DE1202323B - Bistabile, monostabile oder astabile Kippstufe - Google Patents

Bistabile, monostabile oder astabile Kippstufe

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DE1202323B
DE1202323B DEZ9909A DEZ0009909A DE1202323B DE 1202323 B DE1202323 B DE 1202323B DE Z9909 A DEZ9909 A DE Z9909A DE Z0009909 A DEZ0009909 A DE Z0009909A DE 1202323 B DE1202323 B DE 1202323B
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DE
Germany
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transistor
directional
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blocked
transistors
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Pending
Application number
DEZ9909A
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English (en)
Inventor
Peter Frech
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Zuse KG
Original Assignee
Zuse KG
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/26Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/28Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback
    • H03K3/281Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Description

  • Bistabile, monostabile oder astabile Kippstufe Die Erfindung bezieht-sich auf eine bistabile, monostabile oder astabile Kippstufe mit zwei Transistoren, deren Steuer- und Ausgangselektroden kreuzweise miteinander über passive Schaltelemente verbunden sind, bei der die Ausgangselektroden der Transistoren jeweils über einen im gesperrten Zustand des betreffenden Transistors gesperrten Richtleiter mit dem betreffenden Ausgangslastkreis verbunden ist.
  • Derartige Kippstufen werden meist aus zwei gleichen Transistor-Schaltverstärkerstufen in Emitterschaltung aufgebaut. Die Kollektorelektroden sind dann je über einen Arbeitswiderstand mit einer Betriebsgleichspannung und über passive Schaltelemente mit der Basis des gegenüberliegenden Transistors verbunden. Die Kollektorelektroden dienen aber zugleich als Kippstufenausgang und sind mit nachfolgenden Kippstufen, logischen Schaltungen u. ä. verknüpft.
  • Der Kippvorgang wird bei einer bistabilen oder monostabilen Kippstufe in bekannter Weise eingeleitet, indem ein die Sperrung eines gerade leitenden Transistors bewirkender Impuls oder ein die Öffnung eines gerade gesperrten Transistors bewirkender Impuls der Basiselektrode des betreffenden Transistors zugeführt wird. Dieser Transistor ändert somit unmittelbar seinen Leitfähigkeitszustand und wirkt dann derart auf die Basis des anderen Transistors ein, daß dieser in den komplementären Zustand übergeht. Bei bistabilen Kippstufen ist hiermit wieder ein stabiler Zustand erreicht, während die monostabile Kippstufe nach einer durch die koppelnden Schaltelemente bewirkten Verzögerungszeit in den ursprünglichen Zustand zurückfällt.
  • In vielen praktischen Fällen muß eine solche Kippstufe rückwirkungsfrei gemacht werden, d. h., ihr Kippzustand muß unempfindlich gegen Störimpulse auf den Ausgangsleitungen sein. Die bisher erläuterten Kippstufen besitzen diese Eigenschaft nicht, da solche Störimpulse über eine Kollektorelektrode und die koppelnden Schaltelemente an die Basis des gegenüberliegenden Transistors gelangen und dort bei entsprechender Polarität und Amplitude einen unerwünschten Schaltvorgang einleiten. In derselben Weise können bei astabiler Kippstufe Störimpulse vom Ausgang her den gewünschten regelmäßig sich wiederholenden Kippzyklus verfälschen.
  • Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, Kippstufen rückwirkungsfrei zu machen, da Störimpulse auf den Ausgangsleitungen wegen unkontrollierbarer kapazitiver Kopplungen mit impulsführenden Leitungen (Verdrahtungskapazität) nur unter großem Aufwand völlig beseitigt werden können. In einer bekannten rückwirkungsfreien Kippstufe dienen die Kollektorelektroden nicht direkt als Ausgang der Kippstufe, sondern sie sind über zusätzliche Transistorverstärker vom Ausgang entkoppelt.
  • Bei einer anderen bekannten Kippstufe liegt der Richtleiter auf der Ausgangsseite parallel zu dem Verbraucher und in Reihe mit seiner Stromquelle. Hierbei zieht der Transistor über den betreffenden Lastwiderstand und den nachgeschalteten Richtleiter Strom. Es besteht bei dieser Anordnung daher ebenfalls die Gefahr, daß ein äußerer Störimpuls den Kippvorgang einleitet.
  • Die Erfindung bezweckt, die bei diesen bekannten Kippstufen bestehenden Unzulänglichkeiten zu vermeiden bzw. den mit diesen bekannten Kippstufen verbundenen Aufwand zu verringern.
  • Gemäß der Erfindung ist die Versorgungsspannung am Verbindungspunkt des Richtleiters mit dem Lastkreis über einen besonderen Arbeitswiderstand zugeführt, und zwar in der Weise, daß die Potentialdifferenz zwischen dem Kollektor des gesperrten Transistors und der Ausgangsklemme so gerichtet ist, daß der Richtleiter bei gesperrtem Transistor ebenfalls gesperrt ist. Durch diese Maßnahme kann die durch Einfügung des Richtleiters verursachte Verringerung des nutzbaren Ausgangsspannungssprungs um den Abfall am Richtleiter durch Wahl der Emitter-Betriebsgleichspannung kompensiert werden. Es wird ferner durch die Sperrung des Richtleiters jede Möglichkeit der Rücktriggerung der Kippstufe vermieden.
  • Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden im folgenden an Hand einiger Ausführungsbeispiele mit Hilfe der F i g. 1 bis 3 näher erläutert, wobei F i g. 1 das Schaltschema einer Kippstufe mit pnp-Transistoren, F i g. 2 die möglichen Kupplungselemente der Kippstufe und F i g. 3 das Schaltschema eines astabilen Multivibrators gemäß der Erfindung zeigt.
  • In F i g. 1 sind zwei Transistoren 1 und 2 vom pnp-Typ in Emitterschaltung angedeutet, d. h. daß die Emitter beider Transistoren auf einer gemeinsamen positiven Betriebsgleichspannung -I- U1 liegen. Die Basis des ersten Transistors ist über einen Basiswiderstand 3 mit einer beispielsweise größeren positiven Vorspannung --I- U2 .verbunden und wird außerdem vom Eingang 4 der Kippstufe über einen Vorwiderstand 5 und einen Richtleiter 6 angesteuert. Die Ansteuerung ist synchronisiert durch einen Takt T, der dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 5 und dem Richtleiter 6 über einen Kondensator 7 zugeleitet wird.
  • Was bisher über die Elemente 3 bis 7 und den ersten Transistor 1 gesagt wurde, gilt sinngemäß für die Elemente 8 bis 12 und den zweiten Transistor, da die Schaltung symmetrisch aufgebaut ist. Die Arbeitswiderstände 13 und 14 der beiden Transistorstufen sind erfindungsgemäß mit den entsprechenden Kollektorelektroden über je einen Richtleiter 15 und 16 verbunden, welche so gepolt sind, daß sie den Kollektorstrom durchlassen. Zwischen den Widerständen 13 bzw. 14 und den erfindungsgemäßen Richtleitern 15 bzw. 16 sind die zueinander komplementären Ausgänge 17 bzw. 18 angeordnet.
  • In bekannter Weise liegen koppelnde Schaltelemente zwischen der Basis eines Transistors und der Kollektorelektrode des jeweils anderen Transistors. Diese Elemente können je nach der gewünschten Kippfunktion verschieden sein und sind in dieser Figur durch ein Blockkästchen 19 bzw. 20 symbolisiert.
  • Soll die Kippstufe zwei stabile Lagen besitzen, dann wird man entweder einen Widerstand (F i g. 2 b) oder für kurze Schaltzeiten die Parallelschaltung eines Widerstandes mit einem Kondensator als koppelnde Schaltelemente benutzen (F i g. 2 a). Monostabile Kippstufen weisen einseitig einen Kondensator (F i g. 2 c) auf und sind in der anderen Transistorstufe wie ein bistabiles Element aufgebaut. Astabile, d. h. frei schwingende Kippstufen, besitzen in beiden Rückkopplungszweigen 19, 20 je einen Kondensator.
  • Zur Stabilisierung der Arbeitspunkte der erfindungsgemäßen Richtleiter 15 bzw. 16 ist für jede Transistorstufe noch ein Widerstand 21 bzw. 22 vorgesehen, der zwischen Kollektorelektrode und negativer Betriebsspannung liegt und zusammen mit den Koppelelementen und dem Basiswiderstand einen Spannungsteiler für den jeweiligen Richtleiter darstellt. Der Widerstandswert ist so gewählt, daß der entsprechende Richtleiter bei gesperrtem Transistor ebenfalls sicher sperrt. Die Kollektorspannung des gesperrten Transistors muß negativer sein als die Spannungen an den Ausgängen 17 bzw. 18, die durch die Verbraucherlast und den Kollektorwiderstand 13 bzw. 14 bestimmt wird.
  • Da der erfindungsgemäße Richtleiter 15 bzw. 16 so gepolt ist, daß der Strom des jeweils zugeordneten Transistors 1 bzw. 2 durch ihn hindurchfließen kann, hat er im Normalbetrieb nur einen geringen ohmschen Durchflußwiderstand und wirkt sich auf die Ausgangsspannung an den Ausgängen 17 bzw. 18 nur in einer Verringerung des Spannungssprungs um diesen Spannungsabfall aus. Dieser Spannungsabfall kann jedoch gemäß weiterer Erfindung bezüglich der Ausgangsspannung kompensiert werden, indem das gemeinsame Emitterpotential -f- U1 um den Betrag dieses Spannungsabfalls erhöht wird.
