DE1081049B - Sperrgatter bzw. logisches íÀUnd-NichtíÂ-Element unter Verwendung von Transistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf logische Schaltelemente im allgemeinen und im besonderen auf unter Verwendung von Transistoren hergestellte »Und-Nicht«-Schaltelemente.

Die Entwicklung industriell verwendbarer Halbleitereinrichtungen vom Typ des Halbleiterkörpers mit drei Kontaktelektroden hat zur Einführung vieler neuer Verfahren auf dem Gebiet der elektronischen Technik geführt. Diese Einrichtungen weithin als Transistoren bekannt, weisen geringe Abmessungen auf, sind sehr widerstandsfähig und scheinen eine lange Lebensdauer zu haben.

Der Flächentransistor besteht im allgemeinen aus einem Körper eines halbleitenden Stoffes, in dem zwei Zonen eines Leitfähigkeitstyps von einer Zone des entgegengesetzten. Leitfähigkeitstyps getrennt sind. So kann die Halbleitereinrichtung entweder vom n-p-n- oder p-n-p-Typ sein. Wenn der Transistor dem p-n-p-Typ angehört, wird die Emitterelektrode normalerweise positiv vorgespannt, um damit in einem relativ leitenden oder Durchgangszustand zu sein. Die Kollektorelektrode wird negativ vorgespannt und gerät dadurch in einen verhältnismäßig nichtleitenden Zustand. Beide Vorspannungen beziehen sich auf das Potential der Basiselektrode. Für den n-p-n-Typ sind diese Polaritäten umgekehrt.

Unter den vielen Gebieten, auf denen diese Einrichtungen angewendet wurden, ist auch das Gebiet der logischen Schaltelemente, worin die Transistoren gewöhnlich als Schalter Anwendung finden, d. h. daß ein an eine Eingangselektrode des Transistors gelegtes Eingangssignal genügend groß ist, um den Transistor voll leitfähig oder gänzlich sperrend zu machen. Verschiedene Anordnungen sind entwickelt worden, welche die Transistoren als Schalter anwenden. Ein Beispiel ist das logische »Und-Nicht«- Schaltungselement. Eine Schaltung, welche die logische »N~icht«-Funktion ausübt, liefert immer ein Ausgangssignal, ausgenommen, wenn ein Eingangssignal auftritt. Eine Schaltung, welche die logische »Und«-Funktion ausübt, liefert ein Ausgangssignal dann und nur dann, wenn alle einer Mehrzahl von Eingangssignalen vorhanden sind. Besondere logische Funktionen können erhalten werden, indem man zwei oder mehr andere logische Schaltungen kombiniert. Ein Beispiel einer besonderen logischen Funktion liefert das Sperfgatter. Bisher war es Stand der Technik, das Sperrgatter durch Vorschalten eines logischen »Nicht«-Elementes vor ein logisches »Uhd«-Element mit zwei Eingängen zu erhalten. Die dadurch ausgeübte Funktion ist folgende:

Wenn ein Eingangssignal, nämlich das Sperrsignal, am »Nicht«-Element der bekannten Schaltung anliegt, kann kein Ausgangssignal aus dem Sperrgatter er-Sperrgatter bzw. logisches

»Und-Nichts-Element
unter Verwendung von Transistoren

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. November 1957

Donald H. Noreen und Waltex F. Guenther,

Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

halten werden, gleichgültig ob das andere Eingangssignal an der zweiten Eingangsklemme des »Und«- Elementes vorhanden ist oder nicht. Wenn das Sperr-Eingangssignal nicht vorhanden ist, kann ein Ausgangssignal aus dem Sperrgatter nur erhalten werden, wenn gleichzeitig das andere Eingangssignal anliegt.

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte Sperrgatterschaltung zu ermöglichen.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine verbesserte Sperrgatterschaltung zu ermöglichen, bei welcher weniger Transistoren verwendet werden, als in bisher bekannten Sperrgatterschaltungen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, eine verbesserte Sperrgatterschaltung mit Transistoren anzugeben, welche schneller und kleiner ist und zudem weniger Leistung als andere Schaltungen benötigt, um die gleiche Funktion auszuüben.

Die Erfindung, welche von einem Sperrgatter bzw. einem logischen »Und-Nicht«-Element unter Verwendung von Transistoren ausgeht, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (p-n-p—n-p-n) mit ihrer Emitter-Kollektor- bzw. Kollektor-Emitter-Strecke parallel an eine Gleichstromquelle geschaltet, die Basiselektroden der Transistoren an je eine Vorspannungsquelle und an eine Klemme für Eingangssignale angeschlossen

009 50W264

sind und das Ausgangssignal am Verzweigungspunkt der parallelgeschalteten Elektrodenstrecken abgenommen wird.

Die Basiselektroden können gegenüber den anderen Elektroden negativ vorgespannt sein.

Weitere Einzelheiten und die mit der Erfindung zu erzielenden Vorteile sind aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. In der Zeichnung ist nur zum Zwecke der Erläuterung eine besondere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer bisher üblichen Anordnung, welche die Funktion eines Sperrgatters ausübt;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Sperrgatters gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist eine bisher gebräuchliche Schaltung zur Erzielung der Funktion eines Sperrgatters gezeigt. Fig. 1 stellt ein logisches »Nicht«-Element dar, das ein logisches »Und«-Element mit zwei Eingängen versorgt. Bei Betrachtung der Zeichnung ist zu erkennen, daß bei dieser Anordnung drei Transistoren erforderlich sind. Da das »Nicht«-Element dauernd ein Ausgangssignal abgibt, es sei denn, es ist ein Eingangssignal vorhanden, benötigt das »Und«-Element nur ein Eingangssignal bei A, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Ein Eingangssignal B für das »Nichte-Element unterdrückt jedes Ausgangssignal aus dem »Und«-Element.

In Fig. 2 ist ein verbessertes Sperrgatter mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im allgemeinen besitzt die in Fig. 2 dargestellte Anordnung Anschlußklemmen 10 und 30 zum Anlegen der Eingangssignale A bzw. B an zwei Transistoren 20 bzw. 40 sowie eine Klemme 60, über die dem System ein Ausgangssignal entnommen wird.

Der aus halbleitendem Material bestehende Transistor 20 hat einen Emitter 21, einen Kollektor 22 und eine Basis 23. Die Basis 23 ist mit dem Eingangsanschluß 10 und über einen Strombegrenzungswiderstand 24 an eine negative Vorspannungsquelle angeschlossen. Der Kollektor 22 ist mit einem geeigneten Masseanschluß verbunden. Der Emitter 21 ist mit dem Ausgangsanschluß 60 verbunden.

Der Transistor 40 besteht aus halbleitendem Material und hat einen Emitter 41, einen Kollektor 42 und eine Basis 43. Die Basis 43 ist mit dem Eingangsanschluß 30 und über einen Strombegrenzungswiderstand 44 an eine negative Vorspannungsquelk angeschlossen. Der Kollektor 42 ist mit dem Ausgaogsanschluß 60 verbunden. Der Emitter 41 ist mit einem geeigneten Masseanschluß verbunden. Eine Impedanz oder ein Widerstand 50 ist zwischen Anschluß 60 und dem positiven Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen. Somit sind die Emitter-Kollektor-Stromkreise der Transistoren 20 und 40 zwischen Anschluß 60 und Masse parallel geschaltet.

Die Transistorvorrichtung 20 ist vom Typ p-ti-p, und da eine negative Vorspannung der Basis 23 zugeführt wird, leitet der Transistor 20 über den Stromkreis Emitter 21—Kollektor 22 und verbindet den Anschluß 60 leitend mit dem Massepotential. Wenn ein erstes positives Gleichstromsignal genügender Stärke an dea Eingangsanschluß 10 angelegt wird, wird der Durchlaß im Stromkreis Emitter 21—Kollektor 22 blockiert.

Der Transistor 40 ist vom Typ n-p-n. Bei Abwesenheit eines positiven Eingangssignals verhindert daher

ίο die an die Basis 43 angelegte negative Vorspannung, daß der Stromkreis Emitter 41—Kollektor 42 leitend ist. Das Anlegen eines zweiten positiven Gleichstromeingangssignals an Anschluß 30 überwindet die an Basis 43 gelegte Vorspannung und gestattet einen Stromdurchgang im Emitter^l-Kollektor^-Kreis. Da die Transistoren 20 und 40 einen gemeinsamen Belastungswiderstand 50 haben, wird ein Ausgangssignal nur abgegeben, wenn das Eingangssignal, das Unterdrückungssignal, nicht am Anschluß 30 vorhanden ist und dazu ein Eingangssignal am Anschluß 10 vorhanden ist. Wenn diese beiden Bedingungen gegeben sind, werden die Transistoren 20 und 40 beide blockiert, und ein positives Ausgangssignal entsteht. Wenn diese beiden Bedingungen nicht gleichzeitig erfüllt sind, ist einer der beiden Transistoren 20 und 40 leitend und verbindet den Ausgangsanschluß 60 mit dem Massepotential. Somit übt die in Fig. 2 gezeigte Schaltung die logische Funktion eines Sperrgatters mit weniger Transistoren aus, sie arbeitet schneller, ist kleiner und erfordert weniger Energie als bisher übliche vergleichbare Schaltungen. Die Bedeutung eines derartigen Stromkreises ergibt sich aus den Einsparungen, die gemacht werden, wenn eine größere Zahl derartiger Sperrgatter, z. B. bei einem Meldesystem, angewendet werden.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß, während das beschriebene und durch die Zeichnung erläuterte Beispiel eine praktische Verwirklichung der Erfindung darstellt, man sich nicht auf die gezeigten Einzelheiten festlegt, da diese abgewandelt werden können, ohne daß vom Geist der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Sperrgatter bzw. logisches »Und-Nicht«- Element unter Verwendung von Transistoren, dadurch, gekennzeichnet, daß zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (p-n-p—n-p-n) mit ihrer Emitter-Kollektor- bzw. Kollektor-Emitter-Strecke parallel an eine Gleichstromquelle geschaltet, die Basiselektroden der Transistoren an je eine Vorspannungsquelle und an eine Klemme für Eingangssignale angeschlossen sind und das Ausgangssignai am Verzweigungspunkt der parallelgeschalteten Elektrodenstrecken abgenommen wird.

2. Sperrgatter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektroden gegenüber den anderen Elektroden negativ vorgespannt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen