DE1194900B - Schwellenwertschaltglied - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer: 1194 900

Aktenzeichen: J 26780 VIII a/21 al

Anmeldetag: 28. Oktober 1964

Auslegetag: 16. Juni 1965

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung bei der ein Ausgangsimpuls entsteht, wenn ein über eine erste Diode zugeführter Augenblickswert einer Rampenspannung einer über einer zweiten Diode zugeführten Gleichspannung entspricht.

Schwellenwertschaltglieder als logische Verknüpfungsglieder sind üblicherweise so verwendet worden, daß elektrische Ströme die aufsummierten Werte dargestellt haben. Der Schwellenwertfeststeller hierfür muß notwendigerweise niederohmig und stromempfindlich sein. Schwellenwertschaltglieder, die zur Summierung von Spannungen eingerichtet sind, erfordern demgegenüber Schwellenwertfeststeller, die spannungsempfindlich sind und einen hochohmigen Eingang besitzen. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß es in allen Fällen schwierig ist, eine direkte Anzeige für Gleichheit zu erhalten, wenn zu vergleichende Werte in ihrer Differenz nach Null gehen. Es ergibt sich da eine nichtdefinierte bzw. verschwommene Anzeige. Aus diesem Grunde ist vielfach dazu übergegangen worden, daß an Stelle eines Vergleichsvorganges, ein Substraktionsvorgang angewendet worden ist, da ein solcher Bauelementtoleranzen in allen Verfahrensschritten reduziert. Ein weiterer Nachteil ist dadurch bedingt, daß die Umschaltzeit eines bekannten Schwellenwertgliedes allgemein anwächst, wenn der zu vergleichende Wert sich dem Bezugswert nähert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Schwellenwertschaltglied zu schaffen, das unter Vermeidung der oben genannten Nachteile eine einfache und sichere Betriebsweise zuläßt.

Die Erfindung besteht darin, daß die Gleichspannung einem Kirchhoff-Addierer, dessen Eingangsklemmen Spannungen als Eingangsvariable zugeführt werden, entnommen wird und die beim Wirksamwerden der Rampenspannungsdiode infolge übersteigender Gleichheit der beiden Spannungswerte auftretende Spannungsänderung am Verbindungspunkt beider Dioden über einen Kondensator auf einen Transistorverstärker übertragen wird, dessen Basis-Emitter-Strecke durch eine Tunneldiode überbrückt ist, die durch die am Verbindungspunkt beider Dioden eintretende Spannungsänderung in ihren Arbeitspunkt hohen Stromwertes geschaltet wird und dadurch gleichzeitig die Umschaltung des Transistors in den Leitfähigkeitszustand erzwingt.

Bei einer vorteilhaften Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung werden mehrere solcher Schaltglieder verwendet, deren Ausgänge über ein ODER-Verknüpfungsglied an dem Steuereingang einer fremdgesteuerten Kippschaltung angeschlossen sind, Schwellenwertschaltglied

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H.-E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Ivars George Akmenkalns, Endicott, N.Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Oktober 1963
(320444)

deren Ausgang die ersten Eingänge von UND-Verknüpfungsgliedern ansteuert, deren zweite Eingänge jeweils ebenfalls von einem Ausgang eines Schwellenwertschaltgliedes angesteuert werden, so daß nach Einschaltung der Kippschaltung die von Schwellenwertschaltgliedern abgegebenen Impulse durch entsprechende UND-Verknüpfungsglieder auf jeweils zugeordnete Verriegelungskreise übertragen werden, die ihrerseits Anzeigevorrichtungen wirksam machen. Die Kippschaltung kann zyklisch zurückgestellt werden, so daß mit HiHe geeigneter an sich bekannter Maßnahmen festgestellt werden kann, welche Schwellenwertglieder während eines Zyklus ansprechen. Ist die Kippschaltung, sei sie nun bistabil oder monostabil, zurückgestellt, dann können weitere Signale von den Schwellenwertschaltgliedern nicht auf diese Verriegelungskreise übertragen werden. Eine solche Anordnung läßt sich in vorteilhafter Weise anwenden, wenn eine Bedingung, die zuerst eintritt, aus einer Mehrzahl von Bedingungen erkannt werden soll, die später eintreten.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Gleichheit zwischen der Summenspannung und dem Augenblickswert der Rampenspannung in zuverlässiger Weise bestimmt wird. Der Schwellenwertfeststeller braucht keine hohe

