DE1137077B

DE1137077B - Bistabiler Kippschalter

Info

Publication number: DE1137077B
Application number: DEW27893A
Authority: DE
Inventors: Gene W Denton; Bernard L Harris
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1959-07-09
Filing date: 1960-05-21
Publication date: 1962-09-27

Description

Bistabiler Kippschalter Die Erfindung bezieht sich auf einen bistabilen Kippschalter hoher Schalthäufigkeit unter Verwendung einer Vierschichtdiode (Dynistor) als steuerbarem Schaltelement, insbesondere für elektronische Zählschaltungen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen bistabilen Kippschalter mit einem Minimum an Bauelementen aufzubauen, welcher für seine normale Arbeitsweise ein Minimum an elektrischer Energie benötigt.
Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung ergibt sich bei der Verwendung dieses bistabilen Kippschalters für binäre Zähler.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung hervorgehoben, in welcher die Fig.1 eine beispielsweise Ausführungsform eines bistabilen Kippschalters nach der Erfindung veranschaulicht, während die Fig.2 die Kennlinie einer Vierschichtdiode (Dynistors) zeigt. In der Fig. 3 schließlich ist ein binärer Zähler unter Anwendung der Erfindung dargestellt.
Nach dem in der Fig.2 veranschaulichten Diagramm eines Vierschichthalbleiter-Zweipols weist ein solcher Dynistor einen leitfähigen Bereich 1 auf, wenn er in der Durchlaßrichtung ausgesteuert wird. Sobald aber an eine solche Diode eine Vorspannung in Sperrichtung angelegt wird, verbleibt sie vorerst in dem sogenannten nichtleitenden Bereich 1I, in dem sie eine sehr geringe Leitfähigkeit besitzt, bis die Steuerspannung einen Grenzwert erreicht, bei dem der innere Widerstand der Diode plötzlich sehr klein wird. Sobald die Steuerspannung nämlich die Umschlagspannung VB,i erreicht, vermindert sich der Spannungsabfall an der Diode zunächst schlagartig fast bis auf Null, um dann geringfügig, wie dargestellt, wieder anzusteigen. Dieser Diagrammteil ist in der Fig. 2 als hochleitender Bereich III bezeichnet.
In Ergänzung zu diesem Verhalten der Diode ist entdeckt worden, daß diese, wenn sie zunächst durch eine Vorspannung in Sperrichtung in dem nichtleitenden Bereich II gehalten wird, durch einen genügend starken, relativ kurzen negativen Impuls in Durchlaßrichtung zuerst in den leitenden Bereich I und dann, bei Beendigung des kurz andauernden Impulses, in den hochleitenden Bereich III gesteuert wird.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich nun mit der Lösung der Aufgabe, dieses Diodenverhalten zum Aufbau einer bistabilen Multivibratorbaustufe hoher Schalthäufigkeit mit dem geringstmöglichen Aufwand an Bauelementen auszunutzen und einen möglichst in sich abgeschlossenen Baustein geringer Abmessung, z. B. für elektronische Zählschaltungen, zu schaffen. Die Erfindung besteht in einem die Diode elektrisch vorspannnenden, aus einem Widerstand und einer Stromquelle bestehenden Stromversorgungskreis solcher Bemessung, daß die Diode in ihrem nichtleitenden Bereich unterhalb ihrer kritischen Durchbruchspannung gehalten ist, sowie in einem dem Steuereingang dieser Diodenschaltung zugeordneten, aus einem Kondensator und einem Widerstand solcher Bemessung bestehenden Differentiationsglied für die Verarbeitung der Steuersignale, daß die Diode durch die Anstiegsflanke eines ersten Eingangsimpulses in ihren leitenden Bereich übergeführt, durch die Rückflanke des gleichen Impulses in ihren hochleitenden Bereich gesteuert und in diesem bis zum Eintreffen eines weiteren, den Rückkippvorgang auslösenden Eingangsimpulses gehalten wird. Der Schaltereingang ist durch eine Reihenschaltung aus einem Kondensator, einem Vorwiderstand und einer Stromquelle überbrückt, während die Diode über einen Lastwiderstand von der Stromquelle und dem Vorwiderstand in Sperrichtung vorgespannt ist und der Schalterausgang durch an den Lastwiderstand angeschlossene Klemmen gebildet ist.
