt sich jedoch in vielen Fällen nicht anwenden, insbesondere immer dann nicht, wenn die Impulse von einer einzigen Quelle stammen und daher von einer einzigen Leitung übertragen werden. Der Anwendunsbereich dieser Schaltung ist daher sehr begrenzt. Auch stellt die Verwendung eines Spitzentransistors, für sich genommen, einen erheblichen Nachteil dar, da man heute allgemein bestrebt ist, auf Flächentransistoren überzugehen, die sich durch einen wesentlich einfacheren technischen Aufbau auszeichnen.A known flip-flop circuit according to US Pat. No. 2,595,208 also works only with a transistor, with a tip transistor. With this toggle switch, the are used to switch required pulses are supplied to different electrodes. This kind of switching However, it cannot be used in many cases, especially when the impulses from originate from a single source and are therefore transmitted by a single line. The scope this circuit is therefore very limited. Also represents the use of a tip transistor, Taken in and of itself, represents a considerable disadvantage, since today there is a general effort to use junction transistors to pass over, which are characterized by a much simpler technical structure.

Die Erfindung beseitigt diese Nachteile mit Hilfe einer Schaltung, die mit nur einem Flächentransistor mit negativer Widerstandskennlinie aufgebaut ist, bei welchem der Umsprang von einem zum anderen möglichen Arbeitspunkt durch an derselben Transistorelektrode wirksame Impulse gleicher Polarität ausgelöst wird. Die zur Übertragung dieser Impulse dienende Impulszuleitung enthält dabei eine Diode, dieThe invention overcomes these disadvantages with the aid of a circuit which has only one junction transistor is constructed with a negative resistance characteristic, in which the jump from one to the other is possible Operating point triggered by effective pulses of the same polarity at the same transistor electrode will. The pulse feed line used to transmit these pulses contains a diode which

809 680/220809 680/220

mit einem an die Basis des Transistors angeschlossenen ohmschen Widerstand einen Spannungsteiler bildet. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler durch einen weiteren ohmschen Widerstand zum Kollektor weitergeführt ist, der durch die gleichstromtnäßige Kopplung des Kollektors mit der Basis im Flußzustand der Kristallode eine den Arbeitspunkt stabilisierende Verlagerung des Basispotentials bewirkt und im Sperrzustand der Kristallode der Diode eine geringe Vorspannung in Flußrichtung so· erteilt, daß die an der Rückflanke der Eingangsimpulse von bestimmter Polarität durch Differentiation an Koppelkondensatoren und dem hochohmigen Kristalilodeneingang entstehenden Impulsspitzen von umgekehrter Polarität durchgelassen werden und jeweils den Umsprung in den Flußzustand herbeiführen.forms a voltage divider with an ohmic resistor connected to the base of the transistor. The circuit arrangement according to the invention is characterized in that the voltage divider is continued through a further ohmic resistor to the collector, which is carried out by the DC current Coupling of the collector with the base in the flow state of the Kristallode an the working point causes a stabilizing shift in the base potential and in the blocking state of the crystal diode of the diode a slight bias in the direction of flow is given in such a way that the on the trailing edge of the input pulses from certain polarity through differentiation at coupling capacitors and the high-resistance crystal electrode input resulting pulse peaks of reversed polarity are allowed to pass and the jump in each case bring about into the flow state.

Der eine gleichstrommäßige Kopplung zwischen Kollektor und Basis hervorrufende ohmsche Widerstand hat also zwei Aufgaben zu erfüllen. Einmal dient er zur Stabilisierung des Arbeitspunktes imFlußzustand. Es wird durch die gleichzeitige Änderung des Basispotentials eine stärkere Krümmung der Widerstandskennlinie im Spannungsmaximum, d. h. im unteren Knickpunkt der [7_e//_e-Kennlinie erreicht und damit das Stromgebiet eingeengt, in dem die Kennlinie waagerecht verläuft und daher Empfindlichkeit gegen Spannungsschwankungen herrscht.The ohmic resistance causing a direct current coupling between the collector and the base therefore has to fulfill two tasks. On the one hand, it serves to stabilize the operating point in the flow state. The simultaneous change in the base potential results in a greater curvature of the resistance characteristic at the voltage maximum, ie at the lower _{knee point of the [7 e} // _e characteristic, and thus narrows the current area in which the characteristic runs horizontally and is therefore sensitive to voltage fluctuations.

