DE1288137B

DE1288137B - Logical circuit with one transistor

Info

Publication number: DE1288137B
Application number: DE1965T0029438
Authority: DE
Inventors: Christ; Dipl-Ing Klaus
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1965-09-18
Filing date: 1965-09-18
Publication date: 1969-01-30

Description

Bekanntlich wird von einer logischen Schaltung mit einem Transistor, der die Eingangssignale in Form binärer Zeichen zugeführt werden, häufig die Verknüpfung gefordert, an ihrem Ausgang die Aus- sage »0« und »L« in Abhängigkeit davon zu machen, ob ihre augenblickliche Eingangsspannung innerhalb des einen oder anderen zweier - nicht notwendigerweise unmittelbar - aneinander anschließender Spannungsbereiche liegt. Es hat sich in der Praxis als schwierig realisierbar herausgestellt, diese Forderung zu erfüllen, wenn die erwähnten Spannungsbereiche relativ groß sind, d, h. wenn sich der eine Spannungsbereich beispielsweise von 0 bis 5 V und der andere von 8 bis 12 V erstreckt.As is known, the link is of a logic circuit having a transistor, the binary characters are fed to the input signals in the form of, often required, at its output the training say "0" and to make "L" in dependence upon whether its instantaneous input voltage within of one or the other of two - not necessarily directly - adjoining voltage areas. In practice it has been found to be difficult to meet this requirement when the voltage ranges mentioned are relatively large, i. E. if one voltage range extends from 0 to 5 V and the other from 8 to 12 V, for example.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine logische Schaltung der genannten Art anzugeben, die unter Vermeidung der angegebenen Schwierigkeiten die erwähnte Forderung erfüllt. Diese Schaltung soll somit in der Lage sein, binäre Eingangszeichen zu verarbeiten, deren Werte (0 und L) im einzelnen stark von Idealwerten abweichen können, so daß zum Betrieb dieser Schaltung große Toleranzen für die Eingangszeichen zugelassen werden können. Die Ausgangssignale dieser Schaltung sollen dagegen die idealen Werte 0 und L aufweisen.The invention is based on the object of a logic circuit of the type mentioned, avoiding the difficulties indicated fulfills the mentioned requirement. This circuit should thus be able to generate binary Process input characters whose values (0 and L) differ greatly from ideal values may differ, so that large tolerances for the input characters for the operation of this circuit can be admitted. The output signals of this circuit should, however, the have ideal values of 0 and L.

Die Erfindung geht somit aus von einer logischen Schaltung mit einem Transistor, der die Eingangssignale in Form binärer Zeichen zugeführt werden.The invention is thus based on a logic circuit with a Transistor to which the input signals are fed in the form of binary characters.

Bei einer derartigen Schaltung besteht die Erfindung in der Kombination der Merkmale, daß der Steuerstrecke des Transistors eine Diode gleichsinnig parallel geschaltet ist, deren Durchlaßspannung über der zum Durchsteuern des Transistors erforderlichen Steuerstreckenspannung liegt, daß zwischen dem Eingangsanschluß der Schaltung und der Steuerelektrode des Transistors eine Zenerdiode mit einer zur Polarität der mit ihr in Reihe liegenden Steuerstrecke entgegengesetzten Polarität geschaltet ist und daß eine Eingangsschaltung vorgesehen ist, mit welcher die Zenerdiode in ihren Zenerbereich gesteuert wird.In such a circuit, the invention consists in the combination the characteristics that the control path of the transistor a diode in the same direction parallel is connected, the forward voltage of which is above that for turning on the transistor required control path voltage is that between the input terminal of the Circuit and the control electrode of the transistor a Zener diode with a for Polarity of the control path in series with opposite polarity is switched and that an input circuit is provided with which the Zener diode is controlled in their zener area.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, den Transistor der erfindungsgemäßen Schaltung in Emitter-Schaltung zu schalten und - unabhängig von der gewählten Schaltung des Transistors -als Eingangsschaltung zwischen ein entsprechendes Potential der Betriebsspannungsquelle und den Eingangsanschluß einen Widerstand einzufügen.It has been found to be particularly advantageous to use the transistor to switch the circuit according to the invention in emitter circuit and - independently of the selected circuit of the transistor -as input circuit between a corresponding potential of the operating voltage source and the input terminal Insert resistance.

