DE1293846B

DE1293846B - Logische Schaltung mit mehreren Gattertransistoren

Info

Publication number: DE1293846B
Application number: DE1964R0037508
Authority: DE
Inventors: Pressman Abraham Isaac
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1963-03-22
Filing date: 1964-03-20
Publication date: 1969-04-30
Also published as: GB1028656A; SE322810B; NL6403014A; BE645448A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine logische Schaltung mit einer Anzahl von als Kollektorstufen geschalteten Gattertransistoren gleichen Leitfähigkeitstyps, deren Kollektor-Emitter-Strecken parallel geschaltet sind und deren Basiselektroden getrennte Eingangssignale zugeführt werden, durch welche die Spannung am gemeinsamen Verbindungspunkt ihrer Emitter sich zwischen zwei möglichen Werten ändert, deren Emitter gemeinsam über einen Widerstand an einer Stromquelle mit festem Bezugspotential liegen und über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Pegelverschiebetransistors desselben Leitfähigkeitstyps mit der Basis eines in Emitterschaltung arbeitenden Ausgangstransistors derart verbunden sind, daß die Emitter der Gattertransistoren mit dem Emitter des Pegelverschiebetransistors verbunden sind.
Die verschiedenen logischen Stufen einer Datenverarbeitungsanlage hoher Arbeitsgeschwindigkeit werden gewöhnlich mit Hochfrequenzleitungen verbunden, um Impulsverformungen, Abstrahlung und übersprechen möglichst klein zu halten. Beim Ansteuern von logischen Schaltungen durch solche Leitungen tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß sie die Leitungen stark belasten, so daß unzulässig hohe Reflexionen, die Störsignale zur Folge haben, auftreten können. Diese Schwierigkeiten lassen sich zwar weitgehend vermeiden, wenn mit jeder einzelnen Leitung nur eine Schaltungsanordnung gespeist wird und wenn die Eingangsimpedanz der Schaltungsanordnung konstant und gleich dem Wellenwiderstand der Leitung ist. In der Praxis ist jedoch die Eingangsimpedanz einer logischen Schaltung von anderen der Schaltung zugeführten Eingangssignalen abhängig, außerdem würde die Anzahl der benötigten getrennten Leitungen unerwünscht groß, wenn viele Schaltkreise durch die gleiche Quelle gespeist werden sollen. Es hat sich gezeigt, daß man mit einer einzigen angezapften Leitung eine große Anzahl von Schaltkreisen speisen kann, ohne daß störende Reflexionen auftreten, vorausgesetzt, daß die Eingangsimpedanz der verschiedenen Kreise ziemlich groß im Vergleich zum Wellenwiderstand der Leitung ist und die Leitung mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen wird.
Eine logische Schaltung soll verhältnismäßig hohe Ausgangsströme zu liefern vermögen, um die eine verhältnismäßig niedrige Impedanz darbietende Leitung und den Verbraucher speisen zu können. Das aktive Element der Ausgangsstufe des Kreises, z. B. ein Transistor, wird normalerweise zwischen Sperrung und Sättigung ausgesteuert, um die Verlustleistung im Transistor möglichst klein zu halten. Die Eingangssignale können im logischen Kreis gedämpft werden. Ein Betrieb des Ausgangstransistors zwischen gesperrtem und gesättigtem Zustand gewährleistet, daß das Ausgangssignal jeweils einen von zwei definierten festen Signalpegeln annimmt. Am Eingang des Ausgangstransistors kann noch mal eine Pegelverschiebungsanordnung verwendet werden, die gewährleistet, daß der Transistor entweder gesperrt ist oder voll leitet, je nachdem wie es die Eingangssignalverhältnisse fordern.
Die bekannten Pegelverschiebungsanordnungen enthalten a) ein Spannungsteilernetzwerk mit einem Überbrückungskondensator im Kopplungsteil und b) Pegel- oder Niveauverschiebungsdioden. Die Spannungsteileranordnung ist mit dem Nachteil behaftet, daß der Kondensator eine Empfindlichkeit in bezug auf Störimpulse und eine Abhängigkeit von der Impulswiederholungsfrequenz mit sich bringt, man benötigt außerdem häufig einen großen Spannungshub, die Widerstände verbrauchen Leistung und entwickeln Wärme, und die Arbeitsweise des Netzwerkes wird durch Schwankungen der Werte der Bestandteile im Spannungsteilernetzwerk und der zugehörigen Vorspannungsquellen beeinflußt. In der Pegelverschiebungsdiodenanordnung müssen enge Toleranzen hinsichtlich der Diodenerholungszeit und dem Flußspannungsabfall eingehalten werden. Gewöhnlich werden mehrere in Reihe geschaltete Dioden verwendet, um einen zuverlässigen Betrieb in einem weiten Temperaturbereich sicherzustellen. Bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten müssen die Dioden außerdem in der Lage sein, einem zu sperrenden Transistor einen Basissperrstrom ausreichender Größe zuführen zu können.
Es ist ferner aus der deutschen Auslegeschrift 1104 998 eine logische Schaltung der eingangs genannten Art bekannt. Bei dieser Schaltung ist die Basis des Pegelverschiebungstransistors jedoch geerdet; erst im Ruhezustand leitend und im Arbeitszustand gesperrt. An den Kollektor des Kegelverschiebungstransistors ist die Basis eines Ausgangstransistors entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps angeschlossen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Störunempfindlichkeit und die Arbeitsgeschwindigkeit einer logischen Schaltung der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer logischen Schaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine weitere Stromquelle entgegengesetzter Polarität vorgesehen ist, welche mit der Basis des Pegelverschiebetransistors verbunden ist, und daß die Stromquelle und die weitere Stromquelle derart bemessen sind, daß zur Sperrung des Ausgangstransistors ein Strom über die Basis-Emitter-Strecke und zur vollen Aufsteuerung des Ausgangstransistors ein Strom über die Basis-Kollektor-Strecke des Pegelverschiebetransistors fließt.
Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und eine bevorzugte Anwendung dieser logischen Schaltung.
Bei der logischen Schaltung gemäß der Erfindung steht ein starker Basissperrstrom zur Verfügung, der eine rasche Sperrung des Ausgangstransistors ermöglicht, da die mit den Emitterelektroden verbundene Stromquelle einen stärkeren Strom zu liefern vermag als die mit der Basis des Pegelverschiebungstransistors verbundene weitere Stromquelle. Ein weiterer Vorteil der Erfindung beruht darauf, daß die Ausgangsspannung der Gattertransistoren so bemessen ist, daß im einen Betriebszustand des Gatters der Emitter-Basis-übergang des Pegelverschiebungstransistors derart in Flußrichtung vorgespannt ist, daß die Kollektorspannung dieses Transistors niedrig ist, um eine weitgehende Unempfindlichkeit gegen Störsignale zu ermöglichen, während im anderen Betriebszustand des Gatters der Emitter-Basis-übergang des Pegelverschiebungstransistors so weit in Sperrichtung vorgespannt ist, daß eine weitgehende Unempfindlichkeit gegen Störsignale, die die Emitter-Basis-Strecke in Flußrichtung vorspannen und den Ausgangstransistor auftasten könnten, gewährleistet ist.