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Eingangsimpedanz zu besitzen. Das schnelle Ansprechen der Tunneldiode ermöglicht, daß der Verstärkertransistor praktisch gleichzeitig mit dem Feststellen der Gleichheit umgeschaltet wird. Dadurch, daß der Vergleichsvorgang mit je besonderen Bauelementen erfolgt, sind präzise Arbeitstoleranzen der Schaltung nicht erforderlich, so daß die Schwierigkeit des Einhaltens der Toleranzen, wie in früheren Schaltungen, nicht auftreten kann. Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß sich gleiche Umschaltgeschwindigkeiten bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besser beibehalten lassen, als in bekannten Schaltungsanordnungen, und zwar unabhängig von der Größe der Eingangsspannungen und damit der Summenspannung.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß das erfindungsgemäße Schwellenwertschaltglied eine einfache und zuverlässige Schaltungsanordnung darstellt, die aus den genannten Gründen besser als bekannte Anordnungen für datenverarbeitende Anlagen geeignet ao ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispieleja mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltglied gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung V=f (Y) für einen charakteristischen Punkt in der Schaltung nach F i g. 1 und

Fig. 3 ein Schaltnetz unter Verwendung eines Schaltgliedes nach Fig. 1.

Das Schaltglied gemäß der Erfindung, wie es in F i g. 1 dargestellt ist, enthält einen Kirchhoff-Addierer 10, der mit einem Knotenpunkt 14 verbunden ist. Ein Sägezahngenerator 11 oder Rampenspannungsgenerator bekannter Bauart ist über einen Spannungsteiler 12 ebenfalls mit dem Knotenpunkt 14 verbunden, der weiterhin über einen Widerstand 46 an die Klemme 52 angeschlossen ist, der ihrerseits die Sägezahnspannung zugeführt wird. Über einem Widerstand 48 liegt der Verbindungspunkt 50 an Erde. Das durch die Sägezahnspannung bedingte zeitabhängige Potential V_R am Verbindungspunkt 50 kann in seinen Parametern durch entsprechende Änderungen der Widerstandswerte der Bauelemente 44, 46, 48 beeinflußt werden. Der Verbindungspunkt 50 liegt an der Kathode der Diode 18.

Der Gleichheitsfeststeller 19 dient zum Bestimmen der Gleichheitsbedingung zwischen der Summenspannung V₃ des Kirchhoff-Addierers 10 und der Sägezahnspannung V_R des Spannungsteilers 12. Über einen Kondensator 62 ist der Gleichheitsfeststeller 19 mit dem Knotenpunkt 14 gekoppelt. Der Eingang des Gleichheitsfeststellers 19 liegt am Verbindungspunkt einer Tunneldiode 60 mit der Basis 63 eines Transistors 68, dessen Emitteranschluß 66 mit dem anderen Ende der Tunneldiode 60 verbunden ist. Die Tunneldiode 60 wird zyklisch in ihren Arbeitspunkt niedriger Spannung durch eine Rückstellspannung gebracht, die auf die Klemme 64 einwirkt und über einen Widerstand am Verbindungspunkt der Tunneldiode mit der Basis 63 des Transistors 68 liegt. Dieser Arbeitspunkt der Tunneldiode 60 liegt aber etwas unterhalb des Hügelstromes. Die Rückstellspannung wird einmal während jedes Arbeitsspieles angelegt. Der Emitteranschluß 66 des Transistors 68 liegt an positivem Potential. Der Kollektor des Transistors 68 ist sowohl mit einem Widerstandsdiodennetzwerk als auch mit einer Ausgangsklemme 72 verbunden.

Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Schaltungsanordnung nach F i g. 1 soll nun im Zusammenhang mit der graphischen Darstellung nach F i g. 2 beschrieben werden, die die Abhängigkeit der Sägezahnspannung V_R in Abhängigkeit von der Zeit am Knotenpunkt 14 zeigt.