Es ist zwar an sich bekannt, eine Spannungsstufe mittels einer Referenzdiodenstrecke, beispielsweise einer Zenerdiode, zu überbrücken; auch ist es an sich bekannt, der Steuerstrecke eines Transistors eine Diode gleichsinnig parallel zu schalten, deren Durchlaßspannung über der zum Durchsteuern des Transistors erforderlichen Steuerstreckenspannung liegt.Although it is known per se, a voltage stage by means of a reference diode path, for example a Zener diode to be bridged; it is also known per se, the Control path of a transistor to connect a diode in parallel in the same direction, whose Forward voltage above the control path voltage required to turn on the transistor lies.

Die Erfindung liegt jedoch in der Kombination dieser beiden Maßnahmen im Sinne der Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe. Erst durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, einen Transistor eine volle Betriebsspannungsstufe von der Kollektorrestspannung von beispielsweise -f-0,4 V bis zur Betriebsspannung von beispielsweise -f-12 V am Kollektor abgeben zu lassen, wenn er zwar über die Zenerdiode gesteuert wird, aber keine zusätzliche, im betrachteten Fall negative Spannung zum Sperren des Transistors zur Verfügung steht. Würde der Transistor über einen Widerstand oder eine Diode zwischen Emitter- und Null-Potential oder mit einem Vor-. Strom aus der Betriebsspannungsquelle vorgespannt, dann könnte er am Kollektor nicht mehr den vollen Betriebsspannungssprung abgeben.However, the invention lies in the combination of these two measures in terms of solving the problem on which the invention is based. Only through the Applying the measures according to the invention, it is possible to use a transistor full operating voltage level from the residual collector voltage of -f-0.4, for example Let V up to the operating voltage of e.g. -f-12 V at the collector, if it is controlled via the zener diode, but not an additional one, in the considered If negative voltage is available to block the transistor. Would the Transistor via a resistor or a diode between emitter and zero potential or with a prefix. Current biased from the operating voltage source, then could it no longer delivers the full operating voltage jump to the collector.

An Hand der Figuren sind im folgenden zur näheren Erläuterung der Erfindung Ausführungsbeispiele derselben im einzelnen beschrieben.With reference to the figures are in the following for a more detailed explanation of Invention embodiments of the same described in detail.

In F i g. 1 ist mit 1 ein Transistor bezeichnet, dessen Emitter auf Null-Potential liegt. Dieses Null-Potential ist mit dem negativen Potential - UB einer nicht gezeigten Betriebsspannungsquelle identisch, deren positives Potential mit -I- UB bezeichnet ist. An -I- UB ist einerseits der Kollektor des Transistors 1 über einen Widerstand 2 und andererseits die Basis des Transistors 1 über die Reihenschaltung aus einem Widerstand 3 und einer Zenerdiode 4 angeschlossen. Die Zenerdiode 4 ist prinzipiell auch durch eine andere an sich bekannte Referenzdiodenstrecke, beispielsweise durch eine gasgefüllte Glimmröhre mit Bezugsspannungseigenschaften, ersetzbar. Der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 1 ist eine Diode 5 gleichsinnig parallel geschaltet. Mit 6 und 7 sind die Eingangsanschlüsse der Schaltung nach F i g. 1 bezeichnet, die dem Anschluß ihrer Steuerschaltung dienen, während 9 und 10 die Signalausgangsklemmen der gezeigten Schaltung symbolisieren.In Fig. 1, 1 denotes a transistor whose emitter is at zero potential. This zero potential is identical to the negative potential - UB of an operating voltage source (not shown), the positive potential of which is denoted by -I- UB. On the one hand the collector of the transistor 1 is connected to -I- UB via a resistor 2 and on the other hand the base of the transistor 1 is connected via the series circuit of a resistor 3 and a Zener diode 4. The Zener diode 4 can in principle also be replaced by another reference diode path known per se, for example by a gas-filled glow tube with reference voltage properties. The base-emitter path of the transistor 1 has a diode 5 connected in parallel in the same direction. With 6 and 7 the input connections of the circuit according to FIG. 1 denotes, which are used to connect their control circuit, while 9 and 10 symbolize the signal output terminals of the circuit shown.

