DE1512374B2 - Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Ausgangsspannung einer logischen Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung einer über einen Verstärker einem Ausgangspunkt zugeführten Signalspannung in einer logischen Schaltung, bei der der Ausgangspunkt über eine Halbleiterdiode mit einem Punkt fester Referenzspannung derart verbunden ist, daß die Signalspannung in bezug auf die Referenzspannung auf einen Wert begrenzt wird, der annähernd gleich der inneren Schwellenspannung der Diode ist. Solche logischen Schaltungen werden vorzugsweise in Form integrierter Schaltungseinheiten ausgebildet.

Bei der praktischen Anwendung logischer Schaltungen in Rechenmaschinen u. dgl. sind die Ausgangsklemmen mit Eingangsklemmen nachfolgender, ähnlicher Schaltungseinheiten verbunden oder mit anderen Worten, es ist eine Anzahl solcher Schaltungen in Kaskade verbunden.

Mit Rücksicht darauf soll der Pegel der Spannungen an den Ausgangsklemmen gleich dem der Eingangsklemmen und außerdem gleich dem der Ein- und Ausgangsklemmen der weitere logischen Schaltungen in der Rechenmaschine sein. Es ist daher wichtig, die verschiedenen Spannungen in bezug auf ein festes Referenzpotential einstellen zu können, das auch bei voneinander entlegenen Teilen der Rechenmaschine dasselbe ist. Grundsätzlich kann man als Referenzpotential das Potential der Klemmen der Speisebatterie oder eines Anzapfungspunktes eines über die Batterie verbundenen Spannungsteilers verwenden, aber dabei kann die Gleichheit des Referenzpotentials an verschiedenen Punkten der Rechenmaschine infolge Toleranzen von Widerstandswerten und des Spannungsabfalles über Speiseleitungen nicht gewährleistet werden. In der Praxis wird daher als Referenzpotential das Potential des Chassis (Erde = Null Volt) benutzt, da infolge des geringen Widerstandes des Chassis keine Potentialunterschiede darin auftreten.

Weiterhin soll die Schwankung der Steuerspannungen nicht zu groß sein, da sonst die Transistoren bis in die Sättigung ausgesteuert werden könnten, wodurch bekanntlich die Schaltgeschwindigkeit beeinträchtigt wird.

Es ist bekannt, die Spannung an einem Ausgangspunkt auf beiden Seiten dadurch zu begrenzen, daß zwischen diesem Punkt und einem Punkt festen Referenzpotentials zwei zueinander entgegengesetz polari- έ sierte Halbleiterdioden eingeschaltet werden. Wenn ■*· der Potentialunterschied zwischen Ausgangspunkt und Referenzpunkt größer als der innere Schwellenwert der Dioden werden würde, wird eine der Dioden lei-

. tend, 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 Schwellenspannung beträgt bei Anwendung von Siliciumdioden etwa 0,7 V, ein geeigneter Wert für die Steuerspannungen in integrierten Schaltungen.

Diese bekannte Lösung hat jedoch den großen Nachteil, daß auch in Zusammenhang mit der verhältnismäßig großen Toleranz der Widerstandswerte und der Parameter von Transistoren in integrierten Schaltungen und mit der Schwankung von Speisespannungen, die Gefahr vorliegt, daß unter Umständen verhältnismäßig hohe Ströme durch die Dioden fließen können, die dadurch vernichtet werden könnten.

Die Erfindung tritt diesem Nachteil entgegen und schafft eine Schaltung, die sich leicht in integrierter ,

Form aufbauen läßt. %

Nach der Erfindung ist zwischen dem Ausgangspunkt und dem Punkt des festen Referenzpotentials 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 emittergekoppelten logischen Schaltungen.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, das sich besonders gut zur Ausbildung als integrierte Schaltung eignet.

Die Figur zeigt eine emittergekoppelte logische Schaltung mit einer Anzahl von Eingangstransistoren 71, Ti, deren Emitter miteinander und mit dem Emitter eines Transistors Ti und über einen gemeinsamen Widerstand R\ mit einer Spannungsquelle - Vi z. B. — 1,5 V verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren Γι, Ti sind über einen Widerstand Ri mit einer Spannungsquelle + Vi z. B. +4,5 V verbunden. Ebenso ist der Kollektor des Transistors Ti über einen Widerstand Ri mit der Quelle + Vi verbunden. Emittergekoppelte Schaltungen dieser Art sind an

sich bekannt und die Anzahl von zueinander parallel
geschalteten Einganstransistoren (Γι, Ti) ist im allgemeinen größer als 2, z. B. 5.

Die Eingangssteuerspannungen können über die Eingangsklemmen £1, £2 den Basiselektroden der Transistören 71, T2 zugeführt werden, während die Ausgangsspannungen den Punkten A und B entnommen werden können; diese Ausgangsspannungen ändern sich in einander entgegengesetztem Sinne.

Wenn alle Eingangsspannungen an den Punkten £1, Ei niedrig sind, sind die Transistoren Γι und Ti gesperrt, während der Transistor Ti leitend ist, so daß die Punkte A und B ein hohes bzw. niedriges Potential aufweisen.

Wenn jedoch einer oder mehrere der Eingangspunkte £1, Ei ein verhältnismäßig hohes Potential hat, ist der betreffende Eingangstransistor leitend und der Tansistor Ti gesperrt, so daß die Punkte A und B ein niedriges bzw. ein hohes Potential haben. In bekannten Vorrichtungen dieser Art sind die Punkte A und ßüber als Emitterfolger geschaltete Transistoren, die gemeinsam mit den weiteren Transistoren eine integrierte Schaltungseinheit bilden, mit den Ausgangsklemmen gekoppelt.

