DE1164474B - Bistabiler Multivibrator mit dauernder Speichereigenschaft bei Ausfall der Betriebsspannung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche KL: 21 al-36/18

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

G 34594 VIII a/21 al

28. März 1962

5. März 1964

Die Erfindung bezieht sich auf einen bistabilen Multivibrator mit dauernder Speichereigenschaft bei Ausfall der Betriebsspannung. Ein bistabiler Multivibrator, auch Flip-Flop-Schaltung genannt, ist eine elektrische Schaltung, die durch zwei stabile Arbeitslagen gekennzeichnet ist. Durch einfallende Impulse, die auf den Eingang des bistabilen Multivibrators wirken, kann dieser von der einen in die andere stabile Gleichgewichtslage gekippt werden.

Fig. 1 zeigt einen solchen bekannten bistabilen Multivibrator, wenn man in ihm die Elemente 15, 16, 17, 18 und 23 nicht mitbetrachtet. Zu diesem Zweck muß man sich die Elemente 16, 17, 18 und 23 mit den zugehörigen Verbindungsleitungen fortdenken, während die Drossel 15 durch eine kurzschließende Verbindung zu ersetzen ist. Der so verbleibende bekannte bistabile Multivibrator besteht aus zwei Transistoren 1 und 2. Diese sind mit ihren Emittern Ie und2e an das Nullpotential 11 angeschlossen. Die Kollektoren sind über Arbeitswiderstände 3 und 4 an das negative Potential 13 der Arbeitsspannung angeschlossen. Die Basen beider Transistoren sind über Vorwiderstände 7 und 8 an den positiven Pol 12 der Arbeitsspannung angeschlossen. Ferner werden die den Multivibrator steuernden Eingangsimpulse über die Eingänge E₁ und E₂ und die Widerstände 9 und 10 den Basen der Transistoren zugeführt. Außerdem ist der Kollektor jedes Transistors über einen Widerstand 5 und 6 mit der Basis des anderen Transistors verbunden. Die Ausgangsgröße wird am Ausgang A₁ oder A₂ abgegriffen. An dem einen Ausgang erscheint jeweils der antivalente Werte des anderen Ausganges. Gängige Werte für die Arbeitsspannung sind z. B. +6 V für den positiven Pol 12 und —18 V für den negativen Pol (bezogen auf das Nullpotential 11). Die in F i g. 1 eingetragenen Polaritäten gehen davon aus, daß es sich um PNP-Transistoren handelt. Werden NPN-Transistoren verwendet, dann sind die Polaritäten entgegengesetzt.

Ist beispielsweise der Transistor 1 stromführend, dann liegt sein Kollektor praktisch auf Nullpotential. Vom positiven Pol 12 der Arbeitsspannung fließt dann ein Strom über die Widerstände 8 und 5 nach Null. Dadurch wird das Potential der Basis 2 b des Transistors 2 gegenüber dem Emitter positiv, so daß der Transistor 2 eindeutig gesperrt ist. Erscheint jetzt am Eingang .E₂ ein negativer Impuls, dann wird der Transistor 2 stromdurchlässig gesteuert. Da dadurch der Kollektor 2 c auf das Nullpotential gehoben wird, wird nunmehr die Basis des Transistors 1 auf ein gegenüber dem Emitter positives Potential angehoben und der Transistor 1 dadurch gesperrt. Als Folge Bistabiler Multivibrator mit dauernder
Speichereigenschaft bei Ausfall der
Betriebsspannung

Anmelder:

General Electric Company, New York, N. Y.
(V. St. A.)

Vertreter: .

Dr.-Ing. A. Schmidt, Patentanwalt,

Berlin 33, Hohenzollerndamm 150

Als Erfinder benannt:

George Norman Halpin, Phoenix, Ariz.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 17. April 1961

(Nr. 103 586)

hiervon tritt am Kollektor des Transistors 1 das negative Potential der Abeitsspannung auf und die sich über die Widerstandes und 8 einstellende Spannungsverteilung ist so, daß die Basis des Transistors 2 gegenüber dem Emitter negativ ist. Dadurch bleibt der Transistor 2 auch nach Verschwinden des auf seinen Eingängig wirkenden Impulses stromdurch-

lässig. Die Flip-Flop-Schaltung ist also in ihre andere stabile Arbeitslage gekippt.

Wenn die Arbeitsspannung zwischen den Polen 12 und 13 verschwindet und anschließend wiederkehrt, dann hängt es von einer ganzen Reihe unberechen-

barer Faktoren ab, welcher der beiden Transistoren in den stromführenden und welcher in den sperrenden Zustand gebracht wird. Grundsätzlich ist keiner dem anderen gegenüber bevorzugt, so daß mal der eine mal der andere die stromführende Lage einnehmen wird. Bei vielen Anwendungen der Flip-Flop-Schaltungen ist es gleichgültig, welcher der Transistoren beim Anlegen der Arbeitsspannung die stromführende Arbeitslage einnimmt.. Es gibt jedoch auch Anordnungen, bei denen es wichtig ist, daß bei einem vorübergehenden Ausfall der Arbeitsspannung mit ihrer Wiederkehr die vorher vorhandene Arbeitslage des Flip-Flops wieder eingenommen wird. Dies

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ist vor allem in datenverarbeitenden Anlagen unerläßlich.

Um zu garantieren, daß beim Anlegen der Arbeitsspannung die Flip-Flop-Schaltung stets die gleiche Arbeitslage einnimmt, ist es bereits bekannt, entweder an die Basis des einen Transistors zusätzlich ein i?C~Glied anzuschließen oder in den Arbeitskreis eines Transistors eine Drossel einzufügen. Durch diese Anordnungen wird aber nicht erreicht, daß der

sättigbaren Drossel besteht aus einem Material, das eine Magnetisierungscharakteristik mit starkem rein anentem Fluß starkem Sättigungsknick besitzt.

Fig. 2 zeigt, wie die Charakteristik des Kernmaterials etwa beschaffen sein muß. Zwischen dem dem Kollektor Ic abgewandten Ende der sättigbaren Drossel IS und dem Kollektor des Transistors 2 ist ein Widerstand 16 eingefügt. Außerdem ist die Basis des Transistors 2 über ein i?C-Glied 17, 18 an den vor Ausfall einer Arbeitsspannung vorhandene Zu- io negativen Pol 13 der Arbeitsspannung angeschlossen, stand wiederhergestellt wird, sondern daß unabhän- Die Diode 23 in F i g. 1 wird zunächst nicht mitbegig vom vorher vorhandenen Zustand beim Anlegen trachtet.

der Arbeitsspannung stets die gleiche Arbeitslage ein- Im folgenden soll nun die Wirkungsweise der Ergenommen wird. findung an Hand der F i g. 1 und 2 beschrieben

Es ist jedoch auch eine Anordnung bekannt, bei 15 werden: Es wird davon ausgegangen, daß der Trander der vor Ausfall der Spannung vorhandene Zu- sistor 1 stromführend ist. Da der Kollektor des Transtand beim Wiedererscheinen der Spannung wieder- sistors 1 dann auf einem gegenüber dem Kollektor hergestellt wird. Diese Anordnung arbeitet in der des Transistors 2 positiven Potential liegt, fließt über Weise, daß in die Arbeitskreise beider Transistoren die sättigbare Drossel 15 und den Widerstand 16 ein je eine Wicklung geschaltet ist, die beide auf dem 20 Strom in Richtung des Pfeiles 19. Die Drossel 15 gleichen sättigbaren Eisenkern sitzen. Die Einschal- wird dabei in ihren positiven Sättigungsbereich getung einer Induktivität in den Arbeitskreis des Tran- bracht. Der Kondensator befindet sich im aufgeladesistors eines bistabilen Elements hat jedoch eine nen Zustand. Wenn jetzt die Arbeitsspannung aus-Reihe von Nachteilen. Durch die verzögernde Wir- fällt, dann wird sich einerseits der Kondensator 17 kung der Induktivität wird die Ansprechgeschwindig- 25 entladen und andererseits der die sättigbare Drossel keit herabgesetzt. Außerdem dienen bistabile Multi- durchfließende Strom zu Null werden. Dabei bleibt vibratoren sehr oft zur direkten Betätigung logischer jedoch im Kern der Drossel der durch den Punkt 21 Verknüpfungsschaltungen, und in solchen Fällen in Fig. 2 gekennzeichnete remanente magnetische bilden die Kollektorwiderstände derartiger Multi- Fluß bestehen. Wenn nun nach einer gewissen Zeit vibratoren den Belastungswiderstand oder einen 30 die Arbeitsspannung wiederkehrt, dann wird zunächst niederohmigen Nebenschluß für die logischen Ver- ein kräftiger Stromstoß über den Widerstand 8 und knüpfungsschaltungen. Der Belastungswiderstand das .RC-Glied 17, 18 fließen, durch den der Kondeneiner solchen Schaltung darf aber bei einem Impuls- sator 17 aufgeladen wird. Durch den Spannungsabfall betrieb keine induktive Komponente besitzen. am Widerstand 8 wird das Potential der Basis Ib so

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 35 stark herabgesetzt, daß der Transistor 2 stromdurch-Flip-Flop-Schaltung zu entwickeln, bei der nach lässig wird. Der Transistor 1 wird dadurch in der

üblichen Weise gesperrt. Gleichzeitig wirkt die Arbeitsspannung über die Widerstände 8, 5 und 3 auf die sättigbare Drossel 15. Da diese Spannung einen 40 Strom in Richtung des Pfeiles 20 zu treiben versucht, muß die sättigbare Drossel ummagnetisiert werden, d.h., sie stellt einen hohen induktiven Widerstand dar. Da nun gemäß der Erfindung das ÄC-Glied so bemessen ist, daß die Aufladung des Kondensators anderen Halbleiters eine sättigbare Drossel geschaltet 45 17 schneller abgeschlossen ist, als die Ummagnetisieist, deren Kernmaterial eine hohe magnetische Re- rung der Drossel 15, wird infolge des hohen Drosselwiderstandes nach vollendeter Kondensatoraufladung die Basisspannung des Transistors 2 positiv gegenüber dem Emitter, und der Transistor 2 wird gesperrt. 50 Dadurch wird aber in bekannter Weise der Transistor 1 stromdurchlässig gesteuert, und es wird wieder die Arbeitslage eingenommen, die vor Wegfall der Arbeitsspannung vorhanden war.

Nimmt man nun an, daß vor Wegfall der Arbeitseiner Wicklung versehen zu sein, außerdem kann sie 55 spannung der Transistor 2 stromführend ist, dann gilt wesentlich kleiner bemessen werden. Sie wird nicht folgendes: Über die sättigbare Drossel fließt ein mehr vom Arbeitsstrom der Transistoren durch- Strom in Richtung des Pfeiles 20. Fällt die Arbeitsflossen, sondern von Strömen in der Größenordnung spannung weg, dann wird der Kondensator entladen der Steuerströme. Die Arbeitsströme von Flip-Flop- und die stromlose Drossel ist mit dem remanenten Schaltungen sind besonders dann recht beachtlich, 60 Fluß des Punktes 22 von F i g. 2 verkettet. Wenn nun wenn zugleich durch diese Arbeitsströme Ver- die Arbeitsspannung wiederkehrt, dann wird, wie braucher gespeist oder Schalter (Relais) betätigt bereits vorher geschildert, der Kondensator 17 aufwerden sollen. geladen und der Transistor 2 stromführend. Der in-F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Flip- duktive Widerstand der Drossel 15 ist diesmal sehr Flop-Schaltung nach der Erfindung. Zwischen dem 65 klein, da ein Strom in Richtung des Pfeiles 20 zu Kollektor des Transistors 1 und dem an die Basis fließen beginnt und eine Ummagnetisierung nicht erdes Transistors 2 angeschlossenen Widerstandes 5 ist forderlich ist. Es ist also am Ende der Aufladung des eine sättigbare Drossel 15 eingefügt. Der Kern dieser Kondensators ein induktiver Widerstand praktisch

einem Spanungsausfall die vorherige Arbeitslage wieder eingenommen wird und bei der die Nachteile der bekannten Schaltungen dieser Art vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung eine Schaltung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in die eine Querverbindung zwischen dem Kollektor des einen und der Basis des

manenz aufweist, und daß das dem Kollektor abgewandte Ende der sättigbaren Drossel über einen Widerstand außerdem an den Kollektor des anderen Halbleiters angeschlossen ist.

Neben der Vermeidung der Nachteile, die die Einfügung einer Induktivität in den Arbeitskreis mitsichbringt, weist die Schaltung noch folgende Vorteile auf: die sättigbare Drossel braucht nur mit

nicht vorhanden, so daß die Spannungsverteilung über die Widerstände 8, 5, 3 derart ist, daß die Basis des Transistors 2 auf negativem Potential gegenüber dem Emitter verharrt. In diesem Falle bleibt also der Transistor 2 stromführend, womit wieder der vor der Abschaltung vorhandene Arbeitszustand hergestellt ist.

Auf die in Fig. 1 eingezeichnete Diode23 zwischen dem dem Kollektor des Transistors 1 abgewandten Ende der sättigbaren Drossel 15 und dem Nullpotential kann grundsätzlich verzichtet werden. Durch ihre Verwendung wird erreicht, daß das Potential auf dem dem Kollektor Ic abgewandten Ende der sättigbaren Drossel 15 niemals positiv gegen Null werden kann. Dies kann in solchen Fällen wünsehenswert sein, in denen lediglich die Spannung des negativen Pols 13 der Spannungsquelle ausfällt, das Potential am positiven Pol 12 der Spannungsquelle aber erhalten bleibt.

Claims (3)

20 Patentansprüche:

1. Bistabiler Multivibrator mit dauernder Speichereigenschaft bei Ausfall der Betriebsspannung, der aus zwei steuerbaren Halbleitern (Transistoren) aufgebaut ist, deren Emitter-Kollektor-Strecken über Arbeitswiderstände an eine Arbeitsspannung angeschlossen sind und deren Basen einerseits über Vorwiderstände an den einen Pol der Arbeitsspannung und andererseits über Widerstände an den Kollektor des jeweils anderen Halbleiters angeschlossen sind, und bei den die Basis des einen Halbleiters außerdem über ein i?C-Glied an den anderen Pol der Arbeitsspannung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die eine Querverbindung zwischen dem Kollektor (1 c) des einen und der Basis (2 b) des anderen Halbleiters eine sättigbare Drossel (15) geschaltet ist, deren Kernmaterial eine hohe magnetische Remanenz aufweist, und daß das dem Kollektor (Ic) abgewandte Ende der sättigbaren Drossel (15) über einen Widerstand (16) außerdem an den Kollektor des anderen Halbleiters (2) angeschlossen ist.

2. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-GU&d und die sättigbare Drossel so bemessen sind, daß bei Wiederauftreten der weggefallenen Arbeitsspannung die zur Aufladung des Kondensators erforderliche Zeit kleiner ist als die zur Ummagnetisierung der sättigbaren Drossel erforderliche Zeit.

3. Bistabiler Multivibrator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem dem Kollektor (Ic) abgewandten Ende der sättigbaren Drossel (15) und dem Nullpunkt (11) eine Diode (23) geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 050 376,
695.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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