DE1512374A1 - Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Ausgangsspannung einer logischen Schaltung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Ausgangsspannung einer logischen Schaltung

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DE1512374A1 DE19671512374 DE1512374A DE1512374A1 DE 1512374 A1 DE1512374 A1 DE 1512374A1 DE 19671512374 DE19671512374 DE 19671512374 DE 1512374 A DE1512374 A DE 1512374A DE 1512374 A1 DE1512374 A1 DE 1512374A1
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Description

D"
N. V. Philips'Gloeilampenfabriekiii dJo/ΤΗ
Akt· N*: PHN- 1667 Anmeldunfl voim 26.Juni 1967
"Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Ausgangsspannung einer logischen Schaltung."
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnur.g zur Begrenzung einer Spannung an einem Ausgangspunkt einer logischen Schaltung, welche Spannung über einen Verstärker dem Ausgangsrunkt sugeführt wird. Solche logischen Schaltungen werden vorzugsweise in Form integrierter Schaltungseinheiten ausgebildet.
909833/1092
BAD 0RS3.NAL
Bei der praktischen Anwendung logischer Schaltungen in Rechenmaschinen un: dgl. sind die Ausgangsklemmen mit Eingangsklemmeη nachfolgender, ähnlicher Schaltungseinheiten verbunden cder mit anderen Worten, es ist eine Anzahl solcher Schaltungen in Kaskade verbunden.
Mit Rücksicht darauf soll dar Pegel der Spannungan an den Ausgangsklemmen gleich dem der Eingangsklemmen und ausserdein gleich dem ier Sin- und Ausgan£sklenur,en ier weitere logischen Schaltungen in der Rechenmaschine sein. Ee ist daher wichtig, die verschiedenen Spannungen in Bezug auf ein festes Refers.zpotential einstellen zu können, das auch bei voneinander entlegenen Teilen der Rechenmaschine dasselbe ist. Grundsätzlich kann man als Referenzpotential das Potential der Klemmen der Speisebatterit oder eines Anzapfungspunktes eines über die Batterie verbundenen Spannungsteilers verwenden, aber dabei kann die Gleichheit des Referenzpotentials an verschiedenen Punkten der Rechenmaschine infolge ToIeranzen von Widerstandswerten und des Spannungeabfalles über Sjeiseleitungen nicht gewährleistet werden. In der Praxis wird daher als Refereneuotential das Potential des Chassie (Erde = Null Volt) benutzt, da infolge des geringen Widerstandes des Chassis keine Potentialunterschiede darin auftreten.
W etterhin soll die Schwankung der Steuerspannungen nicht zu gross sein, da sonst die Transit-
909833/1092 bad OR.Q.NAL
tcren bis iu άι-e Gätti£ung ausgesteuert werden könnten, wodurch bekanntlich die Schaltgeschwindigkeit beeinträchtigt wird.
E6 ist bekannt, die Spannung an einem Auegangs unkt auf oeiden 'eiten dadurch zu begrenzen, düse zwischen diesem iunkt und einem i'unkt festen ReferenZpOtentials zwei zueinander entgegengesetzt polarieierte Halbleiterdioden eingeschaltet werden, ftenn der Fotentialunterschied zwischen Ausgangspunkt und Referenzpunkt grosser als der innere >■ chwellenwert der Dioden werden würde, wird eine der Dioden leitend, so dass die beiden Punkte praktisch gegenseitig kurzgeschlossen werden, so dass die Spannung des Ausgangspunktes in beiden Richtungen praktisch auf die innere Schwellenspannung der Dioden begrenzt wird. Diese Schwellens;ännung beträgt bei Anwendung von Siliciumdioden etwa 0,7 V, ein geeigneter «ert für die Steuerapannungen in integrierten Schaltungen.
Diese bekannte Lösung hat jedoch den grossen Nachteil, dass auch in Zusammenhang mit der verhältniemäeeig grossen Toleranz der Widerstands^erte und der Parameter von Transistoren in integrierten Schaltungen und mit der Schwankung von Speisespannungen, die Gefahr vorliegt, dass unter Umständen verhältnisraäesig hohe Ströme durch die Dioden fliessen können, die dadurch vernichtet werden könnten.
Die Erfindung tritt diesem Nachteil ent-
909833/109V ' ** U
gegen und schafft eine Schaltung, die sich leicht in integrierter Form aufbauen läset.
