DE1144341B - Schaltungsanordnung fuer Zaehlstufen eines Ringzaehlers - Google Patents

Schaltungsanordnung fuer Zaehlstufen eines Ringzaehlers

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DE1144341B DEST17748A DEST017748A DE1144341B DE 1144341 B DE1144341 B DE 1144341B DE ST17748 A DEST17748 A DE ST17748A DE ST017748 A DEST017748 A DE ST017748A DE 1144341 B DE1144341 B DE 1144341B
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Dipl-Ing Ole Johan Melhus
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Alcatel Lucent Deutschland AG
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Standard Elektrik Lorenz AG
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    • HELECTRICITY
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Description

DEUTSCHES
PATENTAMT
St 17748 Vma/2131
ANMELDETAG: 28. APRIL 1961
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 28. F E B R U A R 1963
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Zählstufen eines Ringzählers mit Tunneldioden.
Es sind bereits Schieberegisterschaltungen mit Tunneldioden bekanntgeworden, die den Ringzählern sehr ähnlich sind. In den meisten Fällen läßt sich ein Schieberegister als Zähler verwenden, wenn an Stelle der Schiebetaktimpulse die Zählimpulse eingegeben werden.
Da bei Tunneldiodenstufen Ein- und Ausgang nicht voneinander getrennt werden können, weil sie an denselben Anschluß angeschlossen sind, müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um die Fortschaltrichtung festzulegen. Zum Beispiel wird bei einem Dreitaktverfahren ein Fortschalten des Registers in einer bestimmten Richtung erreicht, indem im ersten Takt ein bistabiles Glied gesetzt, im zweiten Takt diese gespeicherte Stellung fortgeschaltet und in einem dritten Takt das bistabile Glied wieder zurückgesetzt wird.
Man kommt auch mit zwei Takten aus, wenn die Fortschaltrichtung durch Anwendung von Dioden zwischen den einzelnen Stufen festgelegt ist. In dem ersten Takt wird das bistabile Glied gesetzt, und im zweiten Takt wird diese gespeicherte Stellung fortgeschaltet und gleichzeitig das bistabile Glied wieder zurückgesetzt.
Die erste der bekannten Lösungen, das Dreitaktverfahren, hat jedoch den Nachteil, daß die maximale Taktfrequenz durch die erforderlichen drei Takte herabgesetzt wird und außerdem ein zusätzlicher Aufwand für das Erzeugen dieser drei gegeneinander verschobenen Taktsignale notwendig ist. Bei den bisher bekannten Ausführungen des Zweitaktverfahrens dienen die Taktsignale gleichzeitig als Versorgungsspannungen für die Tunneldiodenstufen, so daß bei vielen Stufen der Taktimpulsgenerator eine sehr große Leistung aufbringen muß. Das Erzeugen großer Impulsleistungen mit guten Impulsflanken ist jedoch mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Außerdem ist das Drei- und Zweitaktprinzip nicht ohne weiteres auf Ringzähler übertragbar, da die zu zählenden Impulse in den seltensten Fällen in mehrphasiger Form anliegen.
Weiterhin sind Ringzählerschaltungen mit bistabilen Stufen bekannt, die als Flip-Flop-Schaltungen mit Röhren oder Transistoren aufgebaut sind. Ein derartiger Ringzähler arbeitet in der Weise, daß die allen Zählstufen gemeinsam zuführbaren Zählimpulse über eine von einer bistabilen Kippschaltung über ein Verzögerungsglied gesteuerte UND-Schaltung der bistabilen Kippschaltung der nächsten Zählstufe zuführbar sind und daß die Rücksetzung der bistabilen Kipp-Schaltungsanordnung für Zählstufen
eines Ringzählers
Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft, Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Dipl.-Ing. Öle Johan Melhus, Stuttgart-Feuerbach,
ist als Erfinder genannt worden
schaltung jeder Zählstufe vom Ausgangssignal der von ihr gesteuerten UND-Schaltung erfolgt.
Ringzählerschaltungen nach diesem Prinzip konnten jedoch nicht ohne weiteres mit Tunneldioden aufgebaut werden, weil, wie schon vorher erwähnt, sich Ein- und Ausgang von Tunneldioden-Zweipolen nicht trennen lassen. Außerdem ist es erforderlich, daß die bistabile Stufe zwei verschiedene Eingänge besitzt, um sie durch Impulse gleicher Polarität zu markieren und wieder zurückzusetzen.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung für Zählstufen eines Ringzählers vorzuschlagen, die die Nachteile bekannter Ringzähler- und Schieberegisterschaltungen vermeidet und die mit Tunneldioden aufgebaut werden kann.
Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung arbeitet im wesentlichen nach dem Prinzip der zuletzt beschriebenen Ringzählerschaltung und ist dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Kippschaltung und die UND-Schaltung — als monostabile Kippschaltung — mit je einer Tunneldiode aufgebaut sind, daß die bistabile Kippschaltung einerseits zur Ansteuerung der monostabilen Kippschaltung über ein Verzögerungsglied direkt mit dieser verbunden ist und andererseits von dieser beim Umkippen in den instabilen Zustand über ein Phasendrehglied wieder zurücksetzbar ist.
Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen in Verbindung mit den Figuren und der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
An Hand der Fig. 1 bis 5 wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 ein Blockschaltbild für Zählstufen eines be- arbeitenden, über den Widerstand R6 an der positiven
kannten Ringzählers, Spannung + U liegenden Tunneldiode TD2 in den
Fig. 2 erfindungsgemäße Schaltstufen eines Ring- »1 «-Zustand erfolgt.
Zählers, ,unter Verwendung von Tunneldioden und in- Trifft nun von der vorhergehenden Zählstufe über
duktivem Verzögerungsglied, , 5 die Diode D1 ein positiver Impuls auf die bistabile
Fig. 3 eine mönöstabiie Kippschaltung mit einer Tunneldiode TD1, so kippt diese in den »1 «-Zustand,
Tunneldiode, ,wie siS ία der Ausführung gemäß Fig. 4 und die an ihr abfallende Spannung ist groß. Über
verwendet wird, den Widerstand A2, die Induktivität L1 und den
Fig. 4 eine Weilefbildung der in-Fig. 2 gezeigten Widerstand A6, die zusammen als Verzögerungsglied
Ausführung mit induktivem Verzögerungsglied unter io wirken, fließt dann ein nach einer e-Funktion anstei-
Zwischenschaltung einer monOstabilen Kippstufe nach gender Strom, die Zeitkonstante des Anstiegs ist von
Fig. 3 in den Rücksetzkreis, R2, L1 und R5 abhängig. Dadurch wird das Potential
Fig. 5 eine Ausfüllung mit kapazitivem Verzöge- an der monostabilen Tunneldiode TD2 angehoben,
rungsglied unter Verwendung der in Fig. 3 gezeigten jedoch reicht diese Amplitude allein noch nicht zum
monostabilen Kippstufe als UND-Schaltung. 15 Umkippen. Erst wenn sich anschließend der nächste
Die .im Blockschaltbild der Fig, 1. gezeigten An- Zählimpuls dazuaddiert, kippt sie in den »!«-Zuordnungen sind Zählstufen eines Ringzählers, bei stand, sie wirkt also als UND-Schaltung. Beim Umdem sich nur eine Stufe in einem ersten (» 1«) und kippen in den » 1 «-Zustand gibt die Tunneldiode TD2 alle anderen Stufen in einem zweiten Zustand (»0«) einen positiven Impuls ab, der die bistabile Stufe mit befinden. Der jeweilige Zustand wird in einer bi- 20 der Tunneldiode TD1 der nächsten Zählstufe in die stabilen Kippschaltung 11 gespeichert. Diese ist über »1 «-Stellung kippt. Gleichzeitig wird auch durch die ein Verzögerungsglied 12 mit dem ersten Eingang induktive Kopplung zwischen L1 und L2 und eine einer UND-Schaltung 13 verbunden. Phasenumkehr die bistabile Tunneldiode TD1 durch
Liegt über das !Verzögerungsglied eine Markie- einen negativen Impuls wieder in den »0«-Zustand rung (»1«) vor, so gelangt ein auf den zweiten Ein- 25 zurückgesetzt. Es ist also eine Fortschaltung des Zähgang der UND-Schaltung 13 gegebener Zählimpuls lers um eine Stufe erfolgt.
auf den Eingang der, bistabilen Kippschaltung 11' der Die Induktivitäten L1 und L2, wovon L1 neben der
nächsten Zählstufe und kippt diese in den Zu- Übertragung und Phasenumkehr des Rücksetzimpul-
stand »1«. Der Ausgangsimpulse der UND-Schal- ses zur Verzögerung dient, sind auf einen gemeintunglS gelangt gleichzeitig auf einen zweiten Eingang 30· samen Kern gewickelt. Die Zählfrequenz der Schal-
der bistabilen Kippschaltung 11 und setzt diese wie- tung ist im wesentlichen von diesen Induktivitäten
der auf »0« zurück/Durch einen Zählimpuls ist also abhängig, da diese die Zeitkonstante des Verzöge-
die Markierung »1«'um eine Stufe weitergeschaltet rungsgliedes bestimmen. In der Zeit zwischen den
worden. Zählimpulsen muß nämlich der stationäre Zustand
Die bistabile Kippstufe 11 besitzt zwei verschie- 35 jeder Zählstufe wiederhergestellt werden. Diese Indene Eingänge 1 und 0. Durch einen Impuls auf den duktivitäten und damit die Erholungszeit des Zählers ersten Eingang wird die Kippschaltung in die Stel- können jedoch nicht beliebig verkleinert werden, weil lung»l« und durch einen Impuls gleicher Polarität dadurch die magnetische Kipplung zwischen den auf den zweiten Eingang in die Stellung »0« ge- WicklungenL1 und L2 relativ schlecht wird und die kippt. 40 bistabile Schaltung nicht einwandfrei in die »0«-
Ringzählerschaltungen dieser Art sind bisher mit Stellung zurückgesetzt werden kann.
