DE1168964B - Schaltungsanordnung zum binaeren Zaehlen oder zum Frequenzteilen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/22

Nummer: 1168 964

Aktenzeichen: J 20006 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 31. Mai 1961

Auslegetag: 30. April 1964

Schaltungsanordnung zum bmären Zählen oder zum Frequenzteilen

Anmelder:

INTERMETALL, Gesellschaft für Metallurgie und Elektronik m. b. H., Freiburg (Breisgau), Hans-Bunte-Str. 19

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Albrecht Gerlach, Freiburg (Breisgau)

Zum Aufbau einer binären Zählschaltung oder eines Frequenzteilers sind Untersetzerstufen nötig, die zwei stabile Schaltzustände besitzen. Als solche bistabilen Untersetzerstufen sind z. B. mit Röhren

oder Transistoren bestückte Flip-Flop-Schaltungen 5 bekannt. Diese Schaltungen weisen gewöhnlich zwei aktive, die beiden stabilen Zustände bestimmende Bauelemente auf.

Es sind bereits Ringzählerschaltungen bekannt, bei

denen die bistabilen Stufen mit nur einem aktiven io bistabilen Element bestückt sind. Bei Ringzählerschaltungen wird die jeweilige Ziffer immer durch

den Schaltzustand der der Zahl entsprechenden

Stufe angezeigt. Man benötigt also eine der Zahl der

Ziffern entsprechende Anzahl von Stufen. Dem- 15 ~
gegenüber wird bei Binärzählern nach dem Binär-

system die jeweilige Ziffer mittels geeigneter Kombi- das vorgeschaltete bistabile Bauelement zündet. Ernationen des Schaltzustandes verschiedener Stufen findungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß das angezeigt. Es müssen dazu gleichzeitig mehrere bi- zwei aufeinanderfolgende Stufen verbindende Koppelstabile Elemente gezündet oder gelöscht werden. Der 20 netzwerk einen ersten vom Verbindungspunkt eines Vorteil der Binärzähler gegenüber Ringzählern be- stufeneigenen Vorwiderstandes mit einem stufensteht darin, daß man für die gleiche Anzahl von Zif- eigenen Arbeitswiderstand der vorhergehenden Stufe fern eine erheblich geringere Anzahl von Stufen be- zum Verbindungspunkt des zwischen eine stufennötigt. Andererseits erfordert das aber eine kompli- eigene gewöhnliche Diode und den stufeneigenen ziertere Ausbildung der Koppelnetzwerke zwischen 25 Arbeitswiderstand geschalteten bistabilen Elements den einzelnen Stufen. Verhältnismäßig einfach lassen mit Stromtor-Charakteristik mit dem Arbeitswidersich Binärzähler aufbauen, bei denen die bistabilen stand der nachfolgenden Stufe verlaufenden eine Stufen symmetrisch sind, d. h. aus zwei aktiven EIe- Diode und einen Kondensator enthaltenden Weg für menten (Transistoren oder Röhren) bestehen. Binär- den Löschimpuls und einen zweiten vom Verbinzähler mit nur einem aktiven Element in den bi- 30 dungspunkt des bistabilen Elements mit Stromtorstabilen Stufen sind bisher noch nicht bekannt- Charakteristik mit dem Arbeitswiderstand der vorhergeworden, da die Ausbildung der Koppelnetzwerke gehenden Stufe zum Verbindungspunkt des bistabilen zwischen den einzelnen Stufen Schwierigkeiten be- Elements mit Stromtor-Charakteristik mit der gereitete. wohnlichen Diode der nachfolgenden Stufe ver-Die Erfindung gibt eine Schaltungsanordnung zum 35 laufenden, eine Diode und einen Kondensator entbinären Zählen oder zum Frequenzteilen an, mit der haltenden Weg für den Zündimpuls aufweist,
es möglich ist, die einzelnen bistabilen Untersetzer- Unter Stromtor-Charakteristik soll verstanden werstufen mit nur einem aktiven bistabilen Element zu den, daß das Element beim Erreichen einer beversehen. Derartige Binärzähler können mit wesent- stimmten Zündspannung in einen leitenden niederlich geringeren Mitteln aufgebaut werden als die bis- 40 ohmigen Zustand umspringt und beim Unterschreiten her bekannten Binärzähler mit zwei aktiven bistabilen eines bestimmten Haltestromes in den hochohmigen Elementen in jeder Stufe. Die Schaltungsanordnung nichtleitenden Zustand zurückkippt. Es ist für die besteht aus einer Kette von zwei stabile Schalt- erfindungsgemäße Schaltung unerheblich, ob das EIezustände aufweisenden Untersetzerstufen, die je ein ment ein Zweipol ist, wie z. B. eine Halbleiter-Vierbistabiles elektrisches Bauelement mit Stromtor- 45 schicht-Diode (Shockley-Diode), oder ob das EIe-Charakteristik aufweisen und durch ein Koppelnetz- ment eine besondere Zündelektrode oder weitere werk verbunden sind, das so ausgelegt ist, daß beim andere Elektroden besitzt.

Übergang des vorgeschalteten bistabilen elektrischen Die weiteren Vorteile und Merkmale der ErSn-Bauelementes vom gezündeten in den gelöschten Zu- dung werden an Hand eines in der Zeichnung darstand das nachfolgende bistabile Bauelement nicht 50 gestellten Ausführungsbeispieles einer binären Zählbeeinflußt wird, das nachfolgende bistabile Bau- schaltung mit Halbleiter-Vierschicht-Dioden näher element seinen Schaltzustand dagegen ändert, wenn erläutert.

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Der Hauptstrom in jeder binären Untersetzerstufe durchfließt die beiden in Reihe geschalteten Arbeitswiderstände R₁ und R₂, eine Vierschicht-Diode S als bistabiles Element und eine in Flußrichtung geschal-

Beim Schließen des Kontaktes sinkt die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände R₁ und R₂ sehr rasch auf etwa "a U ab, wenn R₁ und R₂ ungefähr gleich groß sind. Dieser positive Impuls wird

Elemente durch Buchstaben mit arabischen Ziffern als Index bezeichnet. Wenn nötig, ist die Stufennummer in römischen Ziffern als zweiter Index angefügt.

Die nachfolgende Stufe ist an die vorangehende durch ein Netzwerk angekoppelt, das die beiden Dioden D₁ und D₂, die beiden Widerstände R₃ und R_t und die beiden Kondensatoren C₁ und C₂

tete Diode D₃, die den Zweck hat, einen hohen Last- 5 über die Diode D₁ und den Kondensator C₁ auf den widerstand für den Zündimpuls zu erzeugen. oberen Anschlußpunkt der Vierschichtdiode tiber-

Der Aufbau der vier gezeichneten Stufen I bis IV tragen. Der Punkt wird kurzzeitig positiver als das ist im wesentlichen gleich. Aus Gründen der Über- Nullpotential, der Strom durch die Shockley-Diode sichtlichkeit sind daher in der Zeichnung nur die bricht zusammen, sie wird gelöscht. Gleichzeitig mit Elemente der ersten Untersetzerstufe mit Bezugs- io dem positiven Spannungssprung am Verbindungszeichen versehen. Im Text werden entsprechende punkt zwischen den Widerständen R₁ und .R₂ entsteht am Verbindungspunkt des Widerstandes R₂ mit der Diode D₂ ein positiver Spannungssprung von etwa der Größe U. Dieser Sprung wirkt sich jedoch 15 nicht auf die Kapazität C₂ aus, weil die Diode D₂ vorher um den Betrag der Sprungspannung in Sperrrichtung vorgespannt war.

Durch das Koppelnetzwerk wird ferner sichergestellt, daß beim Löschen der Diode S₁ nicht gleichenthält An die Buchse U wird ein gegenüber der 20 zeitig die nachfolgende Diode S_n und gegebenenfalls Buchse O negatives Speisepotential angeschlossen, weitere Dioden mitgelöscht werden. Der obere Bedas niedriger sein muß als die Zündspannung der lag des Kondensators C₁₁₁ befand sich, bevor die Vierschichtdioden S₁ bis S_IV. Die Eingangsimpulse Diode S₁ gelöscht wurde, nahezu auf Nullpotential, werden der Buchse E zugeführt. Sie müssen so wir- Die Diode D₁ „ war demzufolge in Sperrichtung um ken, als ob die Strecke E-O mit einem mechanischen 25 die Spannung ¹Za U_B vorgespannt, und der am Ver-Schalter geschlossen und wieder geöffnet würde (ge- bindungspunkt zwischen den Widerständen A₁₁₁ und strichelte Linie). R_2n entstehende positive Impuls konnte nicht über

Eine solche Schaltung mit «-Stufen ist in der die Diode und den Koppelkondensator C_{1 n} an die Lage, bis zur Zahl 2" zu zählen, wenn nicht durch Diode S₁₁ weitergegeben werden. Der über den relazusätzliche Koppelglieder bestimmte Abschnitte der 30 tiv großen Widerstand R₃₁₁ laufende positive Impuls Zahlenreihe übersprungen werden. Es soll im vor- ist nicht stark genug, um die nachfolgende Diode zu liegenden Fall eine gezündete Diode der binären löschen.

Ziffer 0 an der betreffenden Stelle entsprechen, eine Wenn der Eingangskontakt wieder geöffnet wird,

gelöschte Diode der binären Ziffer 1. so gehen von dem Verbindungspunkt der Wider-

Es wird von der Annahme ausgegangen, daß zu- 35 stände R₁ und R₂ sowie dem Verbindungspunkt des nächst sämtliche vier Vierschichtdioden gezündet Widerstandes R₂ und der Diode D₂ negative Impulse sind und daß der als Impulsgenerator arbeitende
Kontakt zwischen den Buchsen E und O geschlossen
ist. Wenn dieser Kontakt geöffnet wird, ändert sich

nichts am Schaltzustand der angekoppelten Vier- 4° den R₁ und R₂ ist, reicht der über den Weg R₁, R₂,

schichtdiode S₁ sowie aller übrigen Vierschichtdioden.

Wenn der Kontakt wieder geschlossen wird, wird die Vierschichtdiode S₁ gelöscht. Beim Wiederöffnen des Kontaktes treten keine Zustandsänderungen in den

Dioden auf. Beim nachfolgenden Wiederschließen 45 dann ihren Zustand ändert, wenn die vorgeschaltete wird S₁ gezündet und gleichzeitig S_n gelöscht usw. zündet, und daß außerdem ein Einfluß auf die wei-Die binäre Zählung beruht also darauf, daß beim teren folgenden Stufen nicht ausgeübt wird.

Übergang der vorgeschalteten Diode vom gezündeten Die gezeichnete vierstufige Zählschaltung würde

auf den gelöschten Zustand die nachfolgende Diode bis zur Ziffer 15 zählen und dann auf den Anfangsnicht beeinflußt wird, daß dagegen die nachfolgende 50 zustand 0 zurückspringen. Wenn es erwünscht ist, Diode dann und nur dann ihren Schaltzustand ändert, daß die Schaltung nach zehn Eingangsimpulsen wie-

wenn die vorgeschaltete Diode zündet. der in den Anfangszustand zurückspringt, so muß

Die Wirkungsweise des Koppelnetzwerkes sei am durch zusätzliche Koppelglieder dafür gesorgt wer-

Beispiel der Vierschichtdiode S₁ erklärt. Alle Vor- den, daß sechs Ziffern der binären Reihe übersprungänge würden in der gleichen Weise ablaufen, wenn 55 gen werden. Das ist z. B. dadurch möglich, daß man der als Eingangsgenerator dienende Kontakt zwi- in der gezeichneten Weise vom Arbeitswiderstand sehen den Buchsen E und O durch die Shockley- der letzten Stufe R_{1 IV} über je ein Koppelglied, das

Diode einer vorgeschalteten binären Untersetzerstufe einen Kondensator C₄, einen Widerstand R₆ und

ersetzt würde. eine Diode D₄ enthält, den beim Zünden der letzten

Bei offenem Kontakt ist der obere Belag des 60 Vierschichtdiode S_IV entstehenden positiven Impuls

Kondensators C₁ über die Widerstände R₁, R₂ auf die Stufen II und III zurückführt und diese

und R₃ auf die Speisespannung U aufgeladen wor- löscht. Dann springt die Schaltung beim Eingangs-

den. Am unteren Belag von C₁ liegt eine kleine nega- impuls, der normalerweise von binär 15 auf 0 tive Spannung an, die gleich der Summe aus dem zurückschalten würde, in den Zustand binär 6. Da-Flußspannungsabfall der Diode D₃ und der Vier- 65 mit der Löschimpuls für diese beiden Stufen nicht

schichtdiode S₁ ist. Über den Widerstand R₄ wird der mit dem Zündimpuls zusammenfällt, muß bei einer

linke Belag des Kondensators C₂ auf das gleiche solchen quasi-dekadischen Zählweise die letzte

Potential wie der untere Belag von C₁ aufgeladen. Diode mit einer geringen Verzögerung gezündet

aus. Sowohl die Diode D₁ als auch die Diode D₂ ist für diese Impulse gesperrt. Da, wie bereits erwähnt, der Widerstand R₃ groß gegenüber den Widerstän-

R₃, C₁ laufende negative Impuls nicht aus, um die Diode S zu zünden.