  • Ein auftretender Störimpuls an den Ausgängen 17 bzw. 18 kann nun den Kippzustand nicht mehr ändern. Ist der Transistor, an dessen Kollektor der Störimpuls anliegt, gerade gesperrt, dann findet der Störimpuls den erfindungsgemäßen Richtleiter auch im Sperrzustand vor und bleibt deshalb für die Schaltung wirkungslos. Erreicht ein Störimpuls eine Ausgangsklemme, die mit dem Kollektor eines gerade leitenden Transistors verbunden ist, dann bleibt er ebenfalls wirkungslos, da der (gesperrte) gegenüberliegende Transistor (dessen Basis allein beeinflußt werden kann) durch einen positiven Impuls nur besser gesperrt wird und durch einen negativen Impuls nicht erreicht wird, denn die Kollektor-Emitter-Strecke eines leitenden Transistors ist wesentlich niederohmiger als die Serienschaltung des Koppelgliedes und der Basis-Emitter-Strecke eines gesperrten Transistors.
  • Durch die erfindungsgemäße zusätzliche Schaltung an den Ausgängen der Kippstufe wird also eine Beeinflussung des Kippzustands verhindert. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der erfindungsgemäßen Schaltung dadurch, daß die kapazitive Belastung der Kippstufe erhöht werden kann, ohne daß die Kippzeit länger wird. Bei gegebener Taktamplitude ist die maximale Lastkapazität der Kippstufe festgelegt. Wird die Belastung erhöht, dann vergrößert sich bei bekannten Schaltungen die Laufzeit der Taktimpulse durch die Kippstufe und die Kippstufe würde nicht mehr umkippen können. Durch die erfindungsgemäßen Richtleiter wird jedoch die kapazitive Belastung dann abgetrennt, wenn sie eine Erhöhung der Kippschaltzeit ergeben würde. In diesem Augenblick wird die zusätzliche Belastung unwirksam.
  • Daß sich die Erfindung nicht nur bei einem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 anwenden läßt, sondern vielmehr an vielen der heute bekannten symmetrischen Kippschaltungen mit Transistoren vorteilhaft verwendet wird, soll abschließend durch das Beispiel eines astabilen Multivibrators an Hand von F i g. 3 belegt werden. Dieses Beispiel enthält im Gegensatz zu dem vorher Geschilderten npn-Transistoren, so daß sich die Stromflußrichtungen der erfindungsgemäßen Richtleiter 15a bzw. 16a umkehren. Im übrigen arbeitet diese Schaltung wie die oben geschilderte, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigt und funktionsgleiche Teile mit denselben Bezugszeichen und nachgestellten Buchstaben a gekennzeichnet sind. In bekannter Weise sind dabei die Polaritäten der Betriebsgleichspannungen umgekehrt.
  • Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, daß die erfindungsgemäßen Richtleiter in beiden Ausgängen der Kippstufe angebracht sind, sondern sie sind nur da sinnvoll, wo überhaupt Ausgangsimpulse entnommen werden sollen. Das kann jede beliebige, es können aber auch beide Seiten der Kippstufe sein. Schließlich ist die Erfindung nicht beschränkt auf Kippstufen, die aus Transistorstufen in Emitterschaltung aufgebaut sind.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Bistabile, monostabile oder astabile Kippstufe mit zwei Transistoren, deren Steuer- und Ausgangselektroden kreuzweise miteinander über passive Schaltelemente verbunden sind, bei der die Ausgangselektroden der Transistoren jeweils über einen im gesperrten Zustand des betreffenden Transistors gesperrten Richtleiter mit dem betreffenden Ausgangslastkreis verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung (U1) am Verbindungspunkt (17, 18) des Richtleiters (15, 16) mit dem Lastkreis über einen besonderen Arbeitswiderstand (13, 14) - zugeführt ist und daß die Potentialdifferenz zwischen dem Kollektor des gesperrten Transistors (z. B. 1 bzw. la) und der Ausgangsklemme (18) so gerichtet ist, daß der Richtleiter (16) ebenfalls gesperrt ist.
  2. 2. Kippstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufe aus zwei gegengekoppelten Transistorverstärkerstufen in Emitterschaltung aufgebaut ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr.1005 559.
DEZ9909A 1963-02-12 1963-02-12 Bistabile, monostabile oder astabile Kippstufe Pending DE1202323B (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1005559B (de) * 1955-03-14 1957-04-04 Siemens Ag Anordnung zur abwechselnden Einschaltung mehrerer Verbraucher

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1005559B (de) * 1955-03-14 1957-04-04 Siemens Ag Anordnung zur abwechselnden Einschaltung mehrerer Verbraucher

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