DE1178112B - Bistabile Kippschaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer: 1178112

Aktenzeichen: G 30213 VIII a/21 al

Anmeldetag: I.August 1960

Auslegetag: 17. September 1964

Die Erfindung betrifft bistabile Kippschaltungen mit zwei Schalttransistoren, die miteinander und mit je einem Transformator gekoppelt sind, dessen Eingangssignale den Kippvorgang steuern.

Gegenwärtig werden bistabile Kippschaltungen in ausgedehntem Umfang in elektronischen Digitalrechnern sowie auch in vielen anderen Arten von elektronischen und elektrischen Geräten benutzt. Jede Kippschaltung weist zwei Ausgänge auf. Die Kippschaltung kann in einen ersten, allgemein als der eine Betriebszustand bezeichneten Zustand versetzt werden, bei dem an einem ersten Ausgang eine verhältnismäßig hohe und an dem zweiten Ausgang eine verhältnismäßig niedrige Spannung erzeugt wird. Die Kippschaltung kann auch in einen zweiten stabilen Zustand umgeschaltet werden, der als der andere Betriebszustand bezeichnet wird, bei dem die verhältnismäßig hohe Spannung am zweiten Ausgang und die verhältnismäßig niedrige Spannung am ersten Ausgang auftritt.

Das Umschalten der Kippschaltung (Flip-Flop) aus dem einen in den anderen stabilen Zustand erfolgt dadurch, daß einem ersten der beiden Eingänge ein Eingangssignal zugeführt wird. Danach verbleibt die Kippschaltung im anderen Betriebszustand, bis sie in den einen Betriebszustand dadurch zurückgeführt wird, daß dem zweiten der beiden Eingänge ein Eingangssignal zugeführt wird.

Bisher ergaben sich gewisse Schwierigkeiten bei dem Versuch, eine bistabile Kippschaltung unter Verwendung von Transistoren aufzubauen. Diese Schwierigkeiten wurden noch größer, wenn die unter Verwendung von Transistoren aufgebauten Kippschaltungen innerhalb eines ausgedehnten Bereichs von Umgebungstemperaturen arbeiten sollten. Eine erste Schwierigkeit war die Neigung der Transistoren, sich bei verhältnismäßig hohen Temperaturen zu sättigen. Dadurch wurden die Arbeitsmerkmale der Transistoren verändert mit der Folge, daß die Empfindlichkeit und Stabilität der mit Transistoren bestückten Kippschaltung Schwankungen zeigte. Eine zweite Schwierigkeit bestand darin, daß die Kippschaltung leicht von Störsignalen umgeschaltet werden konnte.

Es sind zwar Schaltungen bekannt, die diese Schwierigkeit zu vermeiden suchen, doch schützen diese Schaltungen nur gegen Impulse, die gegenüber den Umschaltimpulsen entgegengesetzte Polarität haben, und nicht auch gegen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umschaltimpulsen auftretende Störimpulse, die die gleiche Polarität wie die Umschaltimpulse aufweisen. In der Erfindung ist ein fehler-Bistabile Kippschaltung

Anmelder:

General Precision, Inc., Glendale, Calif.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,

Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:

Robert Clair Spriestersbach, Los Angeles, Calif.,
Robert Edward Bible, Rancho Santa Fe, Calif.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 3. August 1959 (831 277)

haftes Umschalten durch Störimpulse gleich welcher Polarität weitgehend ausgeschlossen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Primärseite des einen Transformators über eine Diode mit einem Anschluß verbunden ist, der über je einen Entkopplungs- und Verstärkertransistor mit dem an den anderen Transformator gekoppelten Schalttransistor Verbindung hat, und daß der Kippvorgang durch an die Primärseite über die Dioden angelegte negative Impulse ausgelöst wird, derart, daß dadurch die erstgenannte Diode leitend und damit der Stromfluß durch die Primärwicklung unterbrochen sowie in der Sekundärwicklung ein Impuls induziert wird, der ausreicht, um den mit dieser Wicklung verbundenen Schalttransistor umzukippen. Die erfindungsgemäß verwendeten Dioden werden

wirksam, wenn der durch die Schalttransistoren fließende Strom einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, und begrenzen diesen Strom auf einen bestimmten Höchstwert. Die erfindungsgemäß bistabile Kippschaltung besitzt den Vorzug, daß die Dioden leitend gemacht werden können, wenn sich die entsprechenden Schalttransistoren dem Sättigungszustand nähern. Hierbei begrenzen die Dioden die an den Kollektorelektroden der Schalttransistoren

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liegende Spannung oberhalb der Sättigungsspannung. Die Verhinderung einer Sättigung der Schalttransistoren bewirkt, daß die erfindungsgemäß aufgebaute bistabile Kippschaltung über einen ausgedehnten Bereich von Betriebstemperaturen hinweg eine erhöhte Empfindlichkeit und Stabilität aufweist. Außerdem besteht bei der erfindungsgemäßen Flip- Flop-Schaltung die Austauschmöglichkeit der Transistoren mit solchen anderer Ausführung, die einen anderen Verstärkungsgrad besitzen.