Wenn infolge richtig gewählter Größen des Widerstandes 3 und der Betriebsspannung über die Zenerdiode 4 ein ausreichender Sperrstrom fließt, so daß sich über der Zenerdiode die Zenerspannung aufbaut, fließt auch ein derart hoher Steuerstrom in die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 1, daß dieser leitend wird. Unterschreitet der Sperrstrom durch die Zenerdiode 4 jedoch den zur Erzeugung der Zenerspannung minimalen Grenzwert, so wird der Eingang des Transistors 1 durch die Diode 5 praktisch kurzgeschlossen und der Transistor 1 dadurch effektiv vollständig gesperrt.If, as a result of correctly selected sizes of the resistor 3 and the operating voltage, a sufficient reverse current flows through the Zener diode 4 so that the Zener voltage builds up over the Zener diode, such a high control current also flows into the base-emitter path of the transistor 1 that it becomes conductive will. However, if the reverse current through the Zener diode 4 falls below the minimum limit value for generating the Zener voltage, the input of the transistor 1 is practically short-circuited by the diode 5 and the transistor 1 is effectively completely blocked as a result.

Der in F i g. 1 gezeigte Transistor braucht nicht - obwohl es sich als besonders zweckmäßig herausgestellt hat - in Emitter-Schaltung betrieben zu werden, sondern kann beispielsweise auch in Basis-Schaltung geschaltet sein; auch kann er durch einen Transistor entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps ersetzt werden. In jedem Fall ist lediglich darauf zu achten, daß die Diode 5 mit der Polarität der Steuerstrecke des Transistors gleichsinnig gepolt ist und daß die Zenerdiode entgegengesetzt zur Steuerstrecke gepolt ist. Auch kann der Widerstand 3 durch eine andere Vorstromquelle an sich bekannter Art ersetzt werden. Meist ist es zweckmäßig, diesen Widerstand 3 bzw. diese andere an sich bekannte Vorstromquelle zum Bestandteil der Steuerschaltung der in F i g. 1 gezeigten Schaltung zu machen.The in F i g. 1 shown transistor does not need - although it is has proven to be particularly useful - operated in emitter circuit too but can, for example, also be connected in a basic circuit; even it can be replaced by a transistor of the opposite conductivity type. In any case, it is only necessary to ensure that the diode 5 with the polarity the control path of the transistor is polarized in the same direction and that the Zener diode is polarized opposite to the control path. The resistor 3 can also be through a other bias current source of a known type are replaced. It is usually useful this resistor 3 or this other known bias current source is a component the control circuit in FIG. 1 to make the circuit shown.

Ein besonders vorteilhafter Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Schaltung liegt in einer NAND-Schaltung vor.A particularly advantageous application of the circuit according to the invention is in a NAND circuit.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieser Ausgestaltung der Erfindung, soweit zum Verständnis erforderlich. An die Klemmen 6 und 7 wird beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 2 die in F i g. 1 gezeigte Schaltung angeschlossen, die an sich Bestandteil des Ausführungsbeispiels nach F i g. 2 ist und nur der Übersichtlichkeit halber nicht in F i g. 2 eingetragen ist. Mit 8 a bis 8 rz ist eine Mehrzahl an Eingangsklemmen 8'n bis 8'n angeschlossen und ausgangsseitig parallelgeschalteter Dioden mit zueinander gleichsinniger Polarität bezeichnet, die der Schaltung nach F i g. 1 vorgeschaltet sind und deren Polarität zur Polarität der Steuerstrecke des Transistors 1 in F i g. 1 gegensinnig ist. Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 in Verbindung mit derjenigen nach F i g. 1 gibt am Signalausgang zwischen den Klemmen 9 und 10 nur dann die Aussage »0« ab, wenn an allen Eingängen 8'a bis 8'n gleichzeitig die Aussage »L« eingegeben wird. Durch die Kombination der in F i g. 2 gezeigten Diodenschaltung mit der in F i g. 1 gezeigten Schaltung ist es möglich, die Summe der zwei Spannungsbereiche, innerhalb derer gemäß der eingangs angegebenen Forderung die Eingangsspannungen liegen dürfen, um in vorgegebener Verknüpfung die Aussage »0« oder »L« hervorzurufen, fast so groß wie die Betriebsspannung zu machen.F i g. 2 shows an embodiment of this embodiment of the invention, as far as is necessary for understanding. In the embodiment of the invention according to FIG. 2 the in F i g. 1 connected, which is part of the embodiment according to FIG. 2 is not in FIG. 2 for the sake of clarity. 2 is registered. With 8 a to 8 rz a plurality of input terminals 8'n to 8'n is connected and denotes diodes connected in parallel on the output side with polarity in the same direction to one another, which correspond to the circuit according to FIG. 1 are connected upstream and their polarity to the polarity of the control path of the transistor 1 in FIG. 1 is opposite to one another. The circuit arrangement according to FIG. 2 in conjunction with that according to FIG. 1 only outputs the statement "0" at the signal output between terminals 9 and 10 if the statement "L" is entered at all inputs 8'a to 8'n at the same time. By combining the in F i g. 2 with the diode circuit shown in FIG. 1, it is possible to make the sum of the two voltage ranges, within which the input voltages may lie according to the requirement specified at the beginning, in order to produce the statement "0" or "L" in a given combination, almost as large as the operating voltage.

