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Multistabile Zählschaltung mit Tunneldioden Zusatz zur Anmeldung:
J 22191 VIII a / 21 a1 -Auslegeschrift 1173 526 Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung
einer multistabilen Zählschaltung mit je einer bistabilen Tunneldiodenstufe pro
möglicher Zählerstellung, bei der die einzelnen Stufen über je einen Transistor
in Emitterschaltung und Koppelkondensatoren miteinander verbunden sind.
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In der Schaltung nach der Hauptpatentanmeldung sind die Emitter der
zwischen den bistabilen Tunneldiodenstufen geschalteten Transistoren direkt mit
der einen Elektrode der Tunneldiode verbunden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß
die Transistoren. im durchgeschalteten Zustand übersättigt werden, was zur Folge
hat, daß die maximale Arbeitsgeschwindigkeit der Zählschaltung herabgesetzt wird.
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Gemäß der Weiterbildung wird nun vorgeschlagen, die Emitter aller
Transistoren von einer konstanten Stromquelle zu speisen. Durch diese erfindungsgemäße
Maßnahme kann die Arbeitsgeschwindigkeit der Zählschaltung ohne wesentlichen Aufwand
erheblich erhöht werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Emitter
aller Transistoren über einen allen gemeinsamen Vorwiderstand mit einer Vorspannungsquelle
verbunden, wobei die Vorspannungsquelle in Durchlaßrichtung der Emitter gepolt ist.
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Der Erfindungsgegenstand wird an Hand der F i g. 1 bis 3 beispielsweise
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 das Schaltbild der erfindungsgemäßen Zählschaltung,
F i g. 2 die Kennlinie der einzelnen Stufen der Zählschaltung, F i g. 3 die Impulsformen
an verschiedenen Punkten der Zählschaltung.
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Die F i g. 1 zeigt drei aufeinanderfolgende Stufen des Ringzählers.
Die erste Stufe enthält eine Tunneldiode E 1 und einen Serienwiderstand R l. Diese
Stufe ist mit der nächsten Stufe, die aus der Tunneldiode E2 besteht, durch einen
Kopplungskreis mit dem Transistor T 1, dem Widerstand R 11 und dem Kondensator C
1 gekoppelt. Beide Stufen sind mit der Schiebeimpulsquelle parallel gekoppelt. Dies
gilt ebenfalls für die dritte in der F i g. 1 gezeigte Stufe. Wie aus der folgenden
Beschreibung deutlich wird, müssen die Schiebeimpulse - um eine Stufe von der einen
in die andere Stellung schalten zu können -eine bestimmte Amplitude und Polarität
besitzen.
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In der F i g. 2 ist die Strom-Spannungs-Charakteristik einer Tunneldiode
durch die Kurve 1E gezeigt. Die horizontale Achse zeigt den Spannungsabfall an der
Tunneldiode an. Die Linie f zeigt den in das Serienglied zwischen Masse und der
Schiebeimpulsleitung eingeprägten Strom an. Die senkrechte Distanz zwischen der
Linie f und der Kurve d entspricht dem Strom, der von dem Serienkreis in
die Basiselektrode des Transistors fließt, wenn der Emitter des Transistors mit
Masse verbunden ist, d. h., wenn die Basis-Emitter-Strecke dieselbe Spannung besitzt
wie die Tuneldiode. In der Praxis bewirkt eine geringe Abweichung von einer solchen
Spannungsgleichheit, daß sich die Kurve d um einen geringen Betrag horizontal verschiebt.
Die Linie f entspricht also dem Zustand, in dem die Basis-Emitter-Strecke nichtleitend
ist bzw. einen Eingangswiderstand besitzt, der hoch im Vergleich mit dem Serienwiderstand
ist. Aus der F i g. 2 ist zu sehen, daß diese Ströme nur solche Werte einnehmen
können, wie sie durch die drei Schnittpunkte zwischen den beiden Kurven 1E und d
gegeben sind, da der Strom durch den Widerstand R 1 der Summe der Ströme durch die
Tunneldiode E 1 und der Basis des Transistors T 1 entspricht. Von diesen drei Schnittpunkten
ist der mittlere unstabil. Jede Stufe der Ringzählerschaltung ist also in der Lage,
entweder die eine oder die andere der beiden stabilen Stellungen einzunehmen, wobei
an der Tunneldiode einmal die Spitzenspannung V" und im anderen Falle die Talspannung
V" abfällt.