Es hat sich gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Schaltung ein weiter Bereich von Transistoren der gleichen oder einer anderen Ausführung verwendet werden kann, ohne die Daten der Schaltung in nennenswerter Weise zu verändern. Dieses letztgenannte Merkmal rührt daher, daß die Begrenzungsdioden die Basiselektrodenströme der betreffenden Transistoren derart regulieren, daß jede einen bestimmten Wert übersteigende Verstärkung beseitigt wird, welches Ziel durch die Begrenzungswirkung der Diodenkreise erreicht wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Einschaltung von Transformatoren in die Eingangsumschaltkreise des Flip-Flop-Netzwerkes. In den Umschaltkreis des einen der Flip-Flop-Transistoren ist ein erster Transformator und in den Eingangskreis zum Umschalten des zweiten Flip-Fiop-Transistors ist ein zweiter Transformator eingeschaltet. Die Primärwicklung des ersten Transformators führt Strom, wenn der zugehörige Transistor gesperrt ist, und desgleichen führt die Primärwicklung des zweiten Transformators Strom, wenn der zugehörige Transistor gesperrt ist. Ist ein bestimmter Transistor des Flip-Flops leitend, so wird der durch die Primärwicklung des zugehörigen Transformators fließende Strom auf den Wert Null vermindert. Die umschaltenden Eingangsimpulse dienen zum Unterbrechen des Stromflusses in der Primärwicklung des Transformators, so daß die Umschaltung des Flip-Flops aus dem einen in den anderen Betriebszustand erleichtert wird.

Die Erfindung wird unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben, in der

F i g. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen bistabilen Kippschaltung (Flip-Flop), in dessen Eingangsumschaltkreisen Transistoren eingeschaltet sind, während aus noch zu beschreibenden Gründen Diodenbegrenzungskreise vorgesehen sind, und

Fig. 2 ein Diagramm mit mehreren Kurven zürn Erläutern der Arbeitsweise des Flip-Flop-Kreises nach der Fig. 1 ist.

Der in der Fig. 1 dargestellte Flip-Flop-Kreis weist zwei Transistoren 10 und 12 auf. Diese können aus N-P-N-Transistoren bestehen. Die Emitterelektroden der Transistoren 10 und 12 können mit einem Bezugspotentialpunkt, beispielsweise mit Erde, verbunden werden. An die Kollektorelektrode des Transistors 10 ist ein Widerstand 14 und an die Kollektorelektrode des Transistors 12 ein Widerstand 16 angeschlossen. Der Wert der beiden Widerstände 14 und 16 kann je 15 Kiloohm betragen, wobei beide Widerstände an die -_r 35-Volt-Klemme einer Spannungsquelle angeschlossen sind.

An die Basiselektrode des Transistors 10 ist ein Widerstand 18 und an diesen ein Widerstand 20 angeschlossen. Zu diesen beiden Widerständen ist ein Kondensator 22 parallel geschaltet, wobei der Widerstand 20 mit der Kollektorelektrode des Transistors 12 verbunden ist. Der Wert des Widerstandes 18 kann 3000 0hm, der Wert des Widerstandes 20 15 Kiloohm und der Wert des Kondensators 22 kann 20 pF betragen.
An den Verbindungspunkt der beiden Widerstände 18 und 20 miteinander ist die Anode der Diode 24 angeschlossen, deren Kathode mit der Kollektorelektrode des Transistors 10 verbunden ist. Ebenso sind zwei Widerstände 26 und 28 in Reihe zwischen

ίο die Kollektorelektrode des Transistors 10 und die Basiselektrode des Transistors 12 geschaltet. Der Widerstand 26 kann einen Wert von 15 Kiloohm und der Widerstand 28 einen Wert von 3000 0hm aufweisen.

Zu den Widerständen 26 und 28 ist ein Kondensator 30 von 20 pF parallel geschaltet. An den Verbindungspunkt der beiden Widerstände 26 und 28 miteinander ist die Anode einer Diode 32 angeschlossen, deren Kathode mit der Kollektorelektrode des Transistors 12 verbunden ist. Die Basiselektrode des Transistors 10 besitzt ferner eine Verbindung mit der Sekundärwicklung eines Transformators 34. Das Übersetzungsverhältnis dieses Transformators kann 4 :1 betragen. Die Sekundärwicklung des Transformators wird von einer Diode 36 überbrückt, während an den anderen Anschluß der Sekundärwicklung ein Widerstand 38 angeschlossen ist. Der Widerstand 38 kann einen Wert von 36 Kiloohm aufweisen. Der Widerstand ist an die 20-Volt-Klemme einer geeigneten Spannungsquelle angeschlossen. Der zweite Anschluß der Sekundärwicklung besitzt ferner eine Verbindung zur Kathode einer Diode 40, deren Anode an einen Bczugspotentialpunkt, beispielsweise an Erde, angeschlossen ist.

Der eine Anschluß der Primärwicklung des Transformators 34 ist mit der Kathode der Diode 42 und an den einen Anschluß eines Widerstandes 44 angeschlossen. Der zweite Anschluß des Widerstandes 44 ist mit dem Bezugspoteniiaipunkt verbunden und kann einen Wert von 43 Küoohm aufweisen. Die Anode der Diode 42 ist an die -f 20-Volt-Klemme einer geeigneten Spannungsquelle angeschlossen. Der andere Anschluß der Primärwicklung besitzt eine Verbindung mit der Kathode einer Diode 46. An deren Anode ist ein Widerstand 47 angeschlossen, der seinerseits mit der - 60-Volt-Klemme einer geeigneten Spannungsquelle verbunden ist.

Die Anode der Diode 46 besitzt ferner eine Verbindung mit der Anode einer Diode 48 und mit der Anode einer Diode 50. Die Anode der Diode 46 besitzt ferner eine Verbindung mit einem Eingang, dem das Eingangssignal Ti zugeführt wird. Die Kathode der Diode 50 ist mit einem Eingang verbunden, der seinerseits eine Verbindung mit dem rechten Ausgang 107 des Flip-Flops besitzt.

Ebenso ist die Kathode der Diode 48 mit einem Eingang verbunden, der die Taktimpulse T empfängt. Die Basiselektrode des Transistors 12 besitzt eine Verbindung mit der Sekundärwicklung eines Transformators 52 und mit der Kathode einer Diode 54, die zur Sekundärwicklung des Transformators 52 parallel geschaltet ist.

Die Untersetzung des Transformators 52 kann ebenfalls 4:1 betragen. Der andere Anschluß der Sekundärwicklung des Transformators 52 besitzt eine Verbindung mit einem 36-Kiloohm-Widerstand 56 und mit der Kathode einer Diode 58, deren Anode mit dem Bezugspotentialpunkt verbunden ist. Die

Primärwicklung des ι ransformators 52 besitzt eine Verbindung mit dem Verbindungspunkt zwischen der Diode 42 und dem Widerstand 44, während der andere Anschluß der Primärwicklung an die Kathode einer Diode 60 angeschlossen ist. An die Anode der Diode 60 ist ferner ein Widerstand 61 angeschlossen, der an die + 60-Volt-Klemme einer Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Die Anode der Diode 60 besitzt ferner eine Verbindung mit einem Eingang, der das Eingangssignal α empfängt.

Die Anode der Diode 60 ist ferner mit der Anode einer Diode 62 und mit der Anode einer Diode 64 verbunden. Der Kathode der Diode 62 werden die Taktimpulse T zugeführt, und der linke Ausgang A des Flip-Flops ist mit der Kathode der Diode 64 verbunden.

Die Kollektorelektrode des Transistors 10 ist mit der Basiselektrode des Transistors 70 verbunden. Dieser kann ebenfalls aus einem N-P-N-Transistor bestehen. Die Emitterelektrode des Transistors 70 besitzt eine Verbindung mit einem 1600-Ohm-Widerstand 72 und einem 150-pF-Kondensator 74. Die Kollektorelektrode des Transistors 70 ist an die τ- 23-Volt-Klemme einer geeigneten Gleichspannungsquelle angeschlossen.

Der Widerstand 72 ist mit der Anode einer Diode 76 und mit der Kathode einer Zenerdiode 78 verbunden. An die Kathode der Diode 76 ist die Kollektorelektrode des N-P-N-Transistors 80 mittlerer Leistung angeschlossen.

Die Emitterelektrode des Transistors 80 ist an einen Bezugspotentialpunkt, beispielsweise an Erde, angeschlossen, während die Kollektorelektrode des Transistors mit einem Ausgang 81 und mit einem Belastungswiderstand 82 verbunden ist, der einen Wert von 20 Kiloohm aufweisen kann. Das Signal Ά wird am Ausgang 81 abgegriffen. Die Basiselektrode des Transistors 80 besitzt eine Verbindung mit der Kathode einer Diode 84, einem Widerstand 86 und mit dem Verbindungspunkt zwischen der Anode der Diode 78 und dem Kondensator 74. Der Widerstand 86 kann einen Wert von 43 Kiloohm aufweisen und ist an die — 20-Volt-Klemme einer geeigneten Gleichspannungsquelle angeschlossen.

Die Kollektorelektrode des Transistors 12 ist mit der Basiselektrode eines Transistors 100 verbunden. Die Kollektorelektrode des Transistors 100 ist an die ^J- 23-Volt-Klemme einer geeigneten Gleichspannungsquelle angeschlossen. Der Transistor 100 kann aus einem N-P-N-Transistor bestehen.

