DE1240123B - Bistabile-Kippschaltung - Google Patents

Bistabile-Kippschaltung

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DE1240123B
DE1240123B DEB78832A DEB0078832A DE1240123B DE 1240123 B DE1240123 B DE 1240123B DE B78832 A DEB78832 A DE B78832A DE B0078832 A DEB0078832 A DE B0078832A DE 1240123 B DE1240123 B DE 1240123B
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Bunker Ramo Corp
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Description

DEUTSCHES PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
DeutscheKl.: 21 al-36/18
Nummer: 1240 123
Aktenzeichen: B 78832 VIII a/21 al
1 240 123 Anmeldetag: 7. Oktober 1964
Auslegetag: 11. Mai 1967
Die Erfindung betrifft eine bistabile Kippschaltung mit zwei Transistoren, bei der die Emitterelektrode und die Kollektorelektrode des ersten Transistors über Widerstände mit den Klemmen einer Speisespannungsquelle verbunden sind, die Emitterelektrode des zweiten Transistors mit der Emitterelektrode des ersten Transistors und die Basiselektrode des zweiten Transistors mit der Kollektorelektrode des ersten Transistors verbunden ist und über eine mit der Basiselektrode des zweiten Transistors in Verbindung stehende Eingangsleitung positive oder negative Spannungsimpulse zur Umschaltung der Kippschaltung zugeführt werden können.
Bei einer bekannten bistabilen Kippschaltung der vorgenannten Art wird die den Zustand der bistabi-Ien Kippschaltung anzeigende Ausgangsspannung von einer mit den Emitterelektroden der Transistoren in Verbindung stehenden Ausgangsleitung abgenommen. Die Kollektorelektrode des zweiten Transistors steht mit der einen Klemme der Speisespannungsquelle in Verbindung.
Bei einer anderen bekannten bistabilen Kippschaltung werden die Kippimpulse über eine Diode und Widerstände der Emitterelektroden der beiden Transistoren der Kippschaltung zugeführt. Zur Abnähme des den Schaltzustand der bistabilen Kippschaltung anzeigenden Signals sind zwei Ausgangsleitungen vorgesehen, die mit den Kollektorelektroden der beiden Transistoren verbunden sind.
Es sind auch andere, schaltungstechnisch etwas abgeänderte bistabile Kippschaltungen bekanntgeworden. Bei den bekannten bistabilen Kippschaltungen sind jedoch immer eine eigene Leitung zum Zuführen der Kippimpulse und eine eigene Leitung für die den Zustand der bistabilen Kippschaltung anzeigenden Ausgangssignale vorhanden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine bistabile Kippschaltung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß die Kippimpulse und die den Zustand der bistabilen Kippschaltung anzeigenden Ausgangssignale auf ein und derselben Leitung auftreten.
Diese Aufgabe wird nun bei der bistabilen Kippschaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Verbindungsleitung zwischen der Basiselektrode des ersten Transistors und der Kollektorelektrode des zweiten Transistors mit einem Punkt in Verbindung steht, der auf einer zwischen den Spannungswerten (jT V, —V) liegenden Spannung liegt, und die den Zustand der Kippschaltung anzeigende Ausgangsspannung von der Eingangsleitung abgenommen wird.
Bistabile-Kippschaltung
Anmelder:
The Bunker-Ramo Corporation,
Canoga Park, Calif. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. M. Licht, Dr. R. Schmidt,
Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. Hansmann
und Dipl.-Phys. S. Herrmann, Patentanwälte,
München 2, Theresienstr. 33
Als Erfinder benannt:
Robert Neal Meilott,
Northridge, Calif. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 7. Oktober 1963 (314127)
Mit Hilfe der bistabilen Kippschaltung nach der Erfindung lassen sich verhältnismäßig große Speicher für Datenverarbeitungsanlagen bauen, die sich durch eine einfache Verdrahtung auszeichnen, da zum Einschreiben und Ablesen jedes Speicherelementes nur eine einzige Leitung erforderlich ist.
Die Erfindung wird nun bezüglich Aufbau und Arbeitsverfahren durch die angefügte Beschreibung erläutert im Zusammenhang mit den Zeichnungen, die folgendes darstellen:
Fig. 1 ist ein Schaltschema und Blockdiagramm des bistabilen Speicherelements gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist ein Wellendiagramm, das Strom und Spannung als Funktion der Zeit zeigt, um die Arbeitsweise des bistabilen Speicherelements aus F i g. 1 zu erklären.
