DE1092707B - Elektronische Zaehl- und Schieberegisterschaltung - Google Patents

Description

S 61786IX/42m

ANMELDETAG: 17. FEBRUAR 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

10. NOVEMBER 1960

Es ist bekannt, mit unstetig arbeitenden Schaltorganen, wie Glimmlampen, Thyratrone u. dgl., elektronische Zählschaltungen aufzubauen. Ein Teil dieser Schaltungen erfüllt auch die Funktion eines Schieberegisters, bei dem nicht nur von Stufe zu Stufe geschaltet, sondern auch der Schaltzustand jeder einzelnen Stufe auf die nächste Stufe übertragen werden kann.

In letzter Zeit sind Vierschichthalbleiterelemente bekanntgeworden, deren Verhalten dem eines Thyratrons entspricht. Sie haben ähnlich wie Transistoren einen Emitter, einen Kollektor und einen Steuersign-alanschluß (Zündelektrode). Während jedoch beim Transistor der Kollektorstrom in stetiger Abhängigkeit vom Basisstrom steht, genügt bei den sogenannten Schaltgleichrichtern ein Zündimpuls von wenigen μβεΰ Dauer, um sie stromdurchlässig zu machen. Dieser Zustand bleibt aufrecht, bis die anliegende Spannung und damit auch der Strom nahezu Null wird. Im Sperrzustand fließt nur ein Reststrom von wenigen μΑ.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Zähl- und Schieberegisterschaltung zu schaffen, die den Eigenschaften dieser neuen Halbleiterelemente angepaßt ist und sich durch einfachen Aufbau auszeichnet. Die Schaltung nach der Erfindung mit einem unstetig arbeitenden Schaltorgan je Stufe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltorgane Schaltgleichrichter sind, die über je einen Kollektorwiderstand parallel an einer gemeinsamen getakteten Spannungsquelle liegen, und daß die Zündelektroden über je einen Kondensator und einen Widerstand an den Kollektor der benachbarten Stufe und über den Kondensator und ein Entkopplungsventil an einen gemeinsamen Zündimpulsgeber angeschlossen sind, der jeweils nach Wiederkehr der getakteten Spannung fortschaltet.

Die Schaltung nach der Erfindung ist auf einfachste Weise für das Vor- und Rückwärtszählen einzurichten, indem jede Stufe mit beiden benachbarten Stufen in der beschriebenen Weise gekoppelt wird. Als Zündimpulsgeber kann die getaktete Spannungsquelle selbst herangezogen werden. Zur Vorbereitung der Schaltung für den nächsten Zählimpuls wird in diesem Fall ein Schaltgleichrichter je Zähleinrichtung an die getaktete Spannungsquelle angeschlossen und sein Kollektor mit den zugeordneten Entkopplungsventilen verbunden. Als getaktete Spannungsquelle kann eine monostabile Kippschaltung dienen, die von den Zählimpulsen angestoßen wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.

Elektronische Zähl- und Schieberegisterschaltung

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Viktor Hofmann, Pasadena, Calif. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

In Fig. 1 sind vier Stufen einer Zählschaltung nach der Erfindung dargestellt, die je einen Schaltgleichrichter 1, 2, 3, 4 enthalten. Zu jeder Stufe gehört ferner ein Kollektorwiderstand 7, 8, 9, 10 und ein Kopplungsdreipol aus den Widerständen 11, 12, 13, 14, den Entkopplungsventilen 15, 16, 17, 18 und den Kondensatoren 19, 20, 21, 22. An den Klemmen O und U_A wird die getaktete Spannungsquelle angeschlossen, die bei jedem Zählimpuls für einige μsec den Wert Null hat. Die getaktete Spannungsquelle dient zugleich als Zündimpulsgeber, und zwar über den niederohmigen Kollektorwiderstand 6 eines weiteren Schaltgleichrichters 5, dem zur Vorbereitung für den nächsten Zählimpuls an der Klemme U_v ein Zündimpuls zugeführt werden kann.

