DE1238070B - Bistabile Kippstufe - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int.Cl.: H03k

DEUTSCHES WTTWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 21 al - 36/18

Nummer: 1238 070

Aktenzeichen: L 52434 VIII a/21 al

1 238 070 Anmeldetag: 20.Dezember 1965

Auslegetag: 6. April 1967

Die Erfindung betrifft eine bistabile Kippstufe, bei Bistabile Kippstufe
der zwei Haupttransistoren als Kippstufe ohne Gedächtnisfunktion geschaltet sind.

Bistabile Kippstufen dienen der Speicherung von ~
Impulsen. Aus ihnen lassen sich unter anderem 5 Anmelder-Schieberegister und Zählschaltungen aufbauen. Bei

einem Einsatz in ruhenden Steuerungen wird von der- Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

artigen Kippstufen insbesondere eine einfache Hand- Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

habung bei der Projektierung gefordert, d. h., die

Projektierung einer Steuerung soll ohne Berücksichti- io

gung von durch Kippstufen gegebenen Nebenbedin- Erfinder benannt:

gungen (Belastungsabhängigkeit, Beeinflussungen Reimar Kunert, Heiligenhaus

vom Ausgang der Kippstufe durch Belastungsände-

rungen beispielsweise bei Abfrageschaltungen, Abhängigkeit von der Versorgungsspannung und von 15 2
Änderungen derselben) erfolgen. Außerdem soll eine

Kippstufe bei industrieller Verwendimg gegenüber gegengesetzte Änderungen von Betriebs- und Hilfs-

Störimpulsen weitgehend unempfindlich sein und spannung sind daher besonders störend,

dennoch eine möglichst hohe Grenzfrequenz be- Ferner wurde bereits eine bistabile Kippschaltung

sitzen. 20 mit vier Transistoren, bei der die Kollektoren von

Bistabile Kippstufen ohne Gedächtnisfunktion zwei Transistoren jeweils über je einen Widerstand werden im allgemeinen unter Verwendung von Tran- und je einen Kondensator mit der Basis des anderen sistoren sowie einem entsprechenden Widerstands- Transistors gekoppelt und je zwei Transistoren als netzwerk aufgebaut. Bei gleichzeitiger Ansteuerung Emitterfolger geschaltet sind, vorgeschlagen (deutsche beider Transistoren ist dabei der sich einstellende 25 Auslegeschirift 1217 437), bei der zwischen den Schaltzustand nicht definiert. Werden in den Rück- Kollektoren des jeweiligen Steuer- und Schalttransikopplungszweigen Kapazitäten angeordnet, so kippt stors eines Emitterfolgers eine gleichsinnig mit den die Kippstufe auch bei gleichzeitiger Ansteuerung Emitter-Basis-Strecken gepolte Diode angeordnet ist. beider Transistoren. Die Kippstufe erinnert sich also Die vorgeschlagene Kippstufe ist zwar gegenüber gewissermaßen an den vorangehenden Schaltzustand 30 Störimpulsen weitgehend unempfindlich und gestattet und besitzt damit eine Gedächtnisfunktion. — Die eine freizügige Projektierung von ruhenden Steuerun-Anordnung von Kondensatoren im Rückkopplungs- gen, jedoch wird bei dieser noch neben der Betriebszweig ergibt jedoch häufig die Bildung von störenden spannung eine gesonderte Hilfsspannung benötigt. Vorimpulsen, die in ruhenden Steuerungen zu Fehl- Darüber hinaus gestaltet sich die Ausführung dieser schaltungen von der Kippstufe nachfolgenden Ein- 35 Kippschaltung mit Siliziumhalbleitern schwierig, da richtungen führen können, sowie die unerwünschte die Schleusenspannung von Siliziumdioden wesent-Beeinflussung des Schaltzustandes der Kippstufe vom lieh größer als die Schleusenspannung von Ger-Ausgang her. maniumdioden ist.

