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Aus gesonderten Baueinheiten aufgebaute Schaltungsanordnung für logische
Schaltungen Die Erfindung betrifft eine aus gesonderten Baueinheiten aufgebaute
Schaltungsanordnung für logische Schaltungen, welche Schaltelemente und impulsverarbeitende
Transistoren enthält. Mit Baueinheit wird dabei gemeint, die Zusammenschaltung und
Anordnung einiger Schaltelemente innerhalb einer gemeinsamen, gegen äußere Einflüsse
geschützten Hülle zur Erzielung einer gewissen Funktion in der aufzubauenden Schaltung.
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Für logische Schaltungen, wie sie z. B. in Rechenmaschinen, in der
Automatisierung und in der Fernsprechvermittlungstechnik Anwendung finden, sind
Baueinheiten erwünscht, die unter anderem je für sich die nachfolgenden Funktionen
erfüllen können: a) Kippschaltung (meistens bistabile Kippschaltung, aber auch monostabile
und astabile Kippschaltung können zur Anwendung kommen), b) »Und«-Torschaltung,
c) »Oder«-Torschaltung, d) Verstärker. Durch Kaskadenanordnung der Einheiten können
nach Belieben Schaltungen für die genannten Zwecke aufgebaut werden, die die verschiedensten
Funktionen erfüllen können. Eine beliebige Anzahl von Baueinheiten kann handelsmäßig
zur Verfügung gestellt werden, und die gewünschte Zusammenschaltung wird dem Kunden
überlassen. Für den Kunden bietet dies den wesentlichen Vorteil -eines einfacheren
Aufbaues komplizierter Schaltungen durch Herstellung einfacher Verbindungen, z.
B. Lötverbindungen, zwischeu den Baueinheiten untereinander, wobei die größere mechanische
Stärke der Baueinheiten besonders vorteilhaft ist. Da die Schaltelemente in den
Baueinheiten von der Umgebungsluft abgeschlossen, z. B. in Kunstharz eingegossen
sind, können die Eigenschaften der Baueinheit vom Fabrikanten innerhalb der erforderlichen
Toleranzen garantiert werden, so daß die durch Zusammenbau erhaltene Schaltung eine
größere Zuverlässigkeit aufweist. Es hat sich nämlich besonders vorteilhaft erwiesen,
wenn in der aufgebauten Schaltung jedenfalls die Widerstände möglichst alle in den
Hüllen der Baueinheiten untergebracht sind. Die handelsüblichen Widerstände sind
ja sonst verletzbar, feuchtigkeitsempfindlich und haben folglich nicht die für die
genannten Zwecke erforderliche Lebensdauer.
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Die Erfindung betrifft eine Verbesserung an einer Baueinheit, die
insbesondere für die Erfüllung einer Verstärkerfunktion vorgesehen ist. In logischen
Schaltungen will man öfters Impulse verstärken und einer oder mehreren weiteren
Stufen zuführen. Diese Stufen können z. B. Torschaltungen oder weitere Verstärkerstufen
sein.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorwiderstand
der Transistorschaltung der einen Baueinheit innerhalb der nächstfolgenden Baueinheit
untergebracht und mit der Basis des Transistors dieser nächsten Baueinheit verbunden
ist. Durch die Anordnung nach der Erfindung werden Vorteile erzielt, die sich aus
der nachfolgenden Beschreibung an Hand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels
ergeben..
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Die Figur veranschaulicht die Käskadenanordnung einer Anzahl von Stufen,
die als Baueinheiten ausgeführt sind. Jede Baueinheit ist durch eine gestrichelte
Linie umgeben. Die Schaltelemente der Baueinheit sind in nichtleitendem Kunststoff,
z. B. Kunstharz, eingegossen und so vor Schädigungen und Feuchtigkeit geschützt.
Die Baueinheit 1 enthält eine bistabile Kippschaltung. Ihre Ausgangsklemme Q1 ist
mit Eingangsklemmen W2, Ws ... weiterer Baueinheiten 2, 3 ... verbunden.
