DE1209598B - Mehrstufiger Zaehler aus bistabilen Stufen - Google Patents

Description

UUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/22

Nummer: 1209 598

Aktenzeichen: T 23818 VIII a/21 al

Anmeldetag: 10. April 1963

Auslegetag: 27. Januar 1966

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Zähler, der aus bistabilen Stufen besteht. Jede dieser bistabilen Stufen besitzt zwei Eingänge und zwei komplementäre Ausgänge. Die Zählimpulse werden jeder dieser Stufen an sämtlichen Eingängen über mindestens je eine Eingangstorschaltung, die eine Mehrzahl von Eingängen und einen Ausgang aufweist, zugeführt. Die Ausgänge jeder bistabilen Stufe sind jeweils mit einem Eingang mindestens je einer zu einer in Zählrichtung nachfolgenden bistabilen Stufe gehörigen Eingangstorschaltung verbunden.

Zähler, die nach dem oben geschilderten Prinzip aufgebaut sind, haben sich im praktischen Einsatz vielfach bewährt. Im Zuge der Entwicklung von Schaltungen, die bei immer höheren Zählfrequenzen arbeiten sollen, haben sie sich jedoch mitunter als zu langsam erwiesen, da die Schaltzeit der bistabilen Stufen insofern jedesmal neu in die gesamte Zählzeit eingeht, als die Aufnahmefähigkeit jeder folgenden bistabilen Stufe erst nach dem Erreichen der Ausgangspotentiale der in Zählrichtung jeweils vorhergehenden bistabilen Stufe gegeben ist.

Aufgabe der Erfindung war es daher, unter Anwendung des oben geschilderten Prinzips eine Schaltung zu entwickeln, der dieser Nachteil nicht anhaftet und die noch wesentlich höhere Zählfrequenzen zu verarbeiten gestattet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durcli die Ausbildung der Eingangstorschaltungen, die den Eingängen der bistabilen Stufen vorgeordnet sind, als Und-Schaltungen gelöst, deren Ausgänge jeweils sowohl mit einem Eingang der zugehörigen bistabilen Stufe als auch mit einem Eingang mindestens einer zu einer in Zählrichtung nachfolgenden bistabilen Stufe gehörigen Und-Schaltung verbunden sind.

Auf diese Weise wird die Arbeitsbereitschaft jeder Und-Schaltung bereits durch das Ausgangssignal einer Und-Schaltung der in Zählrichtung vorangehenden bistabilen Stufe bewirkt, und es muß dazu nicht erst das Erreichen des Ausgangspotentials dieser bistabilen Stufe abgewartet werden. Die Wirkung der Erfindung läuft also allgemein auf eine verzögerungslose Überbrückung zwischen Eingang und Ausgang der bistabilen Stufen für die Arbeitsbereitschaftseinstellungssignale hinaus. Die Ansprechzeit der bistabilen Stufen geht damit nicht mehr in die Zählgeschwindigkeit ein.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zählers kann man pro bistabile Stufe zwei Oder-Schaltungen vorsehen, die in die Verbindungen jedes Ausgangs einer bistabilen Stufe mit den Eingängen der den Eingängen der nachfolgenden Stufen vor-

Mehrstufiger Zähler aus bistabilen Stufen

Anmelder:

Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Wolfgang Hilberg, Neu-Ulm/Donau - -

geschalteten Und-Schaltungen einerseits und in die Verbindungen jedes Ausganges der Und-Schaltungen der vorangehenden Stufen mit den Eingängen der Und-Schaltungen der nachfolgenden Stufen andererseits derart eingeschaltet sind, daß die Eingänge der Oder-Schaltungen mit den Ausgängen der vorangehenden Stufen bzw. Und-Schaltungen, ihre Ausgänge aber mit den Eingängen der nachfolgenden Und-Schaltungen verbunden sind. Auf diese Weise wird nämlich sichergestellt, daß die Und-Schaltungen der jeweils nachfolgenden Stufen einerseits bereits durch den Ausgangsimpuls der dem entsprechenden bzw. dem vertauschten Eingang der vorangehenden bistabilen Stufe vorgeordneten Und-Schaltung geöffnet und in dieser geöffneten Stellung bis zum Einstellen des Ausgangspotentials an dem zugeordneten Ausgang der vorangehenden bistabilen Stufe gehalten werden.