Die Fig. 1 veranschaulicht einen bistabilen Kippschalter 10 mit der Vierschichtdiode 16. In der Schaltung sind Eingangsklemmen 11 und 12 dargestellt, an welche Impulse 22 angelegt werden können. Diese Klemmen 11 und 12 sind durch einen Differenzierkondensator 14, einen Vorwiderstand 18 und eine Gleichspannungsquelle 17 überbrückt. Die Gleichspannungsquelle 17, der Vorwiderstand 18 und ein Lastwiderstand 19 sind in einen Serienstromkreis mit der Diode 16 geschaltet. Die Klemmen 21 sind die Ausgangsklemmen des Schalters 10; sie sind an die Enden des Lastwiderstandes 19 angeschlossen.
Die Schaltdiode 16 ist über die Batterie 17 in Sperrichtung vorgespannt und demzufolge nichtleitend (Bereich 1I, Fig. 2). Die dem Eingang zugeführten negativen Impulse 22 steuern die Diode 16 aus dem nichtleitenden Bereich II in den leitenden Bereich 1, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Sobald aber der Impuls 22 abgeschaltet wird, wird die Diode entsprechend ihrer Charakteristik über den nichtleitenden Bereich 1I in den hochleitenden Bereich 111 durchgesteuert. Die Diode bleibt dann in diesem Bereich, bis der nächste negative Impuls 22 an die Klemmen 11 und 12 angelegt wird. Sobald dieser eintrifft, kippt die Diode 16 in den vorgespannten Zustand des nichtleitenden Bereiches II zurück. Der nächste Impuls 22 beginnt dann den nächsten Zyklus, der am Ausgang 21 einen entsprechenden rechteckigen Ausgangsimpuls erzeugt.
Es ist noch eine weitere Eingangsklemme 13 vorgesehen, die über den Differenzierkondensator 15 an den Stoßpunkt von Widerstand 18 und Diode 16 angeschlossen ist. Sobald ein positiver (Lösch-) Impuls 23 an die Klemmen 12 und 13 angelegt wird, wird der bistabile Kippschalter ebenfalls angestoßen und die Diode 16 in den hochleitenden Bereich III gesteuert, und zwar unabhängig von dem bisherigen Zustand der Kippschaltung.
Die Fig. 3 veranschaulicht einen Zähler, der aus einzelnen bistabilen Kippstufenbausteinen 10 mit je einer die Charakteristik nach Fig.2 aufweisenden Diode 16 aufgebaut ist. Die Kippstufen 10 sind hintereinandergeschaltet. Ihre einzelnen Ausgänge A, B, C, D können für beliebige Steueraufgaben verwendet werden, so z. B. zum Speichern von Informationen oder zum Aufbau eines Digital-Analog-Umsetzers oder für irgendwelche andere Anwendungen in Zählschaltungen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Bistabiler Kippschalter hoher Schalthäufigkeit mit einer Vierschichtdiode (Dynistor) als steuerbarem Schaltelement, insbesondere für elektronische Zählschaltungen, gekennzeichnet durch einen die Diode (16) elektrisch vorspannenden, aus einem Widerstand (18) und einer Stromquelle (17) bestehenden Stromversorgungskreis solcher Bemessung, daß die Diode in ihrem nichtleitenden Bereich (1I, Fig. 2) unterhalb ihrer kritischen Durchbruchspannung gehalten ist, sowie durch ein dem Eingang (11, 12) dieser Diodenschaltung zugeordnetes, aus einem Kondensator (14) und einem Widerstand (18) solcher Bemessung bestehendes Differentiationsglied für die Verarbeitung der Steuersignale, daß die Diode durch die Anstiegsflanke eines ersten Eingangsimpulses (22) in ihren leitenden Bereich (1, Fig.2) übergeführt, durch die Rückflanke des gleichen Impulses (22) in ihren hochleitenden Bereich (III, Fig. 2) gesteuert und in diesem Bereich bis zum Eintreffen eines weiteren, den Rückkippvorgang auslösenden Eingangsimpulses (22) gehalten wird.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltereingang (11, 12) durch eine Reihenschaltung aus einem Kondensator (14); einem Vorwiderstand (18) und einer Stromquelle (17) überbrückt ist, daß die Diode über einen Lastwiderstand (19) von der Stromquelle (17) und dem Vorwiderstand (18) in Sperrrichtung vorgespannt ist und daß der Schalterausgang (22) durch an den Lastwiderstand (19) angeschlossene Klemmen gebildet ist.
3. Zählkette aus Kippschalterbaustufen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (A, B, C, D) jeder Schalterbaustufe mit dem Eingang der nächsten Schalterstufe unmittelbar verbunden ist.