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Mit Stromübernahme arbeitende Schaltungsanordnung zur Durchführung
logischer Operationen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Durchführung
logischer Operationen, bei der stromgeschaltete Transistoren verwendet werden.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Schaltungsanordnung bekannt geworden,
bei der im wesentlichen die gleichen Bauelemente verwendet werden wie bei der Erfindung
und bei der auch die Bauelemente gleich wie bei der Erfindung zusammengeschaltet
sind. Diese bekannte Schaltungsanordnung (General Electric Transistor Manual, 6.
Auflage, S.186, CML-Technik) enthält eine Gruppe von Transistoren und einen einzelnen
Transistor, die alle in Ernitterschaltung betrieben werden und deren Emitter alle
zusammengeschaltet sind. Auf die Basen der Gruppe von Transistoren gelangen die
Eingangssignale und an den Kollektoren der Gruppe von Transistoren, die ebenfalls
zusammengeschaltet sind, bzw. am Emitter des einzelnen Transistors sind die Ausgangssginale
abnehmbar. Gespeist wird die Anordnung von einer Urstromquelle, so däß sich der
zur Verfügung stehende Strom auf irgendeine Weise auf die einzelnen Transistoren
verteilt. Der von der Urspannungsquelle gelieferte Strom ist so gewählt, daß sich
alle Transistoren immer weit außerhalb der Sättigung befinden. Bei einer solchen
Bemessung ergibt sich jedoch der große Nachteil, daß die Möglichkeiten zur Steuerung
nachfolgender Stufen sehr beschränkt sind, da die Transistoren auch im durchgeschalteten
Zustand relativ hochohmig sind.
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Mit der Erfindung wird eine Anordnung angegeben, mit der die Nachteile
der bekannten Anordnung vermieden werden. Der wesentliche Unterschied zwischen der
bekannten Anordnung und der Erfindung besteht darin, daß die Transistoren nicht
von einer Urstromquelle gespeist werden, sondern daß sich in der gemeinsamen Emitterleitung
ein strombegrenzender Widerstand befindet, der so bemessen ist, daß in einem der
Transistoren der Sättigungsstrom fließen kann.
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Die Erfindung betrifft also eine mit Stromübernahme arbeitende Schaltungsanordnung
zur Durchführung logischer Operationen mit N (N > 2) in Emitterschaltung
betriebenen Transistoren, deren Emitter zusammengeschaltet sind, und bei der die
Kollektoren aller Transistoren bis auf einen, auf deren Basen die Eingangssignale
gegeben werden, ebenfalls zusammengeschaltet und über einen Widerstand mit dem einen
Pol der Spannungsquelle und der eine Transistor über einen anderen Widerstand mit
dem gleichen Pol der Spannungsquelle verbunden sind, und bei der die Ausgangssignale
an den Kollektoren der (N--1) Transistoren und/oder am Kollektor des einen Transistors
abnehmbar sind. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter aller Transistoren
über ein strombegrenzendes Glied mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden
sind, so daß einer der N Transistoren bis in die Sättigung ausgesteuert werden
kann, und daß auf die Basis des einen Transistors eine Bezugsspannung gegeben wird.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Figuren beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 die Grundschaltung, F i g. 2 eine Torschaltung mit N Eingängen,
F i g. 3 die Torschaltung nach F i g. 2, jedoch mit pnp-Transistoren, F i g. 4 die
Kopplung zwischen nufeinanderfolgenden Stufen.
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Die Anordnung nach F i g. 1 enthält zwei Transistoren TII und T12,
deren Emitter zusammengeschaltet sind und deren Kollektor die Arbeitswiderstände
RL 1 und RL 2 haben. Der gesamte Emitterstrom. IE, der durch den Widerstand
RE in der gemeinsamen Emitterleitung definiert ist, wird zwischen T11 und T12 wie
folgt umgeschaltet. Der Widerstand RE bewirkt dabei, daß zu den Emittern der Transistoren
T 11 und T12 nur ein auf einen. bestimmten Wert begrenzter Strom gelangen kann.
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Eine Bezugsspannung EB wird auf die Basis des Transistors T12 gegeben.
Ist die Spannung an der Basis des Transistors T11 etwas positiver oder etwas, negativer
als die Spannung Eu, dann fließt der gesamte Strom IE in den Emitter eines Transistors,.
während
der andere Transistor nicht leitend ist. Bei einem npn-Transistor (wie in der Figur
dargestellt) übernimmt der Transistor, dessen Basis etwas positiver ist, den überwiegenden
Teil des Stromes vom Widerstand RE. Das Umschalten des Stromes 1E vom einen Transistor
zum anderen wird durch einen kleinen Spannungsunterschied zwischen den beiden Basen
bewirkt. Bei einem Spannungsunterschied von z. B. -I-0,6 oder -0,6 Volt erfolgt
eine einwandfreie Stromübernahme vom einen Transistor zum andern.
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Die Versorgungsspannung, der Widerstand RE und die beiden Widerstände
RL 1 und RL 2 werden so gewählt, daß, wenn in einem Transistor Kollektorstrom fließt,
das am Kollektor entstehende Ausgangssignal so ist, daß mit dem Transistor direkt
die Basis eines ähnlich betriebenen Transistors angesteuert werden kann. Wählt man
einen hohen Emitterstrom 1E, dann erhält man die erforderliche Änderung des Ausgangssignals
auch bei niederohmiger Belastung.
