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Gatterschalkreis Zusatz zu Patent . ..0 ... (Anmeldung P 15 12 518.5
PA 67/2518) Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Gatterschaltkreis, insbesondere
zum Aufbau in monolithischer Bauweise, mit einer Eingangsstufe zur logischen Verknüpfung
von binären Eingangssignalen und einer Ausgangsstufe nach Art des Miller-Integrators
zur B dung von Ausgangssignalen mit linear ansteigenden bzw abfallenden Flanken
bestimmter Dauer, bei welchem zwischen Eingangsstufe und Ausgangsstufe ziele Begenzerstufe
angeordnet ist, die den zur steuerung der Ausgangsstufe verwendeten Spannungssprung
auf einen konstanten Wert begrenzt Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein
gemäß dem Hauptpatent ausgebildeter Gatterschaltkreis, bei rvelchem der zur Steuerung
der Ausgangs stufe verwendete Spannungssprung vorteilhafterweise weitgegend unabhängig
von der Temperatur ist, wodurch die Plankendauern der Ausgangsimpulse weitgehend
unabhängig von der Temperatur sind
Die Erfindung geht also von einem
Gatterschaltkreis aus, der eine Eingangsstufe zur logischen Verknüpfung von binären
Eingangssignalen und eine Ausgangsstufe nach Art des Miller-Integrators zur Bildung
von Ausgangssignalen mit linear ansteigenden bzvlo abfallenden Flanken bestimmter
Dauer hat, bei welchem zwischen Eingangsstufe und Ausgangsstufe eine Begrenzerstufe
angeordnet ist, die den zur Steuerung der Ausgangsstufe verwendeten Spannungssprung
auf einen konstanten Wert begrenzt, nach Patent 0 0QO 0OO (Anmelt dung P 15 12 518o5
- PA 67/2518). Der erfindungsgemäße Gatterschaltkreis ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Begrenzerstufe derart ausgebildet ist, daß sie zusammen mit der Eingangsstufe
als Differenzverstärker wirkt.
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Dadurch, daß dem erfindungsgemäßen Gatterschaltkreis zusätælich eine
den Ausgangsstrom begrenzende Strom begrenzerschaltung oder ein den Ausgangsstrom
unterbrechender Kurzschlußstrom-Unterbrechungsschalter zugeordnet wird, wird vorteilhafter
Weise ein Schutz des am Ausgang des Gatterschaltkreises angeschlossenen Verbrauchers
und ein Schutz für Bauteile des erfindungsgemäßen Gatterschaltkreises gegen die
Folgen eines unzulässig hohen Ausgangsetromes erreicht, insbesonderc dann, wenn
der Verbraucher praktisch einen Kurzschluß für den Gatterschaltkreis darstellt,
Der Unterbrechungsschalter kann insbesondere mindestens einen von einem Thyristor
gesteuerten, den Ausgangsstrom unterbrechenden Transistor enthalten und der Thyristor
seinerseits von der durch einen Widerstand
gelieferten Steuerspannung
beeinflußt werden, wobei der Widerstand vom Ausgangsstrom durchlossen ist Ein solcher
Unterbrechungaschalter ist vorteilhafter Weise bi8tabil, indem er in seinem den
Strom unterbrechenden Zustand verbleibt, solange der Thyristor in seinen leitenden
Zustand verbleibt, selbst wenn der VerbrauchervJiderstand inzwischen wieder relativ
hohe Werte angenommen hat Eine derartige Ausbildung eines Unterbrecherschalters
ist bisher nicht bekannt und hat selbsttindige Bedeutung, da sie auch bei Schaltern
in anderem sammenhang vorgesehen werden kann.
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Bei einer U Weiterbildung, ist vorgesehen, daß ein derartiger Unterbrecherschalter
in seinem unterbrechenden Zustand über den an sich mit Ausgangs strom zu beliefernden
Verbraucher einen Reststrom leitet, welcher erheblich kleiner als der maximal zulässige
Verbraucherstrom ist und welcher zumindest zum Teil durch den über den hierbei leitenden
Thyristor fliessende; Stron gebildet ist Bei dieser Weiterbildung Kann vorteilhafterweise
der Unterbrecherschalter vom unterbrechenden in den leitenden Zustand gekippt werden,
indem dieser Reststrom unterbrochen bzw der Widerstand des Verbrauchers vorübergehend
extrem stark erhöht wird Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der Figuren näher
erläutert.
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Fig 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Gatterschaltkreis, bei welchem
der Ausgangsstufe eine den Ausgangsstrom begrenzende Strombegrenzerschaltung zugeordnet
ist, welcher sich besonders zur Integrierung in monolithischer Technik eignet
Fig.
