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Zählkette zum Vorwärts- und Rückwärtszählen Die Erfindung betrifft
eine Zählkette zum Vorwärts- und Rückw'ärtszählen, bestehend aus einer Reihenschaltung
von Tunneldioden mit unterschiedlichen Strom-Spannungs-Kennlinien, denen ein Strom
eingeprägt ist, der größer als der größte Talstrom und kleiner als der kleinste
Hügelstrom aller in der Kette angeordneten Tunneldioden ist.
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Es sind einfache multistabile Schaltkreise bekannt, die als Speicherelement
eine Reihenschaltung von Tunneldioden mit verschiedenen Hügelströmen verwenden.
Da die Tunneldiode in einem bestimmten Strombereich bei gleichem Stromfluß zwei
verschiedene Widerstandswerte annehmen kann, läßt sie sich als binäres Speicherelement
verwenden. Schaltet man mehrere Tunneldioden in Reihe, dann erhält man ein multistabiles
Speicherelement. Damit der Schaltzustand aufrechterhalten bleibt, ist dieser Tunneldiodenkette
ein Strom eingeprägt, der größer als der größte Talstrom und kleiner als der kleinste
Hügelstrom aller in der Kette angeordneten Tunneldioden ist. Befindet sich die Kette
im Ausgangszustand, dann sind alle Tunneldioden im niederohmigen Zustand, der durch
kleinen Spannungsabfall an der Tunneldiode gekennzeichnet ist. Durch die einlaufenden
Speicherimpulse wird der Stromfluß in der Kette erhöht, bis der Hügelstrom einer
Tunneldiode überschritten wird.
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Durch den dabei an der Tunneldiodenkette auftretenden Spannungsimpuls
kann der zusätzliche Stromfluß in dieser Kette unterbrochen werden. Derartige Schaltkreise
sind sehr einfach im Aufbau und arbeiten noch bei sehr großen Zählfrequenzen. Ein
Nachteil dieser Schaltkreise besteht darin, daß die Ausspeicherung nicht so vorteilhaft
gelöst ist. Bei der Aussp.eicherung werden der Reihe nach die noch im niederohmigen
Zustand befindlichen Tunneldioden umgesteuert. Erreicht die Tunneldiodenkette den
Endzustand, d. h. sind alle Tunneldioden im hochohmigen Zustand, der durch großen
Spannungsabfall gekennzeichnet ist, dann spricht ein Indikator in der Tunneldiodenkette
an und zeigt das Ende der Ausspeicherung an. Bei einer derartigen Ausspeicherung
entsteht eine Impulsfolge, die das Komplement der eingespeicherten Impulsfolge zur
Gesamtzahl der in der Kette angeordneten Tunneldioden darstellt. Da es sich hierbei
um einen Seriencode handelt, erfordert die Umwandlung des Ausgangscodes in den ursprünglichen
Speichercode zusätzlich noch eine teure Wandlerschaltung. Dabei tritt außerdem noch
ein Zeitverlust auf, da erst nach dem Ende des Ausspeichervorganges die Umwandlung
vollzogen werden kann. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zählkette zum Vorwärts-
und Rückwärtszählen zu schaffen, die unter Verwendung eines derartigen einfachen
multistabilen Schaltkreises bei der Ausspeicherung den Speichercode direkt wieder
abgibt, ohne daß dafür aufwendige Codewandler eingesetzt werden müssen und Zeitverlust
auftritt. Die Zählkette zum Vorwärts- und Rückwärtszählen, bestehend aus einer Reihenschaltung
von Tunneldioden mit unterschiedlichen Strom-Spannungs-Kennlinien, denen ein Strom
eingeprägt ist, der größer als der größte Talstrom und kleiner als der kleinste
Hügelstrom aller in der Kette angeordneten Tunneldioden ist, ist nach der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorwärtszählen der Stromfiuß über die Tunneldioden
wiederholt bis zum überschreiten eines Hügelstromes einer beliebigen Tunneldiode
erhöht wird, daß beim Rückwärtszählen der Stromfluß über die Tunneldioden wiederholt
bis zum Unterschreiten eines Talstromes einer beliebigen Tunneldiode reduziert wird
und daß durch die bei der Umsteuerung einer Tunneldiode auftretenden Spannungsimpulse
in dem einen Falle die Einschreib- und im anderen Falle die Ausleseschaltung beeinflußt
wird. Diese Zählkette nutzt die Tatsache aus, daß die Tunneldioden sowohl unterschiedliche
Hügel- als auch Talströme aufweisen. Durch die Beeinflussung der Einschreib-bzw.