F i g. 3 zeigt das in der logischen Schaltkreistechnik übliche Funktionssymbol für die in F i g. 2 dargestellte Schaltung in Verbindung mit derjenigen nach F i g. 1.F i g. 3 shows the function symbol customary in logic circuit technology for the in F i g. 2 shown circuit in connection with that according to F i G. 1.

Eine weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Schaltung liegt in einer ODER-Schaltung, die am Ausgang die Aussage »0« abgibt, wenn allen ihren Eingängen die Aussage »0« zugeführt wird und die an ihrem Ausgang die Aussage »L« abgibt, wenn mindestens einem ihrer Eingänge die Aussage »L« zugeführt wird. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 4 stellt eine solche ODER-Schaltung dar und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine transistorisierte Steuerschaltung mit einem mit fester Vorspannung betriebenen Transistor vorgesehen ist, daß an die Steuerelektrode dieses Transistors eine Mehrzahl mit der Polarität dieser Steuerstrecke gleichsinnig gepolter Dioden angeschlossen ist, deren anderen Anschlüssen Steuerspannungen zuführbar sind und daß die Vorspannung des Transistors der Steuerschaltung kleiner gewählt ist als das sich an dem Eingangsanschluß der Schaltung einstellende Potential gegen Null.Another advantageous application of the invention The circuit is in an OR circuit, which gives the statement "0" at the output, if the statement "0" is fed to all of its inputs and those at its output returns the statement "L" if the statement "L" is applied to at least one of its inputs will. The embodiment of the invention according to FIG. 4 represents such an OR circuit and is characterized in that a transistorized control circuit with a transistor operated with a fixed bias voltage is provided that is connected to the control electrode this transistor has a plurality in the same direction as the polarity of this control path polarized diodes is connected, the other connections of which can be supplied with control voltages and that the bias voltage of the transistor of the control circuit is selected to be smaller is opposite to the potential established at the input terminal of the circuit Zero.

Der Transistor der Steuerschaltung beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 4 ist mit 11 bezeichnet, seine Vorspannung wird beispielsweise - wie gezeigt - mittels einer über einen Widerstand 12 an die Betriebsspannungsquelle angeschlossene und im Zenerbereich betriebene Zenerdiode 13 gewonnen. Ein im Steuerkreis des Transistors 11 liegender Serienwiderstand 14 ist lediglich als überlastungsschutzwiderstand vorgesehen. Mit 15 ist der Basisableitwiderstand des Transistors 11 bezeichnet und mit 16a und 16n eine Mehrzahl eingangsseitig an Eingangsklemmen 16'a bis 16'n liegender und gleichsinnig gepolter Dioden. Der Kollektorwiderstand 3' des Transistors 11 übernimmt einerseits die Funktion des Widerstandes 3 der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 und andererseits die Funktion des Außenwiderstandes des Transistors 11. The transistor of the control circuit in the embodiment of the invention according to FIG. 4 is denoted by 11, its bias voltage is obtained, for example - as shown - by means of a Zener diode 13 connected to the operating voltage source via a resistor 12 and operated in the Zener region. A series resistor 14 located in the control circuit of transistor 11 is only provided as an overload protection resistor. The base discharge resistor of the transistor 11 is denoted by 15, and a plurality of diodes with polarity in the same direction, located on the input side at input terminals 16'a to 16'n, are denoted by 16a and 16n. The collector resistor 3 'of the transistor 11 on the one hand takes over the function of the resistor 3 of the circuit arrangement according to FIG. 1 and, on the other hand, the function of the external resistance of transistor 11.