2 zeigt eine Schaltung von Bauteilen, durch welche ein Teil der in Fig. 1 gezeigten
Strolilbegrenzerschaltung ersetzt erden kann, um einen efindungsgemäßen Gattelschaltkreis
zu erhalten, bei welchem der Ausgangsstufe ein den Ausgangsstrom unterbrechender
Kulzschlußstrom-Unterbrechungsschalter zugeordnet ist Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen
Gatterschaltkreis, bei dem im Vergleich zu dem in Fig, 1 gezeigten Gatterschaltkreis
im wesentlichen Transistoren des entgegengesetzten Leitungstyps verxrendet sind
Fig. 1 zeigt den Gatterschaltkreis mit seiner Eingangsstufe B/Te, welche hier zur
logischen Verknüpfung von binären Eingangssignalen gemäß einer UND- bzw ODER-Funktion
dienen. Den in Fig 1 gezeigten Transistoren Te dieser Eingangsstufe können weitere
derartige Transistoren Te' zugeordnet sein, wie durch die durchbrochen gezeichnoten
Leitungen in dieser Eingangsstufe angedeutet ist0 Dadurch, daß noch Transistoren
Te unter Weglassung des Kurzschlusses t-t vorgesehen werden, können auch andere
logische Verknüpfungen von binären Eingangssignale in der Eingangastufe erreicht
werden Die Ausgangsstufe T1/T2 ist nach Art eines Miller-Illteglßators zur bildung
von Ausgangs signalen mit linear ansteigenden bzw. abfallenden Flanken bestimmte
Dauer aufgebaut Zwischen der Eingangsstufe
und der Ausgangsstufe
dieses Gatterschaltkreises ist eine Begrenzerstufe Z/Tz angeordnet, die den zur
steuerung der Ausgangsstufc verwendeten Spannungssprung auf einen konstanten Wert
begrenzt. Dic Begrenzerstufe Z/'Uz ist hierbei erfindungsgemäß derart ausgebildet,
daß sie zusammen mit der Eingangsstufe E/?e/Te' als Differenzverstärker wirkt. Derartige
Differenzverstärker sind z030 in der Druckschrift Motorola, high-speed-switching
transistor handbook, 2 Auflage, 1963, Seite 37 bis 41 beschrieben0 Werden dabei
die Transistoren Te/Te'/Tz, welche in diesem Differenzverstärker enthalten sind,
bis in die Sättigung ausgesteuert, dann ist der am Ausgang dieses Differenzverstärkers
auftretende Spannungssprung praktisch unabhängig von der Versorgungsspannung U ist,
die beispielsweise 12V beträgt. Die Zenerdiode Z ist nämlich zu diesem Zwecke zvl:schen
Bezugspotential und die Basis dieses mit der konstanten Vergleichsspannung belieferten
Transistor Tz eingefügt0 Es ist dann die über der Zenerdiode Z an die Basis des
Transistors Tz gelieferte Vergleichsspannung und damit auch der Spannungssprung
praktisch unabhängig von der Versorgungssaynnung U des GatterschaltkreisesO Zwischen
dem Kollektor dieses mit der konstanten Vergleichsspannung gespeisten Transistors
Tz und dem einen Pol der Versorgungsspannungsquelle kann ein Suannungsteiler R angeschlossen
scin, dessen Abgriff mit dem Eingang der Ausgangsstufe T1/T2 verbunden istO Volnteilhafterweise
kann mit Hilfe dieses Spannungsteilern R die Amplitude des zur Steuerung der Ausgangstufe
verwendeten
Spannungssprungs leicht auf den gewünschten Wert eingestellt werden, In Figo 1 ist
eine den Ausgangsstrom begrenzende Strombegrenzerschaltung Ta1/Ta2/Ta3 gezeigt,
welche der Ausgangs stufe T1/T2 des Gatterschaltkreises zugeordnet ist0 Diese Strombegrenzerschaltung
weist einen vom Ausgangsstrom durchflossenen Widerstand Ra auf, welcher die Steuerspannung
für die Strombegrenzerschaltung liefert, Der Transistor Ta3 wird nämlich in den
leitenden Zustand gesteuert, wenn der Ausgangsstrom unzulässig hohe Werte annehmen
würde, Über den dann leitenden Transistor Ta3 wird der Darlington-Verstärker Ta1/2a2
mehr und mehr in den gesperrten Zustand gesteuert, wobei hier dieser Verstärker
durch seine Steuerung in den stärker gesperrten Zustand den Ausgangs strom auf einen
zulässig hohen Wert begrenzt. Dieser Verstärker wird ausserdem auch im in Fig, 1
gezeigten Ausführungsbeispiel vom Transistor T2 der Ausgangsstufe gesteuert, wodurch
er gleichzeitig zur Erzeugung der gewünschten Planken der Ausgangssignale mitausgenutzt
ist, indem der Ausgangsstrom aus dem Po; der Versorgungsspannungsquelle U über den
AusgangstransBtor Ta2 dieses Verstärkers und über den Widerstand Ra fließt0 Dieser
Verstärker Ta1/2a2 ist hier also vorteilhafter Weise gleichzeitig als ein der Ausgangsstufe
T1/T2 nachgeschalteter Ausgangsverstärker mitausgenutzt.
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Insbesondere der in Figo 1 gezeigte Gatterschaltkreis kann vorteilhafterweise
auch als in monolithischer
Technik integrierter Schaltkreis hergestellt
werdein, Durch Ersatz des in Figo 1 gezeigten, den Transistor Ta3 enthaltenden Teiles
K des Gatterschaltkreises durch den in Figo 2 gezeigten Teil K errcicht man, daß
der Äusgangsstufe ein den Ausgangsstrom unterbrechender Kurzschlußstrom-Unterbrechungsschalter
statt eine den Ausgangsstrom begrenzende Strombegrenzerschaltung zugeordnet ist0
Der in Fig. 2 gezeigte Teil K enthält dabei einen von einem Transistor gesteuerten
Thyristor Tho Der Unterbrechungsschalter weist einen vom Ausgangsstrom durchflossenen
Widerstand Ra auf, welcher hier die Steuerspannung für diesen Kurzschlußstrom-Unterbrechungsschalter
liefert Dadurch, daß der Unterbrechungaschalter Ta1/Ta2/Th mindestens einen von
dem Thyristor Th gesteuerten den Ausgangs strom unterbrechenden Transistor Ta2 enthält
und der Thyristor Th von der durch den Widerstand Ra gelieferten Steuerspannung
gesteuert wird, wird vorteilhafter Weise erreicht, daß dieser Unterbrechungsschalter
in dem den Ausgangsstrom unterbrechenden Zustand verbleibt, selbst wenn der Widerstand
des an den Gatterausgang A angeschlossenen Verbrauchers wiederum relativ hohe Werte
annimmt Auf diese Weise kann nämlich insbesondere verhindert werden, daß der an
den Ausgang A angeschlossene Verbraucher durch den Ausgangsstrom in bestimmten Zeitabständen
wiederholt thermisch überlastet wird Dieser Verbraucher wird nämlich selbst
nach
seiner Abkühlung, bzw selbst dann, wenn sein Eingangss/iderstand wieder relativ
hohe Werte annimmt, nicht mehr erneut durch einen unzulässig hohen Ausgangsstrom
thermisch überlastet0 Erst wenn der Unterbrechungsschalter z.B. durch vorübergehende
Abschaltung der Versorgungsspannung U, wieder in seinen leitenden Zustand gesteuert
wird, kann der von der Ausgangsstufe T1/T2 bestimmte Ausgangsstrom durch den den
Ausgangsstrom steuernden Transistor Ta2 in voller Höhe fliesen Dadurch, daß bei
dem gezeigten Unterbrecher-schalter der den Ausgangsstrom steuernde Transistor zusätzlich
von dem Transistor Ta2 der Ausgangsstufe gesteuert wird, wird dieser Unterbrecherschalter
als ein der Ausgangsstufe nachgeschalteter Ausgangsverstärkor mitausgenutztO Bei
einem Unterbrechungsschalter, wie er durch Ersatz des in Fig. 1 gezeigten Teiles
K durch den in Figo 2 gezeigten Teil K erhalten wird, wird im unterbrechenden Zustand
des -Unterbrecherschaiters über den an sich mit Ausgangsstrom zu beliefernden Verbraucher
weiterhin ein Sperrstrom geleitet, welcher zumindest zu einem wesentlichen Anteil
durch den über den hierbei leitenden Thyristor Th fliessenden Strom gebildet ist
Auf diese Weise wird erreichbar, daß der Unterbrecherschalter von seinem unterbrechenden
Zustand in seinen leitenden Zustand dadurch umgesteuert werden kann, daß der an
den Ausgang A der Gatzterschaltung angeschlossene Verbraucher vorübergehend von
diesem Ausgang A
getrennt wird Durch diese Trennung wird nämlich
der Thyristor Th wieder in den nichtleitenden Zustand, und dadurch auch der gesamte
Unterbrechungaschalter Th/Ta1/Ta2 wieder in seinen leitenden Zustand umgesteuert.
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In Figo 3 ist ein erfindungsgemäßer Gatterschaltkreis gezeigt, welcher
im Differenzverstärker nur npn-Transistoren enthält, Die Ausgangsstufe T1/T2/ T1'/T2'
besteht aus einem Gegentaktverstärker, welcher ausgangsseitig npn-Transistoren aufweist,
welche ihre Basisströme von pnp-Transistoren geliefert bekommen, Der Gegentaktverstärker
T1/T2/ 21'/T2' weist dabei nur eine einzige Singangsklemme beim Spannungsteiler
R auf, so daß sich hier eine Phasenumkehrung zur Steuerung dieses Gegentaktversturlcers
vorteilhafter Weise erübrigt.
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Die Zenerdiode Z kann zusammen mit dem über die Zenerdiode Z mit
einer konstanten Vergleichs spannung gespeisten Transistor Tz des in Fig. 3 gezeigten
Gatterschaltkreises vorteilhafter Weise auch durch einen Doppelemittertransistor
erse-tzt werden, wobei der Kollektor dieses Doppelemittertransistors ebenso wic
der Kollektor des in Fig. 3 gezeigten Transistors Tz mit einer Klemme des Spannungsteiler
R verbunden ist, wobei ferner der eine Emitter dieses Doppelemittertransistors ebenso
wie der in Fig. 3 gczeigte Emitter des Transistors Tz mit dem-Emitterwiderstand
Re verbunden ist und wobei der zweite Emitter des Doppelemittertransisbrs wie die
in Figo 3
gezeigte Zenerdiode Z mit einem Pol der Versorgung spannungsquelle
U verbunden ist die Ersetzbarkeit eines über eine Zenerdiode betriebenen Transistors
durch einen Doppelemittertransistor ist bereits zOB0 durch die Druckschrift Funkschau,
198, ReCt 17, Seite 522, im Absatz 1 und 3 des Artikels "Integrierte Schaltung mit
Z-Dioden" angegeben Die in Fig. 3 gezeigten Dioden Be dienen zum Schutze der im
Differenzverstärker enthaltenden Transistoren Te/Tc' gegen unzulässige, den Gatterschaltkreiseingängen
E zugeführte Spannungen0 Die in ? 3 gezeigten Dioden De dienen insbesondere dazu,
daß die eine relativ kleine Durchbruchspannung zwisollen Basis und Emitter aufweisenden
NPN-Transistoren des Differenzverstärkers gegen einen unerwünschten Dúrehbruch geschützt
sind, falls zwischen den Eingangsklemmen E wegen der dem Gatterschaltkreis zugeführten
unterschiedlichen Eingangssignale Spannungen auftreten, welche sonst zu einem Durchbruch
der Basis Emitter-Strecken dieser Transistoren Te fuhren würden.
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Bei dem in Fig. 3 gezeigten Gatterschalkreis ist zwischen den Kollektoren
der ein Verknupfungsglied bildenden Transistoren Te/?e' des Differenzverstärkers
und dem Kollektor des an seiner Basis mit konstanter Vergleichsspannung gespeisten
Transistors Tz des Differenzverstärkers eine Diode D eingefügt2 welöhe leitend ist,
solange der Eingangsstufe keine Signale über ihre Eingangsklemmen E zugeführt werden.
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Diese Diode D verhindert, daß unerwünschte Rückwirkungen
eintreten,
wenn mehrere Gatterschaltkreise, welche nach Art des in Figo 3 gezeigten Gatterschaltkreises
aufgebaut sind, miteinander z0B zu einer Kettenschaltung verbunden sind und wenn
diese verschiedenen Gatterschaltkreise mit Versorgungsspannungen unterschiedlicher
Größe versorgt werden, Würde nämlich keine solche Diode D vorgesehen sein9 dann
würden über die Transistoren Te bzvrO Te' der Eingangsstufen durch die unterschiedlichen
Versorgungsspannungen bedingte Ausgleichströme zwischen den Versorgungsspannungsquellen
fließen könnens Die Diode D verhindert also eine unnötige Belastung der Versorgungsspnnungsquellen.
Sie verhindert ausserdem oft, daß die Verknüpfung der binären Eingangssignale nicht
mehr in der erwünschten Weise erfolgt, indem die Funktion des Differenzverstärkers
durch solche Ausgleichsströme auch beeinträchtigt werden kann 3 Figuren 12 Patent
ansprüche