der Ausleseschaltung mit den beim Umsteuern der Tunneldioden auftretenden Spannungssprüngen
unterschiedlicher Polarität kann in einfacher Weise sichergestellt werden, daß bei
der Einspeicherung die Tunneldioden nacheinander in den hochohmigen Zustand übergehen
und infolge der Stromumkehr bei der Ausspeicherung wieder in den niederohmigen Zustand
zurückkehren. Dabei ist nicht wichtig und erforderlich, daß die Reihenfolge der
Umsteuerung bei der Einspeicherung genau in der entgegengesetzten Reihenfolge wie
bei der Ausspeicherung verläuft.
Für den Zählvorgang ist nur die
Anzahl der umgesteuerten Tunneldioden wesentlich. In -weiterer Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Zählkette verwendet man eine Flip-Flop-Schaltung als Einschreibschaltung,
die durch den Einspeicherimpuls in den einen und durch den bei der Umsteue-üng einer
Tunneldiode in den hochohmigen Zustand auftretenden Spannungsimpuls in den Ausgangszustand
gesteuert wird. Der von der Flip-Flop-Schaltung gelieferte Stromfluß in der Tunneldiodenkette
addiert sich zu dem eingeprägten Grundstrom. Bei der Ausspeicherung wird nun erfindungsgemäß
die Flip-Flop-Schaltung in eine One-Shot-Schaltung umgewandelt und der für die Tunneldiodenkette
gelieferte Strom umgekehrt, so daß die Tunneldioden periodisch zurückgestellt werden.
Der , von der One-Shot-Schaltüng gelieferte Strom fließt dabei jeweils so lange,
bis der Talstrom einer Tunneldiode unterschritten wird. Der dabei an der Tunneldiodenkette
auftretende Spannungsimpuls entgegengesetzter Polarität triggert die One-Shot Schaltung.
Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis alle Tunneldioden den niederohnügen
Zustand einnehmen. Zur Ausspeicherung braucht nur die Flip-Flop-Schaltung in eine
One-Shot-Schaltung umgesteuert zu werden, und der Ausspeichervorgang läuft selbsttätig
ab. Immer dann, wenn die One-Shot-Schaltung keinen Strom für die Tunneldiodenkette
liefert, wird ein Ausgangsimpuls erzeugt. Auf diese Weise ergibt sich ein Ausgangssignal,
das dem Eingangssignal entspricht und bereits mit der Einleitung der Ausspeicherung
beginnt.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die grundsätzliche Anordnung der Kettenschaltung, F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel
der gemeinsamen Steuerschaltung zwischen Kette und Flip-Flop-Schaltung, F i g. 3
ein Ausführungsbeispiel der Zählkette nach der Erfindung und F i g. 4 das Ausgangssignal
an der Kippschaltung während des Ausspeichervorganges.