An die Emitterelektrode des Transistors 100 ist ein 1600-Ohm-Widerstand 102 angeschlossen. Der Widerstand 102 besitzt eine Verbindung mit der Kathode einer Zenerdiode 104, deren Anode mit der Basiselektrode eines Transistors 106 verbunden ist. Der Widerstand 102 und die Zenerdiode 104 wird von einem Kondensator 108 überbrückt, dessen Wert 150 pF betragen kann.

An den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 102 und der Diode 104 ist die Anode einer Diode 110 angeschlossen. Die Kathode der Diode 110 besitzt eine Verbindung mit der Kollektorelektrode des Transistors 106, einem Ausgang 107 und mit einem Belastungswiderstand 112, dessen Wert Kiloohm betragen kann. Das Signal A wird am Ausgang 107 abgenommen. Die Anode der Diode ist mit einem Widerstand 114 verbunden, dessen Wert 43 Kiloohm betragen kann und der mit dem — 20-Volt-Pol einer geeigneten Gleichspannungsquelle verbunden ist. Der Transistor 106 besteht gleichfalls aus einer Ausführung mittlerer Leistung und kann aus einem N-P-N-Transistor bestehen. Die Basiselektrode des Transistors 106 ist mit der Kathode einer Diode 116 verbunden, deren Anode mit dem Bezugspotentialpunkt, beispielsweise mit Erde, verbunden ist.

Die Transistoren 10 und 12 sind so zusammengeschaltet, daß sie eine Eccles-Jordan-Kippschaltung bilden, die in der F i g. 1 dargestellt ist. Die Transistoren 70 und 100 sind in Emitterfolgestufen eingeschaltet und stellen Trennstufen dar. Die Transistoren 80 und 106 sind in Leistungsverstärkern enthalten. Wie bereits erwähnt, verleihen die Transformator-Umschaltkreise und die begrenzenden Diodenkreise dem Flip-Flop-Netzwerk über einen weiten Bereich von Umgebungstemperaturen hinweg einen hohen Grad von Empfindlichkeit und Stabilität. Dieser Bereich der Umgebungstemperaturen kann sich beispielsweise von —55 bis +125⁰C erstrecken.

Es sei nunmehr angenommen, das Signal A weise ein hohes Potential und der Ausgang ~Ä ein niedriges Potential auf. Bei dieser Bedingung sind die Transistoren 12 und 80 leitend, während die Transistoren 10 und 106 nichtleitend sind. Dies folgt daraus, daß bei leitendem Transistor 12 von der Kollektorelektrode zur geerdeten Emitterelektrode des Transistors durch den Widerstand 16 ein starker Strom fließt, wobei die Spannung an der Kollektorelektrode des Transistors 12 im wesentlichen auf Erdpotential herabgesetzt wird. Das Potential an der Basiselektrode des Transistors 10 ist zu dieser Zeit negativ, da durch die Widerstände 18 und 20, die Sekundärwicklung des Transformators 34 und durch den Widerstand 38 ein Strom zum -20-Volt-Pol fließt. Infolgedessen wird der Transistor 10 nichtleitend gemacht.

Da die Basiselektrode des Transistors 100 mit der Kollektorelektrode des Transistors 12 in Verbindung steht, wird die an der Basis des Transistors 10?) liegende Spannung während der Zeit, in der der Transistor 12 leitend ist, auf einen niedrigen Wert herabgesetzt. Da der Transistor 100 in eine Emitterfolgestufe eingeschaltet ist, wird er leitend. Dabei wird bewirkt, daß ein Strom durch einen Kreis fließt, der den + 23-Volt-Pol, den Kollektor und den Emitter des Transistors 100, den Widerstand 102, die Zenerdiode 104, den Widerstand 114 und den — 20-Volt-Pol umfaßt. Dieser durch den Emitterkreis des Transistors 100 fließende Strom bewirkt, daß das an der Basis des Leistungstransistors 106 liegende Potential negativ wird, so daß der Transistor 106 nichtleitend wird, wie oben festgestellt.

Ist umgekehrt der Transistor 10 nichtleitend, so liegt an der Basis des Transistors 70 ein hohes positives Potential. Der aus diesem Grunde im Emitterkreis des Transistors 70, der den + 23-Volt-Pol, den Transistor, den Widerstand 72, die Zenerdiode 78, den Widerstand 86 und den —20-Volt-Pol umfaßt, fließende Strom bewirkt, daß die Basiselektrode des Leistungstransistors 80 positiv wird, so daß dieser leitend wird, wie bereits bemerkt.

Ist der Transistor 12 leitend und der Transistor 10 nichtleitend, so liegt am Ausgang A an der Kollektorelektrode des Transistors 106 ein hohes Potential, da dieser Transistor nichtleitend ist. Zugleich weist der Ausgang ~A an der Kollektorelektrode des Transistors

80 ein niedriges Potential auf, da der Transistor 80 leitend ist.

Ist der Transistor 10 nichtleitend, so liegt an dessen Basiselektrode ein negatives Potential von beispielsweise — 7VoIt. In demselben Zeitpunkt ist der Transistor 12 leitend, und an dessen Basiselektrode liegt ein positives Potential von beispielsweise + 7VoIt. Während des Intervalls, in dem der Transistor 10 nichtleitend ist, fließt nun ein Strom durch

Vorspannung an der Basiselektrode des Transistors 106 bewirkt, daß dieser leitend wird, so daß das Potential am Ausgang A niedrig wird.

Ist umgekehrt der Transistor 10 leitend, so liegt 5 an der Basis- und der Emitterelektrode des Transistors 70 in der Emitterfolgestufe 70 ein niedriges Potential, so daß die Vorspannung an der Basiselektrode des Transistors 80 negativ ist. Der Transistor 80 wird deshalb nichtleitend gemacht, und am die Primärwicklung des Transformators 34. Dieser io Ausgang Ä liegt ein hohes Potential. Strom fließt vom + 60-Volt-Pol aus durch die Diode Befindet sich das Flip-Flop in einem Betriebs-

46 und den Widerstand 44 zur Erde, wobei das zustand, in dem der Transistor 10 nichtleitend und Potential am oberen Ende des Widerstandes 44 von der Transistor 12 leitend ist, wie oben beschrieben, der Diode 42 auf einem Wert von + 20 Volt fest- so fließt daher in der Primärwicklung des Transforgehalten wird. Während dieser Zeit ist der Wert 15 mators 34 ein Strom, jedoch nicht in der Primärvon A hoch, so daß die Diode 50 nichtleitend ist. wicklung des Transformators 52. Das Auftreten

Sobald das Flip-Flop in denjenigen Betriebszustand eines Taktimpulses T kann nunmehr den Strom in geschaltet wird, in dem der Transistor 10 nichtleitend der Primärwicklung des Transformators auf den und der Transistor 12 leitend ist, beginnt daher in Wert Null herabsetzen, um das Flip-Flop umzuder Primärwicklung des Transformators 34 ein Strom 20 schalten. Der Wert von A wird nunmehr niedrig, so zu fließen. In der Primärwicklung des Transfor- daß die Diode 50 leitend wird und den Primärstrom mators 52 fließt jedoch kein Strom, da der Wert des Transformators 34 auf dem Wert Null hält, von H niedrig ist. Dabei wird die Diode 64 leitend, nachdem der umschaltende Taktimpuls endet. Wäh- und es fließt ein Strom vom +60-Volt-Pol durch rend dieser Zeit beginnt in der Primärwicklung des diese Diode mit der Folge, daß die Diode 60 eine 25 Transformators 52, wie beschrieben, ein Strom zu Vorspannung in Sperrichtung erhält, so daß durch fließen.

diese kein Strom zur Primärwicklung des Transfor- Wird das Flip-Flop aus dem einen in den anderen

mators 52 fließt. Betriebszustand umgeschaltet, so wird daher der

Wie aus der Kurve T in der F i g. 2 zu ersehen ist, Strom in der Primärwicklung eines der Transformawerden negative Taktimpulse angelegt. Zwischen den 30 toren 34 und 52 auf den Wert Null herabgesetzt, Taktimpulsen wird den Kathoden der Diode 48 und während in der Primärwicklung des anderen Trans-62 eine positive Spannung zugeführt, die ausreicht, formators ein Strom zu fließen beginnt. Die indukiim diese Dioden nichtleitend zu halten. tiven Werte der Transformatoren sind so bemessen,

Nachdem in der Primärwicklung des Transfor- daß nur nach einem Zeitintervall, das im wesentmators 34 ein Strom zu fließen begonnen hat, dient 35 liehen gleich oder etwas kurzer ist als das Intervall nunmehr das Auftreten des ersten sich in den nega- zwischen aufeinanderfolgenden Taktimpulsen T, in tiven Bereich hineinbewegenden Taktimpulses dazu, einer bestimmten der beiden Primärwicklungen ein einen Umgehungspfad für den vom +60-Volt-Pol genügend starker Strom zu fließen beginnt, so daß aus durch die Diode 48 fließenden Strom zu schaffen. das Flip-Flop aus dem einen in den anderen stabilen Dabei bricht der Primärstrom im Transformator 34 40 Betriebszustand umgeschaltet werden kann. Dadurch auf den Wert Null zusammen. Dieser besondere wird verhindert, daß die Arbeit des Flip-Flops von Taktimpuls hat keine Wirkung auf den Primärstrom
im Transformator 52, da der durch diese Wicklung
fließende Strom bereits den Wert Null aufweist.

Das Zusammenbrechen des durch die Primärwick- 45
lung des Transformators 34 fließenden Stromes bewirkt, daß in der Sekundärwicklung eine positive
Spannung induziert wird, wobei die Wicklungen des
Transformators 34 zum Erzielen dieser Wirkung
entsprechend gepolt sind (wie durch Punkte an den 50 dargestellte Form. Aus einer Betrachtung der in der Wicklungen angedeutet). Diese positive Spannung F i g. 2 dargestellten Kurven ist zu ersehen, daß am wird der Basiselektrode des Transistors 10 zugeführt. Ausgang A ein hohes Potential liegt, wenn am Aus-Durch den Eccles-Jordan-Effekt wird das Flip-Flop gang Ά ein niedriges Potential liegt, und umgekehrt, so umgeschaltet, daß der Transistor 12 nichtleitend Das Flip-Flop kann erst dann aus dem einen

und der Transistor 10 leitend wird. Die Bedingungen 55 stabilen Betriebszustand in den anderen umgeschaltet für die Primärströme in den Transformatoren 34 und werden, wenn in der einen oder der anderen Primär-52 sind nunmehr umgekehrt, so daß der nächste wicklung der Transformatoren 34 und 52 ein ge-Taktimpuls das Flip-Flop in den ursprünglichen Be- nügend starker Strom zu fließen begonnen hat. Dies triebszustand zurückführen kann, ist die Folge der induktiven Reaktanz im Transfor-

Wird der Transistor 10 leitend und der Transistor 60 mator, die ein Anwachsen des Stroms im Transfor-12 nichtleitend, so wird das Potential am Ausgang A mator verhindert. Wie bereits erwähnt, wird dadurch niedrig (vgl. Fig. 2). Dies ist die Folge des Um- der Schaltung Stabilität und Unbeeinflußbarkeit Standes, daß der Sperrzustand des Transistors 12 be- durch Störsignale verliehen. Wie bemerkt, wird die wirkt, daß das Potential an der Basis und am Emitter Schaltung vorzugsweise so aufgebaut, daß die Umdes Transistors 100 in der Emitterfolgestufe auf 65 schaltung nur nach Ablauf eines Intervalls erfolgen einen hohen Wert ansteigt, so daß an der Basis- kann, das im wesentlichen dem Intervall zwischen elektrode des Transistors 106 mittlerer Leistung eine aufeinanderfolgenden Taktimpulsen entspricht. Bei positive Vorspannung angelegt wird. Diese positive einer aufgebauten Ausführungsform der Erfindung

Störsignalen beeinflußt wird, die unter Umständen zu einer fehlerhaften Umschaltung des Flip-Flops führen können.

Die in der F i g. 2 dargestellten aufeinanderfolgenden Taktimpulse T schalten deshalb das Flip-Flop aus dem einen in den anderen stabilen Betriebszustand um. Dabei erhalten die an den Ausgängen A und Ά auftretenden Spannungen die in der F i g. 2

wurde beispielsweise zum Umschalten eine Leistung von weniger als 5 Milliwatt benötigt. Störsignale mit Spannungswerten bis zu 10 Volt konnten jedoch keine Umschaltung des Flip-Flops bewirken.

Wie ebenfalls bereits bemerkt, weisen die Transformatorumschaltkreise noch den Vorzug auf, daß sie eine Verzögerungsmöglichkeit zwischen dem Auftreten eines Schaltimpulses und dem tatsächlichen Umschalten des Flip-Flops bieten. Diese Verzögerung rührt aus der induktiven Wirkung der Transformatoren 34 und 52 her. Durch diese Verzögerung wird eine fehlerhafte unbeabsichtigte Umschaltung verhindert, die bei vielen Arten älterer Flip-Flops anzutreffen war. Hierbei wird ein Flip-Flop bei der Zuführung eines jeden Eingangssignals mehr als einmal umgeschaltet.

Die Dioden 24 und 32 dienen beide einem doppelten Zweck. Diese Dioden gleichen schwankende Verstärkungen der sich gegenseitig beeinflussenden Transistoren 10 und 12 aus und verhindern ferner, daß die zugehörigen Transistoren in das Sättigungsgebiet treten.

Wird beispielsweise der Transistor 10 leitend gemacht, so beginnt in diesem Transistor ein Basisstrom zu fließen und die Kollektorelektrode beginnt Strom durch den Widerstand 14 aus dem 35-Volt-PoI der Gleichstromquelle zu ziehen. Dabei sinkt die Kollektorspannung ab. Sinkt die Kollektorspannung unter den Schwellenwert ab, der von der Spannungsteilerwirkung der Widerstände 20 und 18 bestimmt wird, so beginnt die Diode 24 zu leiten. Dadurch wird ein Teil des Stromes, der normalerweise in die Basis des Transistors fließen würde, veranlaßt, durch die Diode 24 zu fließen. Übersteigt die Verstärkung des Transistors 10 einen vorbestimmten Mindestwert, so wird deshalb der Basisstrom im Transistor durch die nunmehr leitende Diode 24 geschwächt. Trotz der Schwankungen oder Veränderungen der Verstärkung des Transistors selbst weist deshalb der Kreis des Transistors 10 im wesentlichen konstante Verstärkungsmerkmale auf. In derselben Weise reguliert die Diode 32 die Verstärkung des Kreises des Transistors 12.

Die Parameter der im vorstehenden Absatz beschriebenen Kreise sind so gewählt, daß jeder Transistor innerhalb eines in Betracht kommenden Verstärkungsbereichs liegt und daß weder der Transistor 10 noch der Transistor 12 in den Sättigungsbezirk gelangt. Die Kreiskonstanten sind so gewählt, daß, wenn einer der Transistoren 10 oder 12 sich der Sättigung nähert, dessen Basisstrom durch das sich ergebende Leiten der Diode 24 oder 32 geschwächt wird. Infolgedessen wird der Kollektorstrom der Transistoren im zulässigen Bereich von Verstärkungen gehalten, der unterhalb der Werte liegt, die Sättigungseffekte bewirken würden.

Die oben beschriebenen Diodenbegrenzungskreise, die eine Sättigung der Transistoren 10 und 12 verhindern, bewirken, daß die erfindungsgemäße bistabile Transistoren-Kippschaltung innerhalb eines weiten Bereichs von Betriebstemperaturen eine erhöhte Stabilität erhält. Die Diodenbegrenzungsschaltung gestattet außerdem im Flip-Flop austauschbare Transistoren zu verwenden, selbst wenn diese unter schiedliche Verstärkungsmerkmale aufweisen und aus verschiedenen Ausführungen bestehen.

Wie bereits bemerkt, hat es sich gezeigt, daß in dem erfindungsgemäßen Flip-Flop ein weiter Bereich von Transistoren der gleichen und verschiedenen Ausführung verwendet werden kann, ohne die Merkmale der Flip-Flop-Schaltung in nennenswertem Ausmaß zu verändern. Hierfür ist lediglich erforderlieh, das Flip-Flop für die niedrigste in Betracht kommende Transistorverstärkung zu bemessen, wobei die Diodenbegrenzungskreise selbsttätig eine Kompensation für die Transistoren mit größerer Verstärkung bewirken.

ίο Die Dioden 76 und 110 dienen demselben Zweck wie die Dioden 24 und 32 jedoch in bezug auf die Transistoren 80 und 106 mittlerer Leistung. Die Zenerdioden 78 und 104 sind als Ersatz für Widerstände, beispielsweise die Widerstände 18 und 28, eingeschaltet. Die Zenerdioden erzeugen eine konstante Begrenzungsspannung von beispielsweise 12VoIt ungeachtet der Schwankungen bei der Belastung der Leistungstransistoren, und zwar durch Ausnutzung von Mitteln, die bei der bistabilen Kippschaltung verwendet werden. Diese letztgenannten Dioden verhindern eine Sättigung der Transistoren 80 und 116 mittlerer Leistung innerhalb eines weiten Bereichs von Betriebstemperaturen und bei stark schwankender Belastung.

Die Dioden 84 und 116 haben eine kürzere Ansprechzeit als die zugeordneten Transistoren 80 und 106. Diese letztgenannten Dioden beschleunigen das Ansprechen der Kraftverstärker, wenn diese in den Zustand der Nichtleitfähigkeit versetzt werden, und zwar deswegen, weil die Dioden 84 und 116 bewirken, daß die Basiselektroden der zugeordneten Transistoren 80 und 106 rasch negativ werden, wenn die an die Eingangskreise der Transistoren angelegte Spannung unter das Erd- oder Bezugspotential absinkt.

Ferner wird durch die Verwendung der Kondensatoren 22, 30, 74 und 108 eine kürzere Ansprechzeit bei der Umschaltung des Flip-Flop-Netzwerkes aus dem einen in den anderen Betriebszustand erhalten. Diese Kondensatoren bewirken eine raschere Ansprache durch deren Lade- und Entladewirkung, wenn das Flip-Flop aus dem einen in den anderen Betriebszustand umgeschaltet wird.

Die Kurven A und Ά in der F i g. 2 zeigen, in welcher Weise die Dioden 24 und 32 die Teile niedrigen Potentials jeder dieser Kurven auf einen Wert begrenzen, der oberhalb eines vorherbestimmten Mindestwertes liegt. Die in den Kurven dargestellten kurzen, sich in den negativen Bereich hinein erstreckenden Impulse, die auf jeden Übergang von einem hohen zu einem niedrigen Wert folgen, sind die Folge der leichten Nacheilung bei der Ansprache der Diodenbegrenzungskreise.

Die Dioden 36 und 40 verhindern die Bildung negativer vorübergehender Spitzen, die den Transistor 10 beschädigen können. Die Dioden 54 und 48 dienen demselben Zweck in bezug auf den Transistor 12. Wird beispielsweise der Transistor 10 zuerst nichtleitend gemacht, so neigt dessen Basiselektrode dazu, vorübergehend negativ zu werden. Die Sekundärwicklung des Transformators 34 setzt dieser rasch ansteigenden negativen Spannung eine hohe Impedanz entgegen. Die Dioden 36 und 40 stellen jedoch für die vorübergehende Spannung einen Niederimpedanzpfad zu Erde dar und begrenzen die Spannung auf einen Wert, der der vereinigten Impedanz der beiden Dioden entspricht. Auf diese Weise wird die vorübergehende Spannung bei-

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spielsweise auf — 1,2VoIt begrenzt. Die Dioden 36 und 40 dienen deshalb zum Schutz des Transistors 10 während solcher Übergangsbedingungen.

Andererseits bestimmt die Diode 40, wie weit negativ die Basiselektrode des Transistors 10 bei dauerndem Gleichstrom werden kann, wenn der Transistor 10 nichtleitend ist. Während dieses Zustandes setzt die Sekundärwicklung des Transformators 34 dem Gleichstrom eine vernachlässigbar kleine Impedanz entgegen. Die Diode 40 begrenzt nunmehr die an der Basiselektrode liegende Spannung auf beispielsweise — 0,6 Volt.

Die Diode 40 dient ferner als kompensierendes Mittel für Leckströme im Transistor 10, wobei die Diode 58 für den Transistor 12 die gleiche Funktion ausübt. Ist beispielsweise der Transistor 10 nichtleitend und sollte von dessen Kollektorelektrode zur Basiselektrode ein Leckstrom fließen, so würde dieser Strom normalerweise die Basisspannung beeinflussen mit der Folge, daß die Stabilität des Flip-Flop-Kreises leidet. Sollte jedoch in der Schaltung nach der Fig. 1 ein solcher Leckstrom fließen, so würde der durch die Diode 40 fließende Strom entsprechend schwächer werden, so daß der durch den Widerstand 38 fließende Strom konstant bleibt, weshalb auch die an der Basiselektrode liegende Spannung konstant bleibt.

Wie aus dem Vorstehenden zu ersehen ist, wurde durch die Erfindung ein verbessertes Transistor-Flip-Flop-Netzwerk geschaffen, das in hohem Grade unempfindlich gegen Störspannungen ist, da in die Eingangsumschaltkreise Reaktanzkreise in Form von Transformatoren eingeschaltet sind. Die Transformatoren arbeiten in der beschriebenen Weise, um diesen Zweck zu erreichen. Die erfindungsgemäße verbesserte Kippschaltung enthält ferner die beschriebenen Diodenbegrenzungskreise, die der Schaltung innerhalb eines weiten Bereichs von Betriebstemperaturen Stabilität und Empfindlichkeit verleihen. Diese Diodenbegrenzungskreise ermöglichen ferner, daß beim erfindungsgemäßen Flip-Flop Transistoren verschiedener Ausführungen verwendet werden können, ohne dessen Umschalt- oder Ausgangsmerkmale nennenswert zu verändern.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Bistabile Kippschaltung mit zwei Schalttransistoren, die miteinander und mit je einem Transformator gekoppelt sind, dessen Eingangssignale den Kippvorgang steuern, dadurchgekennzeichnet, daß die Primärseite des einen Transformators (34 bzw. 52) über eine Diode (50 bzw. 64) mit einem Anschluß (107 bzw. 81) verbunden ist, der über je einen Entkopplungs- (70 bzw. 100) und Verstärkertransistor (80 bzw. 106) mit dem an den anderen Transformator (52 bzw. 34) gekoppelten Schalttransistor (12 bzw. 10) Verbindung hat, und daß der Kippvorgang durch an die Primärseite über die Dioden (48 bzw. 62) angelegte negative Impulse (T) ausgelöst wird, derart, daß dadurch die erstgenannte Diode (50 bzw. 64) leitend und damit der Stromfluß durch die Primärwicklung unterbrochen sowie in der Sekundärwicklung ein Impuls induziert wird, der ausreicht, um den mit dieser Wicklung verbundenen Schalttransistor (10 bzw. 12) umzukippen.

2. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende jeder Primärwicklung (34, 52) durch einen Widerstand (44) mit Erde und durch eine Diode (42) mit einer positiven Spannungsquelle verbunden ist.

3. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sekundärwicklung von einer Diode (36, 54) überbrückt wird, die durch eine Diode (40,58) mit Erde und durch einen Widerstand (38, 56) mit einer negativen Spannungsquelle verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 028 617.
1054180, 1056181, 1058 553, 1060435;
USA.-Patentschrift Nr. 2 778 978.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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