DE1277337B - Logische Schaltung mit Transistoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES jfflTWl· PATENTAMT Int. α.:

H03k

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer: 1277337

Aktenzeichen: P 12 77 337.4-31 (N 29235)

Anmeldetag: 27. September 1966

Auslegetag: 12. September 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine logische Schaltung mit Transistoren.

Solche Schaltungen werden in Rechenmaschinen u. dgl. verwendet.

Dabei sind besonders wichtig diejenigen logischen Schaltungen, die eine umkehrende Funktion haben, die sogenannten »NAND«- oder »NOR«-Gatter, d. h. logische Schaltungen, deren Ausgangsspannung nur dann hoch ist, wenn alle Eingangsspannungen niedrig sind, oder umgekehrt, deren Ausgangsspannung nur dann niedrig ist, wenn alle Eingangsspannungen hoch sind, dies im Gegensatz zu den sogenannten »UND«- oder »ODER«-Gattern, deren Ausgangsspannung nur dann hoch ist, wenn alle Eingangsspannungen hoch sind oder umgekehrt.

Aus »Proceedings of the IEEE«, Dezember 1964, S. 1552, Fig. 1, ist bereits eine logische Schaltung bekannt, deren Eingänge mit den Basiselektroden einer Anzahl von Eingangstransistoren verbunden sind, deren Kollektoren miteinander und mit einer ersten Spannungsquelle verbunden sind und deren Emitter miteinander und mit dem Emitter eines weiteren Transistors und weiter über einen gemeinskmen Widerstand mit einer zweiten Spannungsquelle verbunden sind und bei der die Basiselektrode des weiteren Transistors mit einem Punkt mit festem Potential und der Kollektor des weiteren Transistors mit der Basiselektrode eines Ausgangstransistors und weiter über einen Widerstand mit der ersten Spannungsquelle verbunden ist.

Bei dieser bekannten Schaltung ist der Ausgangstransistor vom gleichen Typ wie die übrigen Transistoren und ist als Emitterfolger geschaltet, d. h., die Ausgangsspannung wird dem Emitter entnommen und weist eine »OR«-Funktion auf, während ein zweiter als Emitterfolger geschalteter Ausgangstransistor vorhanden ist, dessen Basis mit den Kollektoren der Eingangstransistoren verbunden ist, welche Kollektoren in diesem Fall über einen Widerstand mit der ersten Spannungsquelle verbunden sind. Die Emitterspannung dieses Ausgangstransistors weist eine »NOR«-Funktion auf.

Ein Nachteil dieser bekannten Schaltung ist, daß sie relativ träge ist, was insbesondere die Folge des Vorhandenseins des Widerstandes im Kollektorkreis der Eingangstransistoren ist, wodurch durch die Basis-Kollektor-Kapazitäten der Transistoren eine große kapazitive Belastung der Eingangsklemmen auftritt (Miller-Effekt), während überdies die Schaltung sehr störanfällig ist, d. h., daß die gute Wirkung schon gefährdet wird bei einer relativ kleinen Schwankung (z. B. 70 mV) z. B. der Speisespannun-

Logische Schaltung mit Transistoren

Anmelder:

N. V. Philip's Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. H. Scholz, Patentanwalt,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:
Joannes Paulus Maria Gieles,
Arie Slob, Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom !.Oktober 1965 (12731)

gen, wobei insbesondere auch eine Rolle spielt, daß verhütet werden muß, daß die Transistoren bis in die Kollektorstromsättigung (bottoming) angesteuert werden, weil sonst die Schaltung noch träger zu werden droht.

Es sind auch bereits Schaltungen bekannt, bei denen die Kollektoren der Eingangstransistoren ohne Zwischenschaltung eines Widerstandes unmittelbar mit der Spannungsquelle verbunden ist. Hierbei muß durch zusätzliche Mittel, z. B. durch weitere Stufen, die Umkehrung des Signals und die Herstellung der gewünschten Ausgangssignalspannung bewirkt werden, wodurch Aufwand und Schaltzeit steigen.

Die Erfindung schafft eine Schaltung, die sich besonders günstig von den bekannten Schaltungen unterscheidet. Die zulässige Störspannung ist viel größer, z. B. 400 statt 70 mV, und die erreichbaren Schaltgeschwindigkeiten sind ebenfalls höher. Bei der bekannten Schaltung ist die Schaltgeschwindigkeit

z. B. in der Größenordnung von 6 Nanosekunden, während diese bei der erfindungsgemäßen Schaltung kleiner als 1,5 Nanosekunden sein kann.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der Eingangstransistoren in an sich bekannter Weise unmittelbar mit der ersten Spannungsquelle verbunden sind und daß der Ausgangstran-