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Durch die Änderung der Richtung des Weiterschaltens bei der dynamischen
Abfrage kann man direkt die Anzahl p der eingespeicherten Impulse erhalten. Eine
Ausführungsmöglichkeit dieses Prinzips soll nun hier an Hand der multistabilen Schaltung
mit selbsttätiger Ausspeicherung gegeben werden. Zum besseren Verständnis der Gesamtschaltung
werden zuerst die wesentlichen Schaltungsteile beschrieben. Die zugrunde liegende
grundsätzliche Anordnung der Kette ist in F i g. 1 dargestellt. Zur Anpassung an
die Ausgangspotentiale der Steuerschaltung wird das eine Ende der Kette an den Spannungsteiler
Ri>R2 gelegt, der die negative Spannung halbiert. Das Einprägen des Haltestromes
geschieht auch hier über den Widerstand RV. Zum Vorwärtsschalten (beim Einspeichern)
muß der der Kette abgewandte Anschluß der Induktivität L auf Nullpotential, zum
Rückwärtsschalten (beim Ausspeichern) auf negative Spannung gebracht werden.
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Dadurch wird der Haltestrom durch die Kette TDK mit den Tunneldioden
TDi ... TDii um den durch die Induktivität L fließenden Strom angehoben bzw.
abgesenkt. Durch eine entsprechende Torschaltung, die zwischen die Steuerschaltung
und die Kettenanordnung geschaltet ist, wird dafür gesorgt, daß beim Einspeichern
der Anschluß der Induktivität entweder Nullpotential annimmt oder potentialfrei
gemacht, beim Ausspeichern entweder nur negatives Potential annimmt oder
potentialfrei gemacht wird. Eine Ausführungsmöglichkeit dieser gemeinsamen Steuerschaltung
zeigt F i g. 2. Der Eingang E oder Schaltung wird mit der Kippstufe, der AusgangA
mit der Induktivität L verbunden.
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Die Schaltung besteht im wesentlichen aus zwei Teilen mit Und-Funktion.
Diese Teile sind die Diode D3 mit dem Kontakt KU und die Diode D5 wieder mit dem
Kontakt Ku. Das Leitungsstück a kann nur negatives Potential annehmen, wenn der
Eingang negativ und der KontaktKU geöffnet ist. Die Erzeugung des negativen Potentials
erfolgt durch den Widerstand R3. Das Leitungsstück b kann nur Nullpotential annehmen,
wenn der Eingang Nullpotential aufweist und derWiderstandR4 über denKontaktKu an
Nullpotential oder positives Potential gelegt wird. Durch Einfügen der Dioden D4
und DB in der dargestellten Weise wird erreicht, daß nur negatives Potential von
dem Leitungsstück a und nur positives Potential von dem Leitungsstück b auf den
Ausgang übertragen wird. Die Diode D7 verhindert eine unerwünschte Verkopplung der
Leitungsstücke a und b.
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Bei geöffnetem Kontakt Ku überträgt die Schaltung also nur negatives,
bei geschlossenem Kontakt Ku nur positives Potential.
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Die Gesamtschaltung der Zählkette nach der Erfindung ist in F i g.
3 dargestellt.
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Die zugrunde liegende Kippschaltung ist eine zwischen mono- und bistabil
umsteuerbare Schaltung. Die Kippschaltung wird mit den Transistoren Tri und Tr2
und den Lastwiderständen RL 1 und RL 2 sowie mit den Widerständen RS, RZ und RK
2 gebildet. Die Kopplung von Transistor Tri auf Transistor Tr2 läßt sich mit dem
Steuerkontakt KU umsteuern. Bei geschlossenem Kontakt Ku wird der Emitter von Transistor
Tr1 über die Diode D9 an leicht positives Potential (z. B. -I-2 V) gelegt. Bei leitendem
Transistor Tri ist deshalb auch dessen Kollektor etwas positiv. Dadurch wird über
die in Durchlaßrichtung befindliche DiodeDi auch die Basis von Transistor Tr2 positiv
gehalten. Bei gesperrtem Transistor Tti geht die Diode D1 in Sperrichtung. Der zum
Durchschalten von Transistor Tr. erforderliche Basisstrom wird mit dem Widerstand
RZ erzeugt. Bei geschlossenem Kontakt Ku zeigt diese Schaltung also bistabiles Verhalten.