Die Schaltung nach Fig. 1 arbeitet folgendermaßen: Bei angelegter Spannung U_A wird nach einem Zündimpuls an der Klemme Uy der Schaltgleichrichter 5 durchlässig. Der Kollektor hat ungefähr das gleiche Potential 0 Volt, da die Restspannung des gezündeten Schaltgleichrichters viel kleiner als 1 Volt bleibt. Die Schaltgleichrichter 1 bis 4 seien zunächst gesperrt.

Je nach der gewünschten Funktion der Schaltung als Zähleinrichtung oder Schieberegister werden nun eine oder mehrere Stufen gezündet. Dies hat zur Folge, daß die Kollektoren aller gezündeten Stufen annähernd auf 0 Volt, die Kollektoren der sperrenden Stufen angenähert auf dem Potential der getakteten Spannungsquelle liegen. Die Kondensatoren 19 bis 22 laden sich nun über die Widerstände 11 bis 14 jeweils auf das Kollektorpotential des vorhergehenden Schaltgleichrichters auf. Eine wirksame Aufladung kann jedoch nur dort erfolgen, wo der vorhergehende Schalt-

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gleichrichter gesperrt bleibt. Die übrigen Konden- schematisch Fig. 2, und zwar wieder für vier Stufen satoren bleiben praktisch ungeladen. mit Schaltgleichrichtern 51 bis 54. Die Kollektor-Bei Eintreffen eines Zählimpulses wird die Span- widerstände sind mit 59 bis 62, die Kopplungswidernung U _A durch einen elektronischen Schalter kurz- stände mit 63 bis 70, die Kondensatoren zur Nachzeitig auf Null gebracht, so daß sämtliche Schalt- 5 bildung der Schaltzustände mit 79 bis 86 und die Entgleichrichter gelöscht werden, insbesondere auch der kopplungsventile mit 71 bis 78 bezeichnet. An Stelle Schaltgleichrichter 5. Bei Spannungswiederkehr bleibt des Schaltgleichrichters 5 in Fig. 1 dienen zwei Schaltder Schaltgleichrichter 5 gesperrt, jedoch fließt über gleichrichter 55, 56 mit Kollektorwiderständen 57 und seinen niederohmigen Kollektorwiderstand 6 Zünd- 58 zur Fortschaltung in Vorwärts- bzw. Rückwärtsimpulsstrom an die einzelnen Kondensatoren 19 bis io richtung. Die Zündimpulse werden über Klemmen U_v 22. Wenn diese sich zuvor auf das Potential U_A auf- und U% zugeführt. Die Funktion der Schaltung in geladen hatten, so bleibt die Spannungswiederkehr bezug auf die Vorwärts- bzw. Rückwärtszählung entfür die zugeordneten Schaltgleichrichter wirkungslos, spricht in allen Einzelheiten der Funktion der Schalda keine Änderung des Ladezustandes der Konden- tung nach Fig. 1.