Es ist bereits eine Kippstufe bekannt, die aus zwei Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Transistoren sowie zwei weiteren Leistungstransisto- 40 eine bistabile Kippstufe zu schaffen, die nur noch ren besteht (deutsche Auslegeschrift 1 042 021). Die eine Betriebsspannung — und keine weitere Hilfsbeiden Transistoren bilden dabei mit entsprechend spannung — benötigt. Außerdem soll sie sicher angeschalteten Widerständen und Kondensatoren die steuerbar und unempfindlich gegenüber Störimpulsen eigentliche Kippstufe. Jedem Transistor ist dann ein vom Ausgang und Eingang sein. Darüber hinaus wird Leistungstransistor als Verstärker nachgeschaltet. 45 angestrebt, daß die Fertigung der Kippstufe (Auswahl Durch die Leistungstransistoren werden zwar die und Toleranzen der verwendeten aktiven und pasAusgänge gegenüber der Kippstufe entkoppelt, je- siven Bauelemente) und die Projektierung von ruhendoch wird durch diese nicht der Einfluß der Betriebs- den Steuerungen mit dieser Kippstufe einfach ist.
und der Hilfsspannung sowie Änderungen derselben Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geauf die Kippstufe beseitigt. Besonders nachteilig ist 5° löst, daß jeder Haupttransistor über eine Kapazität aber, daß die bekannte Kippstufe neben der Betriebs- von einem Hilfstransistor ansteuerbar ist und daß der spannung noch zwei Hilfsspannungen benötigt. Ent- Schaltzustand des nicht angesteuerten Hilfstransistors

durch Rückkopplung vom jeweiligen Haupttransistor schließenden Betriebsspannung verbunden sind. Die bestimmt wird. Damit bildet jeder Haupttransistor Emitter von 1, 2 sind direkt an das an Klemme 47 mit dem jeweiligen Hilfstransistor eine monostabile anliegende Nullpotential angeschlossen. Die Kollek-Kippstufe, deren Verhalten jedoch ebenfalls durch toren der Transistoren 1, 2 sind über Widerstände 6, 5 die Kopplungen der Haupttransistoren mitbestimmt 5 mit den Basen des jeweils anderen Transistors 2,1 wird. Weder in den Rückkopplungen der von den verbunden, womit sich eine Kippstufe ohne GedächtHaupttransistoren gebildeten Kippstufe ohne Ge- nisfunktion ergibt. — Jeder Haupttransistor 1 bzw. 2 dächtnisfunktion noch in den Rückkopplungen der ist über eine Kapazität 15 bzw. 16 mit dem Kollektor jeweils von Haupt- und Hilfstransistor gebildeten eines Hilfstransistors 3 bzw. 4 verbunden und damit monostabilen Kippstufe sind Kondensatoren vor- io von diesem ansteuerbar. Außerdem ist zwischen dem gesehen. Belastungs- und Betriebsspannungsänderun- Kollektor des jeweiligen Haupttransistors 1 bzw. 2 gen können dementsprechend den Schaltzustand der und der Basis des Hilfstransistors 3 bzw. 4 ein RückKippstufe praktisch nicht beeinflussen. Außerdem kopplungswiderstand 11 bzw. 12 angeordnet, so daß können durch den Wegfall von Kondensatoren in den der Schaltzustand des nicht angesteuerten Hilfstran-Rückkopplungszweigen bei der Ansteuerung, die 15 sistors 3 bzw. 4 durch Rückkopplung vom jeweiligen über die Hilfstransistoren erfolgt, keine störenden Haupttransistor 1 bzw. 2 bestimmt wird. Die Kapa-Vorimpulse durch Übersteuerung entstehen. Die zität 15 bzw. 16 ist über einen Widerstand 9 bzw. 10 Gedächtnisfunktion wird von den Hilfstransistoren an die an 48 anliegende Betriebsspannung angeschlosim Zusammenwirken mit den zwischen Hilfs- sen. Der Ladezustand der Kapazität 15 bzw. 16 wird und Haupttransistoren angeordneten Koppelkonden- 20 damit vom Schaltzustand des jeweiligen Hilfstransatoren übernommen. sistors 3, 4 bestimmt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfin- Mit den Kollektoren der Haupttransistoren 1 dungsgemäßen Kippstufe ist die Kapazität über einen bzw. 2 sind weiter die Ausgänge 50 bzw. 51 der KippWiderstand an eine Spannungsquelle angeschlossen, stufe verbunden. — Über die Löscheingänge 49 bzw. wobei der Ladezustand der Kapazität durch den 25 52 läßt sich die Kippstufe voreinstellen. Dazu ist 49 Schaltzustand des Hilfstransistors bestimmt wird. Da- bzw. 52 über einen Widerstand 13 bzw. 14 mit der durch ergibt sich eine schnelle Ansteuerung des Basis des Haupttransistors 1 bzw. 2 verbunden. — Haupttransistors. Die bei bekannten Kippschaltungen Bei einer dynamischen Voreinstellung der Kippstufe durch Kondensatoren im Rückkopplungszweig be- werden die Löscheingänge 49 bzw. 52 unter Zwidingen Verzögerungen entfallen. Dem Eingangssignal 3a schenschaltung entsprechend gepolter Dioden an den folgt daher sehr schnell das entsprechende Ausgangs- Kollektor des Hilfstransistors 3 bzw. 4 angeschlossen, signal. Nachfolgende Einrichtungen werden somit in Zwischen den Basen der Haupttransistoren 1, 2 erwünschter Weise sehr schnell angesteuert. und der Leitung 53 sind Widerstände 17, 18 anBei einer Weiterbildung der Erfindung hat es sich geordnet. Die Basen der Hilfstransistoren 3, 4 sind als zweckmäßig erwiesen, daß die Kapazität von einer 35 über Widerstände 21, 22 sowie Kapazitäten 19, 20 mit Diode mit entsprechender Sperrschichtkapazität ge- der Leitung 53 verbunden. Durch die Kapazitäten bildet wird. Die Diode ist dabei so gepolt, daß sie bei 19, 20 wird dabei ein gewisser Störschutz erzielt,
gesperrtem Hilfstransistor ebenfalls gesperrt ist. Bei Die Basen der Hilfstransistoren 3, 4 stellen die Einentsprechender Ausbildung der Schaltung kann auch gänge der Kippschaltung dar. Jedem Eingang sind die Sperrträgheit der Koppeldiode ausgenutzt 40 im Ausführungsbeispiel zwei Torschaltungen vorwerden. — Ein weiterer besonderer Vorteil ist auch, geschaltet, die zu den Eingängen 41 bis 46 führen daß Haupttransistor, Diode und Hilfstransistor un- und aus Dioden 23, 27, 26, 30, Widerständen 37 bis mittelbar miteinander verbunden sind, dies ermög- 40 sowie Kondensatoren 24, 28, 25, 29 bestehen. Jelicht den Übergang zur Halbleiterelementen mit meh- weils ein Pol der Kondensatoren 24,25 bzw. 28,29 reren Funktionen. Da weiter bei der erfindungs- 45 sind dabei miteinander sowie mit einem Eingang 43 gemäßen Kippstufe die Toleranzen der aktiven und bzw. 44 verbunden. Damit besteht beispielsweise eine passiven Bauelemente relativ groß sein können, sind Torschaltung für den Eingang des Hilfstransistors 3 somit auch die Voraussetzungen gegeben, diese in aus der Diode 23, der Kapazität 24 und dem WiderDünnschichttechnik oder als integrierte Schaltung stand 37. Die Kapazität 24 stellt dabei den dynamiauszuführen. 50 sehen Eingang dar. — Uber einen dynamischen Ein-