Außerdem erhält durch den ohmschen Widerstand die in der Impulszuleitung liegende Diode eine geringe Vorspannung in Durchlaßrichtung, so daß der kleine negative Impuls, der bei der Differentiation des Steuersignals mit großer Zeitkonstante' infolge der Hochohmigkeit der Kristallode im Sperrzustand an der Rückflanke des Signals entsteht, nicht durch die Gleichrichterwirkung der Diode gesperrt wird, sondern voll zur Auswirkung gelangt.In addition, the ohmic resistance gives the diode in the pulse feed line a small one Forward bias, so that the small negative pulse that occurs during the differentiation of the Control signal with a large time constant 'due to the high resistance of the Kristallode in the blocking state the trailing edge of the signal is not blocked by the rectifier effect of the diode, but has come to full effect.

Die erfindungsgemäße Auslösung des Umsprunges der Kristallode mit Impulsen gleicher Polarität kann sowohl am Emitter als auch an der Basis erfolgen. Die Polarität der Impulse kehrt sich dabei naturgemäß um. Die zweite Untersetzerstufe ist in der gleichen Weise wie die erste aufgebaut. Vorteilhaft kann man nach einer besonderen Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung eine Signalisierung des jeweiligen Arbeitszustandes der ersten Untersetzerstufe dadurch vorsehen, daß man zwei Glüblämpchen in Reihe mit je einem passend dimensionierten Widerstand einerseits zwischen Kollektor und dem positiven und andererseits zwischen Kollektor und dem negativen Pol der Batterie anordnet.The triggering according to the invention of the jump of the crystal with pulses of the same polarity can take place both at the emitter and at the base. The polarity of the impulses is naturally reversed around. The second reduction stage is constructed in the same way as the first. Advantageous one can signaling according to a special embodiment of the switching arrangement according to the invention the respective working state of the first coaster stage by placing two light bulbs in series with a suitably dimensioned resistor on the one hand between the collector and the positive and on the other hand arranged between the collector and the negative pole of the battery.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Erfindung an Hand von drei Abbildungen näher erläutert.The mode of operation of the invention is explained in more detail below with reference to three figures.

Abb. 1 zeigt eine zweistufige Untersetzerschaltung als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens;Fig. 1 shows a two-stage step-down circuit as an embodiment of the inventive concept;

Abb. 2 stellt eine C/_e//_e-Kennlinie einer Kristallode mit bistabilem Verhalten dar;Fig. 2 shows a C / _e // _e curve of a crystallode with bistable behavior;

Abb. 3 verdeutlicht die auf die Steuerelektrode einwirkenden Impulse.Fig. 3 shows the impulses acting on the control electrode.

In der Abb. 1 sind F₁ und F₂ zwei Transistoren vom NPN-Typ mit dem Emitter B, dem Kollektor K und der Basis B. Im Eingang der ersten Stufe und in der Verbindung zwischen Kollektor der ersten Stufe und Emitter der zweiten Stufe liegen der Kondensator C₁, die Diode D und der Kondensator C₂. Zwi^ sehen Kondensator C₂ und Diode D ist der Widerstand R_i angeschlossen, der zur Basis· B führt. In der Basiszuführung liegt der Widerstand i?₂, in der Emitterzuführung der Widerstand R₁ und in der Kollektorzuführung der Widerstand -R₃. Zwischen der Kollektorelektrode und einem Punkt auf der Verbindung zwischen C₁ und Diode D liegt ein Widerstand R₅. Ebenfalls liegen an der Kollektorelektrode der ersten Stufe je ein Widerstand R₆ und R₇, die zu den Lampen L₁ und L₂ führen. An der Kolkktorelektrode der zweiten Stufe liegt wieder der Koppelkondensator C₁. In Fig. 1, F ₁ and F _{2 are} two transistors of the NPN type with the emitter B, the collector K and the base B. In the input of the first stage and in the connection between the collector of the first stage and the emitter of the second stage the capacitor C ₁ , the diode D and the capacitor C ₂ . The resistor R _i , which leads to the base B , is connected between the capacitor C ₂ and the diode D. The resistance i? ₂ , in the emitter feed the resistor R ₁ and in the collector _{feed the resistor -R 3} . A resistor R ₅ is located between the collector electrode and a point on the connection between C ₁ and diode D. Resistors R ₆ and R ₇ , which lead to lamps L ₁ and L ₂ , are also located on the collector electrode of the first stage. The coupling capacitor C ₁ is again located on the collector electrode of the second stage .

Im einzelnen geht der Steuervorgang folgendermaßen vor sich: Der Transistor F₁ soll in leitendemIn detail, the control process proceeds as follows: The transistor F ₁ should be conductive

ίο Zustand sein und den Arbeitspunkt b der Abb. 2 einnehmen. Die Widerstände i?₅ und i?₄ bilden über die Diode D eine Kopplung zwischen dem Kollektor Ji und der Basis B. Der Schaltimpuls, der über die Diode dem Emitter des Transistors F₁ zugeführt wird, istίο be in state and assume working point b in Fig. 2. The resistors i? ₅ and i? ₄ form a coupling between the collector Ji and the base B via the diode D. The switching pulse which is fed to the emitter of the transistor F _{1 via the diode is}

durch ein aus den Koppelkondensatoren und dem niederohmigen Transistoreingang bestehendes RC-Glied mit sehr kleiner Zeitkonstante belastet. Das zur Steuerung auf den Eingang gegebene Signal wird durch das RC-Glied differenziert, und die an der vor- loaded by an RC element consisting of the coupling capacitors and the low-resistance transistor input with a very small time constant. The signal sent to the input for control is differentiated by the RC element , and the signal at the front

ao deren Flanke des Signals auftretende positive Spannungsspitze hebt den Transistor vom Arbeitspunkt b der Abb. 2 über den Kippunkt c hinaus, so daß die fallende Kennlinie bis zum anderen möglichen Arbeitspunkt α durchlaufen wird. Der Transistor befindet sich nun im Sperrzustand, er ist hochohmig. Der beim Ausschaltvorgang am Kollektor des ersten Transistors erzeugte Spannungssprung wird auf die jeweils folgende Stufe des Untersetzers übertragen und löst dort einen Umschalteimpuls aus, so daß ein zweimadiges Umspringen der Stufe F₁ ein einmaliges Umspringen der Stufe F₂ zur Folge hat. Im hochohmigen Zustand des Transistoreingangs hat das 2?C-Glied eine große Zeitkonstante, es differenziert das nachfolgende Steuersignal, nur wenig, so daß lediglich an der Rückflanke des Signals eine kleine negative Spannungsspitze entsteht, wie die Abb. 3 an den Impulsen 2 und 4 zeigt. Diese kleine negative Spannungsspitze wird aber durch die über den ohmschen Widerstand zwischen Basis undi dem Eingang erzeugte Vorspannung an der Diode durchgelassen undi kommt voll am Emitter zur Auswirkung. Da im hochohmigen Zustand an sich nur eine geringe Energie zur Umschaltung benötigt wird!, genügt der kleine negative Impuls, um den Einschaltvorgang auszulösen.ao the edge of the signal occurring positive voltage peak lifts the transistor from the operating point b in Fig. 2 beyond the breakpoint c , so that the falling characteristic is traversed to the other possible operating point α. The transistor is now in the blocking state, it has a high resistance. The voltage jump generated at the collector of the first transistor during the switch-off process is transferred to the next step of the reducer and triggers a switching pulse there, so that a two-wire change of step F ₁ results in a single change of step F ₂ . In the high-resistance state of the transistor input, the 2-C element has a large time constant, it only slightly differentiates the subsequent control signal, so that only a small negative voltage peak occurs on the trailing edge of the signal, as in Fig. 3 on pulses 2 and 4 shows. However, this small negative voltage spike is allowed to pass through the bias voltage generated by the ohmic resistance between the base and the input at the diode and is fully effective at the emitter. Since only a small amount of energy is required for switching in the high-resistance state, the small negative pulse is sufficient to trigger the switch-on process.

Die Abb. 3 zeigt im Prinzip und in nicht maßstabsgerechter Darstellung die Folge der Eingangsimpulse. Die Impulse 1 und 3 sind rein positive Impulse, die Impulse 2 und 4 solche mit den durch Differentiation auftretenden Spitzen negativer Polarität. Der positive Anteil· der Impulse 2 und 4 kommt nicht zur Auswirkung. Fig. 3 shows in principle and not to scale Representation of the sequence of input pulses. The impulses 1 and 3 are purely positive impulses, the Pulses 2 and 4 are those with peaks of negative polarity that occur due to differentiation. The positive one Share of impulses 2 and 4 does not have any effect.