satoren eintritt. Voraussetzung hierfür ist, daß die 15 Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit zur Ausbildung der Unterbrechung der Spannung U_A so kurz war, daß Steuerstufe, die als getaktete Spannungsquelle und zur eine Entladung der Kondensatoren praktisch nicht ein- Lieferung der vorbereitenden Zündimpulse dient. Sie treten konnte. Dagegen entsteht durch Aufladung der besteht aus einer monostabilen Kippschaltung mit bisher ungeladenen Kondensatoren ein Zündimpuls Transistoren 100 und 101, deren Kollektorwiderfür die nachfolgenden Schaltgleichrichter, und diese 20 stände mit 104 und 106 bezeichnet sind. Die Tranwerden stromdurchlässig. sistoren liegen an einer konstanten Gleichspannungs-Waren beispielsweise zuvor die Stufen 1 und 3 ge- quelle U. Die Basiselektrode des Transistors 101 liegt zündet, die Stufen 2 und 4 dagegen gesperrt, so waren über einen Widerstand 105 an dieser Spannung und entsprechend die Kondensatoren 19 und 21 ungeladen, über einen Kondensator 109 am Kollektor des Trandie Kondensatoren 20 und 22 aufgeladen. Nach Span- 25 sistors 100. Zur Eingabe der Zählimpulse ist die nungswiederkehr gelangt nun ein Zündimpuls über die Klemme E₁ für die Vorwärtsrichtung und die Klemme Kondensatoren 19 und 21 an die Zündelektrode der E₂ für die Rückwärtsrichtung vorgesehen. Die Im-Schaltgleichrichter 2 und 4, so daß diese durchlässig pulse werden über Widerstand 113 bzw. 116 der werden, während die Schaltgleichrichter 1 und 3 ge- Basiselektrode des Transistors 100 zugeführt und sperrt bleiben. Somit ist der Zustand jeder einzelnen 30 machen diesen durchlässig. Es entsteht dabei ein Im-Stufe der Zählschaltung auf die nächste Stufe über- puls über den Kondensator 109, der den bisher durchtragen worden, was der Funktion eines Schiebe- lässigen Transistor 101 sperrt, bis sich der Kondeuregisters entspricht. Die Verwendung als Zählschal- sator wieder entladen hat. Der Transistor 102 ist im tung ergibt sich durch Vereinfachung der Schiebe- allgemeinen gesperrt, so daß über seinen sehr niederregisterfunktion ohne weiteres. 35 ohmigen Kollektorwiderstand 107 die Spannung U an Zur Vorbereitung der Schaltung auf das nächste der Klemme U_A liegt. Solange der Transistor 101 Zählsignal wird der Schaltgleichrichter 5 gezündet, so während der Umladezeit des Kondensators 109 sperrt, daß sein Kollektorpotential auf praktisch Null fällt. erhält der Transistor 102 über das Ventil 110 Steuer-Dies hat zur Folge, daß die Kondensatoren 19 bis 22 strom und ist durchlässig. Während dieser Zeit liegt nunmehr nur noch an der Kollektorspannung der 4.0 also die Klemme U_A praktisch auf dem Potential Null, vorhergehenden Stufe liegen und daher wieder deren so daß die angeschlossenen Schaltgleichrichter gelöscht Schaltzustand nachbilden. Bei der nächsten kurz- werden. Die Dauer der Spannungsunterbrechung liegt zeitigen Unterbrechung der Spannung U_A und Wieder- in der Größenordnung von ^isec.

einschaltung werden wiederum die Schaltzustände Ein Steuersignal am Eingang E₁ oder E₂ liefert jeder Stufe jeweils auf die nächste Stufe übertragen, 45 ferner über die Widerstände 114 bzw. 117 einen bzw. der gesamte Schaltzustand um eine Stufe weiter- Steuerstrom für den Transistor 103, so daß dieser geschoben. durchlässig wird und die Spannung U am Kollektor-Die Anzahl der Stufen kann gerade oder ungerade widerstand 108 abfällt. Nach Beendigung des Zählsein und ist ausschließlich durch die Leistungsfähig- impulses sperrt der Transistor 103 wieder. Über die keit der getakteten Spannungsquelle begrenzt. Bei- 50 Kondensatoren 111 und 112 gelangt ein Zündimpuls spielsweise kann man mit zehn Stufen eine dekadische über die Klemmen U_R bzw. Uy an die Schaltgleich-Zählschaltung aufbauen. Mehrere Dekaden können zu richter 56 bzw. 55 und macht diese stromführend,
einem größeren Zählsystem zusammengeschaltet wer- Damit die Zählung in der gewünschten Richtung den. Wie aus Fig. 1 ohne weiteres ersichtlich, besteht vor sich gehen kann, wird der Schaltgleichrichter 55 jede einzelne Stufe aus nur fünf Elementen, nämlich 55 oder 56, der unwirksam bleiben soll, bereits durch das dem Schaltgleichrichter, seinem Kollektorwiderstand Zählsignal über Widerstand 115 oder 118 dauernd und dem Kopplungsdreipol aus Widerstand, Ventil durchlässig gehalten, so daß sein Kollektorpotential und Kondensator. Der Aufwand für die Schaltung ist immer gleich Null bleibt und er keine Zündimpulse an also außerordentlich klein. die einzelnen Stufen der Zählschaltung liefern kann. Bei manchen Typen von Schaltgleichrichtern kann 60 I_n Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm der Impulsgabe für es vorteilhaft sein, zwischen Zündelektrode und die Vorwärtszählung schematisch angedeutet. Die Emitter einen Widerstand zu schalten, der unter Um- Zeile α zeigt die Zählsignale am Eingang E₁. Der ständen eine bessere Stabilität des Sperrzustandes und Beginn jedes Zählsignals führt zu einer kurzzeitigen die richtige Aufladung des Kondensators gewähr- Unterbrechung der Spannung an der Klemme U_A, wie leistet. Diese Widerstände sind in Fig. 1 gestrichelt 65 in Zeile b dargestellt. Am Ende jedes Zählimpulses angedeutet und mit 31, 32, 33 und 34 bezeichnet. gelangt an den Schaltgleichrichter 55 ein Zündimpuls Die Schaltung nach der Erfindung läßt sich auf gemäß Zeile c. Dadurch ergibt sich ein Spannungsverübersichtliche Weise für Vor- und Rückwärtszählung lauf am Kollektor dieses Schaltgleichrichters gemäß erweitern, indem man jede Stufe mit beiden benach- Zeile d. Die Zeilen e, f, g und h zeigen das Signal an harten Stufen koppelt. Eine solche Schaltung zeigt 70 den Zählstufen 51 bis 54 unter der Voraussetzung, daß