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfin- gang kann die Kippstufe durch sich entsprechend dungsgemäßen Kippschaltung ist jeder Hilfstransistor ändernde Signale angesteuert werden. Damit besteht über eine Torschaltung ansteuerbar, wobei dem dyna- die Gefahr einer Ansteuerung durch auf den Eingang mischen Eingang der Torschaltung ein Spannungs- wirkende Spannungsänderungen ohne Signaländeteiler vorgeschaltet ist, dessen Abgriff mit dem dyna- 55 rung. Ausgehend von dieser Erkenntnis sind Spanmischen Eingang sowie über eine Diode mit einem nungsteiler 31, 32 bzw. 33, 34 zwischen der an BeEingang der Kippstufe verbunden ist. Trotz Verwen- zugsspannung liegenden Klemme 48 und der Leitung dung dynamischer Eingänge können so nur in der 53 geschaltet, wobei der Abgriff des Spannungs-Amplitude definierte, auf das Nullpotential der Be- teilers mit dem gemeinsamen Pol der Kapazitäten 24, triebsspannung bezogene Impulse, Schaltvorgänge 60 25 bzw. 28, 29 — also mit dem dynamischen Einauslösen, gang der jeweiligen Torschaltung — sowie über eine Im folgenden soll die Erfindung an Hand des in Diode 35 bzw. 36 mit dem Eingang 43 bzw. 44 verder Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher bunden ist. Die Diode 35 bzw. 36 in Verbindung mit erläutert werden, aus dem sich weitere Einzelheiten den Widerständen 31,32 bzw. 33, 34 bewirkt, daß und auch Vorteile ergeben. 65 sich Änderungen von Signalen an den dynamischen Die in der Figur dargestellte bistabile Kippstufe Eingängen nur bemerkbar machen, wenn diese zwibesteht aus Haupttransistoren 1, 2, die über Kollek- sehen einem vom Spannungsteiler vorgegebenen Wert torwiderstände 7, 8 mit der an die Klemme 48 anzu- "und dem Bezugspotential erfolgen. Damit ist der Ein-