Es sollen mehrere Eingangsspannungen an den

den. Die Spannung dieses Sägezahngenerators 11 soll streng linear mit wachsender Zeit absinken und die Amplitude des Sägezahns soll ausreichend sein, um

mindestens der vom Kirchhoff-Addierer 10 abgege- 40 Eingangsklemmen 34, 36, 38^ 40 des Kirchhoff-

benen maximalen Summenspannung entsprechen zu Addierers 10 anliegen. Die Summenspannung V₃ liegt

dann an der Kathode der Diode 16. Der Klemme 64 wird nun eine Rückstellspannung zugeführt, um sowohl den Sägezahngenerator 11 als auch den Gleichheitsfeststeller zum Beginn des Arbeitsspiels zurückzustellen. Das konstante Potential der Quelle 20, das positiver als die maximale Spannung V₃ ist, bewirkt, daß die Diode 16 in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, so daß die Summenspannung V₃ am Knotenpunkt 14 auftritt. Diese Bedingung entspricht in der graphischen Darstellung nach Fi g. 2 dem Gebiet Vr > V₃. Sobald V₃ am Knotenpunkt 14 anliegt, beginnt der Einsatz des Sägezahngenerators 11 und die Spannung V_R sinkt entsprechend den durch den Span-

von Widerständen 26, 28, 30, 32, von denen jeweils 55 nungsteilerl2 bedingten Parametern linear ab, so daß

ein Ende mit der Diode 16 verbunden ist. Das jewei- das Kathodenpotential der Diode 18 entsprechend

können. Sowohl zwischen dem Kirchhoff-Addierer 10 und dem Knotenpunkt 14, als auch zwischen dem Spannungsteiler 12 und dem Knotenpunkt 14 ist je eine Diode 16 und 18 eingeschaltet. Weiterhin ist an den Knotenpunkt 14 eine Schwellenwertstufe oder eine Gleichheitsfeststellstufe angeschlossen, die ein Ausgangssignal liefert, wenn eine Gleichheitsbedingung vorliegt. Schließlich ist eine Quelle konstanten positiven Potentials 20 über einen Widerstand 22 mit dem Knotenpunkt 14 verbunden.

Zum Summieren einer Anzahl von Eingangsspannungen zu einer konstanten Spannung V₃, enthält dei Kirchhoff-Addierer 10 eine entsprechende Anzahl

lige andere Ende der Widerstände 26, 28, 30, 32 ist mit einem der Eingangsklemmen 34, 36, 38, 40 verbunden, die zur Aufnahme eingeprägter Eingangsspannungen während jedes Arbeitsspieles dienen. Die Summenspannung V₃ liegt dann an der Kathode der Diode 16 an.

Die Sägezahnspannung dient als zeitabhängige Bezugsspannung. Der Spannungsteiler 12 bildet ein Dämpfungs-Widerstandsnetzwerk. Eine Quelle 42 konstanten Potentials, das negativ gegenüber einem Bezugspotential ist, ist über einen Widerstand 44 mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt 50 verbunfolgt. Infolge des Spannungsteilers 12 ist die Diode 18 normalerweise in Sperrichtung vorgespannt; sie wird aber leitend, sobald die Summenspannung V₃ gleich dem Augenblickswert der Sägezahnspannung V_R wird, so daß von diesem Zeitpunkt an die Spannung V_R am Knotenpunkt 14 auftritt. Von diesem Zeitpunkt ab tritt also eine Änderung des Potentialverhaltens des Knotenpunkts 14 ein, derart, daß an Stelle eines konstanten Potentials V₃ ein zeitabhängiges Potential V_R in Erscheinung tritt. Dieser Zeitpunkt 80 geht aus der graphischen Darstellung nach Fi g. 2 hervor. Die Änderung soll nun in ihrem Wert bestimmt werden.