Flip-Flop-Stufen, unter Verwendung von Röhren oder Um höhere Zählfrequenzen zu erreichen, wurde Transistoren als aktive Elemente, aufgebaut worden. deshalb zur Verstärkung des Rücksetzimpulses zu-Mit aktiven Zweipolen, wie sie die Tunneldioden dar- sätzlich eine dritte Tunneldiode TD3 in monostabiler stellen, konnten Ringzähler dieser Art nicht ohne 45 Schaltung eingefügt. Die in Fig. 3 gezeigte monoweiteres aufgebaut werden. Die Fig. 2 zeigt nun die stabile Tunneldiodenschaltung wurde speziell für den erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, die mit Anwendungsfall der Verstärkung des Rücksetzungs-Tunneldioderi als aktiven Elementen aufgebaut ist. signals entworfen. Über die induktive Kopplung zwi-
In Fig. 2 wirkt die im bistabilen Betrieb arbeitende sehen den Wicklungen L2 und L3 gelangt der Rück-Tunneldiode TD1 als Speicher. Diese wird über die 50 setzimpuls an die Tunneldiode TD3. Die positive Widerstände A1 und R3 von einer Spannungs- Elektrode (Punkt 0) ist über den Kondensator C2 quelle + U entsprechend vorgespannt, so daß die nach Masse abgeblockt. Die Einstellung des Arbeits-Tunneldiode zwei stabile Zustände annehmen kann. punktes erfolgt mit den Widerständen R7, R8 und R9. Einer davon liegt =bei hohem Strom und niedrigem R9 hebt das Potential der Tunneldiode, so daß die Spannungsabfall der Tunneldiode und soll mit dem 55 Ruhespannung in Punkte etwas unter der Talspan-Zustand » 0 « bezeichnet werden, während der zweite nung der Tunneldiode TD3 liegt. Wenn nun die Tunstabile Punkt bei niedrigem Strom und hoher, an der neldiode TD3 durch einen Eingangsimpuls kippt, so Tunneldiode abfallender Spannung liegt und mit dem erhält man am Punkt b einen negativen Impuls,
Zustand »1« bezeichnet wird. In der Fig. 4 ist nun eine gegenüber der Fig. 2 ab-
Es sei angenommen, daß sich die Tunnel- 60 gewandelte Zählstufe zu sehen, in die diese in Verdiode TD1 im »0 «-Zustand befinde. Es wird des- bindung mit Fig. 3 beschriebene monostabile Kipphalb über den Widerstand R2 zur zweiten im mono- schaltung mit der Tunneldiode TD3 zusätzlich eingestabilen Betrieb arbeitenden Tunneldiode TD2 nur baut ist. Tritt also an dem Punkt b ein negativer Imein sehr geringer Strom fließen, so daß diese im puls auf, so wird die Diode D2 geöffnet und hierdurch »0 «-Zustand bleibt ; Die Amplitude des über den 65 die bistabile Tunneldiode TD1 sicher zurückgesetzt. Kondensator C1 und iden Widerstand Ri zugeführten Gemäß Fig. 4 werden die Zählimpulse im Unter-Zählimpulses ist so bemessen, daß durch ihn allem schied zur Erhaltung gemäß Fig. 2 der Tunnelnoch keine UmschÄungider im monostabilen Betrieb diode TD2 über den Widerstand Re direkt zugeführt,
während der Verbindungspunkt der Induktivitäten L1, L2 über den Widerstand R1 an der positiven Spannung + U liegt.
Die monostabile Kippschaltung nach Fig. 3 kann auch als eine UND-Schaltung ausgelegt werden. Sie wird in diesem Falle über einen Widerstand R2 an der ersten Elektrode (Punkt ä) von der bistabilen Tunneldiode TD1 angesteuert (s. Fig. 5). Der Widerstand R2 wirkt in Verbindung mit dem Kondensator C, als Verzögerungsglied. Der zweiten Elektrode (Punkt b) werden die Zählimpulse zugeführt, und zwar bei dieser Schaltung mit negativer Polarität. Befindet sich die bistabile Stufe mit der Tunneldiode TD1 im » 0 «-Zustand, so fließt über R2 ein Strom von a nach c und erniedrigt hierdurch die Vorspannung der Tunneldiode TD3. Ein negativer Zählimpuls im Punkt b schaltet" TD3 noch nicht um. Befindet sich die Tunneldiode TD1 jedoch im »1 «-Zustand, so fließt über R2 nur ein geringer Strom zur Tunneldiode TD3, wodurch ihre Vorspannung, die durch die Spannungsteilerwiderstände R1, Rs und R9 bestimmt wird, bestehenbleibt. Ein negativer Zählimpuls im Punkt b kippt die vorbereitete monostabile Tunneldiode TD3 um und erzeugt im Punkt b einen negativen Impuls, der über die Diode D2 die bistabile Tunneldiode TD1 zurücksetzt. Der Ausgangsimpuls wird über den Transformator L3 bis L4 induktiv an die nächste Stufe weitergegeben.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 benötigt nur zwei Tunneldioden als aktive Schaltelemente und stellt deshalb einen geringen Aufwand dar. Sie arbeitet besser als die Schaltungsanordnung nach Fig. 2, weil die Ausgangsleistung der monostabilen Kippschaltung sich besser auf die beiden zu steuernden Verbraucher —die zusetzende nächste Stufe und die rückzusetzende Stufe — verteilt. Zum Rücksetzen einer bistabilen Tunneldiodenstufe in den »0 «-Zustand ist eine wesentlich höhere Leistung erforderlich als zum Setzen einer solchen in den »1 «-Zustand.
Selbstverständlich können alle Tunneldioden und Dioden in umgekehrter Polarität eingesetzt werden, dann muß jedoch die Polarität der Steuerimpulse und der Speisespannung umgekehrt werden.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE: 45
1. Schaltungsanordnung für Zählstufen eines Ringzählers, bei der die allen Zählstufen gemeinsam zuführbaren Zählimpulse über eine von einer bistabilen Kippschaltung über ein Verzögerungsglied gesteuerte UND-Schaltung der bistabilen Kippschaltung der nächsten Zählstufe zuführbar sind und bei der die Rücksetzung der bistabilen Kippschaltung jeder Zählstufe vom Ausgangssignal der von ihr gesteuerten UND-Schaltung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Kippschaltung und die UND-Schaltung — als monostabile Kippschaltung — mit je einer Tunneldiode aufgebaut sind, daß die bistabile Kippschaltung einerseits zur Ansteuerung der monostabilen Kippschaltung über ein Verzögerungsglied direkt mit dieser verbunden ist und andererseits von dieser beim Umkippen in den instabilen Zustand über ein Phasendrehglied wieder zurücksetzbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsglied als LC-Glied (L1-R2-R5 in Fig. 2) aufgebaut ist und daß die Induktivität des Verzögerungsgliedes als Sekundärwicklung eines an die monostabile Kippschaltung angeschlossenen Übertragers (L1-L2 in Fig. 2) zur Phasenumkehr des Rücksetzimpulses ausgenutzt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Übertrager (L1-L2 in Fig. 4) eine weitere Wicklung befindet (L3 in Fig. 4), die eine weitere, mit einer Tunneldiode (TD3 in Fig. 4) aufgebaute, monostabile Kippschaltung ansteuert, die über eine Entkopplungsdiode (D2 in Fig. 4) das Zurücksetzen der bistabilen Kippschaltung unterstützt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Tunneldiode (TD1 in Fig. 5) aufgebaute, bistabile Kippschaltung über ein aus einem i?C-Glied (R2-C2 in Fig. 5) aufgebautes Verzögerungsglied mit der ersten Elektrode (Punkt α in Fig. 5) der Tunneldiode (TD3 in Fig. 5) der monostabilen Kippschaltung verbunden ist, daß die zweite Elektrode (Punkt b in Fig. 5) der Tunneldiode mit der Zählimpulsleitung über eine Entkopplungsdiode (D2 in Fig. 5) mit der bistabilen Kippschaltung (TD1 in Fig. 5) und über einen Transformator (L3-L^ in Fig. 5) mit der bistabilen Kippschaltung der nächsten Zählstufe verbunden ist.
In Betracht gezogene Druckschriften: Millman und Taub, »Pulse and Digital Circuits«, McGraw Hill Book Comp., New York, Toronto, London, 1956, S. 413 bis 416; Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 059 031.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 309 537/352 2.
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