Nach der Erfindung ist zwischen dem
Ausgangspunkt und dem Punkt des festen Referenzpotential* die Basis-Emitter Sperrschicht eines Transistors eingeschaltet, dessen Kollektor in entgegengekoppeltem Sinne mit dem Verstärker verbunden ist.
Diese Schaltung eignet sich insbesondere zur Anwendung bei emitter-gekoppelten, logischen Schaltungen.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Aueführungebeispiel« näher erläutert, das sich besonders gut zur Ausbildung als integrierte Schaltung eignet. -
Die -figur zeigt eine emitter-gekoppelte logische Schaltung mit einer Anzahl von Eingangstransistoren T1, T2, deren Emitter miteinander ttnd mit dem Emitter eines Transistors T3 und über einen gemeinsamen Widerstand R1 mit einer Spannungsquelle -Vg z.B. -1,5 V verbunden sind. Die Kollektoren der Tran-
eistoren T1, Tp sind über einen Widerstand Rg mit einer Spannungsquelle +V1 z.B. +4,5 V verbunden. Ebenso ist der Kollektor des Transistors T^ über einen Widerstand R^ mit der Quelle +V- verbunden.
Emitter-gekoppelte Schaltungen dieser Art sind an sich bekannt und die Anzahl von zueinander parallel geschalteten Eingangstransietoren (T1,
Tp) ist im allgemeinen grosser als 2, z.B. 5.
909833/1QU2 BAD ORIGfNAL
PHH.1667
<Die Eingangssteuerspannungen können über die Eingangsklemmen EL, E2 den Basiselektroden der Transistoren T,, T2 zugeführt werden, wahrend die Ausgangsspanr.ungen den lunktoa A und B entnommen werden können; diese Ausgangsspannungen andern sich in einander entgegengesetztem Sinne.
Wenn alle Eingangsspannungen an den Punkten E1, E2 niedrig sind, sind die Transistoren T1 und T2 gesperrt, während der Transistor T, leitend ist, so dass die Funkte A und B ein hohes bzw. niedriges Potential aufweisen.
Wenn jedooh einer oder mehrere der Eingi-ngepunkte E1, E2 ein verhöltnismässig hohes Potential hat, ist der betreffende Eingangstransistor leitend und der Transistor T-. gesperrt, so daes dl· Punkt·' A und B ein niedriges bzw. ein höh·* Potential haben. In bekannten Vorrichtungen dieser Art sind die Punkte A und B über als Emitterfolger geschaltet· Transistoren, die' gemeinsam mit den weiteren Transistoren eine integrierte Schaltungseinheit bilden, mit den Ausgangsklemmen gekoppelt«
In der dargestellten Schaltung sind jedooh die Punkte A und B über d ie Feldeffekt-Transistoren P1 und P2 mit den Bases der Translatoren Tc und T. verbunden. Die Gatterelektroden der Transistoren P1 und P2 sind mit den Punkten A und B verbunden, während die Abfuhr"-Elektroden mit den
Basiselektroden der Transistoren T- bzw. Τ, und tf 909833/1092 ? ~
PHH.1667
Quellenelektroden miteinander und über einen Widerstand R mit dem Speisepunkt +V1 verbunden sind.
4 1
Zweck der betreffenden Transistoren ist im wesent-
lichtn, die Potentiale der Basiselektroden dtr Transietoren T. und Tc um einen geeigneten Wert in bezug auf die Punkt· B und A zu erniedrigen und auf einen geeigneten Pegel herabzusetzen.
Bit Transistoren T^ und T^ bilden eine Ausgangsgegentaktschaltung. Der Emitter des Transisturs T- ist mit dem Kollektor des Transistors Te und mit der Ausgangsklemme U verbunden. Der Emitter des Transistors T~ ist mit der Speisequelle -V2 verbunden.
Wie bereits gesagt, haben die Punkte A und B1 solange die Spannung an allen Eingangeklemmen E1 i E2 niedrig, z.B. -0,7 V, ist, ein hohes bzw. niedriges Potential', so dass die Feldeffekt-Transietoren 'Fj und P2 gesperrt bzw. leitend sind und der Transistor Tj leitend und der Transistor Te gesperrt ist. Der Ausgangspunkt U hat dann eine verha'ltnisrnässlg hohe Spannung. Umgekehrt, wenn einer oder mehrere der Eingangepunkte E1, E2 eine hohe Spannung hat- (haben) z.B. +0,7 ?, ist der Transistor T^ gesperrt und der Transistor Tc leitend, wodurch die Spannung der Ausgangsklemme U verhältnismäßig niedrig ist.
