DE1228299B

DE1228299B - Monostabile Kippschaltung

Info

Publication number: DE1228299B
Application number: DEW38905A
Authority: DE
Inventors: Charles James Nowell Candy
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1962-06-29
Filing date: 1963-06-25
Publication date: 1966-11-10
Also published as: GB1057822A; DE1201873B; IT699936A; GB1057821A; NL294327A; BE633910A; US3222545A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

W 38905 VIII a/21 al

25. Juni 1963

10. November 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine monostabile Kippschaltung mit einer Tunneldiode.

Kippschaltungen zeichnen sich allgemein durch zwei Zustände aus. Sind beide stabil, so spricht man von einer bistabilen Kippschaltung; hierbei kippt mit dem Eintreffen eines ersten Eingangsimpulses die Schaltung vom einen in den anderen Zustand, indem sie so lange verbleibt, bis der nächste Eingangsimpuls auftritt. Verbleibt die Schaltung nur momentan im anderen Zustand, ist dieser also instabil, so spricht man von einer monostabilen Kippschaltung.

In vielen· Zweigen der Elektrotechnik, z. B. der Digital-Computer-Technik, sind Kippschaltungen mit hoher Schaltgeschwindigkeit erforderlich. Ferner werden da, wo viele Einzeloperationen durchgeführt werden sollen, große Anforderungen an kompakte Bauweise gestellt. Aus diesem Grunde sind Kippschaltungen mit einer Esaki- oder Tunneldiode bekannt, da sich damit hohe Schaltgeschwindigkeiten erzielen lassen. Auf Grund von Impedanzerwägungen müssen aber enge Toleranzanforderungen an solche Schaltungen gestellt werden.

Eine vorteilhafte Form einer bistabilen Kippschaltung entsprechend dem prioritätsgleichen Patent 1201873 des Erfinders zeichnet sich durch hohe Schaltgeschwindigkeit und einfachen, kompakten Aufbau aus und kann überdies mit Impulsen einer und derselben Polarität betrieben werden. Es handelt sich dabei um eine bistabile Kippschaltung mit einer Tunneldiode, die parallel zum Emitter-Basis-Kreis eines Transistors geschaltet ist, wobei sich diese Schaltung dadurch auszeichnet, daß ein Gleichrichter parallel zum Kollektor-Basis-Kreis des Transistors geschaltet und als Impulsquelle eine Quelle unipolarer Impulse vorgesehen ist, derart, daß der jeweils zum Umschalten der Tunneldiode in den stabilen Zustand niedriger Spannung vorgesehene Impuls über den Gleichrichter zur Tunneldiode rückgekoppelt wird; hierdurch wird ein Umschalten in einem Zeitpunkt bewirkt, der unmittelbar auf das Aufhören dieses Impulses folgt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine monostabile Kippschaltung zu schaffen, die Ausgangsimpulse mit besonders steilen Flanken liefert und sich daher insbesondere zur Verwendung als Triggerimpulsquelle für die vorstehend erwähnte bistabile Kippschaltung eignet. Jedoch unabhängig davon, wird eine solcher Art ausgebildete monostabile Kippschaltung immer dort von Vorteil sein, wo Impulse mit steilen Flanken benötigt werden.

Demgemäß ist die Erfindung auf eine monostabile Kippschaltung mit einer Tunneldiode, insbesondere zur Verwendung als Triggerimpulsquelle für eine Monostabile Kippschaltung

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,

Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:
Charles James Nowell Candy,
Newark, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 29. Juni 1962 (206 329)

bistabile Kippschaltung, gerichtet. Die Erfindung besteht darin, daß zur Erzeugung von Ausgangsimpulsen mit steilen Flanken die Tunneldiode von einem Stromzweig überbrückt ist, in dem eine Induktivität und eine Rückwärtsdiode in Serie liegen. Hierdurch wird erreicht, daß sich diese Schaltung in einem Zustand hoher Impedanz befindet, solange die an der Tunneldiode anstehende Eingangssignalspannung unterhalb einer der Tunneldiodenschaltschwellen liegt, im übrigen sich in einem Zustand niedriger Impedanz befindet. Im Ergebnis hat daher die Schaltung einen Zustand stabilen und einen Zustand instabilen Gleichgewichts. Unterhalb des Schwellwertes, also im Bereich stabilen Gleichgewichts, liegt faktisch die gesamte Energie eines Eingangssignals an der Tunneldiode, wodurch ermöglicht wird, daß der Schwellwert rasch erreicht wird und die Tunneldiode in den instabilen Gleichgewichtszustand geschaltet wird. Während des Rücklaufens des Arbeitspunktes vom instabilen Gleichgewichtszustand in den stabilen Ausgangszustand bewirkt dann der Zustand niedriger Impedanz, daß der Ausgangszustand schnell wieder erreicht wird.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 ein Spannungsstromdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 1 und

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die als Umschaltimpulsquelle für eine bistabile Kippschaltung verwendet ist.

609 710/262

Claims

^; I 228 299

• 3 4

In der Schaltung nach Fig. 1 liegt eine Vorrich- Schaltung 31 der der Pig. L Der Transistor 14 der tang negativen Widerstands, die durch eine span- bistabilen Kippschaltung 30 wird durch eine Spannungsgesteuerte Tunneldiode 13 gebildet ist, parallel nungsteilerschaltung mit zwei Widerständen 35 und zu einer einseitig leitenden Speichervorrichtung 16, 36 in Verbindung mit zwei Spannungsquellen 37 und die durch eine in Serie mit einer sogenannten Rück- 5 38 vorgespannt. Die Wirkungsweise der bistabilen wärtsdiode 18 liegende Induktivität 17 gebildet ist. Kippschaltung 30 ist kurz wie folgt:
Beide Schaltungselemente 10 und 16 werden von der In Abhängigkeit aufeinanderfolgender unipolarer gleichen Vorspannungsquelle 20 betrieben, die im Eingangsimpulse, die von der Schaltung 31 über den wesentlichen einen konstanten Strom I₀ liefert. In Trenntransistor 32 geliefert werden, ändert sich die der Induktivität 17 wird elektromagnetische Energie io Spannung, die dem am Ausgang liegenden Verfür einen noch zu beschreibenen Zweck gespeichert. braucher 26 zugeführt wird, von einem ersten Span-Es ist wünschenswert, daß das Schaltungselement 16 nungswert auf einen zweiten, und zwar bei jedem eine Kennlinie derart besitzt, daß die Impedanz des übernächsten Eingangsimpuls. Wegen der Rück-Schaltungselements 16 groß ist, bis die Tunneldiode kopplungsdiode 15 hat die der Tunneldiode 33 darihren Schaltschwellwert erreicht hat, aber oberhalb 15 gebotene Lastkurve, die durch den Transistor 14, die desselben klein wird. Spannungsquelle 37 und die Rückkopplungsdiode

Die Kennlinien der Tunneldiode 13 und des Schal- gegeben ist, zwei Hauptbereiche. Leitet der Trantangselements 16 sind in der F i g. 2 durch die Kur- sistor 14 nicht, so ist die Lastkurve praktisch horiven α bzw. c dargestellt. Die Tunneldiodenkenn- zontal, leitet er aber, so verläuft die Lastkurve im linie α ist von der üblichen Form, sie besitzt in einem 2° wesentlichen vertikal. Diese Lastkurve hat daher Bereich niedriger Spannungen und in einem Bereich etwa das Aussehen der Kurve c in F i g. 2, aber mit höherer Spannungen je einen Zweig positiven Wider- dem Unterschied, daß der horizontale Ast der stands, die durch einen zwischenliegenden Zweig Kurve c tiefer liegt als der Schwellwert e der Tunnelnegativen Widerstands getrennt sind. Der Arbeits- diode 33 und daß der etwa vertikale Ast die Kennpunkt der Tunneldiode hängt VOM Schnittpunkt der 25 linie der Tunneldiode 33 etwa im Punkt / schneidet. Diodenkennlinie mit einer Lastkurve ab. Diese Last- Befindet sich die Schaltang 30 anfänglich im stabilen kurve ist die Kennlinie des Schaltangselements 16, Zustand niedriger Spannung und tritt an ihrem Eindas als Last für die Diode 13 wirkt. Die Kennlinie c gang ein negativ gepolter Stromimpuls auf, so wird schneidet die Tunneldiodenkennlinie α im Punkt d die Lastlinie nach oben in eine oberhalb des Schwellkurz unterhalb des Schaltschwellwerts e der Tunnel- 3° wertes e befindliche Lage geschoben mit der Folge, diode. Nachdem die Schaltung von einer Trigger- daß die Tunneldiode 33 auf einen stabilen Punkt quelle 27 ein Eingangssignal erhalten hat, bewegt hoher Spannung umschaltet. Solange die Tunneldiode sich der Arbeitspunkt längs der gestrichelt gezeichne- 33 in diesem Zustand verharrt, ist der Transistor 14 ten Linie K .schnell zum Schaltschwellwert e der leitend und der Verbraucher 26 erhält ein Ausgangs-Tunneldiode 13, oberhalb dessen der Schaltvorgang 35 signal. Die Vorderflanke des nächsten Impulses erstattfindet. Wäre die von der Rückwärtsdiode anfäng- scheint, nachdem sie den Transistor 14 durchlaufen lieh aufgebrachte große Impedanz nicht vorhanden, hat und hierbei bekanntermaßen in ihrem Vorzeichen so würde die zum Schalten der Tunneldiode vor- umgekehrt worden ist, wegen der durch die Diode 15 gesehene Energie schon anfangs von der Induktivi- gebildeten Rückkopplungsstrecke wieder am Eintät 17 absorbiert Werden, insbesondere bei ultra- 4° gang. Beim Aufhören des Eingangsimpulses bleibt hohen Frequenzen, wo der die Diode 18 und die In- der rückgekoppelte (positive) Impuls zunächst noch duktivität 17 aufweisende Stromzweig eine kleine am Eingang stehen, da die Rückflanke des Eingangs-Zeitkonstante haben muß, damit schnelles Schalten impulses erst den Transistor 14 und die Rückkoppauftritt. Infolge der Rückwärtsdiode 18 wird die lungsstrecke durchlaufen muß, bevor auch der rück-Triggerenergie fast völlig von der Tunneldiode auf- 45 gekoppelte Impuls verschwindet. Es entsteht daher genommen, die dadurch schnell ihren Schaltschwell- im Effekt am Eingang ein unmittelbar dem negativen wert erreicht und auf den der höheren Spannung zu- Eingangsünpuls folgender kürzer positiver Restgeordneten Kennlinienast umschaltet. Befindet sich impuls, der Transistor 14 bleibt daher solange noch der Arbeitspunkt einmal auf diesem Kennlinienast, leitend. Durch diesen Rückkopplungstrom wird die so folgt er der Widerständskurve der Tunneldiode 13 5° Lastlinie nach abwärts verschoben. Als Folge hierbis zum Punkt /, bei dem ein schnelles Umschalten von schaltet die Diode 33 auf den stabilen Zustand auf den Niedrigspännungskennlinienast beginnt, niedriger Spannung um. ,Hierdurch wird der Tran-Dieses Umschalten erfolgt deshalb besonders schnell, sistor gesperrt, und das dem Verbraucher 26 zugeweil an dieser Stelle der Diodenkennlinie eine nahezu führte Signal hört gleichfalls auf.
vertikale Lastkennliüie gegenübersteht. 55 Die bistabile Kippschaltung 30 ist nicht Gegen-

IiI Fi g. 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform stand der Erfindung,
der monostabilen Kippschaltung nach Fig. 1 als

Impulsquelle 31 zum Triggern einer bistabilen Kipp- Patentanspruch:
schaltung 30 der in der eingangs erwähnten eigenen

Patentschrift beschriebenen Art vorgesehen. Die 60 Monostabile Kippschaltung mit einer Tunnel-Schaltung 31 ist über einen Trenntransistor 32 an die diode, dadurchgekennzeichnet, daß zur Schaltung 30 angekoppelt. Bei einem Betrieb mit Erzeugung von Ausgangsimpulsen mit steilen Frequenzen, die ungefähr bei l5ÖMHz liegen, ist die Flanken die Tunneldiode (13) von einem Strom-Induktivität 17 im monostabiien Kippkreis 31 zweig überbrückt ist, in dem eine Induktivität zweckmäßigerweise als kurzes Wellenleiterstück aus- 65 (17) und eine Rückwärtsdiode (18) in Serie gebildet. Ansonsten entspneht die Wirkungsweise der liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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