Mit Bezug auf F i g. 1 enthält eine bistabile Kippschaltung 10 einen ersten und zweiten Transistor 12 und 14, z. B. beide vom ähnlichen npn-Typ. Der Kollektor des Transistors 12 ist mit einer Leitung 16 verbunden, die ihrerseits über eine Leitung 18 zur Basis des Transistors 14 führt. Die Leitung 16 ist durch einen ersten Widerstand 20 mit einer Potentialquelle verbunden, etwa der positiven Klemme einer Batterie 22, deren negative Klemme mit Erde
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verbunden ist und eine Spannung +V erzeugt. Die Emitter der Transistoren 12 und 14 sind über eine Leitung 26 miteinander verbunden, die ihrerseits über einen zweiten Widerstand 28 an eine Potentialquelle angeschlossen ist, etwa an die negative Klemme einer Batterie 30, deren positive Klemme mit Erde verbunden ist und eine Spannung — V erzeugt. Die •Basis des Transistors 12 und der Kollektor von Transistor 14 sind mit einer Quelle für ein Bezugspotential, etwa Erde, verbunden. Damit das Speicherelement 10 bistabil ist, ist es erforderlich, daß die Transistoren 12 und 14 solche Kennlinien haben, daß der Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter während des leitenden Zustandes im oder nahe dem Sättigungsbereich für den Betrieb jedes Transistors ,5 geringer ist als die Spannungsdifferenz zwischen Basis und Emitter oder die Vorspannung in Durchlaßrichtung, die notwendig ist, um den anderen Transistor im wesentlichen zwischen Emitter und Kollektor leitend zu machen oder »anzuschalten«. Die Transistoren 12 und 14 können beide die Eigenschaften haben, daß beim Betrieb im oder nahe am Sättigungsbereich der Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter geringer ist, als der Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter. Solche Flip-Flop-Anordnungen gemäß der Erfindung, in denen einer der beiden verwendeten Transistoren einen größeren Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter hat als der Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter, wenn er im oder nahe am Sättigungsbereich leitet, können verwirklicht werden. Wie in der Technik bekannt ist, haben jedoch Transistoren üblicherweise die Eigenschaft, daß der Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter größer ist als zwischen Kollektor und Emitter. Es soll außerdem erwähnt werden, daß die Schaltung 10 sowohl mit Silizium- als auch mit Germanium-Transistoren oder mit einer Kombination dieser Arten oder auch mit entsprechenden Verstärkervorrichtungen arbeiten kann.
Um Information in das Speicherelement 10 einzuschreiben und um die gespeicherte Information herauszulesen, die als eine Spannung V1 dargestellt wird, ist eine einzige Klemme 19 vorgesehen, die mit der Basis des Transistors 14 und mit der Leitung 18 verbunden ist. Eine Gatteranordnung, die mit dem Speicherelement in Ubereinstimmung mit den Grundsätzen der Erfindung benutzt werden kann, enthält einen npn-Transistor 34, dessen Kollektor mit der Klemme 19 und dessen Basis über einen Widerstand 36 mit der Leitung 38 verbunden ist. Leitung 38 kann ihrerseits mit einer Pulsquelle 40 verbunden sein. Es soll erwähnt werden, daß die Leitung 38 eine Wortauswahlleitung sein kann, die nicht nur das Flip-Flop 10 steuert, sondern auch andere, ähnliche Flip-Flops, die in einer Speicheranordnung zur Speicherung eines Wortes vorgesehen sind. Der Emitter des Transistors 34 ist mit einer Leitung 44 verbunden, die eine Impulsleitung in einer Speicheranordnung darstellen kann, um Informationspulse während des Schreibvorgangs einzuspeisen und um abgetastete Signale während des Lesevorgangs zu leiten. Die Leitung 44 ist über eine Gatterschaltung 48 mit einer Schreibe-Verstärkerschaltung 50 verbunden, die eine niedrige Impedanzquelle für Informationspulse darstellt und die auch übliche Pulsformerschaltungen (nicht dargestellt) enthalten kann. Die Leitung 44 ist außerdem mit einem Abtastverstärker 52 verbunden, der mit der Gatteranordnung
des Transistors 34 eine relativ hohe Impedanz gegenüber einer Potentialquelle oder einem Punkt (nicht dargestellt) haben muß, der stärker negativ ist als die Spannung auf der Leitung 38 oder die Spannung Vx an der Klemme 19. Ein gestrichelt gezeichneter Kondensator 54, der die Eigenkapazität darstellt, liegt zwischen Leitung 44 und Erde, um die Arbeitsweise des Schalttransistors 34 zu erklären, wenn die Eigenkapazität auf der Impulsleitung vorhanden ist.
Zur Erläuterung können die Ströme I1 und /2, die — wie dargestellt ist — durch die entsprechenden Widerstände 20 und 28 fließen, so betrachtet werden, als ob sie ihrem Wert nach ungeändert blieben, unabhängig davon, ob Transistor 12 oder 14 leitet oder ob der eine oder der andere in den leitenden Zustand geschaltet wird, obwohl diese Bedingung für einen befriedigenden Betrieb nicht notwendig ist. Für den Betrieb gemäß der Erfindung besteht die Forderung, daß der Strom I2, der durch den Widerstand 28 fließt, größer ist als der Strom I1, der durch den Widerstand 20 fließt, und zwar um einen Betrag, der im wesentlichen gleich dem Basisstrom des Transistors 12 ist, wenn dieser in den stabilen leitenden Zustand vorgespannt ist, so daß er im oder nahe am Sättigungsbereich leitet. Eine andere Forderung für die Bedienung des Flip-Flops gemäß der Erfindung ist, daß der Strom I1 groß genug ist, damit der Transistor 14 im oder nahe am Sättigungsbereich arbeitet, wenn er in den stabilen leitenden Zustand vorgespannt ist. Die Größen der entsprechenden Widerstände 20 und 28 und die Spannungen +V und ~V sind so ausgewählt, daß die gewünschten Ströme I1 und I2 im Zusammenhang mit einer Berücksichtigung der Verstärkungskenndaten der Transistoren 12 und 14 erhalten werden.