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Bei geöffnetem Kontakt Ku und leitendem Transistor Tri ist das Potential
an dessen Kollektor um die Durchlaßspannung der Diode D2 negativer. Die Basis von
Transistor Tr. kann nur wenig negativ werden. Dadurch bleibt die Diode D1 immer
in Sperrichtung, die Schaltung ist also monostabil.
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Der Anschluß der Tunneldiodenkette erfolgt am Kollektor von Transistor
Tri. Mit der Umschaltung der Kippstufe erfolgt eine gleichzeitige Umschaltung der
Torschaltung über den gemeinsamen KontaktKu.
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Dadurch wird erreicht, daß im bistabilen Zustand nur Nullpotentiale,
im monostabilen Zustand nur negative Potentiale durchgreifen. Transistor Tr1 ist
nach beeendeter Einspeicherung bei p < (n+1), die wie bei der bekannten
multistabilen Schaltung erfolgt, gesperrt.
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Dieser Schaltzustand der Flip-Flop-Schaltung ist auch für die One-Shot-Schaltung
nach der Umwandlung der stabile. Er bleibt deshalb auch nach er
Umschaltung
durch Öffnen des Kontaktes KU vorerst noch erhalten. Die Torschaltung überträgt
nach dem Öffnen des Kontaktes KU, der über die Diode D8 an die Torschaltung angeschlossen
ist, das negative Potential vom Kollektor des Transistors Tri auf die Induktivität
L. Der Strom durch die Kette wird abgesenkt bis eine der hochohmigen Tunneldioden
in den niederohmigen Zustand zurückspringt. Das dabei am Verbindungspunkt A der
Kette mit der Induktivität entstehende negative Signal wird (verstärkt) auf die
Basis des Transistors Tri geleitet und steuert die One-Shot-Schaltung in den nichtstabilen
Zustand (Transistor Tri leitend). Dadurch wird der Strom durch die Kette wieder
auf den Haltewert angehoben. Nach Ablauf der Standzeit des One-Shot wird Transistor
Tri wieder gesperrt usw.
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In Abhängigkeit von der Fortschalterichtung liefert die Kette positive
oder negative Ausgangssignale. Da die negativen Signale auf die positiv vorgespannte
Basis des Transistors Tri wirken müssen, werden die von der Kette gelieferten Ausgangssignale
verstärkt. Dazu dient Transistor Trs, der zusammen mit den Widerständen R5 und RB
als Verstärker in Basisschaltung betrieben wird. Die übertragung erfolgt über die
Koppelkondensatoren CKi und CK2. Beim Zurückschalten der letzten Tunneldiode wird
Transistor Tri noch einmal leitend gemacht und bleibt anschließend gesperrt.
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Eine qualitative Darstellung des Spannungsverlaufes am Kollektor von
Transistor Tr2 zeigt F i g. 4. Es ist angenommen, daß drei Impulse eingespeichert
sind, also drei Tunneldioden sich im hochohmigen Zustand befinden. Beim Öffnen von
Kontakt Ku bleibt der Kollektor auf niederer negativer Spannung. Es beginnt die
Stromabsenkung durch die Kette. Zum Zeitpunkt 1 wird die erste der drei Tunneldioden
wieder zurückgestellt und der Transistor Tr2 gesperrt. Zum Zeitpunkt 3 wird die
letzte der durch die Einspeicherung in den hochohmigen Zustand gebrachten Tunneldioden
zurückgestellt, wodurch Transistor Tr2 gesperrt wird. Nach Ablauf der Standzeit
geht der Transistor Tr2 in den leitenden Zustand über und bleibt in diesem Zustand.
Es resultieren also drei negative Ausgangsimpulse, wenn drei Impulse eingespeichert
waren. Allgemein ist die Anzahl der Ausgangsimpulse bei dieser Schaltung p.