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Die erste dieser beiden Stellungen soll als »0«-Stellung und die letztere
als »l«-Stellung bezeichnet werden. Die einzelnen Stufen des Ringzählers werden
in
ihren entsprechenden Stellungen durch ein negatives Potential V, der Schiebeleitung
gehalten, und ein Schiebeimpuls besteht aus der kurzzeitigen Unterbrechung dieses
Potentials. Im »0«-Zustand, d. h. bei kleinem Spannungsabfall an der Tunneldiode,
ist der folgende Transistor gesperrt durch die der Basis zugeführte Spannung. Im
»1«-Zustand, d. h. bei großem Spannungsabfall an der Tunneldiode, führt der folgende
Transistor Kollektorstrom. Während jedes Zeitraumes kann sich nur eine der Tunneldioden
der Ringzählerschaltung im »,1«-Zustand befinden, und der Emitterstrom des folgenden
Transistors wird weitgehend durch den Wert des Widerstandes R und die Spannung +
VEr bestimmt. Die Spannung an den Emitterelektroden der nichtleitenden Transistoren
hängt also von der Differenz zwischen der Spannung über der im »1«-Zustand befindlichen
Tunneldiode und der Spannung über der Basis-Emitter-Strecke des leitenden Transistors
ab, wobei diese Spannungen gegenüber der Spannung + V einen niedrigen Wert besitzen.
Durch entsprechende Wahl der Kollektorwiderstände R 11, R 22 und R 33 kann eine
übersättigung der Transistoren und damit eine zusätzliche Schaltverzögerung vermieden
werden, wodurch sich die maximale Zählgeschwindigkeit der Schaltung gegenüber der
bereits vorgeschlagenen Schaltung der Hauptpatentanmeldung wesentlich erhöht.
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Die Arbeitsweise der Schaltung wird nun an Hand der Impulsformen der
F i g. 3 näher erläutert. Die Spannungsform a zeigt den Schiebeimpuls, die Spannungsform
b den Spannungsverlauf am Kollektor eines Transistors und die Spannungsform c die
Spannung an der folgenden Tunneldiode. Angenommen, die erste Stufe E1, R1 befindet
sich im »1«-Zustand und der Transistor T 1 ist deshalb leitend. Beim Anlegen eines
Schiebeimpulses schaltet diese Stufe in den »0«-Zustand, und der Transistor T1 wird
nach einer geringen Schaltverzögerung t gesperrt durch den positiven Spannungsstrom
an der Basis gegenüber dem Emitter. Dieses hat zur Wirkung, daß alle Emitter positiver
werden und dämit die Transistoren T 2 und T 3 so vorgespannt. sind,
däß sie eher leitend werden als der Transistor T l. Gleichzeitig taucht ein negativer
Spannungssprung am Kollektor des Transistors T 1 auf, wie in der F i g. 3 b gezeigt
ist, und ein Impuls gelangt über den Koppelkondensator C 1 an die Tunneldiode E2
der nächstfolgenden Stufe. Diese Stufe schaltet von ihren »0«-Zustand in den »1«-Zustand
und besitzt einen Spannungsabfall, wie in der F i g. 3 c gezeigt ist. Hierdurch
wird erreicht, daß der leitende Zustand sehr schnell vom Transistor T 1 zum
Transistor T 2 überwechselt.
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Es ist notwendig, die Wahl der Zeitkonstanten der kapazitiven Kopplungen
so zu wählen, daß Störungen zwischen den Schiebeimpulsen und den übertragsimpulsen
vermieden werden.