Die Vorspannung des Transistors 11 ist so gewählt, daß in einem Ansteuerungsfall der Transistor 11 durch seine hohe Emitter-Vorspannung gegen die auf Masse befindliche Basis-Spannung gesperrt ist. Dann ist auch sein Kollektorpotential im wesentlichen nur durch die Spannungsdifferenz des Spannungsabfalls über dem Widerstand 3' gegen das Betriebsspannungspotential -I- UB gegeben, wobei der Spannungsabfall über dem Widerstand 3' der Summe der Sperrströme des Transistors 11 und der Zenerdiode 4 proportional ist. Wird nun ein anderes vorgegebenes Eingangssignal an die Schaltung nach F i g. 4 gelegt, so ändert der Transistor 11 sein Kollektorpotential, und zwar bricht es auf ein der Summe der Restspannung des Transistors 11 und der Sperrspannung der Zenerdiode 13 gleiches Potential zusammen. Die Zenerdiode 4 kann daraufhin die Zenerspannung nicht aufrechterhalten, und deshalb sperrt dann der Transistor 1, so daß dann das dem Eingangssignal entsprechende Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 9 auftritt.The bias of the transistor 11 is selected so that, in the event of an activation, the transistor 11 is blocked by its high emitter bias against the grounded base voltage. Then its collector potential is essentially only given by the voltage difference between the voltage drop across the resistor 3 'and the operating voltage potential -I- UB , the voltage drop across the resistor 3' being proportional to the sum of the reverse currents of the transistor 11 and the Zener diode 4. If another predetermined input signal is now sent to the circuit according to FIG. 4, the transistor 11 changes its collector potential, namely it collapses to a potential equal to the sum of the residual voltage of the transistor 11 and the reverse voltage of the Zener diode 13. The Zener diode 4 can then not maintain the Zener voltage, and therefore the transistor 1 then blocks, so that the output signal corresponding to the input signal then appears at the output terminal 9.

F i g. 5 zeigt das Funktionsschaltbild der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 in der in der logischen Schaltkreistechnik üblichen Weise.F i g. 5 shows the functional diagram of the circuit arrangement according to FIG F i g. 4 in the manner customary in logic circuit technology.

Claims

Claims: 1. Logical circuit with a transistor that the Input signals are supplied in the form of binary characters, characterized by the Combination of the features that the control path of the transistor (1) is a diode (5) is connected in parallel in the same direction, the forward voltage of which is higher than that for switching on of the transistor required control path voltage is that between the input terminal (6) the circuit and the control electrode of the transistor with a Zener diode (4) one opposite to the polarity of the control path lying in series with it Polarity is switched and that an input circuit (3) is provided with which the zener diode is controlled in its zener range (Fig. 1).

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the transistor (1) has an emitter circuit is switched.

3. A circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the input circuit consists of a resistor (3) connected between a corresponding potential (-f- UB) of the operating voltage source and the input connection (6).

4. A circuit according to claim 3, characterized by their Use as a NAND circuit in such a way that its input connection (6) has a plurality On the output side, diodes (8a to 8e) connected in parallel with one another in the same direction Polarity are connected upstream that correspond to the polarity of the control path of the transistor (1) is in opposite directions (Figs. 1 and 2).

5. Circuit according to claim 3, characterized by using it as an OR circuit in such a way that its input terminal has a transistorized control circuit with a transistor operated with a fixed bias voltage (11) is connected upstream that to the control electrode of the transistor of the control circuit a majority with the polarity of the control path of this transistor in the same direction polarized diodes (16a to 16n) are connected, the other connections of which control voltages can be supplied, and that the bias voltage of the transistor of the control circuit is added whose residual voltage is selected to be smaller than that at the input terminal of the Circuit setting potential towards zero (Fig. 4).