Die Erfindung soll nun an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden, in der entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt F i g. 1 ein Schaltbild einer logischen Schaltung gemäß der Erfindung, die ein einzelnes Eingangsgatter, das von verschiedenen Hochfrequenzleitungen gespeist wird, einen einzigen Pegelverschiebungstransistor und einen einzigen Ausgangstransistor, der eine Kombination von angezapften und radialen Ausgangshochfrequenzleitungen speist, enthält, F i g. 2 ein Schaltbild einer anderen logischen Schaltung gemäß der Erfindung, bei der eine Anzahl von Ausgangstransistoren und zugeordneten Pegelverschiebungstransistoren einem einzigen Eingangsgatter zugeordnet ist, um die Ausgangsleistung zu erhöhen, F i g. 3 ein teilweise in Blockform gehaltenes Schaltbild einer zweistufigen logischen Schaltung gemäß der Erfindung, F i g. 4 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform einer zweistufigen logischen Schaltung gemäß der Erfindung, bei welcher die Ausgänge einer Anzahl erster Diodengatter verschiedenen Eingängen eines zweiten als Emitterverstärker geschalteten Gatters zugeführt sind und Dioden im Ausgangskreis des zweiten Gatters eine Trennung für eine größere Anahl von Eingängen und/oder zusätzliche Pegelverschiebungen gewährleisten, F i g. 5 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform eines Oder-Gatters, das in der in F i g. 4 dargestellten Anordnung verwendet werden kann, und F i g. 6 ein Schaltbild einer einstufigen logischen Schaltung, die PNP-Transistoren enthält.
Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung enthält eine Anzahl von NPN-Transistoren 10 a ... 10 c, die in Kollektorschaltung arbeiten und deren Kollektorelektroden 12a ... 12c gemeinsam an eine Klemme einer Spannungsquelle angeschlossen sind, die eine Spannung von -I- V, Volt liefert. Die Emitterelektroden 14a ... 14c sind direkt an einen gemeinsamen Schaltungspunkt 16 angeschlossen, so daß also die Kollektor-Emitter-Strecken aller Transistoren 10a ... 10 c parallel geschaltet sind. Zwischen die Basiselektroden 20a bis 20c und zugehörigen Eingangsklemmen 22 a bis 22 c des logischen Gatters sind getrennte Eingangswiderstände 18 a bis 18 c geschaltet. Zwischen den Schaltungspunkt 16 und eine Spannungsquelle, die eine in Flußrichtung gepolte Emittervorspannung -V3 liefert, ist ein gemeinsamer Emitterwiderstand 26 geschaltet, so daß die Gattertransistoren 10 a bis 10 c als Emitterverstärker arbeiten. Diese Emitterverstärker bilden ein Exklusives-Oder-Gatter.
Die Ausgangsspannung des in F i g. 1 dargestellten logischen Schaltkreises wird von der Kollektorelektrode 32 eines NPN-Transistors 34 abgenommen, der in Emitterschaltung arbeitet. Bei einer digitalen Anlage hoher Arbeitsgeschwindigkeit kann es zweckmäßig oder notwendig sein, daß die verschiedenen logischen Kreise durch Hochfrequenzleitungen verbunden sind, um Verzerrungen der Ausgangsimpulse, Abstrahlungen und übersprechen zwischen den verschiedenen Kreisen möglichst klein zu halten. Die verschiedenen Ausgangsbelastungen oder Verbraucher, die aus anderen logischen Gattern 28 der beschriebenen Art bestehen können, können an Abgriffe der Leitungen 40, 42, 44 angeschlossen sein, welche jeweils mit einem Eingangsende an die Kollektorelektrode 32 angeschlossen sind. Die Leitungen 40, 42, 44 sind durch individuelle Widerstände 46, 48 bzw. 50 mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen. Die freien Enden der Abschlußwiderstände 46, 48, 50 sind mit einer Kollektorspannungsquelle +Vc verbunden. Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung eignet sich zwar besonders zur Ansteuerung logischer Kreise mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit über Hochfrequenzleitungen, wie z. B. Koaxialleitungen, der Kreis läßt sich jedoch für niedrigere Arbeitsgeschwindigkeiten verwenden, bei denen keine Hochfrequenzleitungen erforderlich sind. In diesem Fall kann dann die Kollektorelektrode 32 direkt über einen gestrichelt gezeichneten Kollektorwiderstand 52 mit der Kollektorspannungsquelle -f- VC verbunden sein. Die Verbraucher können in diesem Fall dann entweder direkt oder über eine geeignete Verdrahtung an die Kollektorelektrode 32 angeschlossen werden.
In manchen Transistorkreisen tritt eine Signalabschwächung auf, insbesondere wenn der betreffende Transistor nicht zwischen dem gesperrten und dem gesättigten Zustand ausgesteuert wird. Bei dem Emitterfolgergatterkreis 28 unterscheidet sich beispielsweise die Spannung am gemeinsamen Schaltungspunkt 16 von der Spannung an der positivsten Basiselektrode 20a bis 20c um den Spannungsabfall an dem zugehörigen Emitter-Basis-übergang. Der Ausgangstransistor 34 bewirkt nicht nur eine hohe Stromverstärkung, die es möglich macht, viele Verbraucher zu speisen, er normiert außerdem noch die Ausgangssignale auf die für die Anlage vorgeschriebenen Sollwerte. Aus diesem Grund wird der Ausgangstransistor 34 zwischen dem gesperrten und dem gesättigten Zustand ausgesteuert und die verschiedenen Vorspannungspegel im Ausgangskreis sind so gewählt, daß die Spannung an der Kollektorelektrode 32 immer einem der beiden Pegelsollwerte der Anlage entspricht. Eine Aussteuerung des Ausgangstransistors zwischen dem gesperrten und dem gesättigten oder nahezu gesättigten Zustand hat außerdem noch den Vorteil, daß die Verlustleistung im Transistor klein bleibt, was besonders bei hohen Strompegeln von Bedeutung ist.
An die Basiselektrode 36 des Ausgangstransistors 34 ist eine Pegelverschiebungsanordnung angeschlossen, die gewährleistet, daß der Transistor 34 auch bei schwankenden Eingangssignalbedingungen entweder im gesperrten oder im gesättigten Zustand arbeitet und unempfindlich gegen Störsignale ist. Die in F i g. 1 und den noch zu beschreibenden Figuren verwendete Pegelverschiebungsanordnung enthält einen NPN-Transistor 60 mit Emitter 66 und Kollektor 68, dessen Kollektor-Emitter-Strecke zwischen den gemeinsamen Schaltungspunkt 16 und die Basiselektrode 36 des Ausgangstransistors 34 geschaltet ist. Zwischen die Basiselektrode 64 des Pegelverschiebungstransistors 60 und den -f- V2 bezeichneten positiven Pol einer Vorspannungsquelle ist ein Widerstand 62 geschaltet.
Die Eingangssignale der logischen Schaltung 28 können Eingangsklemmen 22 a bis 22 c über getrennte Hochfrequenzleitungen 94, 96 bzw. 98 zugeführt werden, die ihrerseits durch Ausgangstransistoren 70, 72 bzw. 74 anderer logischer Kreise gespeist werden.
Um einen oder mehrere logische Schaltungen durch eine angezapfte Hochfrequenzleitung speisen zu können, ohne daß störende Reflexionen in der Leitung auftreten, muß die Eingangsimpedanz der logischen Schaltungen relativ hoch in bezug auf den Wellenwiderstand der Leitung sein. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, können durch die Reflexionen Störimpulse auftreten, die unter Umständen die angesteuerten logischen Schaltungen unbeabsichtigt auslösen. Die vorliegende Erfindung macht sich gewisse günstige Eigenschaften der Emitterverstärkerschaltung zunutze. Bekanntlich hat ein Emitterverstärker (Kollektorschaltung) eine sehr hohe Eingangsimpedanz, er benötigt einen verhältnismäßig kleinen Basissteuerstrom und arbeitet von Natur aus schneller als ein Transistor in Emitterschaltung, da ein Emitterverstärker gewöhnlich nicht in die Sättigung ausgesteuert wird.
Die Kollektorspeisespannung für die Emitterverstärker wird größer, also bei den hier beispielsweise verwendeten NPN-Transistoren positiver gewählt als der größte, also positivste Eingangssignälpegel, so daß die Emitterfolger nicht in den Sättigungsbereich ausgesteuert werden. Die Emitterspeisespannung wird negativer gewählt als der am wenigsten positive Eingangssignalpegel, so daß immer mindestens ein Emitterverstärker leitet, d. h. im aktiven Bereich vorgespannt ist, da hierdurch die Auftastzeit herabgesetzt wird. Unter Annahme von Eingangssignalpegeln von 0 und +3 Volt können die verschiedenen Vorspannungsquellen, beispielsweise Batterien, folgende, nicht einschränkend auszulegende Spannungen. liefern: V1 = 4 Volt, V2 = 4 Volt, - V3 = 3 Volt, Va = 0 Volt, V, = 3 Volt.
Emitterverstärker wurden bisher in logischen Kreisen von Datenverarbeitungsanlagen wenig verwendet, da sie zu Schwingungen neigen. Diese Schwingneigung wird durch die Eingangswiderstände 18 a bis 18 c verringert, die die Rückkopplung, die in einem Emitterverstärker von Natur aus vorhanden ist, herabsetzt. Die Schwingneigung kann, wenn nötig, dadurch weiter herabgesetzt werden, daß man zwischen einen allen Kollektorelektroden 12a bis 12c gemeinsamen Schaltpunkt und die Spannungsquelle + V1 einen nicht dargestellten Widerstand einschaltet und die Vorspannungsquelle so bemißt, daß ein Emitterverstärkertransistor nahe der Sättigung arbeitet, wenn das ihm zugeführte Eingangssignal seinen positivsten Wert hat. Das Auftreten von Schwingungen in einem Emitterverstärker wird hauptsächlich durch große Belastungsschwankungen verursacht. Solche Belastungsschwankungen werden bei dem Kreis der F i g. 1 und anderen noch zu beschreibenden Kreisen weitestgehend vermieden, da der Ausgangstransistor 34 und der Pegelverschiebungstransistor 60 die Verbraucher von den Emitterverstärkern trennen.
Der gemeinsame Emitterwiderstand 26 ist so bemessen, daß er in Verbindung mit der - v3-Volt-Spannungsquelle im wesentlichen als Stromsenke wirkt. Der Widerstand 62 im Basiskreis des Pegelverschiebungstransistors 60 ist so bemessen, daß er in Verbindung mit der + V2 Volt-Spannungsquelle als Stromquelle arbeitet. Aus Gründen, auf die noch näher eingegangen wird, werden die Parameter der Stromsenke vorzugsweise so gewählt, daß die Stromsenke bei gegebenen Eingangsbedingungen mehr Strom aufzunehmen vermag als von der Stromquelle geliefert wird. Die in F i g. 1 dargestellte logische Schaltung arbeitet folgendermaßen: Die Spannung am gemeinsamen Schaltungspunkt 16 ist immer dann relativ hoch, wenn an einer oder mehreren Eingangsklemmen 22a bis 22c Eingangssignale mit maximal positivem Pegel liegen. Die Spannung am Punkt 16 ist andererseits nur dann niedrig, wenn alle Eingänge auf niedriger, also am wenigsten positiver Spannung liegen, so daß das Gatter 28 die Oder-Funktion ausführt. Unter der Voraussetzung, daß die Spannungsquellen die obenerwähnten Spannungen liefern und daß die Eingangssignalpegel 0 und +3 Volt sein können, sind die entsprechenden Spannungen am Verbindungspunkt 16 etwa -0,7 bzw. -I-2,3 Volt, wenn als Gattertransistoren 10 a bis 10 c Siliciumtransistoren verwendet werden. Der Spannungsabfall an dem in Flußrichtung vorgespannten Emitter-Basis-Übergang eines Siliciumtransistors beträgt nämlich etwa 0,7 Volt.
Der Emitter-Basis-Übergang des Pegelverschiebungstransistors 60 ist in Flußrichtung vorgespannt, wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 den Wert - 0,7 Volt hat. Nach Abklingen der beim Schalten anfänglich auftretenden Einschwingvorgänge fließt der ganze Strom von der Stromquelle (Widerstand 62 und +V2 Volt-Spannungsquelle) über den Übergang zwischen Basis 64 und Emitter 66 zur Stromsenke (Widerstand 26 mit - V.-Volt-Quelle). In den Kollektor 68 fließt dann nur ein etwa vorhandener Isolations- oder Sperrstrom, und die Kollektorelektrode 68 hat kein definiertes Potential. Der Pegelverschiebungstransistor 60 arbeitet praktisch wie ein gesättigter oder nahezu gesättigter Transistor, und die Spannung am Kollektor 68 ist dann etwa 0,05 Volt positiver als die Spannung am Emitter 66, also etwa -0,65 Volt, da der in die Basis 64 fließende Strom hoch ist. Die Basis-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors 34 ist auf jeden Fall in Sperrichtung vorgespannt, und die Ausgangsspannung an der Kollektorelektrode 32 beträgt etwa +3 Volt. Die Sperrspannung hat einen solchen Wert, daß ins Positive gehende Störimpulse bis zu einer Amplitude von 1 Volt ohne Einfluß sind, d. h. also, daß die Spannung am Verbindungspunkt 16 oder der Emitterelektrode 66 infolge von Störimpulsen um 1 Volt ansteigen kann, ohne daß der Ausgangstransistor 34 dadurch aufgetastet würde.
Wenn eines der dem Gatter 28 zugeführten Eingangssignale auf den hohen Pegel, also +3 Volt, ansteigt, steigt die Spannung am Verbindungspunkt 16 auf etwa +2,3 Volt. Der Basis-Emitter-Übergang des Ausgangstransistors 34 wird jedoch in Flußrichtung vorgespannt, bevor die Spannung am Verbindungspunkt 16 diesen Wert erreicht. Die Spannung an der Basiselektrode 64 klemmt dann auf die Spannung +VB gleich der Summe der Spannungsabfälle am Basis-Emitter-Übergang des Ausgangstransistors 34 und dem Kollektor-Basis-Übergang des Pegelverschiebungstransistors 60. Wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 positiver wird als + VB, wird der Übergang zwischen Basis 64 und Emitter 66 in Sperrichtung vorgespannt, und der ganze Strom von der Stromquelle wird als in Flußrichtung gepolter Basisstrom über den Übergang zwischen Basis 64 und Kollektor 68 dem Ausgangstransistor 34 zugeführt. Der Ausgangstransistor 34 leitet dann stark, und die Ausgangsspannung an der Kollektorelektrode 32 sinkt auf etwa 0 Volt ab. Die innere Kapazität zwischen Emitter 66 und Kollektor 68 des Pegelverschiebungstransistors 60 spielt bei den Schalteinschwingvorgängen eine günstige Rolle, da sie ein rasches Auftasten des Ausgangstransistors 34 unterstützt. Andererseits vergrößert diese Kapazität anscheinend weder die Störempfindlichkeit, noch führt sie bei den in der Praxis verwendeten Arbeitsgeschwindigkeiten zu Schwierigkeiten hinsichtlich der Wiederholungsfrequenz. Wenn der Ausgangstransistor 34 voll aufgetastet ist, liegt an der Sperrschicht zwischen Basis 64 und Emitter 66 eine so hohe Sperrspannung, daß eine Unempfindlichkeit gegen negative Störimpulse bis zu einer Amplitude von etwa 1 Volt gewährleistet ist.
Der Pegelverschiebungstransistor 60 leitet praktisch von der Stromquelle entweder zur Stromsenke oder Basis 36 des Ausgangstransistors 34. Durch die Kombination aus Widerstand 62 und Vorspannungsquelle -I- V" wird ein Strom für die Basis 36, der leicht errechenbar und weitgehend unabhängig von Bauteiltoleranzen ist, geliefert, wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 hoch ist. Dieser Strom In wird durch die folgende Gleichung bestimmt: dabei bedeutet Roden Widerstandswert des Widerstandes 62 und VB die Spannung an der Basis 64. Da VB die Summe von V", dem relativ konstanten Spannungsabfall am Übergang zwischen Basis 64 und Kollektor 68 des Pegelverschiebungstransistors 60 und dem Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors 34 ist und -f- V2 gewöhnlich das Drei- oder Vierfache von Va beträgt, ist dieser Auftaststrom für die Basis 36 relativ konstant. Die prozentuale Änderung ist in erster Linie die Summe der Schwankungen des Wertes des Widerstandes 62 und der Spannung der +VSpannungsquelle. Bei vielen anderen Pegelverschiebungsanordnungen, z. B. Widerstandsspannungsteilernetzwerken, wird der Basisauftaststrom als kleine Differenz zwischen zwei großen Strömen gewonnen, was den Nachteil hat, daß prozentual kleine Änderungen eines der Ströme große Basisstromänderungen zur Folge haben.
Bei richtiger Bemessung der Werte von V", und des Widerstandes 62 kann der Basiselektrode 36 ein bestimmter Strom zugeführt werden, der die Aussteuerung des Ausgangstransistors bestimmt. Dies hat den Vorteil, daß sich die Schaltungsanordnung relativ leicht für den ungünstigsten Fall auslegen läßt. Bedingt durch die Eigenschaften eines Transistors wird der Basiselektrode 36 noch zusätzlich Strom über die Strecke zwischen Kollektor 68 und Emitter 66 des Pegelverschiebungstransistors 60 zugeführt. Dieser Strom kann jedoch dadurch relativ klein gehalten werden, daß man einen Pegelverschiebungstransistor mit einem sehr kleinen inversen Betawert verwendet. Auf alle Fälle kann der betreffende Strom bei Auslegung der Schaltung für den ungünstigsten Fall in Rechnung gesetzt werden.
Wenn der Ausgangstransistor 34 bei hohem Eingangspegel im Sättigungsbereich arbeitet, werden in seiner Basiszone Minoritätsladungsträger gespeichert. Beim Abfallen der Spannung am Verbindungspunkt 16 auf den niedrigen Pegel wird also der Emitter-Basis-Übergang des Transistors 34 erst dann in Sperrrichtung vorgespannt, wenn der Transistor 34 aus der Sättigung herausgebracht worden ist. Ein großer in Sperrichtung gepolter Basisstrom, der ein rasches Sperren des Ausgangstransistors 34 bewirkt, ist verfügbar, wenn man die Parameter der Stromsenke so bemißt, daß diese mehr Strom aufzunehmen vermag, als die Stromquelle liefert, wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 -0,7 Volt beträgt. Die Stromdifferenz steht über die Emitter-Kollektoj-Strecke des Pegelverschiebungstransistors 60 als Sperrstrom für die Basis 36 zur Verfügung. Wenn der Widerstand 26 einen kleinen Wert hat, kann der Basissperrstrom ziemlich groß werden, ohne daß die Eingangssteuertransistoren 70, 72, 74 stark belastet werden, da die an den Eingängen der Gattertransistoren 10 ca bis 10 c erforderlichen Steuerströme um den Faktor Beta kleiner sind. Die Eigenkapazität zwischen Emitter 66 und Kollektor 68 unterstützt ebenfalls eine rasche Sperrung des Ausgangstransistors 34.
Die zum Umschalten des Ausgangstransistors 34 vom gesperrten in den voll leitenden Zustand erforderliche Zeit hängt zum Teil von der Größe des der Basis 36 während des Umschaltens zugeführten Steuerstromes ab. Es ist manchmal wünschenswert, den Grad der Sättigung im Ausgangstransistor zu begrenzen oder eine Sättigung ganz zu vermeiden, ohne die Auftaststeuerung der Basis zu beeinträchtigen. Bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung kann dies dadurch erreicht werden, daß man die Basis 80 und den Ernitter 82 eines Transistors 84 mit der Basiselektrode 64 des Pegelverschiebungstransistors 60 bzw. der Kollektorelektrode 32 des Ausgangstransistors 34 verbindet. Der Kollektor des Transistors 84 bleibt unbeschaltet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zwischen die erwähnten Elektroden eine Diode zu schalten. Der Transistor 84 kann im Bedarfsfall entfallen.
Wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 niedrig ist oder etwa -0,7 Volt beträgt, ist der Ausgangstransistor 34 gesperrt, und die Ausgangsspannung an der Kollektorelektrode 32 beträgt etwa -i-3,0 Volt. Der Übergang zwischen Basis 80 und Emitter 82 des Transistor 84 ist dementsprechend in Sperrichtung vorgespannt. Der ganze Strom von der Stromquelle fließt dann über den Übergang zwischen Basis 64 und Emitter 66 zur Stromsenke.
Wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 auf -I-2,3 Volt steigt, wird der Übergang zwischen Basis 64 und Emitter 66 in Sperrichtung vorgespannt. Der ganze Strom von der Stromquelle wird während des Schaltvorganges der Basiselektrode 36 des Ausgangstransistors 34 zugeführt und gewährleistet eine hohe Aussteuerung in Flußrichtung. Wenn der Ausgangstransistor 34 jedoch leitet, fällt die Spannung am Kollektor 32 nach 0 Volt ab. Der Übergang zwischen Basis 80 und Emitter 82 des Transistors 84 wird in Flußrichtung vorgespannt, wenn die Spannung am Kollektor 32 weniger positiv wird als das Potential der Basis 64. Ein Teil des Stromes von der Stromquelle wird dann über den Übergang zwischen Basis 80 und Emitter 82 abgeleitet, und der Strom zur Basis 36 des Ausgangstransistors wird entsprechend herabgesetzt, wodurch entweder der Sättigungsgrad verringert oder der Ausgangstransistor aus dem Sättigungsbereich gebracht wird.
Wenn der Ausgangstransistor 34 voll leitet, ist die Spannung an seiner Basis 36 um den Flußspannungsabfall an der Sperrschicht zwischen Basis 64 und Kollektor 68 weniger positiv als die Spannung an der Basis 64 des Pegelverschiebungstransistors 60. Gleichzeitig ist die Spannung am Kollektor 32 um den Flußspannungsabfall am Übergang zwischen der Basis 80 und dem Emitter 82 des Transistors 84 weniger positiv als die Spannung an der Basis 64. Der Transistor 84 kann beispielsweise so bemessen werden, daß er einen bestimmten Spannungsabfall relativ zum Spannungsabfall am Übergang zwischen Basis 64 und Kollektor 68 bewirkt, um entweder den Sättigungsgrad des Ausgangstransistors zu steuern oder einen Betrieb des Ausgangstransistors 34 außerhalb des Sättigungsbereichs zu gewährleisten.
F i g. 2 zeigt eine Abwandlung der in F i g. 1 dargestellten Schaltung, welche eine hohe Ausgangsleistung hat und eine große Anzahl von Verbrauchern zu speisen gestattet. Das Emitterfolger-Oder-Gatter der F i g. 2 entspricht dem oben beschriebenen der F i g. 1 mit der Ausnahme, daß ein Widerstand 90 zwischen die Kollektorelektroden 12a ... 12 c der Gattertransistoren 10 a ... 10 c und die -f- Vi-Spannungsquelle geschaltet ist. Der Widerstand 90 dient, wie erwähnt, zur Unterdrückung von Störschwingungen in den Emitterverstärkern.
Die Schaltungsanordnung enthält eine Anzahl von Ausgangstransistoren 34 a ... 34c (in F i g. 2 sind beispielsweise nur drei dargestellt), die in Emitterschaltung geschaltet sind und jeweils eine Anzahl von durch Pfeile angedeutete Verbraucher über getrennte Hochfrequenzleitungen speisen. Die einzelnen Leitungen 40a bis 40c sind durch Widerstände 46a ... 46 c, die zwischen das Ausgangsende der Leitung und eine Kollektorspannungsquelle -I- Vc geschaltet sind, mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen.
Für jeden der Ausgangstransistoren 30a ... 30c ist ein getrennter Pegelverschiebungstransistor 60a ... 60c vorgesehen, und die Kollektor-Emitter-Strecke der einzelnen Pegelverschiebungstransistoren ist zwischen den Verbindungspunkt 16 des Eingangsgatters und die Basiselektrode des zugehörigen Ausgangstransistors geschaltet. So ist beispielsweise die Emitterelektrode 66a des Pegelverschiebungstransistors 60 an den gemeinsamen Verbindungspunkt 16 angeschlossen, und die Kollektorelektrode 68 a ist mit der Basiselektrode 36a des Ausgangstransistors 34 verbunden. Für jeden einzelnen Pegelverschiebungstransistor 60 a ... 60 c ist eine getrennte Stromquelle vorgesehen. Die Stromquelle für den Transistor 60a enthält einen Widerstand 62a und eine Induktivität 92a, die in Reihe zwischen die Basiselektrode 64 a und die Spannungsquelle +V, geschaltet sind. Die anderen Pegelverschiebungstransistoren 60b, 60c sind an entsprechende Stromquellen angeschlossen.
Die in F i g. 2 dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet im wesentlichen wie die vorher beschriebene Schaltungsanordnung der F i g. 1. Wenn die Spannung am gemeinsamen Verbindungspunkt 16, relativ gesprochen, niedrig ist, sind die Emitter-Basis-übergänge aller Pegelverschiebungstransistoren 60a bis 60 c in Flußrichtung vorgespannt. Der Strom von den einzelnen Stromquellen der Pegelverschiebungssehaltungen fließt über die Basis-Emitter-Strecke des zugehörigen Pegelverschiebungstransistors zur Stromsenke (Widerstand 26 und Spannungsquelle -V.). Die Parameter der Stromsenke sind so bemessen, daß, wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 niedrig ist, die Stromsenke mehr Strom aufzunehmen vermag, als von allen Stromquellen geliefert wird. Im Ruhezustand liefern außerdem einer oder mehrere Gattertransistoren 10 a ... 10 c Strom an die Senke. Die Emitter-Basis-übergänge aller Pegelverschiebungstransistoren 60a ... 60c sind in Sperrichtung vorgespannt, wenn die Spannung am gemeinsamen Verbindungspunkt 16, relativ gesprochen, hoch ist. Die Ausgangstransistoren 34 a ... 34c sind dann alle aufgetastet, und die Ströme von den den einzelnen Pegelverschiebungstransistoren zugeordneten Stromquellen werden den Basiselektroden der zugehörigen Ausgangstransistoren zugeführt. Die Basiselektroden 64a ... 64c sämtlicher Pegelverschiebungstransistoren 60 a ... 60 c können auch mit einer einzigen Stromquelle verbunden werden. Die Verwendung getrennter Stromquellen ist jedoch vorzuziehen, damit eine Übersteuerung der Basiselektrode des die geringste Impedanz darbietenden Ausgangstransistors vermieden wird.
Die Induktivitäten in den Basiskreisen der Pegelversehiebungstransistoren 60a. . . 60c unterstützen ein rasches Auftasten und Sperren der Ausgangstransistoren 34 a ... 34c, indem sie während des Schaltvorganges einen starken Stromfluß aufrechterhalten. Angenommen, die Spannung am Verbindungspunkt 16 betrage im unteren Betriebszustand etwa -0,7 Volt, so sind die Potentiale an den einzelnen Basiselektroden 64a ... 64 c um den Spannungsabfall an dem in Flußrichtung vorgespannten Basis-Emitterübergang des zugeordneten Pegelverschiebungstransistors höher als dieser Wert. Bei den angegebenen Werten kann das Basispotential irgendwo in der Nähe von 0 Volt liegen. Andererseits sind die Potentiale an den Basiselektroden 64a . . . 64c positiver als der angegebene Wert, wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 hoch ist. Das Potential an einer Basiselektrode 64a kann beispielsweise in der Größenordnung von -I-1,5 Volt liegen, nämlich der Summe der Spannungsabfälle an der in Flußrichtung vorgespannten Basis-Emitter-Sperrschicht des Ausgangstransistors 34a und der in Flußrichtung vorgespannten Basis-Kollektor-Sperrschicht des Pegelverschiebungstransistors 60a. Man sieht also, daß der Basisstrom eines Pegelverschiebungstransistors höher ist, wenn die Spannung am gemeinsamen Verbindungspunkt 16 niedrig ist. Dies bedeutet, daß ein Pegelverschiebungstransistor mehr Strom an den gemeinsamen Verbindungspunkt 16 liefert als an die Basis des zugehörigen Ausgangstransistors.
Die Induktivitäten 92a ... 92c in den Basiskreisen der Pegelverschiebungstransistoren 60a ... 60 c halten diesen relativ großen Basisstrom in den Transistoren 60a ... 60c während des anfänglichen Schaltvorganges aufrecht, wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 von --0,7 auf -I-2,3 Volt ansteigt. Dieser hohe Strom wird der Basiselektrode des zugehörigen Ausgangstransistors während der Schaltdauer zugeführt und bewirkt eine verstärkte Übersteuerung beim Auftasten des Ausgangstransistors, so daß dieser Vorgang sehr rasch abläuft. Nach dem vorübergehenden Schaltvorgang fällt der Basisstrom der einzelnen Pegelverschiebungstransistoren 60a ... 60c auf seinen niedrigen Wert ab. Wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 von -I-2,3 Volt auf -0,7 Volt abfällt, halten die Induktivitäten 92a ... 92c die Basisströme während des vorübergehenden Schaltvorganges wenigstens anfänglich auf dem niedrigen Wert. Die Spannung am Verbindungspunkt 16 fordert dabei jedoch einen höheren Strom von den Pegelverschiebungstransistoren, und der zusätzliche Strombedarf wird während des vorübergehenden Schaltvorganges durch den in Sperrichtung gepolten Basisstrom von den Ausgangstransistoren 34a ... 34c geliefert. Dies bewirkt seinerseits wiederum ein sehr plötzliches Sperren der Ausgangstransistoren 34a ... 34 c.
Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung kann beispielsweise folgendermaßen bemessen werden: F i g. 3 zeigt ein teilweise in Blockform gehaltenes Schaltbild einer zweistufigen logischen Anordnung. Eine Anzahl von Eingangsgattern 28a ... 28 c sind durch gestrichelt gezeichnete Blöcke dargestellt, sie können wie die Gatter 28 der F i g. 1 aufgebaut sein. Das Ausgangssignal der Anordnung wird vom Kollektor 32 eines NPN-Ausgangstransistors 34 abgenommen, der in Emitterschaftung arbeitet.
Für jedes Eingangsgatter ist ein Pegelverschiebungstransistor 60 a ... 60c vorgesehen. Die einzelnen Pegelverschiebungstransistoren sind mit der Kollektorelektrode an die Basiselektrode 36 des Ausgangstransistors 34 und mit der Emitterelektrode an den gemeinsamen Schaltungspunkt am Ausgang der verschiedenen Eingangsgatter angeschlossen. So ist beispielsweise die Emiterelektrode 66a des Pegelverschiebungstransistors 60a an den Verbindungspunkt 16 a des Eingangsgatters 28 a angeschlossen. Die Pegelverschiebungstransistoren 60 a ... 60 c dienen nicht nur zur Pegelverschiebung, sondern üben außerdem auch zusammen die Funktion eines Und-Gatters aus und stellen damit die zweite Logikstufe der Anordnung dar. Die Basiselektroden 64 a ... 64 c sind gemeinsam an eine Klemme eines Widerstandes 62 angeschlossen. Das andere Ende des Widerstandes 62 ist an die Vorspannungsquelle -f- V@ angeschlossen. Der Widerstand 62 und die die Spannung -f- V2 Volt liefernde Vorspannungsquelle bilden eine Stromquelle wie die entsprechenden Elemente in F i g. 1.
Die Eingangsgatter 28 a ... 28c sind jeweils Emitterverstärkergatter, die die logische Oder-Funktion ausführen. Die Spannung an dem gemeinsamen Verbindungspunkt eines Gatters, z. B. dem Verbindungspunkt 16a, ist dann relativ hoch, wenn eines oder mehrere der den Klemmen 100, 102, 104 ... zugeführten Eingangssignale einen hohen Wert hat. Die Klemmen 100, 102, 104 ... können Eingangsklemmen entsprechend den Klemmen 22a ... 22 c oder Abgriffe an verschiedenen, nicht dargestellten Hochfrequenzleitungen sein. Der Übergang zwischen dem Emitter 66 a und der Basis 64 a des Pegelverschiebungstransistors 60a ist in Sperrichtung vorgespannt, wenn die Spannung an dem gemeinsamen Verbindungspunkt 16a hoch ist. In entsprechender Weise sind die Basis-Emitter-Übergänge der Pegelverschiebungstransistoren 60 b, 60 c in Sperrichtung vorgespannt, wenn die Spannungen an den entsprechenden gemeinsamen Verbindungspunkten 16b bzw. 16c hoch sind. Es ist leicht einzusehen, daß der Emitter-Basis-Übergang eines Pegelverschiebungstransistors in Flußrichtung vorgespannt ist, wenn die Spannung am gemeinsamen Verbindungspunkt des zugehörigen Eingangsgatters relativ niedrig ist, und daß dies nur dann der Fall ist, wenn alle dem betreffenden Eingangsgatter zugeführten Eingangssignale einen niedrigen Wert haben.
Der Strom von der Stromquelle in den Basiskreisen der Pegelverschiebungstransistoren 60 a ... 60 c wird entweder zu einem oder mehreren gemeinsamen Verbindungspunkten 16 a ... 16c oder zu der Basis 36 des Ausgangstransistors 34 geleitet, je nachdem, welchen Wert die Spannungen an den gemeinsamen Verbindungspunkten 16a ... 16c haben. Der Strom von der erwähnten Stromquelle fließt über einen Emitter-Basis-übergang, wenn die Spannung an dem zugehörigen Verbindungspunkt 16a ... 16c niedrig ist. Der Basis 36 des Ausgangstransistors 34 wird von der betreffenden Stromquelle kein Strom zugeführt, wenn irgendeine oder mehrere der Basis-Emitter-Übergänge in Flußrichtung vorgespannt ist. Wenn jedoch die Spannung an allen gemeinsamen Verbindungspunkten 16a ... 16c ihren hohen Wert annimmt, werden die Basis-Emitter-Übergänge sämtlicher Pegelverschiebungstransistoren 60 a ... 60 c in Sperrichtung vorgespannt, und der Strom von der Stromquelle wird dann über die in Flußrichtung vorgespannten Basis-Kollektor-Übergänge sämtlicher Pegelverschiebungstransistoren der Basis 36 des Ausgangstransistors 34 zugeführt. Man sieht also, daß die Pegelverschiebungstransistoren die logische Und-Funktion ausführen.
Die an die gemeinsamen Verbindungspunkte 16 a ... 16c in den Eingangsgattern angeschlossenen Stromsenken sollten so ausgebildet sein, daß jede von ihnen mehr Strom aufzunehmen vermag als durch die einzelne Stromquelle geliefert wird, wenn die Spannung an dem zugehörigen Verbindungspunkt 16a ... 16c niedrig ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß der ganze Strom vom Pegelverschiebungsnetzwerk zu der Senke in einem Eingangsgatter fließt, wenn die Spannung an dem gemeinsamen Verbindungspunkt des betreffenden Eingangsgatters niedrig ist und die Spannungen an den gemeinsamen Verbindungspunkten der verbleibenden Eingangsgatter gleichzeitig hoch sind. Wenn man das Stromaufnahmevermögen der Stromsenken derart bemißt, kann vom Ausgangstransistor 34 ein großer Basissperrstrom gezogen werden, der diesen Transistor sehr rasch sperrt, wie oben in Verbindung mit F i g. 1 erläutert wurde.
F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines zweistufigen logischen Kreises gemäß der Erfindung. Dieser Kreis enthält eine Anzahl von Dioden-Und-Gattern 110 a, 110 b, 110 c . . ., in der Zeichnung sind beispielsweise nur drei dargestellt. Das Gatter 110a, das für die anderen Gatter typisch ist, enthält eine Anzahl von Dioden 112 a, 112 b, 112 c (auch hier sind beispielsweise nur drei Dioden dargestellt), deren Anoden gemeinsam an einen Verbindungspunkt 114 angeschlossen sind. Die Kathoden der Dioden 112 a . . .112 c sind mit getrennten Eingangsklemmen 116a ... 116c verbunden. Diesen Eingangsklemmen können Eingangssignale über getrennte, angezapfte Hochfrequenzleitungen zugeführt werden. Zwischen den Verbindungspunkt 114 und eine Klemme -I- V4 einer Vorspannungsquelle ist ein Widerstand 120 geschaltet.
Der gemeinsame Verbindungspunkt 114 des Eingangsgatters 110a, der die Ausgangsklemme darstellt, ist direkt an die Basiselektrode 20 a eines ersten Emitterverstärker- oder -folgertransistors 10a angeschlossen. Die Emitterelektrode 14 a dieses Transistors ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt 16 über eine Diode 124 a verbunden, die von einem in Flußrichtung fließenden Emitterstrom ebenfalls in Flußrichtung gepolt ist. Die Ausgänge der anderen beiden Diodengatter 110b, 110c werden Basiselektroden 20 b bzw. 20 c anderer Emitterverstärkertransistoren 10b bzw. 10c direkt zugeführt. Die Emitterelektroden 14b bzw. 14c der letzterwähnten Transistoren sind mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 16 über Dioden 124b bzw. 124c verbunden und zwischen den Verbindungspunkt 16 und eine Klemme -V. einer Vorspannungsquelle ist ein gemeinsamer Emitterwiderstand 26 geschaltet. Die drei Transistoren 10 a . . .10 c führen die Oder-Funktion aus.
Wie bei der in F i g.1 dargestellten Schaltung können die Eingangssignale des Kreises entweder 0 oder -h 3 V sein. Die Spannung am Verbindungspunkt 14 des ersten Diodengatters 110 a ist immer dann niedrig, also etwa 0 Volt, wenn die Eingangssignale an einer oder mehreren Eingangsklemmen 116 a ... 116 c 0 Volt sind, der Spannungsabfall an den Dioden ist dabei vernachlässigt. Die Spannung am Verbindungspunkt 114 steigt andererseits immer dann auf -I-3 Volt an, wenn die Eingangssignale an allen Klemmen 116 a ... 116 c den Wert 3 Volt haben. Um zu verhindern, daß sich der zugehörige Emitterverstärkertransistor 10a sättigt, wenn die Eingangsspannungen über 3 Volt steigen, kann eine Klemmdiode 130 zwischen den Verbindungspunkt 114 und eine Spannungsquelle -I- V, für eine Klemmspannung geschaltet sein, die bei den hier verwendeten Signalpegeln -f-3 V beträgt.