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Einer der Faktoren, der die Schaltgeschwindigkeit solcher Anordnungen
beeinflußt, ist die Anhäufung von überschüssigen Ladungen an den Basen der Transistoren,
die üblicherweise bei in Sättigung betriebenen Transistoren auftritt. Deshalb müssen
die bekannten logischen Schaltungen, die mit der Stromübernahme der Transistoren
arbeiten, weit außerhalb des Sättigungsgebietes betrieben werden, wodurch die Möglichkeiten,
nachfolgende Stufen zu steuern, sehr eingeschränkt werden. Bei der gezeigten Anordnung
dagegen wird der Gesamtemitterstrom IE durch ein strombegrenzendes Glied in der
gemeinsamen Versorgungsleitung begrenzt. Das strombegrenzende Glied ist der Widerstand
RE. Da dieses strombegrenzende Glied verwendet wird, können die Transistoren in
der Sättigung betrieben werden, ohne daß dabei die Nachteile der Anhäufung von überschüssiger
Ladung an den Basen der Transistoren auftritt.
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F i g. 2 zeigt, wie die Anordnung nach F i g. 1 zu einer Torschaltung
mit N-1 Eingängen erweitert werden kann. Die Transistoren T 22, T
23 bis TN, einer für jeden der N-1 Eingänge, sind mit einer gemeinsamen
Emitterstromquelle 1E und mit einem gemeinsamen Kollektorwiderstand RLS verbunden.
Je einer der N-1 Eingänge ist mit der Basis eines Transistors verbunden. Der Emitter
des Transistors T21 ist mit der gemeinsamen Emitterleitung der Transistoren T22
bis TN verbunden. Der Kollektor des Transistors T21 ist mit einem Widerstand RL4
verbunden, und eine Bezugsspannung E$ gelangt auf die Basis des Transistors T21.
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Ein strombegrenzendes Glied L ist in die gemeinsame Emitterleitung
geschaltet und hat dort die gleiche Wirkung wie der Widerstand RE nach F i g. 1.
Der Emitterstrom 1E wird auf einen solchen Wert begrenzt, daß, wenn einer der Transistoren
Kollektorstrom führt, an dessen Kollektor ein genügend großes Signal zur Steuerung
der nächsten Stufe abnehmbar ist.
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Liegt an den Eingängen E22 bis EN kein Signal an, dann sind
alle Transistoren T22 bis TN nicht leitend, während die Bezugsspannung E$ bewirkt,
daß der Transistor T21 leitet und der gesamte Emitterstrom durch diesen Transistor
fließt. Dadurch ergibt sich eine Ausgangsspannung VN an der gemeinsamen Kollektorleitung
der Transistoren T22 bis TN, während die Ausgangsspannung am Kollektor des Transistors
T21 praktisch gleich Null ist. Liegt an einem der Eingänge ein Signal an, z. B.
bei npn-Transistoren ein positives Signal, das genügend groß ist, um das Potentialgefälle
bezüglich E$ umzukehren, dann wird einer der Transistoren T22 bis TN leitend und
der Transistor T21 wird nicht leitend. Der Emitterstrom IE wird deshalb von dem
Transistor T21 zu dem leitenden Transistor übernommen, wodurch eine Ausgangsspannung
V21, die annähernd gleich der Kollektorspannung CL ist, am Kollektor des Transistors
T21 auftritt, und die Spannung VN wird annähernd gleich Null. Wird das Eingangssignal
abgeschaltet, dann kehrt sich die Spannungsdifferenz wieder um, und der Strom 1E
wird auf den Transistor T21 zurückgeschaltet.
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Damit ergibt sich, wenn npn-Transistoren verwendet werden, d. h. bei
positiver Kollektorspannung, daß ein positives Signal an einem der Eingänge eine
positive Spannung am Kollektor des Transistors T21 bewirkt, wenn dieser abgeschaltet
wird. Die Schaltung ist also eine Oder-Schaltung. Das Ausgangssignal VN,
das negativ wird, d. h. von voller Kollektorspannung auf einen Wert annähernd Null,
wenn an einem der Eingänge ein Signal anliegt, ergibt somit eine Nicht-Oder-Schaltung.
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F i g. 3 ist gleich wie F i g. 2, mit der Ausnahme, daß pnp-Transistoren
verwendet werden, d. h. negative Kollektorspannung. Wenn einer der Eingänge negativ
wird, dann wird die Spannung V21 ebenfalls negativ, so daß die Schaltung wie eine
Oder-Schaltung wirkt, während die Spannung VN positiv wird, so daß sich an
dieser Klemme ein Nicht-Oder-Ausgang ergibt.
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F i g. 4. zeigt, wie der Ausgang einer Transistorstufe A direkt
mit dem Eingang einer anderen Stufe B
verbunden werden kann, wobei die Transistoren
npn-Transistoren sind wie in den F i g. 1 und 2. Die Transistoren T 31 und
T 32 der Stufe A haben eine gemeinsame Emitterstromversorgung 1E mit
dem strombegrenzenden Glied L. Wie in den anderen Figuren haben die Transistoren
T31 und T32 ge-
trennte Kollektorwiderstände. Die Stufe B ist
eine ähnliche Stufe und enthält die Transistoren T33 und T34. Die Basen der
Transistoren T32 und T34 sind je mit der Bezugsspannung E,6 verbunden. Der Kollektor
des Transistors T32 ist direkt mit der Basis des Transistors T33 verbunden.
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Eingangssignale, die auf die Basis des Transistors T31 gegeben werden,
schalten den Emitterstrom in der Stufe A zwischen den Transistoren
T 31 und T 32
um, wie oben beschrieben, und das sich
ergebende Ausgangssignal am Kollektor des Transistors T32 wird zum Umschalten des
Emitterstromes zwischen den Transistoren T33 und T34 in der Stufe
B
verwendet.