Der Gleichheitsfeststeller 19 bestimmt diese Spannungsäiiderung. Der Fig. 1 ist zu entnehmen, daß beim Auftreten einer zeitabhängigen Spannung F^ am Knotenpunkt 14 diese über den Kondensator 62 auf die Tunneldiode 60 übertragen wird, die hierdurch in den Arbeitspunkt hoher Spannung geschaltet wird. Wenn z. B. die Zeit für das Absinken der Sägezahnspannung auf ein Minimum 4 \is beträgt, dann braucht die Tunneldiode 60 zum Umschalten nur etwa 0,1 μβ. Da die Tunneldiode 60 gleichzeitig auch in den Zustand höherer Leitfähigkeit geschaltet wird, wird der Basis 63 des Transistors 68 ein größerer Strom zugeführt, die derart ein entsprechendes Ausgangssignal liefert. Im Zusammenwirken des Dioden-Widerstandsnetzwerkes mit dem Transistor 68 entsteht dann ein Ausgangssignal gewünschter Charakteristik. Das sich an der Klemme 72 ergebende Signal kann zur optischen Anzeige der durch die Schwellenwertfeststellungsanordnung ermittelten Information dienen oder in Schaltnetzen von Datenverarbeitungsanlagen weiterverarbeitet werden.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß eine Schaltungsanordnung beschrieben worden ist, die zur Ermittlung der Gleichheitsbedingung zwischen irgendeinem konstanten Potential und einem linear zeitabhängigen Potential dient. Das konstante Potential ergibt sich aus der Summe von Eingangsspannungen, die an einen Kirchhoff-Addierer angelegt werden. Das zeitabhängige Potential wird von einem Sägezahngenerator und einem Spannungsteiler abgeleitet. Nach Aufbau des konstanten Potential wird das konstante Potential mit dem zeitabhängigen Potential verglichen. Bei Gleichheit eines Augenblickswerts des zeitabhängigen Potentials mit dem konstanten Potential wird ein Gleichheitsfeststeller wirksam, in dem eine sich anschließend ergebende Potentialänderung ein Ausgangssignal erzeugt, das für eine unmittelbare Verwendung zur Verfügung steht.

In F i g. 3 wird die beispielsweise Verwendung von Schaltgliedern nach Fig. 1 in einem Schaltnetz gezeigt.

Die erfindungsgemäßen Schaltglieder nach F i g. 1 sind hier mit 100, 102 und 104 bezeichnet. Ein gemeinsamer Sägezahngenerator 106 und eine gemeinsame Rückstellanordnung 108 leiten ihre Signale über entsprechende Zuleitungen zu den Schaltgliedern 100, 102, 104. Jedes Schaltglied kann über ein ODER-Verknüpfungsglied eine gemeinsame monostabile Kippschaltung 110 ansteuern. Die monostabile Kippschaltung 110 stellt je Arbeitsspiel nur ein Ausgangssignal zur Verfügung, das je einem von zwei Eingängen der UND-Verknüpfungsglieder 112, 114, 116 zugeführt wird. Der zweite Eingang ist jeweils mit einem Ausgang eines der Schaltglieder 100, 102, 104 verbunden. Die Ausgänge der UND-Verknüpfungsglieder 112, 114, 116 sind mit jeweils zugeordneten Eingängen von Verriegelungskreisen 118, 120, 122 verbunden, die ihrerseits an jeweils zugeordneten Anzeigeschaltungen 124, 126, 128 angeschlossen sind. Die gemeinsame Rückstellanordnung 108 ist des weiteren auch mit dem Rückstelleingang der monostabilen Kippschaltung 110 und den Rückstelleingängen der Verriegelungskreise 118,120,122 verbunden.

Im Betrieb soll nun eines der Schaltglieder, z. B. das mit 100 bezeichnete, eine Gleichheitsbedingung feststellen. Das daraufhin erfolgende Ausgangssignal schaltet die monostabile Kippschaltung 110, die vorher zurückgestellt worden ist, um. Der Ausgangsimpuls der monostabilen Kippschaltung 110 legt jeweils ein Signal an die ersten Eingänge der UND-Verknüpfungsglieder 112,114,116 an. Offensichtlich können nun während der Einschaltzeit der monostabilen Kippschaltung 110 Ausgangsimpulse von allen Schaltgliedern 100, 102, 104 auf die Verriegelungskreise 118, 120, 122 übertragen und durch die Anzeigeschaltungen angezeigt werden. Wird aber die monostabile Kippschaltung 110 ausgeschaltet, können weitere Signale nicht mehr übertragen werden. Durch zusätzliche Schaltmaßnahmen an sich bekannter Art kann angezeigt werden, daß mehr als ein Verriegelungskreis während eines gegebenen Arbeitsspieles angesprochen hat.