Wenn der Transistor 14 leitet, wird durch den Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 14 eine Spannung V2 auf der Leitung 26 errichtet, die z. B. — 0,1 V betragen kann. In diesem Zustand wird die Spannung V1 durch die algebraische Summe aus dem Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter und dem Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 14 gebildet und kann z.B. +0,6 V betragen unter der Voraussetzung eines kennzeichnenden Spannungsabfalls zwischen Basis und Emitter von 0,7 V. Auf diese Weise beträgt das zwischen Basis und Emitter des Transistors 12 durch den Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter am Transistor 14 errichtete Potential 0,1 V, wobei der Transistor 12 in einem stabilen nichtleitenden Zustand gehalten wird. Die Stärke der auf diese Weise über Basis und Emitter des Transistors 12 angelegten Spannung ist geringer als ein kritischer Wert, der Schwellenwert genannt wird, so daß kein wesentlicher Strom zur Vorspannung in Durchlaßrichtung erzeugt wird.
Wenn der Transistor 12 leitet, wird die Spannung V2 auf der Leitung 26 durch den Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter des Transistors 12 erzeugt und kann z.B. —0,7V betragen. Die Spannung V1, wie die Spannung auf Leitung 18, wird durch die algebraische Summe aus dem Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter und dem Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 12 dargestellt und kann z. B. —0,6 V betragen.
Auf diese Weise kann die Potentialdifferenz, die zwischen Basis und Emitter des Transistors 14 anliegt, 0,1 V betragen; dieser Transistor wird dabei in
einem stabilen nichtleitenden Zustand gehalten, während der Transistor 12 leitet. Die Stärke der auf diese Weise über Basis und Emitter des Transistors 14 angelegten Spannung ist geringer als der kritische Wert, der Schwellenwert genannt wird, so daß kein wesentlicher Strom zur Vorspannung in Durchlaßrichtung erzeugt wird. Es soll erwähnt werden, daß während des stabilen Arbeitsvorgangs des Flip-Flops 10 die Impedanz auf dem Weg von Leitung 16 durch den Kollektor und Emitter des Transistors 12, wenn dieser leitet, und durch den Widerstand 28 zur negativen Spannungsquelle 30 im wesentlichen gleich der Impedanz auf dem Weg von Leitung 16 durch Basis und Emitter des Transistors 14, wenn dieser leitet, und durch den Widerstand 28 zur Spannungsquelle 30 ist.
In den zwei stabilen Zuständen von Flip-Flop 10 befindet sich der Transistor 12 oder 14 im wesentlichen im oder nahe am Sättigungsbereich für den Arbeitsvorgang und der nichtleitende Transistor im »° Sperrbereich des Arbeitsvorgangs. Um die Zustände der Transistoren 12 und 14 zu ändern, werden der Klemme 19 Potentiale zugeführt, so daß die ausgewählten Ströme in die Klemme 19 hinein- oder aus der Klemme 19 herausfließen. Wenn der Transistor 14 in einem stabilen Zustand leitet, wird der Basisstrom, also der Strom Iv von der Batterie 22 durch den Widerstand 20 und die Leitung 18 zum Emitter des Transistors 12 und andererseits durch den Widerstand 28 zur negativen Klemme der Batterie 30 geführt. Der Strom I2 enthält außerdem den Kollektorstrom des leitenden Transistors 14. Wenn der Klemme 19 eine negative Triggerspannung zugeführt wird, fließt ihr der Strom über Leitung 18 zu und nicht zur Basis des Transistors 14, so daß durch diesen Transistor der leitende Zustand unverzüglich abgeschaltet wird. Demzufolge fällt die Spannung auf der Leitung 26 schnell auf einen solchen Pegel ab, der geeignet ist, den Transistor 12 in den leitenden Zustand vorzuspannen. Es soll erwähnt werden, daß, während die negative Triggerspannung anliegt, im wesentlichen der gesamte Strom I1 zur Klemme 19 fließen kann, wobei der Strom I2 durch Basis und Emitter des Transistors 12 fließt. Wenn kein Kollektorstrom fließt, kann der Transistor 12, der den Basis-Emitter-Strom im Sättigungsbereich leitet, am Emitter und am Kollektor im wesentlichen die gleiche Spannung haben, oder aber es herrscht nur eine sehr kleine Spannungsdifferenz zwischen beiden. Durch den relativ kleinen Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 12, der auf diese Weise zwischen Basis und Emitter des Transistors 14 anliegt, wird ein stabiler Zustand aufrechterhalten, wobei der Transistor 14 so vorgespannt ist, daß er nicht leitet, und der Transistor 12 leitet.