Die Baueinheit 2 enthält eine Und-Torschaltung, deren weiteren Eingangsklemmen U2,
V2 entsprechende Eingangssignale zugeführt werden.
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Die Ausgangsklemme Q2 der Baueinheit 2 ist über eine Diode
4 mit der Eingangsklemme W5 einer weiteren Baueinheit 5 verbunden, die als Verstärker
funktioniert. Die Diode 4 und die in der Einheit 5 enthaltene Diode 6 dienen zur
richtigen Einstellung der an die Basis des Verstä.rkertransistors 7 angelegten Gleichspannung:
Dieser Transistor 7 wird als
elektronischer Schalter benutzt und
entweder im Sperrgebiet oder im Sättigungsgebiet betrieben, so daß die in diesem
Transistor dissipierte Verlustleistung möglichst gering ist. Die Diode 8 dient dabei
um die in der Basis des Transistors 7 während des Sättigungsbetriebes aufgespeicherte
freie Ladung auf ein Mindestwert herabzusetzen, so daß beim Umschalten auf Sperrbetrieb
der Transistor 7 möglichst schnell nichtleitend wird.
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Die Ausgangsklemme Q; der Baueinheit 5 ist mit Eingangsklemmen W9,
Wlo . . . von weiteren Baueinheiten 9, 10 ... verbunden. Die Einheit 9 ist
ebenfalls als Verstärker geschaltet, und ihre Ausgangsklemme Q9 ist mit Eingangsklemmen
W11, W12 ...
weiterer Baueinheiten 11, 12 ... verbunden.
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Die Baueinheit 9 weist nach der Erfindung- die Besonderheit auf, daß
die Eingangsklemme W9 über dem Widerstand 13 mit der Basis des Verstärkertransistors
14 und über einen Widerstand 15 mit einer an die Speisequelle anzulegenden Klemme
E9 verbunden ist. Der Widerstand 13 ist zur Vergrößerung der Schaltgeschwindigkeit
durch einen Kondensator 16 überbrückt. Er dient zusammen mit dem Widerstand 18 zur
richtigen Gleichspannungseinstellung des Transistors 14, zu welchem Zweck
die Klemme P9 an einem Pol der Speisequelle mit entgegengesetztem Vorzeichen wie
die Klemme E9 gelegt wird. Der Widerstand 15 bildet den Kollektorwiderstand des
in der vorangehenden Baueinheit 5 aufgenommenen Transistors 7.
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Die Erfindung beruht auf der folgenden Erwägung: Falls der Widerstand
15 in der Baueinheit 5 aufgenommen wäre und die Ausgangsklemme Q5 nur mit der Eingangsklemme
W9 der Baueinheif 9 verbunden wäre, wäre es am günstigsten, wenn der Widerstand
15 einen verhältnismäßig geringen Wert hätte. Der Widerstand 15 muß ohnehin einen
so großen Wert haben, daß bei Sättigungsbetrieb des Transistors 7 der an ihm erzeugte
Spannungsabfall praktisch gleich der an der Klemme E9 angelegten Speisespannung
ist. Der Strom durch den Transistor 7 ist dann aber aber wegen des hohen Wertes
seines Basisstromes praktisch nur durch den Quotienten dieser Speisespannung und
des Wertes des Widerstandes 15 bestimmt. Die Spannung am Verbindungspunkt
17 der Widerstände 13 und 15 ist somit, bei nicht all zu kleinem Wert des
Widerstandes 15, bei dem Sättigungsbetrieb des Transistors 7 praktisch von der Größe
des Widerstandes 15 unabhängig.
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Bei Sperrbetrieb des Transistors 7 soll aber die Spannung am Punkt
17 so weit ins Negative verlagert werden, daß der Transistor 14 geöffnet
wird. Der Wert des Widerstandes 15 soll dann aber verhältnismäßig klein sein.
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Nach der Erfindung ist der Widerstand 15, obschon er einen Teil der
in der Baueinheit 5 enthaltenen Verstärkerstufe bildet, zu dem Zweck in der Baueinheit
9 aufgenommen, weil dadurch selbsttätig beim Zusammenbau mehrerer Baueinheiten sich
der richtige Wert des Kollektorwiderstandes für den Transistor 7 einstellt.
Enthält z. B. die Baueinheit 10
eine ähnliche Verstärkerstufe wie die Baueinheit
9, so wird selbsttätig der Wert des Kollektorwiderstandes des Transistors 7 auf
die Hälfte zurückgebracht, so daß bei Sperrbetrieb des Transistors 7 ein genügend
starker Basisstrom dem Transistor 14
noch zur Verfügung gestellt wird. Enthält
die Baueinheit 10 aber eine Torschaltung, wie z. B. in der Einheit 2 veranschaulicht,
so bleibt der Gesamtkollektorwiderstaad des Transistors 7 verhältnismäßig hoch.
Der vom° Transistor 7 bei Sättigungsbetrieb gelieferte Strom ist dann selbsttätig
auf den zum guten Funktionieren der Einheiten 9 und 10 erforderlichen
Wert eingestellt, d. h:, es flfeßt --mic%t mehr Strom durch den Transistor 7, als
für die Aussteuerung der Einheiten 9 und 10 benötigt wird.
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Selbstverständlich nimmt der gesamte; den Transistor 7 durchfließende
Strom zu; falls mehrere Baueinheiten an die Klemme QS angeschlossen werden: Die
durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Baueinheit 9 selbsttätig erzielte Anpassung
des den Transistor 7 durchfließenden Stromes an das Strom-Bedürfnis der nachgeschalteten
Baueinheiten ermöglicht einen zuverlässigen Aufbau verwickelter Schaltungen, wobei
nur darauf zu achten ist, daß der gesamte Strombedarf der nachgeschalteten Baueinheiten
den durch die Basisstromeinstellung des Transistors 7 bedingten Höchstwert seines
Kollektorstromes nicht überschreitet, damit der Transistor 7 in der Sättigung betrieben
bleibt.
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In einem praktischen Ausführungsbeispiel wurden die Schaltelemente
folgendermaßen bemessen:
| Transistor 7 . . . . . . . ...... 0C 47 |
| Transistor 14 . . . . . . . . .. . . : . . 0C 47 |
| Widerstand 13 . . . . . . . : . . . . . . . . 6,8 kQ |
| Widerstand 15 . . . . . . . . . . . . . 2,4 kQ |
| Widerstand 18 . . . . . . . . . . . . : . . 51 kQ |
| Widerstand 19 . . . . . . . . . .. . . . 12 kg |
| Kondensator 16 . . . . . . . . . : . . . . . 470 pF |
| Speisespannungen an E9 ....... -6V |
| Speisespannungen an P9 ....... +6V |
Die Baueinheit 9 enthält ebenfalls keinen Kollektorwiderstand für den Transistor
14; der Kollektor dieses Transistors ist unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung
von Schaltelementen, mit ihrer Ausgangsklemme Q9 verbunden. Wohl ist es ebenfalls
möglich, innerhalb der Baueinheit ein Schaltelement zwischen dem Kollektor und einer
der anderen Transistorelektroden anzuordnen, wie z. B. in der Baueinheit 5 durch
den Gleichrichter 8 veranschaulicht ist. Der Kollektorwiderstand des Transistors
14 der Baueinheit 9 wird durch den in der Baueinheit 11 untergebrachten Widerstand
19 und gegebenenfalls durch weitere in den Baueinheiten 12
... untergebrachten
Widerstände gebildet, wobei diese Widerstände wiederum den wirksamen Kollektorwiderstand
selbsttätig auf den für das Strombedürfnis dieser Baueinheiten
11 und
12 erforderlichen Wert einstellen.