Es ist ersichtlich, dass, wenn keine
v/eiteren Vorkehrungen getroffen werden, die Sf an-
909832/100^
ΓΗ1Τ. 1667
"7" 151 237 A
nungcn dee Ausgangspunktes infolge unvermeidlicher Toleranz der Werte der Widerstände R21 R^ ♦ UBW< ger nicht feet wären.
Zwischen der Ausgancsklemme U und Erde (Referenzspannung) sind die BaBie-Einitter Sperrschichten der Transistoren Tg, T„ eingeschaltet, webei die Basis des Transistors Tg und eier Emitter des Transistors T7 mit dem runkt U verbunden sind. Die Koljektoren diesel" Transistoren sind miteinander und mit der Quellenelektrode der Feldeffekt-Transistoren F1 und F0 verbunden.
Wenn die Spannung am Punkt A hoch und somit die am Punkt B niedrig ist, ist die Spannung am Ausgang U verhältniemässig hoch. Die Tr'nsistoren T., Tg und F2 sind dann für Strom durchlässig und die Transistoren "c, T~ und F1 sind gesperrt.
Die Spannung am Tunkt U in bezug auf Erde ist dann etwa +0,7 V» also gleich der inneren Schwellenspannung oes 'Transietors Tg. Würde die Spannung am Punkt U etwas zunehmen, se steigt der BasisstroEi des Transistors Tg und somit .-.uch der Kollektorstrom dieses Transistors an. Infolgedessen wird jedoch die Spannung der Quellenelektrode des Feldeffekt-Transistors F2 erniedrigt, was der Spannungszunähme am Punkt U entgegenwirkt, so dass Gegenkopplung eintritt.
Ist umgekehrt die Spannung am Punkt A
niedrig un£ die am Punkt B hoch, so sind die Tran-909833/109/
BAD ORDINAL
. 1667
ßietoren T., Tg und Pg gesperrt und die Translatoren Tnt T« und F. leitend, während die Spannung am Punkt U gleich -0,7 V ist. Würde eich die Spannung am Funkt U ändern, z.B. im negativen Binne, eo nennen die Basis- und Kollektorctröme und die Spannung dee Transistors T~ zu, wodurch die Spannung fler Quellenelektrode des Transistors P1 erniedrigt wird, während die Spannungsänderung am Punkt ü gehemmt wird.
909833/1092

Claims (2)

  1. PHN.1667
    PATENTANSPRÜCHE!
    (T) Schaltungsanordnung zur Begrenzung einer über einen Verstärker einem Ausgangspunkt zugeführten Signalspannung in einer logischen Schaltung, welcher Auegangepunkt über eine Halbleiterdiode mit einem Punkt fester Referenzspannung derart verbunden ist, dass die Signalspannung in bezug auf die Referenzspannung auf einen Viert begrenzt wird, der annähernd gleich der inneren Sohwellenspannung der Diode gleich ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Diode durch die Basis-Emitter Sperrschicht- eines Transistors gebildet wird, dessen Kollektor in entgegenkoppelndem Sinne mit dem Verstärker verbunden ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Begrenzung der Ausgangsspannung einer emittergekoppelten iogisoben Sohaltung mit einer Anzahl von Eingängetransietorcn, deren miteinander verbundene Emitter gemeinsam mit dem Emitter eiriee weiteren Transietore über einen gemeinsamen Widerstund gespeiet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor des weiteren Transistors über einen ersten Feldeffekt-Tranaistors mit der Basis eines ersten Ausgangstr^nsistors gekoppelt ist und die miteinander verbundenen Kollektoren der Eingangstransistoren über einen zweiten Feldeffekt-Transistor mit der Basis eines zweiten Ausgangstransietore gekoppelt sind, dessen Kollektor mit den Emitter des eraten Ausgangsträn-
    909833/1092
    PHN.1667
    sistors und mit dem Ausgangspunkt verbunden ist und weiterhin an die Basiselektrode eines ersten otabilisiertraneistore und an den Emitter eines zweiten Stabilisiertransistors angeschlossen ist, wobei der Emitter des ersten Stabilisiertraneistors und die Baöia des zweiten Stabilisiertransistors mit dem Funkt festen Referenzpotentials und die Kollektoren dieser Transistoren mit den miteinander verbundenen Quellenelektroden der Feldeffekt-Transistoren verbunden sind.
    909833/1092
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