Wenn der Transistor 12 in einem stabilen Zustand leitet, fließt der Strom I1 durch den Kollektor zum Emitter des Transistors 12, und die Kombination aus Strom I1 und Basisstrom dieses Transistors fließt durch den Widerstand 28 zur Spannung — V der Batterie 30. Wird an Klemme 19 eine positive Triggerspannung angelegt, so wird dadurch der Transistor 14 in den leitenden Zustand vorgespannt, und eine Spannung unterhalb Erdpotential, die gleich dem relativ geringen Spannungsabfall zwischen Kol-Iektor und Emitter des Transistors 14 ist, liegt an Leitung 26 an. Dementsprechend wird Transistor 12 schnell aus dem leitenden Zustand heraus vorge-
spannt, und solange die positive Triggerspannung auftritt, fließt der Strom von Klemme 19 und der Strom I1 durch den Transistor 14. Durch die relativ kleine Spannungsdifferenz, die zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 14 erzeugt wird und an Basis und Emitter des Transistors 12 anliegt, wird der Transistor 12 in einem stabilen nichtleitenden Zustand gehalten. Wenn der Strom I1 und der Strom, der von der Klemme 19 während des Triggervorgangs fließt, größer ist als der Strom I2, so daß Strom von der Basis zum Emitter und Kollektor des Transistors 14 fließt, kann die Spannung am Emitter des Transistors 14 im wesentlichen die gleiche wie am Kollektor sein, oder aber sie ist etwas geringer.
Es soll erwähnt werden, daß durch Anlegen einer positiven Triggerspannung an Klemme 19, wenn der Transistor 14 leitet, der aufgestellte binäre Zustand von Flip-Flop 10 nicht geändert wird; ebensowenig wird der aufgestellte binäre Zustand des Flip-Flops 10 durch Anlegen einer negativen Triggerspannung an Klemme 19 geändert, wenn der Transistor 12 leitet. Wenn eine binäre Zahl entsprechend dem vorhandenen binären Zustand des Flip-Flops 10 geschrieben werden soll, werden auf diese Weise die leitenden und nichtleitenden Zustände der Transistoren 12 und 14 nicht beeinflußt. Deshalb werden die Spannungen V1 von z.B. —0,6 V und +0,6 V, die von den entsprechenden Transistoren 12 und 14 herrühren, wenn diese sich in einem stabilen leitenden Zustand befinden, der Klemme 19 zugeführt und können als Darstellungen der gespeicherten binären Zustände abgetastet werden.
Zur weiteren Erklärung der bistabilen Flip-Flop-Schaltung gemäß den Grundsätzen der Erfindung wird auf die Wellendiagramme aus Fig. 2 Bezug genommen. Es soll die Arbeitsweise des kombinierten Flip-Flops 10 und des Schalttransistors 34 erklärt werden, wobei ersichtlich ist, daß auch andere Arten von Schaltanordnungen zur Steuerung der Arbeitsweise des Flip-Flops gemäß der Erfindung verwendet werden können. Für Darstellungszwecke wird angenommen, daß zu einer Zeit vor T1 der Transistor 14 leitet, so daß das Flip-Flop 10 einen ersten stabilen Zustand speichert, der eine binäre »1« sein kann, und daß man eine binäre »0« einzuschreiben wünscht, die durch den Transistor 12 dargestellt wird, wenn dieser im leitenden Zustand ist. Wie oben erläutert wurde, kann die Spannung V1 an der Klemme 19, wenn der Transistor 14 leitet, angenähert + 0,6 V betragen. Entsprechend dem positiven Puls der Wellenform 60 zur Zeit T1 fließt ein Strom I3, der durch die Wellenform 64 dargestellt wird, durch den Widerstand 36 und durch Basis und Emitter des Schalttransistors 34, weil der Spannungspegel der Wellenform 62, der an der Impulsleitung 44 anliegt, niedrig ist. Es soll erwähnt werden, daß während eines Schreibvorgangs die Impedanz der Impulsleitung 44 relativ niedrig ist, da sie durch den Schreibe-Verstärker 50 bestimmt wird, wobei das Gatter 48 geschlossen ist. Abhängig davon, in welchen Zustand das Flip-Flop getriggert wurde, was durch die Spannung auf der Impulsleitung bestimmt wird, die als Wellenform 62 dargestellt ist, kann ein Strom in die Flip-Flop-Schaltung 10 hinein- oder aus ihr herausfließen. Die Ströme, die während eines Schreibvorgangs wahlweise an Klemme 19 hineinoder herausfließen, können hinsichtlich ihrer Amplitude im wesentlichen gleich sein, gemäß den Grund-
Sätzen der Erfindung, obwohl die Erfindung nicht auf diese Bedingung beschränkt ist. Während des Schreibvorgangs kann Gatter 48 durch einen geeigneten Zeitgeberpuls (nicht dargestellt) geschlossen werden.
Um ein »0« zu schreiben, d. h. um den Transistor 12 in den leitenden Zustand zu triggern, wird die negative Spannung, die als Wellenform 62 dargestellt ist, vom Schreibe-Verstärker 50 an die Impulsleitung 44 angelegt, so daß der Strom I3 von der Basis zum Emitter des Schalttransistors 34 z. B. über to die Impulsleitung 44 und in den Schreibe-Verstärker 50 fließt. Der Spannungspegel der Wellenform 62 auf der Impulsleitung 44, der die »0« darstellt, die in das Flip-Flop 10 eingeschrieben werden soll, ist geringer als die Spannung V1, so daß der Strom I1 zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 34 fließt und auf der Impulsleitung 44 mit dem Strom I3 kombiniert wird. Aus der Tatsache, daß der Strom I1 zum negativen Potential V1 an der Klemme 19 und durch den Transistor 34 und nicht zur Basis des Transistors 14 fließt, folgt, daß der Transistor 14 zur Zeit T1 aus seinem leitenden Zustand heraus vorgespannt wird und die Spannung am Emitter des Transistors 12 abnimmt, um diesen Transistor zwischen Basis und Emitter in den leitenden Zustand zu triggern, wobei er im oder nahe am Sättigungsbereich leitet. Die Spannung V1, die durch die Wellenform 68 dargestellt wird und die algebraische Summe aus dem Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter und zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 12 ist, wird auf diese Weise an Klemme 19 auf dem niedrigen Pegel, der angenähert —0,7 V betragen kann, gehalten. Zur Zeit T2 ist der Schreibauswahlpuls der Wellenform 60 beendet, der Auswahlstrom I3 der Wellenform 64 ist beendet, und der Strom wird daran gehindert, von der Klemme 19 abzufließen, solange der Transistor 34 aus dem leitenden Zustand heraus vorgespannt ist. Demzufolge fließt der Strom I1 zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 12.
Wenn der Transistor 34 während dieses Triggervorgangs den gesamten Strom I1 leitet, kann die Spannung am Emitter und am Kollektor des Transistors 12 im wesentlichen gleich sein, weil kein Kollektor-Emitter-Strom zur Vorspannung in Durchlaßrichtung fließt; die Spannung V1 kann zwischen den Zeiten T1 und T2 angenähert —0,7 V betragen. Wenn jedoch der Transistor 34 einen Kollektorstrom leitet, der geringer ist als der Strom I1, kann die Spannung V1 zwischen den Zeiten T1 und T2 im wesentlichen nahe bei — 0,6 V liegen. Es soll erwähnt werden, daß der Transistor 34 zwischen den Zeiten T1 und T2 einen Kollektorstrom leiten kann, der etwas größer als der Strom I1 ist, weil die Arbeitskennwerte des Transistors 34 so ausgewählt sein können, daß dieser zusätzliche Stromfluß von der Klemme 19 dazu dient, normale Änderungen der Schaltungsparameter zu kompensieren. Das Ergebnis dieser Bedingung ist, daß ein geringer Strom an der Verbindung zwischen Basis und Kollektor des Transistors 12 fließen kann, der unter diesen Umständen als Diodenpaar arbeitet. Während dieses Arbeitsvorgangs kann die Spannung V1 der Wellenform 68 zwischen den Zeiten T1 und T2 ebenfalls im wesentlichen gleich der Spannung am Emitter des Transistors 12 sein und etwa —0,7 V betragen. Zur Zeit T2, wenn dieser Basis-Kollektor-Strom des Transistors 12 aufgehört hat, wächst der Kollektor-
Emitter-Strom bis zu einer Zeit, die im wesentlichen gleich der Zeit T3 sein kann, was durch die Eigenkapazität innerhalb des Flip-Flops 10 bestimmt wird. Dabei bewirkt der Spannungsabfall zur Zeit T3 von 0,1 V, daß die Spannung V1 der Wellenform 68 auf z.B. —0,6V ansteigt. Die Größe dieser geringen Änderung des Spannungspegels der Wellenform 68 nach der Zeit T2 ändert sich, weil der Transistor 34 Arbeitskenndaten hat, die den gesamten Strom I1 oder etwas mehr als den Strom I1 von dem Flip-Flop 10 fernhält. Die Änderung erfolgt in Abhängigkeit von den Schaltungsparametern, etwa Spannungsschwankungen der Spannungsquelle, reicht aber nicht aus, um einen Einfluß auf die verläßliche Arbeitsweise des Flip-Flops 10 zu haben.
Zur Zeit T3 wird eine positive Spannung der Wellenform 62 an die Impulsleitung 44 angelegt. Wegen der Eigenkapazität, die durch den gestrichelt gezeichneten Kondensator 54 dargestellt wird und die durch schlecht ausgewählte Speicherzellen in der Speicheranordnung oder z. B. durch die Anordnung der Leiter auftreten kann, kann zu Beginn des Lesevorgangs zur Zeit T4 von der Klemme 19 und zur Impulsleitung 44 ein übergroßer Ladestrom fließen. Dieser übergroße Stromfluß kann den gespeicherten binären Zustand dadurch stören, daß er den Transistor 12 in den leitenden Zustand triggert, wenn der Transistor 14 leitet. Indem man die positive Spannung der Wellenform 62 von einer (nicht gezeigten) Pulsquelle, die z. B. mit dem Abtastverstärker 52 verbunden ist, an die Impulsleitung 44 anlegt, erhöht sich die Spannung auf der ImpuIsIeitung 44 schnell auf einen Wert, der stärker positiv ist als die Spannung V1, indem die Eigenkapazität des Kondensators 54 aufgeladen wird. Zu einer Zeit T5 wird diese positive Spannung der Wellenform 62 entfernt, wie durch die gestrichelte Abfallflanke 70 dargestellt ist. Diese Folge von Signalen richtet jedoch ursprünglich den gesamten Strom I3 in die Klemme 19, wenn der Leseauswahlpuls der Wellenform 60 an die Basis des Schalttranssistors wie zur Zeit Ti angelegt wird. Um während des Lesevorgang sein unerwünschtes Einschreiben in das Flip-Flop 10 zu verhindern, d.h. also um zu verhindern, daß der Transistor 14 in den leitenden Zustand vorgespannt wird, wenn der binäre Zustand, solange Transistor 12 leitet, gespeichert wird, kann auf diese Weise der Strom I3 der Wellenform 64 während des Lesevorgangs gegenüber dem Strom reduziert werden, der während des Schreibvorgangs erzeugt wird.
Zur Zeit Ti, die der Beginn des Lesevorgangs sein kann, speichert das Flip-Flop 10 die binäre »0«, die zwischen den Zeiten T1 und T2 eingeschrieben wurde. Die Wellenform 60 wird an die Basis des Transistors 34 angelegt und kann niedriger sein als die Spannung, die während des Schreibvorgangs einer Periode herrscht, um so den Strom I3 zu reduzieren, wie oben erläutert wurde. Auf diese Weise fließt zwischen den Zeiten Ti und Ts und zur Zeit Ts, wenn die Spannung der Wellenform 62 entfernt wird, der gesamte Strom I3 in die Klemme 19, bis die Eigenkapazität des Kondensators 54 entladen wird. Auf diese Weise arbeitet der Transistor 34 zwischen den Zeiten Ti und Ts an der Verbindungsstelle zwischen Basis und Kollektor wirkungsvoll als eine einzige, in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode.
Um den Zustand der Flip-Flop-Schaltung 10 während eines Lesevorgangs in befriedigender Weise ab-
zutasten, müssen Teile des Basisstroms I3 zum Emitter und zum Kollektor des Schalttransistors 34 fließen, um so am Emitter und am Kollektor im wesentlichen gleiche Spannungspegel zu erzeugen. Wenn die durch den Kondensator 54 dargestellte Eigenkapazität nach der Zeit T5 entladen wird, wie durch die Spannung der Wellenform 62 gezeigt wird, fließt zwischen den Zeiten T5 und T6 ein größerer Teil des Stroms I3 in die Impulsleitung 44, wie durch den Abfall des Basis-Kollektor-Stroms der Wellenform 66 angegeben ist. Auf diese Weise teilt sich der Strom I3 zwischen den Zeiten Ts und T6, während die Basis-Emitter-Diode des Transistors 34 laufend weiter in Durchlaßrichtung vorgespannt wird, so daß Teile des Stroms sowohl zum Emitter als auch zum Kollektor fließen, wobei der Schalttransistor 34 wie ein in Durchlaßrichtung vorgespanntes Diodenpaar arbeitet.
Zu einer geeigneten früher liegenden Zeit, etwa zur Zeit T3, wenn die Spannung der Wellenform 62 an die Impulsleitung 44 angelegt wird, wird das Gatter 48 geöffnet, so daß die relativ hohe Impedanz des Abtastverstärkers 52 wirkungsvoll mit der Impulsleitung 44 verbunden ist. Diese durch den Abtastverstärker 52 geschaffene Impedanz ist so gewählt, daß kurz vor der Zeit T6, nachdem die Eigenkapazität des Kondensators 54 im wesentlichen entladen ist, nur ein Teil des Stroms, der angenähert die Hälfte des Stroms I3 sein kann, in die Impulsleitung 44 fließt. Entsprechend wird ein im wesentlichen gleicher Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter und zwischen Basis und Kollektor des Transistors 34 erzeugt. Auf diese Weise schafft der Transistor 34 einen wirkungsvollen Kurzschluß zwischen dem Kollektor und dem Emitter. Die Spannung V1 kann dann auf der Impulsleitung 44 als Wellenform 62 mit im wesentlichen dem gleichen Pegel wie die Spannung der Wellenform 68 an der Klemme 19 abgetastet werden. Zwischen den Zeiten T5 und T6, im wesentlichen nahe der Zeit T6, kann der Abtastverstärker 52 so gesteuert oder ausgewertet werden, daß die Spannung der Wellenform 62 auf der Impulsleitung 44 abgetastet werden kann.
Während des nächsten Schreibabschnitts einer Periode, für dessen Beginn man die Zeit T8 ansehen kann, kann eine binäre »1« in das Flip-Flop 10 eingeschrieben werden, indem vorher eine positive Spannung der Wellenform 62 an die Impulsleitung 44 zu einer geeigneten Zeit, etwa zur Zeit T7, angelegt wird. Zur Zeit Ts wird der Schreibauswahlpuls der Wellenform 60 an die Leitung 38 für Wortimpulse angelegt, um den Transistor 34 in den leitenden Zustand hin vorzuspannen und die Spannung V1 der Wellenform 68 an Klemme 19 anzulegen. In dem Beispiel leitet der Transistor, wenn er den gespeicherten »0«-Zustand darstellt. Der Strom I3 der Wellenform 64 fließt zum Kollektor des Transistors 34 und zur Klemme 19, weil die positive Spannung der Wellenform 62 den Strom I3 daran hindert, zum Emitter zu fließen. Während dieses Schreibzustands arbeitet der Schalttransistor 34 als eine einzige, in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode. Auf diese Weise bewirkt die Spannung V1 zur Zeit Ts eine Vorspannung des Transistors 14 in den leitenden Zustand hinein; die Spannung V2 steigt bis auf Erdpotential, was durch den Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 14 bestimmt wird, um den Transistor 12 aus dem leitenden Zu-
stand, der einen binären »1 «-Zustand darstellt, heraus vorzuspannen. Auch zur Zeit T8 kann der Strom I3, der von der Klemme 19 kommt, abhängig von Zeitkonstanten im Flip-Flop 10, augenblicklich durch den Transistor 12 fließen, um zu bewirken, daß der Transistor aus dem Sättigungsbereich heraus und in den tätigen Bereich gelangt, was durch die wirkungsvolle Änderung der Belastungsleitung bewirkt wird, und um den Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter zu vergrößern.
Weil die Summe der Ströme I1 und I3, die von dem Transistor 34 in die Klemme 19 fließen, so gewählt werden kann, daß sie etwas größer als der Strom I2 ist, kann der zusammengesetzte Strom zwischen den Zeiten T8 und Ts etwas größer sein als derjenige, der durch den Basis-Emitter-Weg des Transistors 14 fließt. So wird unter diesen Bedingungen ein Teil des zusammengesetzten Stroms I3 und I1 durch den Basis-Kollektor-Weg des Transistors 14 fließen, der dann als ein Diodenpaar arbeitet. In diesem Zustand ist das Potential am Emitter des Transistors 14 im wesentlichen das gleiche wie am Kollektor oder wie das Erdpotential; die Spannung V1 der Wellenform 68 kann dann zwischen den Zeiten Ts und Tg angenähert auf +0,7 V gehalten werden, wenn die im vorhergehenden erwähnten kennzeichnenden Werte genommen werden. Am Ende des Schreibabschnitts einer Periode, wenn der Strom I3 zur Zeit Tg entsprechend den Schreibpulsen der Wellenform 60 beendet ist, wird im Kollektor-Emitter-Weg des Transistors 14 mit einer Geschwindigkeit, die von der Eigenkapazität innerhalb des Flip-Flops 10 bestimmt wird, ein Stromfluß aufgebaut, bis sich zu einer Zeit, etwa T16, ein Spannungsabfall von z. B. angenähert 0,1 V ausbildet. Die Spannung V1 der Wellenform 68 wird zur gleichen Zeit auf z. B. + 0,6 V gehalten. Die Stärke dieser geringen Änderung des Spannungspegels ändert sich, wenn der Zusammengesetze Strom, der in die Basis des Transistors 14 fließt, größer ist als der Strom I2. Die Änderung erfolgt entsprechend den Schaltparametern, etwa Spannungsschwankungen der Spannungsquelle, ist aber nicht große genug, um einen verläßlichen Betrieb des Flip-Flops 10 zu beeinflussen.
In ähnlicher Weise wie bei dem Lesevorgang, der im vorhergehenden erläutert wurde, kann zur Zeit T10 vom Abtastverstärker 52 eine positive Spannung an die Impulsleitung angelegt werden. Gleichzeitig ist das Gatter 48 offen, um die Eigenkapazität des Kondensators 54 aufzuladen. Diese Spannung kann z. B. bis zur Zeit T12 aufrechterhalten werden. Zur Zeit T11 wird der niedrigere Lesepuls der Wellenform 60 an die Leitung 38 für Wortpulse angelegt, und der Lesevorgang wird ähnlich dem im vorhergehenden beschriebenen durchgeführt, nachdem zur Zeit T12 die positive Spannung an der Impulsleitung 44 entfernt wurde und ehe zur Zeit T13 der Lesepuls der Wellenform 60 beendet ist. Nach der Zeit T12 fällt die Spannung der Wellenform 62, weil die Eigenkapazität des Kondensators 54 entladen wird; der Strom I3 der Wellenform 64 fließt dann durch Emitter und Kollektor des Transistors 34. Auf diese Weise wird während eines Zeitraums vor der Zeit T13 die Spannung V1 der Wellenform 68 wirkungsvoll an den Emitter des Transistors 34 angelegt und hat im wesentlichen den gleichen Pegel wie die Spannung der Wellenform 62, die am Abtastverstärker 52 ausgewertet werden kann.