Durch eine Signaleinrichtung gemäß der Abb. 1 kann angezeigt werden, auf welchem Arbeitspunkt sich die Eingangsstufe des Untersetzers befindet. Die Lampe L₁ liegt über einen Widerstand an der Kollektorelektrode des ersten Transistors und mit ihrem zweiten Anschluß am positiven Pol der Batterie. Steht der Transistor auf dem Arbeitspunkt b der Abb. 2, so ist die Kollektorspannung durch den Spannungsabfall am Widerstand R₃ abgebaut. Die Spannung zwischen dem Pluspunkt der Stromquelle und der Kollektorelektrode hat sich um diesen Spannungsabfall erhöht und genügt, einen Strom durch die Lampe L₁ zu treiben, der diese zum Aufleuchten bringt.A signal device according to Fig. 1 can indicate the operating point at which the input stage of the reducer is located. The lamp L ₁ is connected to the collector electrode of the first transistor via a resistor and its second connection to the positive pole of the battery. If the transistor is at the operating point b in Fig. 2, the collector voltage is reduced by the voltage drop across the resistor R _3. The voltage between the plus point of the current source and the collector electrode has increased by this voltage drop and is sufficient _{to drive a current through the lamp L 1} , which causes it to light up.

Die Lampe L₂ liegt mit einem Anschluß ebenfalls über einen Widerstand an der Kollektorelektrode. Der zweite Anschluß der Lampe liegt am Minuspunkt der Batterie. In der hochohmigen Stellung des Transistors liegt am Kollektor die höchste positive Spannung, und der Spannungsunterschied zwischen demThe lamp L ₂ is also connected to the collector electrode via a resistor. The second connection of the lamp is at the minus point of the battery. In the high-resistance position of the transistor, the highest positive voltage is at the collector, and the voltage difference between the

Minuspol der Stromquelle und der Kollektorelektrode ist am größten; der erhöhte Strom läßt die Lampe L₂ demnach im Sperrzustand aufleuchten.The negative pole of the power source and the collector electrode is greatest; the increased current causes the lamp L _{2 to} light up in the blocked state.

Im Schaltbiildbeispiel nach Abb. 1 wurden Signale positiver Polarität zur Steuerung verwendet. Sollen negative Signale zur Anwendung kommen, so ist die Diode D umzupolen, der Widerstand i?₄ hinter C₁ sowie der Widerstand R₅ vor C₂ anzuschließen.In the circuit diagram example according to Fig. 1, signals of positive polarity were used for control. If negative signals are to be used, the polarity of the diode D must be reversed, the resistor i? ₄ behind C ₁ and the resistor R ₅ before C ₂ .

Claims

Patent claims:

1. Reduction circuit with a flat crystal electrode working as a bistable toggle unit with a negative resistance characteristic, in which the jump from one possible operating point to the other is triggered by pulses of the same polarity effective at the same transistor electrode, the pulse feed line containing a diode that is connected to an ohtnschen to the base Resistance forms a voltage divider, characterized in that the voltage divider is passed on to the collector through a further ohmic resistor (R ₅ ) which, through the DC coupling of the collector with the base in the flow state of the crystallode, causes a shift of the base potential which stabilizes the operating point and in the blocking state the crystal diode of the diode (D) is given a low bias voltage in the flow direction so that the result on the trailing edge of the input pulses of a certain polarity by differentiation at coupling capacitors and the high-resistance crystal electrode input pending pulse peaks of opposite polarity are allowed to pass and each bring about the jump into the flow state.

2. Reduction circuit according to claim 1, characterized in that the control of the Crystallode occurs at the emitter.

3. Reduction circuit according to claim 1, characterized in that the control of the Crystallode occurs at the base.

4. Reduction circuit according to claim 1 or the following, characterized in that to signal the respective working state of the first coaster stage two light bulbs (L ₁ , L ₂ ) in series, each with a suitably dimensioned resistor (R ₆ , R ₇ ) on the one hand between the collector and the positive and on the other hand are arranged between the collector and the negative pole of the battery.

Considered publications:
U.S. Patent No. 2,595,208.

1 sheet of drawings