die Schaltung als reine Zähleinrichtung arbeitet und die Stufe 51 als erste erregt war.

Die Schaltung nach der Erfindung bietet noch den weiteren Vorteil, daß jede einzelne Stufe sehr hoch belastet werden kann und Schaltleistungen erzielbar sind, wie sie in der Starkstromtechnik benötigt werden. Beispielsweise können die Kollektorwiderstände der einzelnen Stufen Erregerwicklungen von Schützen oder elektromagnetischen Kupplungen sein, so daß eine Verstärkung der Zählsignale für die Steuerung von Arbeitsmaschinen nicht mehr erforderlich ist. Diese Anwendung wird auch dadurch ermöglicht, daß die Funktion der Schaltung weitgehend von der Größe der Kollektorwiderstände unabhängig ist und in den einzelnen Stufen auch verschieden große Kollektorwiderstände vorgesehen sein können. Da für die Zündung der Stufen nur wenig Leistung erforderlich ist, ergibt sich für die gesamte Schaltung eine äußerst geringe Verlustleistung.

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektronische Zähl- und Schieberegisterschaltung, die je Stufe ein unstetig arbeitendes Schaltorgan enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die S chaltorgane Vierschichthalbleiterelemente (1 bis 4) sind, die über je einen Kollektorwiderstand (7 bis 10) parallel an einer gemeinsamen getakteten Spannungsquelle (U_A) liegen, und daß Zündelektroden über je einen Kondensator (19 bis 22) und einen Widerstand (7 bis 10) an den Kollektor der benachbarten Stufe und über den Kondensator (19 bis 22) und ein Entkopplungsventil (15 bis 18) an einen gemeinsamen Zündimpulsgeber (5) angeschlossen sind, der jeweils nach Wiederkehr der getakteten Spannung den Zähler fortschaltet.

2. Schaltung nach Anspruch 1 für Vor- und Rückwärtszählung, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe mit beiden benachbarten Stufen gekoppelt ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündimpulsgeber die getaktete Spannungsquelle (U_A) dient und daß zur Vorbereitung der Schaltung für den nächsten Zählimpuls ein Schaltgleichrichter (55,56) je Zählrichtung an die getaktete Spannungsquelle (U_A) angeschlossen ist, an dessen Kollektor die zugeordneten Entkopplungsventile (71 bis 78) liegen.

4. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die getaktete Spannungsquelle eine monostabile Kippschaltung ist, die von den Zählimpulsen angestoßen wird (Fig. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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