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Claims (1)

11 12
Obwohl in der Beschreibung der Flip-Flop-Anord- Patentansprüche:
nung Transistoren vom npn-Typ verwendet wurden, 1. Bistabile Kippschaltung mit zwei Transiist ersichtlich, daß auch solche mit entgegengesetzter stören, bei der die Emitterelektrode und die Kol-Leitfähigkeit gemäß den Grundsätzen der Erfindung lektorelektrode des ersten Transistors über Widerverwendet werden können, und zwar durch geeignete 5 stände mit den Klemmen einer Speisespannungs-Umkehr der Polaritätsbeziehung, wie in der Technik quelle verbunden sind, die Emitterelektrode des bekannt ist. zweiten Transistors mit der Emitterelektrode des Obwohl ausdrücklich erwähnt wird, daß die ersten Transistors und die Basiselektrode des Werte der verschiedenen Komponenten und die zweiten Transistors mit der Kollektorelektrode Spannungspegel der Schaltung der vorliegenden Er- io des ersten Transistors verbunden ist und über eine findung für beliebige Zwecke verändert werden kön- mit der Basiselektrode des zweiten Transistors nen, werden als Beispiel die folgenden Kennzeich- in Verbindung stehende Eingangsleitung positive nungen der in Fig. 1 dargestellten Schaltung bei- oder negative Spannungsimpulse zur Umschaltung gefügt. der Kippschaltung zugeführt werden können, d a Widerstand36 3,3kOhm 1S durch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung zwischen der Basiselektrode des
Widerstand 20 IOkOhm ersten Transistors (12) und der Kollektorelek-
Widerstand 28 3,3 kOhm trode des zweiten Transistors (14) mit einem
rr. - j. 4 λ *~>λ χτ η λ λ Punkt in Verbindung steht, der auf einer zwischen
Trans 1Stor 12,14 und 34 2N744 2o den spannungswerten (+V, -V) liegenden
Wortauswahlspannung Spannung liegt, und die den Zustand der KippWellenform 60 für schaltung (10) anzeigende Ausgangsspannung von
Schreiben + 6 V der Eingangsleitung abgenommen wird.
w π f a\ f 2. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1,
weiienrorm ου tür ^ dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsleitung
Lesen +2V (19) m}t der Kollektorelektrode eines dritten
Spannung V1 beim Lesen —0,6 Voder+0,6 V Transistors (34) in Verbindung steht, dessen 0 JTi Basiselektrode mit einer Steuervorrichtung (40) Spannung der Impuls- in Verbindung steht; mit deren Hilfe der Tranleitung 3o sistor zum Abtasten der Ausgangsspannung oder Wellenform 62 beim zum Zuführen von Spannungsimpulsen in den
Schreiben —0,7 V oder +IV Durchlaßzustand steuerbar ist.
3. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 2, Die Impulsleitung 44 ist beim Lesen über eine dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollek-Impedanz mit einer Spannungsquelle verbunden 35 tor-Strecke des Transistors (34) zum Abtasten (enthalten im Abtastverstärker 52), so daß ange- der Ausgangsspannung in einen schwach leitennähert 0,3 mA Strom fließen, nachdem zu den Zeiten den Zustand und zum Zuführen von Spannungs- T3 und T10 die Spannung auf einen positiven Wert impulsen in einen stark leitenden Zustand steuergehoben wurde. bar ist.
Somit ist eine verbesserte bistabile Speichereinheit 40 4. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 2 beschrieben worden, die es erlaubt, an einer einzigen oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Klemme Information einzugeben und zu entnehmen, elektrode des Transistors (34) mit einer Abtastwobei relativ kleine Ströme in die Triggerquelle hin- schaltung (52) hoher Impedanz verbunden ist.
ein- oder aus ihr herausfließen, wenn die Information 5. Bistabile Kippschaltung nach irgendeinem eingegeben wird. Das vereinfachte Flip-Flop benötigt 45 der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, im wesentlichen nur zwei Transistoren und einen daß die Emitterelektrode des Transistors (34) ersten und zweiten Stromweg. Wegen der verläßlichen wahlweise an eine Spannungsimpulse zum Um-Arbeitskenndaten wird eine hochstabile Speicherung schalten der Kippschaltung (10) liefernde Schalgeschaffen und schnelles Triggern ermöglicht, ent- tung (50) anschließbar ist.
sprechend positiven und negativen Tnggerpulsen, die so
im wesentlichen gleiche Stärke haben. In einigen An- In Betracht gezogene Druckschriften:
Ordnungen gemäß der Erfindung können die Trigger- Deutsche Auslegeschriften Nr. 1006 895,
ströme, die in die Triggerquelle hinein- oder aus ihr 1035 204,1047 839,1062 279,1094 301;
herausfließen, im wesentlichen gleich sein. Proceedings of the IRE, 1952, S. 1569, Fig. 14.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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