Zur weiteren Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Schaltung ist es günstig, die Ausgänge aller bistabilen Stufen zusätzlich jeweils mit einem weiteren Eingang einer einem Eingang einer in Zählrichtung vorangehenden bistabilen Stufe vorgeschalteten Und-Schaltung zu verbinden. Auf diese Weise erreicht man nämlich mit Sicherheit, daß jeweils nur eine der den beiden Eingängen jeder bistabilen Stufe vorgeordneten Und-Schaltungen geöffnet ist, ohne daß man bei der Bemessung der zulässigen Zählfrequenz auf die Eigenkippzeit der bistabilen Stufen, die ja die Sperrpotentiale für die dem jeweils zweiten Eingang der nachfolgenden

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bistabilen Stufe vorgeordneten Und-Schaltung liefern baut sind. Die einzelnen bistabilen" Stufen li, In und

müssen, Rücksicht nehmen muß. l_m kann man sich dabei als Flip-Flops ausgebildet

Weiter kann es in Ausgestaltung der erfindungs- denken.

gemäßen Schaltung für ihren Einsatz bei extrem hohen . . Den. Eingängen 4_i(. 4'_s, 4„, 4{_t usw. der einzelnen Frequenzen günstig sein, den Ausgängen aller Und- 5 bistabilen Stufen I₁, Ii₁ usw. sind je eine Und-Sbhal-Schaltungen Verlängerungsschaltungen nachzuordnen, tuftg I₁, 2{, 2_a, 2'_u usw. vorge'ofdnet, deren einer Eindie den jeweiligen Ausgangsimpuls verlängern. Auch gang jeweils parallel zueinander an die Eingangsdiese Maßnahme trägt dazu bei, jeglichen Einfluß der klemme 7 angeschlossen ist, über die den Und-Eigenkippzeit der bistabilen Stufen auf die zulässige Schaltungen die Zählimpulse zugeführt werden. Zählfrequenz auszuschalten, und bietet überdies den io Die zweiten Eingänge 6_B 6J, 6_n, 6'_u usw. der Vorteil, daß sich sehr schnelle Zähler, sogar mit Und-Schaltungen sind für jede Stufe I, II, III jeweils relativ langsam arbeitenden bistabilen Stufen, auf- mit dem Ausgang der Und-Schaltung der voranbauen und dementsprechend verbilligen lassen. Um- gegangenen Stufe derart nach Art einer Ringschaltung gekehrt erhält man bei Verwendung sehr schneller verbünden, daß in zwei Fällen — allgemein für einen bistabiler Stufen schon mit sehr wenigen Einzelstufen 15 Zähler mit JV bistabilen Stufen in JV-1 Fällen — Einextrem schnell arbeitende Zähler. Einfachstes Beispiel gang bzw. Ausgang der entsprechenden Und-Schalfür eine derartige Verlängerungsschaltung ist ein tungen und in einem Fall Eingang und Ausgang der .RC-Glied. den vertäuschten Eingängen der zugehörigen bistabilen

Als von besonderem Vorteil hat es sich schließlich Stufen v'orgeordneten Und-Schaltungen zusammenerwiesen, die den Eingängen der bistabilen Stufen des 20 geschlossen sind. Dieser Fall der Eingangsvertauschung erfindungsgemäßen Zählers vorgeordneten Und-Schal- liegt in dem gezeigten Beispiel beim Übergang von tungen nach einem bereits vorgeschlagenen Prinzip Stufe III zu Stufe I.

auszubilden, bei dem zwei von außen getrennt an- In die Verbindungsleitungen zwischen den Und-

steuerbare Transistoren so zusammengeschaltet sind, Schaltungsausgängen der einen Stufe und je einem

daß die Basis eines emitterseitig angesteuerten Tran- 25 Und-Schaltungseingang der nächsten Stufe sind Oder-

sistors über die Emitter-Kollektor-Strecke eines korn- Schaltungen 3^ 3[, 3_n, 3'_m usw. eingefügt, deren

plementären basisseitig angesteuerten Transistors mit zweiter Eingang mit dem Ausgang S₁, 5i, 5_H, 5^ usw.

dem den Eingängen und dem Ausgang der Und- der jeweils zugehörigen Hälfte der bistabilen Stufen

Schaltung gemeinsamen Festpotential verbunden ist, verbunden ist; mit ihrer Hilfe werden die Ausgangs-

da diese Und-Schaltungen besonders schnell arbeiten 30 signale der Und-Schaltungen und der bistabilen

und damit die Zählfrequenz der Gesamtschaltung Stufen für den Eingang der jeweils entsprechenden

weiter steigern. Und-Schaltung der nachfolgenden Zählerstufe ein-

Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit für den ander überlagert.

erfindungsgemäßen Zähler besteht schließlich darin, Die Wirkungsweise der in der F i g. 1 dargestellten

daß man in die Verbindungen der Und-Schaltungs- 35 Schaltung läßt sich folgendermaßen beschreiben:

ausgänge jeder Stufe mit den Und-Schaltungseingängen Ausgegangen sei dazu von einem augenblicklichen

der in Zählrichtung nachfolgenden Stufen Verzöge- Zählerzustand, bei dem jeweils die rechten. Hälften 1"

rungsglieder einfügt, die den Unterschied zwischen 12 und IJu der bistabilen Stufen I₁, I_n und I₁₁₁ auf

der Zählimpulsdauer und der Ansprechzeit der Und- positivem Potential liegen. Dies hat seinerseits zur

Schaltungen ausgleichen. Auf diese Weise kann man 40 Folge, daß die Und-Schaltungen 2'_u, 2'_lu und 2_t ge-

auch relativ breite Zählimpulse, deren Dauer die öffnet sind. Erscheint nun an der Klemme 7 und damit

Ansprechzeit der Und-Schaltungen überschreitet, noch an den gemeinsam an diese Klemme angeschlossenen

verarbeiten. Eingängen sämtlicher sechs Und-Schaltungen aller

In den Figuren sind eine Reihe von Ausführungs- drei Stufen ein positiver Zählimpuls, so kann er

möglichkeiten für einen erfindungsgemäßen Zähler 45 lediglich an der der Und-Schaltung 2_S riachgeordneten

dargestellt. . linken Hälfte 1{ der bistabilen Stufe I₁ eine Potential-

F i g. 1, 2 und 3 zeigen dabei schematische Über- verschiebung vom Negativen ins Positive bewirken,

sichten für verschiedene Varianten eines gemäß der da ja die beiden anderen mit den geöffneten Und-

Erfindung aufgebauten Ringzählers, während in Schaltungen 2J₁ und 2'_m verbundenen Hälften 1{J und

Fig. 4.ein Ausführungsbeispiel dieses Zählertyps, 50 1™ von bistabilen Stufen bereits auf positivem

das sich als besonders günstig erwiesen hat, im einzel- Potential liegen,

nen dargestellt ist; Zur Vereinfachung der weiteren Beschreibung sei

F i g. 5 schließlich veranschaulicht einen erfindungs- ein derartiges Umschalten der linken Hälfte V₁, Ij₁

gemäß ausgebildeten Gray-Code-Zähler. oder IJ_n der bistabilen Stufen von einem negativen zu

Die F i g. 1 zeigt einen dreistufig aufgebauten 55 einem positiven Potential als Übergang der jeweiligen

Zähler, dessen Einzelstufen I, II und III derart zu Zählerstufe vom Zustand 0 in den Zustand L bezeich-

einer Ringschaltung zusammengeschlossen sind, daß net. Mit der Potentialverschiebung auf der linken

bei zwei Stufen — im allgemeinen Fall bei JV bistabilen Hälfte jeder bistabilen Stufe zwangläufig gekoppelt

Stufen JV-1 — jeweils die linke Eingangstorschaltung ist die umgekehrte Potentialverschiebung auf ihrer

von einem linken Ausgang und die rechte Eingangs- 60 rechten Hälfte. Unter Beachtung der obigen Definitio-

torschaltung von einem rechten Ausgang gesteuert nen ergibt sich dann für die drei bistabilen Stufen die in

werden, während bei einer Stufe die linke Eingangs- der Tabelle 1 in den ersten drei Spalten enthaltene

torschaltung von einem rechten Ausgang und die Schaltfolge. Die weiteren sechs Spalten dieser.Tabelle

rechte Eingangstorschaltung von einem linken Aus- beschreiben aik Öffnen und Sperren der den einzelnen

gang gesteuert wird. Das Kernstück der einzelnen 65 bistabilen Stufen vorgeordneten Und-Schaltungen,

Stufen I, II und III bilden jeweils untereinander gleich wobei ein L das Symbol für ein positives Potential an

aufgebaute bistabile Stufen I₁, I₁₁ und I₁₁₁, die aus den Und-Schältungseingängen 6_l3 6{, 6_n, 6„ usw. und

jeweils zwei gleichen Hälften Ii und 1" usw. aufge- damit für eine geöffnete Und-Schaltung und eine 0 das

Symbol für ein negatives Eingangspotential und damit für eine gesperrte Und-Schaltung darstellt.