In der dargestellten Schaltung sind jedoch die Punkte A und B über die Feldeffekt-Transistoren Fi und F2 mit den Basen der Transistoren Ts und Ta verbunden. Die Gatelektroden der Tansistoren Fi und Fi sind mit den Punkten A und B verbunden, während die Senkenelektroden mit den Basiselektroden der Tansistoren Γ5 bzw. Ta und die Quellenelektroden miteinander und über einen Widerstand Ra mit dem Speisepunkt + Ki verbunden sind. Zweck der betreffenden Transistoren ist im wesentlichen, die Potentiale der Basiselektroden der Transistoren Ta und Ti um einen geeigneten Wert in bezug auf die Punkte ßund A zu erniedrigen und auf einen geeigneten Pegel herabzusetzen.

Die Transistoren Ta und Ts bilden eine Ausgangsgegentaktschaltung. Der Emitter des Transistors Ta ist mit dem Kollektor des Transistors Ts und mit der Ausgangsklemme U verbunden. Der Emitter des Transistors Γ5 ist mit der Speisequelle - Vi verbunden.

Wie bereits gesagt, haben die Punkte A und B solange die Spannung an allen Eingangsklemmen £1, Ei niedrig, z.B. -0,7 V, ist, ein hohes bzw. niedriges Potential, so daß die Feldeffekt-Transistoren Fi und Fi gesperrt bzw. leitend sind und der Transistor Tt leitend und der Transistor Ts gesperrt ist. Der Ausgangspunkt U hat dann eine verhältnismäßig hohe Spannung. Umgekehrt, wenn einer oder mehrere der Eingangspunkte £1, Ei eine hohe Spannung hat (haben) z. B. +0,7 V, ist der Transistor Ta gesperrt und der Transistor Ts leitend, wodurch die Spannung der Ausgangsklemme LJ verhältnismäßig niedrig ist.

Es ist ersichtlich, daß, wenn keine weiteren Vorkehrungen getroffen werden, die Spannungen des Ausgangspunktes infolge unvermeidlicher Toleranz der Werte der Widerstände Ri, Ri, usw. nicht fest wären.

Zwischen der Ausgangsklemme U und Erde (Referenzspannung) sind die Basis-Emitter Sperrschichten der Transistoren Te, Ti eingeschaltet, wobei die Basis des Transistors Te und der Emitter des Transistors Ti mit dem Punkt U verbunden sind. Die Kollektoren dieser Transistoren sind miteinander und mit der Quellenelektrode der Feldeffekt-Transistoren Fi und Fi verbunden.

Wenn die Spannung am Punkt A hoch und somit die am Punkt B niedrig ist, ist die Spannung am Ausgang U verhältnismäßig hoch. Die Transistoren Ta, Te und F2 sind dann für Strom durchlässig und die Transistoren Ts, Ti und Fi sind gesperrt.

Die Spannung am Punkt U in bezug auf Erde ist dann etwa +0,7V, also gleich der inneren Schwellenspannung des Transistors Te. Würde die Spannung am Punkt U etwas zunehmen, so steigt der Basisstrom des Transistors Te und somit auch der Kollektorstrom dieses Transistors an. Infolgedessen wird jedoch die Spannung der Quellenelektrode des Feldeffekt-Transistors Fi erniedrigt, was der Spannungszunahme am Punkt U entgegenwirkt, so daß Gegenkopplung eintritt.

Ist umgekehrt die Spannung am Punkt A niedrig und die am Punkt B hoch, so sind die Transistoren Ta, Tb und Fi gesperrt und die Transistoren Ts, Ti und Fi leitend, während die Spannung am Punkt Ugleich -0,7 V ist. Würde sich die Spannung am Punkt U ändern, z. B. im negativen Sinne, so nehmen die Basis- und Kollektorströme und die Spannung des Transistors Ti zu, wodurch die Spannung der Quellenelektrode des Transistors Fi erniedrigt wird, während die Spannungsänderung am Punkt U gehemmt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Begrenzung einer über einen Verstärker einem Ausgangspunkt zugeführten Signalspannung in einer logischen Schaltung, bei der der Ausgangspunkt über eine Halbleiterdiode mit einem Punkt fester Referenzspannung derart verbunden ist, daß die Signalspannung in bezug auf die Referenzspannung auf einen Wert begrenzt wird, der annähernd gleich der inneren Schwellenspannung der Diode ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode durch die Basis-Emitter Sperrschicht eines Transistors gebildet wird, dessen Kollektor in entgegenkoppelndem Sinne mit dem Verstärkereingang verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Begrenzung der Ausgangsspannung einer emittergekoppelten logischen Schaltung mit einer Anzahl von Eingangstransistoren, deren miteinander verbundene Emitter gemeinsam mit dem Emitter eines weiteren Transistors über einen gemeinsamen Widerstand gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des weiteren Transistors über einen ersten Feldeffekt-Transistor mit der Basis eines ersten Ausgangstransistors gekoppelt ist und die miteinander verbundenen Kollektoren der Eingangstransistoren über einen zweiten Feldeffekt-Transistor mit der Basis eines zweiten Ausgangstransistors gekoppelt sind, dessen Kollektor mit dem Emitter des ersten Ausgangstransistors und mit dem Ausgangspunkt verbunden ist und weiterhin an die Basiselektrode eines ersten Stabilisiertransistors und an den Emitter eines zweiten Stabilisiertransistors angeschlossen ist, wobei der Emitter des ersten Stabilisiertransistors und die Basis des zweiten Stabilisiertransistors mit dem Punkt festen Referenzpotentials und die Kollektoren dieser Transistoren mit den miteinander verbundenen Quellenelektroden der Feldeffekt-Transistoren verbunden sind.