Es ist erforderlich, daß die von einer der Eingangsklemmen 116 a ... 116 c in Richtung des Gatterkreises gesehenen Eingangsimpedanzen hoch im Vergleich zum Wellenwiderstand der an die betreffenden Klemmen angeschlossenen Hochfrequenzleitun- ; gen sind, da sonst übermäßige Reflexionen in den Leitungen auftreten können, die unter Umständen zu einer fälschlichen Auslösung anderer an die betreffenden Leitungen angeschlossener logischer Gatter führen. Im vorliegenden Fall werden die sehr hohe t Eingangsimpedanz und die relativ geringen Anforderungen bei der Ansteuerung der Basis eines Emitterverstärkertransistors nutzbar gemacht. Aus diesen Gründen müssen die Diodeneingangsgatter nur kleine Ströme an die Basis des zugehörigen Emitterverstär- f kertransistors liefern. Der Widerstand 120 kann daher ziemlich groß gewählt werden, um den durch die Dioden 112 a ... 112c fließenden Strom auf einen so kleinen Wert zu begrenzen, daß die speisenden Hochfrequenzleitungen nicht stark belastet werden.
Der Ausgang der logischen Schaltung kann einen einzigen Transistor 34a enthalten, der als Emitterverstärker geschaltet ist. Die Verbraucher können an Anzapfungen einer Hochfrequenzleitung 40 a angeschlossen sein, welche mit ihrer.-, Eingangsende an die Kollektorelektrode des Transistors 34a angeschlossen und durch einen Widerstand 46 a, der zwischen das Ausgangsende der Leitung 40a und eine Kollektorspannungsquelle -1-Vc geschaltet ist, mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen ist. Zwischen die Basiselektrode 36 a des Ausgangstransistors 34 a und den gemeinsamen Verbindungspunkt 16 am Ausgang des Emitterverstärkergatters kann eine Pegelverschiebungsanordnung (Transistor 60 a und zugehörige Schaltungsanordnung) der erwähnten Art geschaltet werden. Wenn im Bedarfsfall eine große Anzahl von Verbrauchern zu speisen ist, kann die Ausgangsleistung dadurch erhöht werden, daß man an den gemeinsamen Verbindungspunkt 16 noch einen oder mehrere zusätzliche Ausgangstransistoren über ge= trennte Pegelverschiebungsanordnungen (Transistor 60 b und zugehörige Schaltung) anschließt. In F i g. 4 ist ein solcher zusätzlicher Ausgangstransistor 34 b gestrichelt eingezeichnet.
In der Praxis tritt an den Dioden 112 a ... 112 c der einzelnen Eingangsgatter 110 a ... 110 c ein Spannungsabfall auf, der ohne die Dioden 124a ... 124c zur Folge haben würde, daß die Spannung am gemeinsamen Verbindungspunkt 16 über die oben angegebenen Werte ansteigt. Die Spannungen am Verbindungspunkt 16 sind dann also nicht entweder -0,7 oder -f-2,3 Volt, sondern um einen dem Flußspannungsabfall an einer Diode in einem Eingangsgatter entsprechenden Betrag höher. Nimmt man beispielsweise an, daß der Spannungsabfall an einer Diode etwa 0,7 Volt beträgt, so kann es unter gewissen Umständen eintreten, daß der Ausgangstransistor 34a auch dann Strom zu führen beginnt, wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 ihren niedrigen Wert hat. Auch sonst wird durch diese Spannungserhöhung am Verbindungspunkt 16 die Empfindlichkeit des Kreises gegen positive Störimpulse verringert, die dazu neigen, den Ausgangstransistor 34 a aufzutasten, wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 niedrig ist. Dies wird bei der in F i g. 4 dargestellten Schaltung durch die Dioden 124a bis 124c in den Emitterkreisen der Gattertransistoren 10a bis 10c verhindert. Nimmt man an, daß der Flußspannungsabfall an einer der zuletzt genannten Dioden gleich dem Flußspannungsabfall an einer Eingangsdiode 112a bis 112c ist, so heben sich die Spannungsabfälle gegenseitig auf, und die Spannung am Verbindungspunkt 16 ändert sich zwischen praktisch den gleichen Werten wie bei der Schaltungsanordnung der F i g.1.
Die Dioden 124a ... 124c erfüllen noch eine andere wichtige Funktion, sie erhöhen nämlich die Anzahl der anschließbaren Eingänge. Bei jedem einzelnen Emitterverstärkertransistor 10a ... 10c ist zwischen Emitter- und Basiselektrode eine Kapazität vorhanden. Diese Kapazität muß beim Umschalten eines Emitterverstärkertransistors vom stark leitenden Zustand in den schwach leitenden Zustand entladen werden, und der Entladestrom dieser Kapazität muß in die Stromsenke fließen, die mit dem Verbindungspunkt 16 verbunden ist. Bei einer großen Anzahl von Eingangskreisen wird ein beträchtlicher Teil des Stromaufnahmevermögens der mit dem Verbindungspunkt 16 verbundenen Stromsenke für die Entladung der Kapazitäten in Anspruch genommen, und man erreicht bald eine Grenze, bei deren Überschreiten ein optimales Arbeiten des Kreises nicht mehr gewährleistet ist.
Die einzelnen Dioden 124 a . . .124 c trennen die Emitterelektrode des zugehörigen Transistors 10a ... 10c vom gemeinsamen Verbindungspunkt 16, wenn der Transistor in den schwach leitenden Zustand geschaltet wird. Diese Trennwirkung der Dioden ermöglicht, daß eine größere Anzahl von Eingangsgattern und Emitterverstärkertransistoren in den Kreis geschaltet werden kann.
Der Rest der Schaltungsanordnung arbeitet entsprechend, so daß auf eine ins einzelne gehende Beschreibung verzichtet werden kann. Die Schaltungsanordnung der F i g. 4 hat dieselben vorteilhaften Eigenschaften wie die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung, nämlich unter anderem: der Ausgangstransistor 34 wird beim Sperren stark übersteuert; der Basissteuerstrom für den Ausgangstransistor 34 wird in gewünschter Weise gesteuert; der Einfluß von Änderungen der Schaltungsparameter ist ziemlich klein und läßt sich außerdem leicht errechnen und übersehen; die Ausgangsleistung ist hoch und die Empfindlichkeit gegen Störungen ist klein. Dasselbe gilt natürlich auch für die Schaltungen der F i g. 2 und 3.
Wenn die Anzahl der Eingangsgatter nicht zu groß ist, kann auf getrennte Dioden 124a ... 124 c im allgemeinen verzichtet werden. Das Oder-Gatter der F i g. 4 kann dann durch das in F i g. 5 dargestellte Oder-Gatter ersetzt werden. Bei F i g. 5 ist eine einzige Diode 136 mit ihrer einen Klemme an den gemeinsamen Verbindungspunkt 16 und mit der anderen Klemme an alle Emitterelektroden 14a bis 14c der Gattertransistoren 10a ... 10 c angeschlossen. Die Diode 136 kompensiert die Spannungsverschiebung an den Basiselektroden 20a ... 20 c, die auf die Diodeneingangsgatter zurückzuführen ist, und bringt die Spannungspegel am Verbindungspunkt 16 wieder auf die Sollwerte.
Statt der in F i g. 1 bis 4 dargestellten NPN-Transistoren können selbstverständlich natürlich auch PNP-Transistoren verwendet werden, wenn man, wie äblich, die verschiedenen Spannungsquellen und Dioden (F i g. 4) umpolt. Wenn PNP-Transistoren verwendet werden, arbeiten der Widerstand und die Spannungsquelle im Emitterkreis eines Eingangsgatters als Stromquelle anstatt als Stromsenke, und der Widerstand und die Vorspannungsquelle im Basiskreis eines Pegelverschiebungstransistors arbeiten als Stromsenke anstatt als Stromquelle.