Claims (4)

fluß von Signalspannungsänderungen, insbesondere hervorgerufen durch Belastungsänderungen am steuernden Schaltkreis, auf die Kippschaltung in den vorgegebenen Grenzen ausgeschlossen. Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei angenommen, daß der Transistorl leitend ist. Dann sind wegen der Rückkopplungen die Transistoren 2 und 3 gesperrt, während 4 wiederum leitend ist. Wird nun ein Eingangssignal z. B. über den Eingang 43' auf die Basen der Transistoren 3, 4 gegeben, so wird—wegen der gewählten Ausführung der Torschaltungen 23, 24,37 bzw. 25,26,40 — der Transistor 4 gesperrt. (Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß vorteilhafterweise ohne Änderung der eigentlichen Kippstufe lediglich durch Änderung der Polung der Dioden 23, 26," 27, 30 auch eine Ansteuerung möglich ist, bei der beide Transistoren 3, 4 leitend werden.) Der Kondensator 16 lädt sich dann über den Widerstand 10 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 2 mit vorgegebener Zeitkonstante auf. Durch den Aufladeimpuls des Kondensators 16 wird der Transistor 2 schnell und sicher leitend gesteuert. Damit erscheint am Ausgang 51 ein O-Signal, wodurch der Transistor 4 über den Widerstand 12 nach Abklingen des Steuerimpulses im gesperrten Zustand verbleibt. Über den Widerstands wird der Transistorl gesperrt, womit sich dessen an 50 anliegendes Ausgangssignal ebenfalls schnell ändert. Letzteres hat weiter zur Folge, daß der Transistor 3 leitend wird und sofort die Ladung des Kondensators 15 abführt. — Es ergibt sich somit eine schnelle und sichere Ansteuerung der Kippstufe, wobei das Zeitverhalten vorteilhafterweise nicht durch in Rückkopplungszweigen liegende Kapazitäten beeinflußt wird. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine für industrielle Verwendung gut geeignete Kippstufe geschaffen wurde, die einerseits bezüglich der Toleranzen der verwendeten aktiven und passiven Bauelemente sowie hinsichtlich ihres Einsatzes in ruhenden Steuerungen keine besonderen Anforderungen stellt. Damit ergibt sich eine erhebliche Arbeitsersparnis bei der Fertigung und bei der Projektierung. Darüber hinaus besitzt die erfindungsgemäße Kippstufe trotz der erzielten Störsicherheit eine hohe Grenzfrequenz. Ferner wird außer der Versorgungsspannung keine gesonderte Hilfsspannung benötigt. Als Halbleiter werden vorzugsweise Siliziumelemente verwendet. Bei Verwendung derartiger Elemente eröffnet die erfindungsgemäße Schaltung außerdem noch die Möglichkeit des Überganges zu Dünnschicht- oder auch integrierten Schaltungen. Patentansprüche:

1. Bistabile Kippstufe, bei der zwei Haupttransistoren als Kippstufe ohne Gedächtnisfunktion geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Haupttransistor (1, 2) über eine Kapazität (15, 16) von einem Hilfstransistor (3, 4) ansteuerbar ist und daß der Schaltzustand des nicht angesteuerten Hilfstransistors (3, 4) durch Rückkopplung vom jeweiligen Haupttransistor (1,2) bestimmt ist.

2. Bistabile Kippstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (15, 16) über einen Widerstand (9,10) an eine Spannungsquelle angeschlossen ist und der Ladezustand der Kapazität (15,16) durch den Schaltzustand des Hilfstransistors (3,4) bestimmt wird.

3. Bistabile Kippstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (15, 16) von einer Diode mit entsprechender Sperrschichtkapazität gebildet wird.

4. Bistabile Kippstufe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hilfstransistor (3,4) über eine Torschaltung (23, 24, 37; 25, 26, 40) ansteuerbar ist, wobei dem dynamischen Eingang der Torschaltung ein Spannungsteiler (31,32) vorgeschaltet ist, dessen Abgriff mit dem dynamischen Eingang sowie über eine Diode (35) mit einem Eingang (43) der Kippstufe verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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