Ein Klassifikationssystem, in dem die Schaltung nach Fig. 3 verwendet werden kann, soll nur dann ein Ausgangssignal liefern, wenn nur ein Schaltglied während eines gegebenen Arbeitsspiels angesprochen hat. Das ist z. B. bedeutungsvoll bei der Zeichenerkennung, wo die Angabe, daß eins von mehreren Zeichen identifiziert worden ist, sinnvoll ist. In diesem Falle stellt die Parallelanordnung von erfindungsgemäßen Schaltgliedern eine ideale Lösung dar. Sollten zwei Schaltglieder eine Gleichheitsbedingung während eines gegebenen Arbeitsspiels der monostabilen Kippschaltung 110 feststellen, so läge dann eine Fehlerbedingung vor. Eine solche Fehlerbedingung kann durch eine an sich bekannte zusätzliche Maßnahme angezeigt werden. Dadurch, daß ein gemeinsamer Sägezahngenerator 106 verwendet wird, werden Fehlerquellen ausgeschaltet, die bei Verwendung von jeweils einzeln zugeordneten Sägezahngeneratoren unvermeidlich wären.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schwellenwertschaltglied, bei dem ein Ausgangsimpuls entsteht, wenn ein über eine erste Diode, genannt Rampenspannungsdiode, zugeführter Augenblickswert einer Rampenspannung einer über einer zweiten Diode zugeführten Gleichspannung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung einem Kirchhoff-Addierer, dessen Eingangsklemmen Spannungen als Eingangsvariable zugeführt werden, entnommen wird und die beim Wirksamwerden der Rampenspannungsdiode infolge Übersteigen der Gleichheit der beiden Spannungswerte auftretende Spannungsänderung am Verbindungspunkt beider Dioden über einen Kondensator auf einen Transistorverstärker übertragen wird, dessen Basis-Emitterstrecke durch eine Tunneldiode überbrückt ist, die durch die am Verbindungspunkt beider Dioden eintretende Spannungsänderung in ihren Arbeitspunkt hohen Stromwertes geschaltet wird und dadurch gleichzeitig die Umschaltung des Transistors in den Leitfähigkeitszustand erzwingt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt beider Dioden über einen Widerstand mit einer Quelle festen Potentials verbunden ist, dessen Höhe mindestens gleich ist der Summenspannung des Kirchhoff-Addierers.

3. Schaltungsanordnung mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampenspannung über einen Spannungsteiler zugeführt wird, der so eingestellt ist, daß die

Amplitude der Rampenspannung größer als die maximale Summenspannung des KirchhofE-Addierers ist.

4. Schaltungsanordnung mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunneldiode mit einer Klemme zum Anlegen einer Rückstellspannung verbunden ist.

5. Schaltnetz unter Verwendung von Schaltgliedern mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Schaltgliedern von einem Rampensignalgenerator und einer Rückstelleinrichtung gesteuert werden, deren Ausgänge sowohl je mit einem ersten Eingang je eines UND-Verknüpfungsgliedes ver-

bunden sind, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang einer allen UND-Verknüpfungsgliedern gemeinsamen fremdgesteuerten Kippschaltung verbunden ist, als auch über ein ODER-Verknüpfungsglied an den Steuereingang einer Kippschaltung angeschlossen sind, und daß die Ausgänge der UND-Verknüpfungsglieder je einen Verriegelungskreis ansteuern, der seinerseits eine Anzeigevorrichtung steuert.

6. Schaltnetz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung mit einem weiteren Ausgang die Rückstellung der Verriegelungskreise und der fremdgesteuerten Kippschaltung bewirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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