Um ein Beispiel für die Verwendung von PNP-Transistoren zu geben, ist in F i g. 6 ein Schaltbild einer F i g. 1 entsprechenden, jedoch vereinfachten Ausführungsform dargestellt, die NPN-Transistoren der F i g. 1 sind also durch PNP-Transistoren ersetzt, und die Spannungsquellen sind umgepolt. Eingangsgatter 150 enthalten beispielsweise drei PNP-Transistoren 152 a ... 152c, deren Kollektor-Emitter-Strekken parallel zwischen eine gemeinsame Kollektorspannungsquelle - V, und einen gemeinsamen Emitterverbindungspunkt 16 geschaltet sind. Eine Stromquelle ist an den gemeinsamen Emitterkreis angeschaltet und enthält einen Widerstand 26 und eine Vorspannungsquelle -I- V3. Die Strecke zwischen Emitter 156 und Kollektor 158 eines PNP-Pegelverschiebungstransistors 160 ist zwischen den Verbindungspunkt 16 und eine Basiselektrode 166 eines PNP-Ausgangstransistors 168 geschaltet. Die Emitterelektrode 170 des Ausgangstransistors 168 ist direkt an eine, gegebenenfalls Masse entsprechende, Klemme - VQ einer Vorspannungsquelle geschaltet, und eine Kollektorelektrode 172 ist über einen Widerstand 52 an eine Kollektorspeisespannungsquelle - V, angeschlossen. Eine Stromsenke ist in den Basiskreis 162 des Pegelverschiebungstransistors geschaltet und enthält einen Widerstand 62 und eine Vorspannungsquelle - V2.
Die den Eingangsklemmen 22 a ... 22c des Gatters 150 zugeführten Eingangssignale haben als Sollwerte entweder 0 oder -3 Volt. Wegen des Spannungsabfalls an einer Emitter-Basis-Diode ist die Spannung am Verbindungspunkt 16 etwa 0,7 Volt positiver als die negativste Eingangsspannung. Wenn also alle Eingangssignale hohe Werte haben, ist die Spannung am Verbindungspunkt 16 hoch, nämlich etwa -l-0,7 Volt, und wenn irgendein Eingangssignal einen niedrigen Wert, also etwa -3 Volt, hat, ist die Spannung am Verbindungspunkt 16 niedrig, also etwa -2,3 Volt. Das Eingangsgatter 150 führt also die Und-Funktion aus.
Wenn die Spannung am Verbindungspunkt 16 hoch (0,7 V) ist, ist der Übergang zwischen Basis 162 und Emitter 156 des Pegelverschiebungstransistors 160 in Flußrichtung vorgespannt, und von der Stromquelle (Widerstand 26 und Spannungsquelle -f- V.;) fließt Strom über den Übergang zwischen Basis 162 und Emitter 156 zur Stromsenke (Widerstand 62 und Vorspannungsquelle - V2). Bei einer gegebenen Stromquelle wird der von der Stromsenke aufgenommene Strom in erster Linie durch die Werte des Widerstandes 62 und der Spannungsquelle - V2 bestimmt. Der Übergang zwischen Basis 166 und Emitter 170 des Ausgangstransistors 168 ist dann in Sperrichtung vorgespannt, und die Spannung an der Ausgangsklemme 174 beträgt -3 V. Die Sperrspannung hat einen solchen Wert, daß negativ gerichtete Störimpulse bis zu einer Amplitude von 1 Volt und sogar noch etwas mehr mit Sicherheit ohne Einfluß bleiben.
Wenn irgendein Eingangssignal des Eingangsgatters 150 auf -3 V abfällt, sinkt die Spannung am Verbindungspunkt 16 auf etwa -2,3 V ab. Der Übergang zwischen Basis 166 und Emitter 170 des Ausgangstransistors 168 wird dabei in Flußrichtung vorgespannt, bevor die Spannung am Verbindungspunkt 16 den Endwert von-2,3 Volt annimmt, und legt die Spannung an der Basis 162 des Pegelverschiebungstransistors 160 auf einen Wert fest, der eine ausreichende Sperrspannung für den Übergang zwischen Basis 162 und Emitter 156 gewährleistet. Der Basisflußstrom des Ausgangstransistors 168 wird durch die Stromsenke im Kreis der Basis 162 des Pegelverschiebungstransistors aufgenommen. Die Spannung an der Ausgangsklemme 174 beträgt dann 0 Volt. Wie bei der in F i g. 1 dagestellten Schaltung läßt sich der Basisstrom des Ausgangstransistors 168 leicht errechnen, und er ist weitgehend unabhängig von Schaltungsparametern, da er in erster Linie durch den Wert des Widerstandes 62 und der Vorspannung - V2 der Stromsenke bestimmt wird. Der Ausgangstransistor wird beim Sperren stark angesteuert und übersteuert, wenn die Parameter der Stromquelle so gewählt sind, daß die Stromquelle mehr Strom zu liefern vermag als die Stromsenke für die speziellen Spannungen am gemeinsamen Punkt 16 aufzunehmen vermag.

Claims

Patentansprüche: 1. Logische Schaltung mit einer Anzahl von als Kollektorstufen geschalteten Gattertransistoren gleichen Leitfähigkeitstyps, deren Kollektor-Emitter-Strecken parallel geschaltet sind und deren Basiselektroden getrennte Eingangssignale zugeführt werden, durch welche die Spannung am gemeinsamen Verbindungspunkt ihrer Emitter sich zwischen zwei möglichen Werten ändert, deren Emitter gemeinsam über einen Widerstand an einer Stromquelle mit festem Bezugspotential liegen und über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Pegelverschiebetransistors desselben Leitfähigkeitstyps mit der Basis eines in Emitterschaltung arbeitenden Ausgangstransistors derart verbunden sind, daß die Emitter der Gattertransistoren mit dem Emitter des Pegelverschiebetransistors verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Stromquelle (V2, 62) entgegengesetzter Polarität vorgesehen ist; welche mit der Basis des Pegelverschiebetransistors (60, 160) verbunden ist und daß die Stromquelle (V3, 26) und die weitere Stromquelle (V2, 62) derart bemessen sind, daß zur Sperrung des Ausgangstransistors (34, 168) ein Strom über die Basis-Emitter-Strecke und zur vollen Aufsteuerung des Ausgangstransistors ein Strom über die Basis-Kollektor-Strecke des Pegelverschiebetransistors fließt.
2. Logische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da.ß zwischen die Basiselektrode des Pegelverschiebetransistors (60, 160) und die Kollektorelektrode des Ausgangstransistors (34, 168) eine Diode geschaltet ist, die im leitenden Zustand des Ausgangstransistors die Spannung an der Kollektorelektrode steuert.
3. Logische-Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet; daß der Basis-Emitter-Übergang mindestens eines Gattertransistors (10) bei allen Eingangssignalbedingungen in Flußrichtung vorgespannt ist und daß der Kollektor-Basisübergang des Pegelverschiebungstransistors (60; 160) und der Emitter-Basis-Übergang des Ausgangstransistors (34, 168),in Flußrichtung vorgespannt sind, wenn der- Emitter-Basis-übergang des Pegelverschiebungstransistors in Sperrichtung vorgespannt ist.
4. Logische Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch - die Verwendung in einer Schaltung, bei der an die Kollektorelektrode des Ausgangstransistors (34, 168) eine angezapfte homogene oder Hochfrequenzleitung (40) angeschlossen ist, deren anderes Ende mit einer Klemme eines an eine Vorspannungsquelle angeschlossenen Kollektorspeisewiderstandes (46) verbunden ist, und an verschiedene Abgriffe der Leitung getrennte Verbraucher angeschlossen sind: