DE1200876B - Elektronische bistabile Kippschaltung und Vorrichtung zum Zaehlen von Impulsen unterVerwendung dieser Schaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer: 1 200 876

Aktenzeichen: R 34146 VIII a/21 al

Anmeldetag: 27. Dezember 1962

Auslegetag: 16. September 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische bistabile Kippschaltung für besonders hohe Schaltfrequenzen.

Bekanntlich weisen solche Schaltungen im allgemeinen zwei elektronische Verstärkerorgane auf, die abwechselnd leitend und gesperrt sind, sowie Mittel, um ihnen elektrische Impulse zuzuführen, die dazu dienen, abwechselnd das eine oder das andere Organ leitend zu machen.

Bei einer bekannten Kippschaltung sind mindestens zwei Haupttransistoren vorgesehen, deren Emitter an einem gemeinsamen Stromkreis liegen und deren Basen und Kollektoren kreuzweise miteinander verbunden sind, sowie zwei Hilfstransistoren zum Umwandeln der Steuerimpulse für die Haupttransistoren.

Diese Schaltung setzt die Verwendung von einander ergänzenden Transistoren (NPN und PNP) voraus, wodurch sich Beschränkungen in der Bauweise ergeben.

Durch die Verwendung der Hilfstransistoren als Verstärkerorgane ist allerdings die Möglichkeit gegeben, mit hohen Schaltfrequenzen — beispielsweise in der Größenordnung von mehreren Dutzend Megahertz — zu arbeiten, jedoch lassen sich gewisse Deformierungen des am Ausgang abgegebenen Signals nicht unterdrücken. Dies ist von besonderem Nachteil, wenn das Ausgangssignal an eine andere Kippschaltung gelegt werden soll, was für viele Anwendungen von Bedeutung ist.

Das Ziel der Erfindung ist darauf gerichtet, eine bistabile Kippschaltung mit hoher Schaltfrequenz zu erstellen, bei der die Deformierung des Ausgangssignals und die Verluste weitgehend ausgeschaltet sind. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Basen der Hilfstransistoren jeweils mit der Basis des entsprechenden Haupttransistors verbunden sind und daß ein Paar zusätzlicher Transistoren vorgesehen ist, von denen der Kollektor des einen dem Emitter des zugeordneten Hilfstransistors vorgeschaltet ist, während an die Basis dieses zusätzlichen Transistors eine Leitung zur Zuführung von Impulsen gelegt ist, und von denen der Kollektor des anderen zusätzlichen Transistors verbunden ist mit den zusammengeschlossenen Emittern der beiden Haupttransistoren, wobei die Emitter der zusätzlichen Transistoren mit einem gemeinsamen Punkt verbunden sind, an den eine im wesentlichen konstante Spannung gelegt ist. Bei dieser Anordnung ist die Summe der den beiden zusätzlichen Transistoren zugeführten Ströme im wesentlichen konstant. Die verschiedenen Einzelheiten der Erfindung sind Elektronische bistabile Kippschaltung und
Vorrichtung zum Zählen von Impulsen unter
Verwendung dieser Schaltung

Anmelder:

S. A. Rochar Electronique, Montrouge, Seine
(Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Gollrad, Patentanwalt,
München 22, Herrnstr. 14

Als Erfinder benannt:

Roger Charbonnier,

Meudon, Seine-et-Oise (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 26. Dezember 1961 (883 064)

aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles ersichtlich.

Fig. 1 ist das Prinzipschema einer Kippschaltung nach der Erfindung;

F i g. 2 veranschaulicht deren Wirkungsweise.

In der F i g. 1 ist eine Kippschaltung mit zwei stabilen Lagen gezeigt, in der ein Transistor 1 leitet (dieser Fall ist in der Figur dargestellt), und ein zweiter Transistor 2 sperrt. Der Kollektor des Transistors 1 ist mit der Basis des Transistors 2 über einen Kondensator 7 verbunden, zu dem eine Zenerdiode 8 geschaltet ist. Ebenso ist der Kollektor des Transistors 2 mit der Basis des Transistors 1 über einen Kondensator 9 verbunden, zu dem eine Zenerdiode 10 parallel geschaltet ist.

Weiter unten wird erklärt, weshalb hier die an dieser Stelle bei den normalen Eccles-Jordan-Kipp-

509 687/406

3 4

schaltungen verwendeten Widerstände durch Zener- spielsweise, indem man an die Basis des Transi-

dioden ersetzt werden. stors 5 eine starke negative Spannung legt), daß die

Die Kollektoren der Transistoren 1 und 2 sind in Stromabgabe des Transistors 5 die Sperrung des

üblicher Weise an die negativen Pole einer Gleich- Transistors 6 bewirkt.

stromquelle 11 unter Zwischenschaltung von Wider- 5 Weil in dem Zeitpunkt, in welchem die Spannungsständen 12 und 13 angeschlossen. impulse angelegt werden, der Transistor 1 leitet und

Die Emitter der Transistoren 1 und 2 sind mit dem der Transistor 2 sperrt, ist die Basisspannung des

Kollektor eines Transistors 6 verbunden. Transistors 3 (Punkt N) negativer als die Spannung

Die Basis des Transistors 1 ist verbunden mit der des Transistors 4 (Punkt Q).

Basis eines Transistors 3 über einen Widerstand 14; io Die Transistoren 3 und 4 sind gleich ausgebildet

mit Erde über einen Widerstand 16, der in der Größe und symmetrisch angeordnet. Infolgedessen überträgt

etwa dem Widerstand 14 entspricht und mit dem lediglich der Transistor 3 den Stromimpuls,

eine Induktionsspule 17 in Serie geschaltet ist. Die Der Durchgang dieses Impulses durch die Diode

Basis des Transistors 3 ist über einen Kondensator 10 und den Widerstand 16 hat eine Erhöhung des

15 an Masse gelegt. Nach einer Weiterbildung der 15 Basispotentials des Transistors 1 zur Folge. Am

Erfindung ist der Koeffizient der Selbstinduktion der Punkt P wird daher die Spannung negativer als am

Spule 17 gleich dem Produkt der Kapazität des Lei- Punkt M.

ters 15 und dem Quadrat des Widerstandes 14 bzw. Die Folge hiervon ist, daß zu Ende des Impulses,

des Widerstandes 16. wenn der aus der Quelle 27 stammende Strom über

Der Kollektor des Transistors 3 ist an einem ge- 20 den Transistor 5 zum Transistor 6 geführt wird, der

meinsamen Punkt mit der Diode 10, dem Konden- Transistor 2 diesen Strom überträgt. Das Kippen ist

sator 9 und dem Widerstand 13 verbunden. dann erfolgt.

Die Basis des Transistors 2 ist in gleicher Weise Die vorhergehende kurz beschriebene Arbeitsüber einen Widerstand 18 mit der Basis eines Transi- weise wird nachfolgend mehr im einzelnen beschriestors 4 und über einen Widerstand 20, der etwa 25 ben, damit die besonderen Eigenschaften und Vorgleich groß wie der Widerstand 18 ist, mit Masse so- teile der beschriebenen Schaltung deutlich werden, wie mit einer Induktionsspule verbunden, während Die Schaltung weist, wie verschiedene bekannte die Basis des Transistors 4 über einen Kondensator Schaltungen, die unter hohen Schaltfrequenzen ar-19 mit Masse verbunden ist. Nach einer Ausgestal- beiten, zwei Haupttransistoren 1 und 2 und zwei Umtung der Erfindung ist der Selbstinduktionskoeffizient 30 Wandlungstransistoren 3 und 4 auf. Die letzteren der Spule 21 gleich dem Produkt der Kapazität 19 dienen bekanntlich dazu, die genaue Einstellung und dem Quadrat des Widerstandes 18. einer Wellenfront sicherzustellen.

Die Spule 21 ist mit einer Spule 22 gekoppelt, Wie bereits oben beschrieben, werden die Hauptweiche an eine Klemme 23 und an den positiven Pol kipptransistoren und die Umwandlungstransistoren einer Batterie 24 angeschlossen ist, deren negativer 35 durch die Zwischenschaltung von zwei Hilfstransi-Pol mit Masse verbunden ist. stören mit einem im wesentlichen konstanten Strom

Die Emitter der Transistoren 3 und 4 sind mit dem gespeist.

Kollektor eines Transistors 5 verbunden, an dessen Aus dieser Eigenart ergibt sich, daß die Summe

Basis eine Klemme 25 angeschlossen ist. Die Emitter der den beiden Haupttransistoren- und Umwand-

der Transistoren 5 und 6 sind über einen Widerstand 40 lungstransistoren-Paaren zugeführten Ströme im

26 an den positiven Pol einer Batterie 27 angeschlos- wesentlichen konstant ist und unter dem Einfluß

sen, deren negativer Pol an Masse liegt. von Steuerimpulsen von dem ersten zum zweiten

Die Basis des Transistors 6 ist mit dem positiven Paar weitergeleitet wird. Infolgedessen bleibt die

Pol einer Batterie 28 verbunden, deren negativer Pol Spannung am Punkt M bzw. P im wesentlichen kon-

an Masse liegt. 45 stant, sobald das Kippen erfolgt ist. Mit anderen

Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung ist Worten: die am Ausgang der Schaltung ankommen-

folgendermaßen: Bei der Erklärung der Arbeitsweise den Signale werden durch die Impulse, welche von

wird von einem Zeitpunkt ausgegangen, in welchem den Umwandlungstransistoren zugeführt werden,

der Transistor 1 leitend und der Transistor 2 ge- nicht verfonnt.

sperrt ist. 50 Wäre diese Eigenart der Erfindung nicht vorhan-

Der von dem Transistor 1 gelieferte Strom wird den, würde eine solche Verformung auftreten; ein

von der Batterie 27 erzeugt und über einen Wider- durch die Umwandlungstransistoren zugeführter Im-

stand 26, dessen Wert im Vergleich mit dem Emitter- puls würde dem von der eigentlichen Kippschaltung

Kollektor-Widerstand des Transistors groß ist, und abgegebenen Signal überlagert sein,

über den dann leitenden Transistor 6 zugeführt. 55 Unter diesen Umständen würde das Signal am

Der Transistor 5 ist zu diesem Zeitpunkt wegen Eingang der folgenden Kippschaltung in einer Zähl-

des Spannungsabfalles beim Durchgang des Stromes vorrichtung, zu der diese Kippschaltung beispiels-

durch den Widerstand 26 gesperrt. Die Transistoren 3 weise gehört, unsauber sein,

und 4 sind zu diesem Zeitpunkt ebenfalls gesperrt. Im Gegensatz dazu sind bei der beschriebenen

Wenn jetzt ein negativer Impuls mit einer geeigne- 60 Kippschaltung die Signale an den Punkten M und P

ten Spannungsamplitude an die Klemme 25 gelegt im wesentlichen rechtwinklig, und das Signal an den

wird, gibt der Transistor 5 einen Stromimpuls ab. So- Klemmen der Spule 21 ist im wesentlichen die Ab-

bald der Transistor 5 den Impuls abgibt, wird der leitung des Signals in P. Es tritt also in der Form von

Transistor 6 und dementsprechend auch der Transi- nicht deformierten Impulsen auf und kann über die

stör 1 gesperrt. Die Transistoren 5 und 6 werden 65 Spule 22 auf die Basis des Eingangstransistors der

nämlich von dem praktisch konstanten Strom ge- folgenden Kippschaltung übertragen werden,

speist, der durch den Widerstand 26 hindurchgeht. Es muß hier hervorgehoben werden, daß dieser

Infolgedessen kann es so eingerichtet werden (bei- Vorteil es ermöglicht, die Schaltfrequenz in einer

Claims (1)

1. 5 6

   Vorrichtung mit mehreren in Serie geschalteten Kipp- einen reinen Widerstand geladen wird, der parallel

   schaltungen, beispielsweise in einer Rechenmaschine, zur Verlustkapazität der Basis liegt. Die Wirkung der

   beachtlich zu steigern. Verlustkapazität der Basis des Transistors 3 und der

   Wenn man versucht, die Schaltfrequenz von Vor- Kapazität 15, welche in den Ladekreis des Transirichtungen der beschriebenen Art zu steigern, so 5 stors 2 eingeschaltet sein würde, wenn diese Weiterstößt man im allgemeinen auf zwei Hauptschwierig- bildung der Erfindung nicht vorhanden sein würde, keiten. ist also unterdrückt. Zusammenfassend ermöglicht es

   Die erste besteht in der Notwendigkeit, eine »Ge- die Erfindung also, die Sättigung des Transistors

   dächtnisfunktion« vorzusehen (diese besteht darin, der Kippschaltung zu verringern, indem sie gleich-

   daß die Kippschaltung im Augenblick der Zuführung io zeitig dessen Kapazität und dessen Ladewiderstand

   eines Impulses in irgendeiner Weise sich des elek- vermindert.

   trischen Zustandes »erinnern« muß, der sich durch Links oben wurde gesagt, daß die Flanken der in

   die Zuführung des vorhergehenden Impulses ergab, dieser Schaltung übertragenen Impulse verzögert

   um mit einem sicheren Stoß in den entgegengesetzten werden, um zu vermeiden, daß ein bereits eingeleite-

   Zustand zu kippen), und eine kurze Totzeit zu haben 15 tes Kippen verzögert würde. Diese Verzögerungs-

   (d. h. die Zeit zwischen dem durch Anlegen eines Im- funktion (bzw. Gedächtnisfunktion) wird durch den

   pulses hervorgehobenen Kippen und der Aufnahme- Boucherot-Stromkreis genau erfüllt. Wenn man das

   fähigkeit für den folgenden Impuls). Anlegen eines Impulses am Eingang 25 in einer

   Die Erfindung löst diese erste Art von Schwierig- Phase der oben beschriebenen Arbeitsweise betrach-

   keiten, indem sie die »Gedächtnisfunktion« mit Hilfe 20 tet und die Entwicklung des Potentials an den Punk-

   eines oben angegebenen Paares Umwandlertransisto- ten M, N, P und Q prüft (Wellenformen m, η, ρ

   ren erfüllt. und q im Diagramm), so sieht man, daß die Ent-

   Diese sind derart geschaltet, daß sie nicht nur die wicklung des Basispotentials der Umwandlungstran-Steuerimpulse nach links oder nach rechts richten sistoren von dem Zeitpunkt der Anlage eines Impul-— entsprechend dem vorangehenden Zustand der 25 ses (durch einen Pfeil angedeutet) gegenüber dem Kippschaltung (was an sich bekannt ist) —, sondern Aufbau des Basispotentials an den Haupttransistoren außerdem in einer weiter unten genauer beschriebe- verzögert wird.

   nen Weise die Flanken der in der Schaltung über- Es ergibt sich hieraus, daß das Kippen der zweiten

   tragenen Impulse derart verzögern, daß keine Gefahr Transistoren praktisch beendet ist, bevor die ersten

   besteht, das bereits eingeleitete Kippen zu stören. 30 in der Lage sind, Impulse weiterzuleiten, die stören

   Die zweite Art von Schwierigkeiten ergibt sich aus könnten.

   dem Erhalt einer hohen Schaltmaximalfrequenz an Daraus ergibt sich auch, daß die Umwandlungs-

   den Haupttransistoren der Kippschaltung. transistoren erst nach einem Zeitraum in der Lage

   Dies bedingt, daß die Ladung dieser Transistoren sind, einen neuen Impuls aufzunehmen, der nur in eine Kapazität und einen Widerstand umfaßt, die so 35 der Größenordnung des Produktes des Widerstandes klein wie möglich sind. jedes Boucherot-Stromkreises mit der Verzögerungs-Wenn aber der Ladewiderstand dieser Transistoren kapazität jedes Umwandlertransistors ist.
   klein ist, so ist auch die Verstärkung der Reaktion Man kann außerdem feststellen, daß infolge des der Kippschaltung schwach (obgleich die Steilheit Vorhandenseins der Zenerdioden 8 und 10 die Standes Transistors hoch sein mag). Die an die Kipp- 40 dige Potentialdifferenz, welche zwischen den Basen schaltung gelegte Spannung muß verhältnismäßig und Kollektoren der Transistoren der Kippschaltung groß sein. Unter diesen Umständen könnte man es bestehen muß, erlangt wird, ohne daß an diese ein nicht dulden, angelegte Impulse am Ausgang der zusätzlicher Wechselstrom gelegt wird.
   Schaltung wiederzufinden: oben ist die Art dargelegt Es muß noch festgestellt werden, daß die Art des worden, wie die Erfindung diese Erscheinung ver- 45 Anlegens der Haupttransistoren und der Umwandlermeidet, aber es ist trotzdem ermöglicht, einen gerin- transistoren an eine Differentialschaltung zur Folge gen Wert für den Ladewiderstand der Haupttransi- hat, daß die Arbeitsweise der Vorrichtung stabilisiert stören der Kippschaltung vorzusehen. wird, beispielsweise als Funktion der Temperatur.

   Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Natürlich können vielfache Abwandlungen der

   Ladung dieser Transistoren über einen Boucherot- 50 Einzelheiten gegenüber der beschriebenen Schaltung

   Stromkreis aufgebaut. Ein Boucherot-Stromkreis vorgesehen werden, ohne daß der Rahmen der Erfin-

   kann zwei parallel geschaltete Kreise aufweisen. Im dung verlassen wird. Es ist klar, daß insbesondere

   Ausführungsbeispiel enthält der eine Zweig den Wi- npn-Transistoren verwendet werden können,
   derstand 14 und die Kapazität 15, der andere Zweig

   den Widerstand 16 und die Induktanz 17. Die Wider- 55

   stände 14 und 16 sind gleich groß und jeweils mit Patentansprüche:
   einer Kapazität bzw. einer Induktanz in Serie geschaltet. Die Induktanz ist gleichwertig dem Produkt 1. Elektronische bistabile Kippschaltung mit der Kapazität mit dem Quadrat des Widerstandes. mindestens zwei Haupttransistoren, deren Emitter Der Ladestromkreis des Transistors 2 weist beispiels- 60 an einem gemeinsamen Stromkreis liegen und weise einen ersten Zweig 14,15 und einen zweiten deren Basen und Kollektoren kreuzweise mitein-Zweig 16,17 auf. Nachdem diese obigen Bedingun- ander verbunden sind, und mit zwei Hilfstransigen erfüllt sind, ist die Impedanz des Stromkreises, stören zum Umwandeln der Steuerimpulse für vom Verbindungspunkt zwischen den beiden Armen die Haupttransistoren, dadurch gekenngesehen, ein reiner Widerstand, der einem der Wider- 65 zeichnet* daß die Basen der Hilfstransistoren stände der Schaltung entspricht. (3, 4) jeweils mit der Basis des entsprechenden

   Aus dieser Eigenart des Boucherot-Stromkreises Haupttransistors (1 bzw. 2) verbunden sind und

   ergibt sich, daß der Kollektor des Transistors 2 über daß ein Paar zusätzlicher Transistoren (5, 6) vor-

   gesehen ist, von denen der Kollektor des einen (5) den Emittern der Hilfstransistoren (3,4) vorgeschaltet ist, während an der Basis dieses zusätzlichen Transistors (5) die Eingangsimpulse anliegen, und daß der Kollektor des anderen zusätzlichen Transistors (6) verbunden ist mit den zusammengeschlossenen Emittern der beiden Haupttransistoren (1,2), wobei die Emitter der zusätzlichen Transistoren (5,6) gemeinsam an einer im wesentlichen konstanten Spannung liegen.

   2. Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung jedes Haupttransistors (1,2) über einen Boucherot-Stromkreis gebildet wird, der an den entsprechenden Umwandlungstransistor (3 bzw. 4) angeschlossen ist.

   3. Kippschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Arbeiten der Haupttransistoren (1, 2) notwendige Potentialdifferenz über Zenerdioden (8,10) zugeführt wird.

   4. Vorrichtung zum Zählen von Impulsen mit mehreren kaskadenartig in Serie geschalteten elektronischen Kippschaltungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse jeder Kippschaltung den Klemmen der Induktionsspulen eines der Boucherot-Stromkreise der vorangehenden Kippschaltung zugeführt werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 080 605.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   509 687/406 9.65 ® Bundesdruckerei Berlin