Tabelle 1

Bistabile	In	Stufen	2,	2i	Und-Schaltungen	2h	I 2m	I 2m
1,	O	j Im	L	O	2n	ι L	! O	L
O	O	O	L	O	i O	! O	! O	L
L	L	O	L	O	'< L	! O	i L	O
L	L	: O	O	L	L	■' O	L	I o
L	L	L	O	L	L	L	\ L	1 O
O	O	L	O	L	O	L	: °	: L
O	L		O

Aus dieser Tabelle ersieht man, daß nach dem Umschalten der ersten bistabilen Stufe Ii vom Zustand 0 in den Zustand L durch den ersten Zählimpuls der zweite Zählimpuls an der Klemme 7 die Und-Schaltungen 2„ 2,„ 2j'„ geöffnet findet. Dieser positive Zählimpuls vermag jedoch nur an der mit der Und-Schaltung 2„ verbundenen ,linken Hälfte Ii₁ der bistabilen Stufe I₁₁ ein Umschalten vom Zustand 0 in den Zustand L zu bewirken, da die anderen, mit geöffneten Torschaltungen verbundenen Hälften von bistabilen Stufen sich bereits im Zustand L befinden.

Ebenso wie der Ausgangsimpuls der Und-Schaltung 2„ der durch den ersten Zählimpuls ausgelöst wurde, die Und-Schaltung 2_n geöffnet hat, indem er ein positives Potential an ihren Eingang 6_n anlegte, öffnet nun der durch den zweiten Zählimpuls ausgelöste Ausgangsimpuls der Und-Schaltung I_n die Torschaltung 2_m, die der linken Hälfte l,'_n der bistabilen Stufe l_m vorgeschaltet ist, indem er an ihren Eingang 6,„ ein positives Potential anlegte. Die zugehörigen Potentialverhältnisse sämtlicher bistabilen Stufen und sämtlicher Und-Schaltungen lassen sich der dritten Zeile der Tabelle 1 entnehmen.

In ganz analoger Weise schalten dann weitere positive Zählimpulse an der Klemme 7, die jeweils nur eine Hälfte einer bistabilen Stufe vorfinden, die einerseits mit einer geöffneten Und-Schaltung verbunden ist und andererseits ein durch den Zählimpuls änderbares Potential aufweist, die bistabilen Stufen und Und-Schaltungen in der in den weiteren Zeilen der Tabelle 1 veranschaulichten Folge weiter, bis schließlich nach sechs Zählimpulsen wieder der Ausgangszustand erreicht ist und sich der gesamte Zählzyklus von neuem wiederholen kann.

Die in der F i g. 1 dargestellte Schaltung ist für einen Betrieb mit positiven Zählimpulsen ausgebildet; die Und-Schaltungen sind dementsprechend so ausgeführt, daß ihr Ausgangssignal dann auftritt, wenn an ihren beiden Eingängen gleichzeitig ein positives Potential anliegt. Die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich jedoch auch für negative Zählimpulse verwenden. Es ist dazu dann lediglich erforderlich, die Eingänge der Und-Schaltungen, die unmittelbar mit der Eingangsklemme 7 verbunden sind, als negierte Eingänge auszubilden, so daß diese Und-Schaltungen dann einen Ausgangsimpuls abgeben, wenn an ihrem Eingang 6 ein positiver und an ihrem jeweils zweiten Eingang ein negativer Eingangsimpuls anliegt. Statt dessen kann man aber auch beide Und-Schaltungseingänge auf negative Eingangssignale ansprechen lassen und muß dann nur den Leitfähigkeitstyp der Transistoren der bistabilen Stufen entsprechend wählen.

In der F i g. 2 ist eine Abwandlung der in F i g. 1 dargestellten Schaltung gezeigt, bei der sämtliche Und-Schaltungen I₁ bis 2U₁ noch einen dritten, zusätzlichen Eingang aufweisen, der in zwei Fällen jeweils mit dem Ausgang der vertauschten und in einem Fall mit der gleichen Hälfte der bistabilen Stufe

ίο der vorangehenden Zählerstufe verbunden ist. Hätte der Zähler N Stufen, so wäre der zusätzliche Eingang in N—l Fällen mit dem Ausgang der vertauschten Hälfte der bistabilen Stufe der vorangehenden Zählerstufe verbunden, aber wiederum nur in einem Fall mit der gleichen Hälfte. Diese zusätzliche Verbindung dient dazu, das von der jeweils zweiten Hälfte jeder bistabilen Stufe ausgehende Sperrpotential für die dem vertauschten Eingang der nächstfolgenden Stufe vorgeordnete Und-Schaltung zu beschleunigen, indem es nicht mehr von jeder Stufe auf die nächstfolgende, sondern unter Umgehung aller dazwischenliegenden Stufen direkt auf die unmittelbar vorangehende Stufe gegeben wird, so daß diese auch dann, wenn dieser dritte Eingang jeder Und-Schaltung nur langsam anspricht, mit Sicherheit gesperrt ist, wenn ein für sie bestimmter Eingangszählimpuls erscheint. Mit anderen Worten ist durch diese zusätzliche Verbindung sichergestellt, daß niemals beide Und-Schaltungen, die einer bistabilen Stufe vorgeschaltet sind, gleichzeitig geöffnet sind. Allgemein hat diese Schaltungsweise die Wirkung, daß immer nur zwei Und-Schaltungen überhaupt geöffnet sind, während bei der in der F i g. 1 dargestellten Schaltung immer jeweils die Hälfte aller Und-Schaltungen geöffnet ist. Dies hat den Vorteil, daß der Bedarf an Zählimpulsleistung stark vermindert wird und daher mit relativ geringer Eingangsleistung eine große Anzahl Stufen gemeinsam angesteuert werden können.

Die Schaltfolge der bistabilen Stufen und der zugehörigen Und-Schaltungen der F i g. 2 läßt sich aus der Tabelle 2 entnehmen, für deren Symbole 0 und L wieder die gleichen Definitionen gelten wie für die Symbole der Tabelle 1.

Tabelle 2

Bistabile Stufen	In	Im	L	Und-Schaltungen	Ά	2„	2h	2m	2hi
Ii	0	0	L	0	0	0	0	L
50 0	0	0	0	0	L	0	0	0
L	L	0	0	0	L	0	L	0
L	L	L	0	L	0	0	L	0
L	L	L	0	L	0	L	0	0
55 0	0	L	0	0	L	0	L
0

In der F i g. 3 ist eine weitere Abwandlung der erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt, die aus der Abwandlung gemäß der F i g. 2 dadurch hervorgeht, daß in die Verbindung der Und-Schaltungsausgänge mit den Eingängen der bistabilen Stufen und den Eingängen der Und-Schaitungen der nachfolgenden Stufen Verlängerungsschaltungen 8] bis Sn₁ eingefügt sind. Diese Verlängerungsschaltungen haben die Aufgabe, den Ausgangsimpuls jeder Und-Schaltung so weit zu verlängern, daß das durch den Ausgangs-

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impuls hervorgerufene positive Potential an einem Die Kollektorpotentiale der Transistoren T₁ und T₂ Eingang 6 einer nachfolgenden Und-Schaltung mit bzw. T₁' und T₂' gelangen dabei über Spannungsteiler, Sicherheit so lange erhalten bleibt, bis auch bei bi- die aus den Widerständen R₇ bzw. R₇ der ersten Stufe stabilen Stufen großer Eigenkippzeit das Ausgangs- und R₅ bzw. R₅' der zweiten Stufe bestehen, an die potential der zugehörigen Hälfte der bistabilen Stufe 5 Eingänge der Und-Schaltungen der nächsten Stufe, an diesem Eingang der nachfolgenden Und-Schaltung d. h. also an die Basis der Transistoren T₃ und T₃' anliegt, das die gleiche Polarität hat. Auf diese Weise dieser Stufe. Die Kondensatoren C₂ und C₂' dienen kann man einen sehr rasch arbeitenden Zähler auch dabei lediglich der Erhöhung der Schaltgeschwindigaus relativ langsam, d. h. mit großer Eigenkippzeit keit. Die Spannungsteiler lassen sich aber auch durch arbeitenden bistabilen Stufen aufbauen. Am zweck- io andere zur Potentialverschiebung übliche und bemäßigsten bemißt man die Größe der Impulsverlänge- kannte Mittel ersetzen. So kann z. B. statt der RC-rung durch die Verlängerungsschaltungen 8 derart, Glieder R₇, C₂ bzw. R₇', C₂ je eine Zenerdiode verdaß sich der Ausgangsimpuls der Und-Schaltung und wendet werden. Die Basis der Transistoren T₃ bzw. T₃ das über die entsprechende Oder-Schaltung über- jeder Zählerstufe ist außerdem über die Widerstände lagerte Ausgangspotential der zugehörigen bistabilen 15 R_e bzw. i?₆' mit den Kollektoren der Transistoren T₁ Stufenhälfte an dem Eingang 6 der nachgeordneten bzw. T₁, d. h. also den Ausgängen der bistabilen Und-Schaltung der nächsten Stufe zu einem ununter- Stufe der jeweils nachfolgenden Zählerstufe verbunden, brochenen glatten Potentialverlauf ergänzen. Bei einer von denen aus sie nach dem Umschalten dieser Stufe derartigen Schaltung geht also nur die Eigengeschwin- ihre Sperrpotentiale erhalten.

digkeit der Und-Schaltungen in die Zählgeschwindig- 20 Die Schaltung der F i g. 4 arbeitet folgendermaßen:

keit ein, so daß man bei sehr hohen Zählfrequenzen Trifft ein negativer Zählimpuls von der Klemme 7

arbeiten kann. über den Widerstand R₈ auf einen leitenden Tran-

Die Schaltfolge der in der F i g. 3 dargestellten sistor T₂ der Und-Schaltung, dessen Basis über den

dreistufigen Zähleinrichtung entspricht vollkommen zweiten Transistor T₃ der Und-Schaltung auf Öff-

der gemäß der F i g. 2, so daß die Tabelle 2 ent- 25 nungspotential gebracht ist, und ist der Transistor T₁

sprechend angewandt werden kann. der linken Hälfte der bistabilen Stufe gesperrt, der

Die in den vorangehenden Figuren gewählte und Transistor T₁' der rechten Hälfte dagegen leitend, so

durch Blockschaltbilder veranschaulichte Aufbauweise löst dieser Zählimpuls am Emitter von T₂ einen ent-

der erfindungsgemäßen Schaltung, bei der für die bi- sprechenden Kollektorstrom aus. Damit wird aber

stabilen Stufen, die Und-Schaltungen, die Oder- 15 das Potential am Verbindungspunkt der Kollektoren

Schaltungen und die Verlängerungsschaltungen jeweils der Transistoren T₁ und T₂ ins Negative verschoben,

getrennte Baueinheiten verwendet wurden, stellen dann so daß die bistabile Stufe zum Kippen kommt. Nach

das Optimun dar, wenn es nur auf eine besonders dem Kippvorgang ist der Transistor T₁ leitend und

gesteigerte Zählfrequenz ankommt. Zum Beispiel der Transistor T₁ gesperrt. Der Ausgangsimpuls der

läßt sich mit den heute bekannten bistabilen Stufen 35 Und-Schaltung an dem Kollektor des Transistors T₂,

und Und-Schaltungen eine gemäß der F i g. 3 auf- dem sich das Ausgangspotential der bistabilen Stufe

gebaute erfindungsgemäße Schaltung, bei der die am Kollektor des Transistors T₁ überlagert, gelangt

Impulsverlängerungsschaltungen als monostabile über den Spannungsteiler R₅, R₇ und den Kondensator

Schaltungen mit Tunneldioden, deren Durchbruchs- C₂ auf den Eingang der linken Und-Schaltung der

zeit sehr kurz ist, ausgebildet sind, bis zu einer Zähl- 40 nächsten Stufe und steuert deren Transistor T₃ leitend,

frequenz in der Größenordnung von Gigahertz be- Auf diese Weise schreitet der Kippvorgang von Stufe

reiben. Stellt man dagegen nicht ganz so hohe An- zu Stufe weiter fort.

forderungen an die zulässige Zählfrequenz, so kann Der in der F i g. 5 dargestellte Zähler, der nach

man den für den Aufbau der erfindungsgemäßen dem Gray-Code arbeitet, besteht ebenfalls aus drei

Schaltung erforderlichen technischen Aufwand da- 45 Stufen, deren wesentlicher Teil von den drei bistabilen

durch wesentlich verringern, daß man einzelnen Stufen I₁, I_n und I₁₁₁ gebildet wird, die ihrerseits

Schaltelementen mehrere Funktionen zuordnet. jeweils aus zwei gleichen Hälften Ii bis IJJ₁ aufgebaut

Ein Beispiel für eine derartige dreistufige Schal- sind. Durch die andere Art des Zählcodes ist er jedoch

tungsanordnung ist beispielsweise in der F i g. 4 in der Lage, von 1 bis 8 zu zählen,

dargestellt. In dieser Figur sind die drei Zählerstufen 50 Den drei bistabilen Stufen I₁ bis I₁₁₁ sind die Und-

vollkommen gleich aufgebaut und haben auch die Schaltungen 9 bis 16 derart zugeordnet, daß jede Und-

gleiche Arbeitsweise. Schaltung an ihren verschiedenen Eingängen einerseits

Die bistabilen Stufen I₁ bis l_m bestehen jeweils aus mit der Zählfrequenz an der Klemme 7 und andererden Transistoren T₁ und T₁, den Widerständen R₁, seits mit je einem Ausgang einer bistabilen Stufen- R₁, R₂, R₂, R₃, R₃' und den Kondensatoren C₁ und 55 hälfte verbunden ist, während ihr Ausgang mit einem C₁, die zu einem üblichen Flip-Flop aus npn-Tran- Eingang A₁ bis 4'_m einer bistabilen Stufenhälfte versistoren zusammengeschaltet sind. Die linke Und- bunden ist. Die den Ausgängen 5i bis 5i„ der biSchaltung 2 jeder bistabilen Stufe besteht aus den stabilen Stufen I₁ bis I_1n nachgeordneten Oder-Transistoren T₂ und T₃ und dem Widerstand R₁. Die Schaltungen 3j bis 3U₁ sorgen zusätzlich für die Verrechte Und-Schaltung 2' enthält die Transistoren T₂ 60 bindung je eines Einganges der Und-Schaltungen 9 und T₃ und den Widestand i?₄'. Die Funktion der in bis 16 mit einem Ausgang einer zu einer in Zählden Schaltungen der F i g. 1 bis 3 aufegührten Oder- richtung vorhergehenden Zählerstufe gehörigen Und-Schaltungen 3 bzw. 3' werden in der F i g. 4 von Teilen Schaltung.

der bistabilen Stufen und der Und-Schaltungen wahr- Die Schaltfolge der bistabilen Stufen und das

genommen, und zwar übernehmen dabei die Tran- 65 Öffnen und Sperren der Und-Schaltungen sind aus der

sistoren T₁ und T₂ bzw. T₂ und T₃ die Aufgabe der zur Tabelle 3 zu entnehmen, für die wiederum die gleichen

linken bzw. der zur rechten Hälfte der Zählerstufe Definitionen der Symbole L und 0 gelten wie für die

gehörigen Oder-Schaltungen in den F i g. 1 bis 3. Tabellen 1 und 2.

Tabelle

Bistabile Stufen	0	0	Q	10	11	Und-Schaltungen	13	14	15	16
Ii ] In - Im	0	0	L	0	0	12	0	0	0	0
0	L	0	0	L	0	0	0	0	0	0
L	L	0	0	0	L	0	0	0	0	0
L	L	L	0	0	0	0	0	0	0	0
0	L	L	0	0	0	L	L	0	0	0
0	0	L	0	0	0	0	0	L	0	0
L	0	L	0	0	0	0	0	0	L	0
L		0	0	0	0	0	0	0	L
0			0

Aus dieser Tabelle ersieht man, daß jeder Zählimpuls immer nur eine geöffnete Und-Schaltung 9 bis 16 vorfindet, so daß nur die mit dieser Und-Schaltung verbundene bistabile Stufe weitergeschaltet werden kann.

Die den Eingängen 4, bis 4[ der bistabilen Stufe I₁ vorgeschalteten Oder-Schaltungen 17 bzw. 17' vermitteln den Anschluß dieser Zählereingänge an die vier Und-Schaltungen 9 und 13 bzw. 11 und 15. Sie sind erforderlich, weil in dieser ersten Zählerstufe an jeden Eingang zwei Und-Schaltungsausgänge angeschlossen sind, während bei den folgenden Zählerstufen auf jeden Eingang nur ein Und-Schaltungsausgang trifft. Im allgemeinen Fall von N bistabilen Stufen würde sich die Zahl der mit jedem Stufeneingang zu verbindenden Und-Schaltungsausgänge für sämtliche Stufen entsprechend vermehren.

Ähnlich wie in der Zählerschaltung nach F i g. 3 könnte in der Zählerschaltung gemäß der F i g. 5 noch die Einfügung von Verlängerungsschaltungen 8 vorgenommen werden, die dann jeweils an den Ausgang der Und-Schaltungen 9 bis 16 anzuschließen wären und die den Ausgangsimpuls der Und-Schaltungen 9 bis 16, der ja durch die Verbindungsleitung zwischen den Eingängen A₁ bis 4'_m der bistabilen Stufen I₁ bis I_1n mit den Oder-Schaltungen 3_X bis 3J₁₁ direkt an diese Oder-Schaltungen gelangt, so weit verlängern sollen, daß sich das von den Ausgängen S₁ bis 5i„ der bistabilen Stufen I₁ bis I₁₁₁ kommende Ausgangspotential übergangslos anschließt. Ebenso kann man anschließend an die Ausgänge der Oder-Schaltungen 3j bis 3ni, also in die Verbindung der Und-Schaltungsausgänge mit den Eingängen der zu in Zählrichtung nachfolgenden Zählerstufen gehörigen Und-Schaltungen, noch Verzögerungsglieder einfügen, die einen etwaigen Unterschied zwischen der Dauer breiterer Zählimpulse und der Ansprechzeit der Und-Schaltungen ausgleichen.

Claims (6)

Patentansprüche: 60

1. Mehrstufiger Zähler aus bistabilen Stufen mit je zwei Eingängen, die sämtlich parallel zueinander über mindestens je eine Eingangstorschaltung mit einer Mehrzahl von Eingängen und einem Ausgang an die Zählfrequenz angeschlossen sind, und je zwei komplementären Ausgängen, die jeweils mit einem Eingang mindestens je einer zu einer in Zählrichtung nachfolgenden bistabilen Stufe gehörigen Eingangstorschaltung verbunden sind, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Eingangstorschaltungen als Und-Schaltungen, deren Ausgänge jeweils sowohl mit einem Eingang der zugehörigen bistabilen Stufe als auch mit einem Eingang mindestens einer zu einer in Zählrichtung nachfolgenden bistabilen Stufe gehörigen Und-Schaltung so verbunden sind, daß jede Und-Schaltung bereits durch das Ausgangssignal einer Und-Schaltung der in Zählrichtung vorangehenden bistabilen Stufe arbeitsbereit gemacht wird.

2. Zähler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Oder-Schaltungen pro bistabile Stufe, die in die Verbindungen jedes Stufenausganges mit den Eingängen der den Eingängen der nachfolgenden Stufen vorgeschalteten Und-Schaltungen einerseits und in die Verbindungen jeden Ausganges der Und-Schaltungen der vorangehenden Stufen mit den Eingängen der Und-Schaltungen der nachfolgenden Stufen andererseits derart eingeschaltet sind, daß die Eingänge der Oder-Schaltungen mit den Ausgängen der vorangehenden Stufen bzw. Und-Schaltungen, ihre Ausgänge aber mit den Eingängen der nachfolgenden Und-Schaltungen verbunden sind.

3. Zähler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge aller bistabilen Stufen zusätzlich jeweils mit einem weiteren Eingang einer einem Eingang einer in Zählrichtung vorangehenden Stufe vorgeschalteten Und-Schaltung verbunden sind.

4. Zähler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausgängen aller Und-Schaltungen Verlängerungsschaltungen nachgeordnet sind, die ihren Ausgangsimpuls verlängern.

5. Zähler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung von Undschaltungen als Eingangstorschaltungen, bei denen zwei von außen getrennt ansteuerbare Transistoren so zusammengeschaltet sind, daß die Basis eines emitterseitig angesteuerten Transistors über die Emitter-Kollektor-Strecke eines komplementären, basisseitig angesteuerten Transistors mit dem den Eingängen und dem Ausgang der Und-Schaltung gemeinsamen Festpotential verbunden ist.

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6. Zähler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungen der Und-Schaltungsausgänge jeder Stufe mit den Und-Schaltungseingängen der in Zählrichtung nachfolgenden Stufen Verzögerungsglieder eingefügt sind, die den Unterschied zwischen der Zähl-12

impulsdauer und der Ansprechzeit der Und-Schaltungen ausgleichen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1126 927,1139 672; USA.-Patentschrift Nr. 3 063 016.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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