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sistor vom komplementären Typ ist in bezug auf die sistors T₃ verteilt sich nämlich über Widerstand R₂ übrigen Transistoren, und der Emitter des Ausgangs- einerseits und die Basis-Emitter-Strecke des Trantransistors über einen Widerstand mit der ersten sistors T₄ und des Widerstandes R₃ andererseits. Spannungsquelle und der Kollektor über einen Diese Stromverteilung wird nicht durch die WiderWiderstand mit der zweiten Spannungsquelle ver- 5 stände, sondern auch durch die Ubergangsspannung bunden ist, wobei die Ausgangsspannung dem KoI- zwischen Basis und Emitter des Transistors T₄ belektor entnommen wird. stimmt, welche Übergangsspannung ziemlich stark

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der temperaturabhängig ist. Durch das Vorhandensein Zeichnung, die ein »NOR«-Gatter zeigt, dargestellt des Gleichrichters G gibt es aber in Reihe mit Wider- und wird im folgenden näher beschrieben. io stand A₂ ebenfalls eine temperaturabhängige Über-

Die Eingangsklemmen E₁, E₂ usw. sind mit den gangsspannung. Weil in praktischen Fällen die Tem-Basiselektroden ebensovieler Eingangstransistoren peraturen des Gleichrichters und des Transistors nur T₁, T₂ usw. verbunden (welche Anzahl z. B. 8 be- wenig voneinander abweichen und auch die Übertragen kann), deren Kollektoren unmittelbar mit der gangsspannungen praktisch auf gleiche Weise schwan-Speisequelle +V₁ (z. B. +6 V) und die Emitter mit- 15 ken, steht der Basisstrom des Transistors T₄ und daeinander und mit dem Emitter des Transistors T₃ mit auch der Kollektorstrom des Transistors T₄ in und weiter über Widerstand R₁ mit der Speisequelle einem temperaturunabhängigen Verhältnis zum KoI- -V₂ (z. B. — 6 V) verbunden sind. Die Basis des lektorstrom des Transistors T₃. Durch den relativ Transistors T₃ ist mit einem Punkt mit festem Bezugs- hohen Innenwiderstand des Transistors T₃ und die potential, ζ. B. dem Chassis (Erde = O V) verbun- 20 starke Stromgegenkopplung infolge des hohen Widerden. Der Kollektor des Transistors T₃ ist mit der Standes R₁ im Emitterkreis ist der Kollektorstrom des Basis des Ausgangstransistors T₄ und über Wider- Transistors T₃ und somit auch die Ausgangsspanstand R₂ und den in Durchlaßrichtung gepolten nung praktisch unabhängig von der Speise-Gleichrichter G, dessen Zweck sich im folgenden spannung + V₁.

zeigen wird, mit der Speisequelle +F₁ verbunden. 25 Wenn nun mindestens eine von den Eingangs-Der Ausgangstransistor ist vom komplementären Typ spannungen!^, E₂ positiv wird (z. B. +0,6 V) gegenin bezug auf die übrigen Transistoren, d. h., im ge- über der Bezugsspannung an der Basis des gebenen Ausführungsbeispiel sind die Transistoren Transistors T₃, wird der betreffende Transistor T₁, T₂ T₁, T₂ und T₃ vom npn-Typ und ist der Transistor T₄ leitend, wodurch die Spannung der miteinander vervom pnp-Typ. Der Emitter des Transistors T₄ ist 30 bundenen Emitter ansteigt und Transistor T₃ sperrt, über den durch Kondensator C überbrückten Wider- wodurch auch Transistor T₄ nichtleitend wird und stand R₃ mit der Spannungsquelle +V₁ verbunden. die Spannung der Ausgangsklemme U auf einen Der Kollektor ist über Widerstand i?₄ mit der Speise- niedrigen Wert, z. B. — 0,6 V, sinkt, der durch das quelle — V₂ und mit der Ausgangsklemme U verbun- Teilverhältnis des Widerstandes i?₄ und der Beden, an die die Belastung A₅ angeschlossen ist. Im 35 lastung R₅ und der Speisequelle — F₂ bestimmt wird, allgemeinen wird die Ausgangsspannung zur Steue- welcher Wert unabhängig ist von den Eingangsspanrung weiterer logischer Schaltungen in einer Rechen- nungen, weil Transistor T₄ gesperrt ist. maschine dienen, die in einiger Entfernung der ein- Es sei bemerkt, daß durch das Fehlen eines

schlägigen logischen Steuereinheit hegen kann, in Widerstandes im Kollektorkreis der Transistoren welchem Fall die Belastung durch eine refiexionsfrei 40 T₁, T₂ usw. beim Schalten sowohl in der einen als abgeschlossene Übertragungsleitung gebildet wird, an in der anderen Richtung bei diesen Transistoren kein welchen die übrigen zu steuernden Schaltungen an- Miller-Effekt, d. h. keine starke kapazitive Belastung geschlossen sind. an den Eingangsklemmen, auftreten wird. Überdies

Die Wirkungsweise der Schaltung ist weiter wie besteht infolge des Fehlens eines Kollektorwiderfolgt. Wenn die Spannung aller Eingangsklemmen 45 Standes bei diesen Transistoren keine Gefahr einer negativ ist, (z.B. —0,6V) hinsichtlich des Bezugs- Übersteuerung bis in die Kollektorstromsättigung, potentials (Erde) der Basis des Transistors T₃, sind weil die Spannung der Basiselektroden immer weit die Eingangstransistoren T₁, T₂ usw. gesperrt. Tran- unter der der Kollektoren bleibt. Die Werte der Einsistor T₃ ist dann leitend, wobei seine Kollektor- gangssteuerspannungen sind somit gar nicht kritisch, spannung relativ niedrig ist, so daß auch Tran- 50 Beim Transistor T₃ tritt ebenfalls kein Miller-Effekt sistor T₄ leitend ist und die Ausgangsklemme U eine auf, weil die Basis dieses Transistors geerdet ist. relativ hohe Spannung ist, z. B. +0,6 V gegen Erde. Bei der beschriebenen Schaltung liegt die Aus-

Durch die Wahl des geeigneten Widerstandes R₃ gangsspannung auf gleichem Niveau mit den Einkann der Strom durch den Transistor derart auf den gangsspannungen, d. h., diese variieren zwischen erwünschten Wert eingestellt werden, daß der Tran- 55 +0,6 und —0,6 V gegen die Bezugsspannung (Erde), sistor nicht bis in die Kollektorstromsättigung aus- so daß eine große Anzahl von logischen Schaltungen gesteuert wird und die Wirkung praktisch unabhängig ohne weiteres in Kaskade geschaltet werden können, von den Transistorparametern gemacht werden ohne daß zusätzliche Maßnahmen zur Wiederherstelkann. Der Kondensator C dient dazu, auf bekannte lung des Niveaus nötig sind.

Weise die Schaltgeschwindigkeit zu vergrößern. 60 Dabei ist es wichtig, daß diese Spannungen auf Durch die Wahl der Widerstände R₁ und R₂ und der beiden Seiten einer Bezugsspannung liegen, die der Speisespannungen wird außerdem verhütet, daß der des Chassis entspricht. Durch den niedrigen Innen-Transistor T₃ übersteuert wird. Die Stärke des Stroms widerstand des Chassis wird nämlich dessen Potendurch den Transistor T₄ und somit der Ausgangs- tial auch für Teile, die weit auseinanderliegen, prakspannung ist in hohem Maße unabhängig von der 65 tisch dasselbe sein, so daß auch die Bezugsspannun-Speisespannung +F₁ und durch den vorhandenen gen gleich sein werden, dies im Gegensatz zum Gleichrichter G in Reihe mit Widerstand A₂ auch von Potential der Speiseleitungen, das an verschiedenen der Temperatur. Der Kollektorstrom des Tran- Stellen ziemlich stark verschieden sein kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Logische Schaltung, deren Eingänge mit den Basiselektroden einer Anzahl von Eingangstransistoren verbunden sind, deren Kollektoren miteinander und mit einer ersten Spannungsquelle (V+) und deren Emitter miteinander und dem Emitter eines weiteren Transistors und weiter über einen gemeinsamen Widerstand mit einer zweiten Spannungsquelle verbunden sind und bei der die Basiselektrode des weiteren Transistors mit einem Punkt mit festem Potential und der Kollektor des weiteren Transistors über einen Widerstand mit der ersten Spannungsquelle und mit der Basiselektrode eines Ausgangstransistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der Eingangstransistoren in an sich bekannter Weise unmittelbar mit der ersten Spannungsquelle verbunden sind und daß der Ausgangstransistor in bezug auf die übrigen Transistoren vom komplementären Typ ao ist und der Emitter des Ausgangstransistors über einen Widerstand mit der ersten Spannungsquelle und der Kollektor über einen Widerstand mit der zweiten Spannungsquelle verbunden ist, wobei die Ausgangsspannung dem Kollektor entnommen wird.

2. Logische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Widerstand im Kollektorkreis des weiteren Transistors ein in Durchlaßrichtung gepolter Gleichrichter geschaltet ist.

3. Logische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des weiteren Transistors mit dem Chassis (Erde) verbunden ist und die Ausgangsspannungen in den beiden Schaltzuständen, bei denen der Ausgangstransistor entweder leitend oder gesperrt ist, auf beiden Seiten des Potentials des Chassis (Erde) liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Bulletin SEV, 53, vom 8. September 1962, S. 843.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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