Wie beschrieben, wird durch das Koppelnetzwerk erreicht, daß die nachgeschaltete Shockley-Diode nur

werden. Diese Verzögerung wird bewerkstelligt durch Einfügen des i?C-Gliedes R₅, C₃ vor den Zündkondensator C_{21 v} der letzten Stufe. Auf ähnliche Weise läßt sich eine quasi-dekadische Zählschaltung mit einem Zyklus von 10³ mit Hilfe von zehn Shockley-Dioden aufbauen, wenn dafür gesorgt wird, daß die Schaltung nach der Binärziffer 1111111111 nicht auf 0 zurückschaltet, sondern auf die binäre Ziffer 0000011000. Das entspricht der dekadischen Zi er 24 (2¹⁰ = 1024).

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum binären Zählen oder zum Frequenzteilen mit einer Kette von zwei stabile Schaltzustände aufweisenden Untersetzerstufen, die je ein bistabiles elektrisches Bauelement mit Stromtor-Charakteristik aufweisen und durch ein Koppelnetzwerk verbunden sind, das so ausgelegt ist, daß beim Übergang des vorgeschalteten bistabilen elektrischen Bauelements vom gezündeten in den gelöschten Zustand das nachfolgende bistabile Bauelement nicht beeinflußt wird, das nachfolgende bistabile Bauelement seinen Schaltzustand dagegen ändert, wenn das vorgeschaltete bistabile Bauelement zündet, dadurch gekennzeichnet, daß das zwei aufeinanderfolgende Stufen verbindende Koppelnetzwerk einen ersten vom Verbindungspunkt eines stufeneigenen Vorwiderstandes (R₁) mit einem stufeneigenen Arbeitswiderstand (R₂) der vorhergehenden Stufe zum Verbindungspunkt des zwischen eine stufeneigene gewöhnliche Diode (D₃) und den stufeneigenen Arbeitswiderstand (R₂) geschalteten bistabilen Elements mit Stromtor-Charakteristik mit dem Arbeitswiderstand (R₂) der nachfolgenden Stufe verlaufenden, eine Diode (D₁) und einen Kondensator (C₁) enthaltenden Weg für den Löschimpuls und einen zweiten vom Verbindungspunkt des bistabilen Elements mit Stromtor-Charakteristik mit dem Arbeitswiderstand (R₂) der vorhergehenden Stufe zum Verbindungspunkt des bistabilen Elements mit Stromtor-Charakteristik mit der gewöhnlichen Diode der nachfolgenden Stufe verlaufenden, eine Diode (D₂) und einen Kondensator (C₂) enthaltenden Weg für den Zündimpuls aufweist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe der Zählschaltung als bistabiles Bauelement eine Halbleiter-Vierschicht-Diode enthält.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Impulswege durch zwei Widerstände (R_s und i?₄) gekoppelt sind.

4. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Widerstand (R₃) zwischen dem Verbindungspunkt der Diode (D₁) mit dem Kondensator (C₁) des Löschweges und dem Verbindungspunkt der Vierschichtdiode mit dem Arbeitswiderstand (R₂) der vorhergehenden Untersetzerstufe und der andere Widerstand (i?₄) zwischen dem Verbindungspunkt der Diode (D₂) mit dem Kondensator (C₂) des Zündweges und dem Verbindungspunkt der Vierschichtdiode mit dem Arbeitswiderstand (R₂) der nachfolgenden Stufe liegt.

5. Schaltungsanordung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung der binären Zählschaltung für eine quasidekadische Zählung zusätzlich Koppelwege vorhanden sind, die dafür sorgen, daß gewisse Abschnitte der binären Zahlenreihe übersprungen werden, indem zusätzliche Schaltschritte ausgeführt werden.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Koppelwege zwischen dem Verbindungspunkt der Vierschichtdiode der letzten Stufe und ihrem Arbeitswiderstand (R₂) angeschaltet sind, die einen Koppelkondensator (C₄), eine Koppeldiode (D₄) und einen dieser parallel geschalteten Widerstand (R₆) enthalten, und daß diese Koppelwege zum Verbindungspunkt zwischen der Vierschichtdiode und dem Arbeitswiderstand (R₂) der Stufen, die zusätzlich geschaltet werden müssen, führen.

7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zündweg zwischen der vorletzten und letzten Untersetzerstufe ein Verzögerungsglied aus einem Widerstand (R₅) und einem Kondensator (C₃) eingeschaltet ist, das bei den zusätzlich schaltenden Stufen ein Zusammentreffen von Lösch- und Zündimpuls verhindert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2503 662;
Elektronische Rundschau, 1959, Nr. 2, S. 51 bis 54.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 587/409 4. 64

Bundesdruckerei Berlin