DE1955942B2 - Bistabile kippstufe - Google Patents

Bistabile kippstufe

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DE1955942B2 DE19691955942 DE1955942A DE1955942B2 DE 1955942 B2 DE1955942 B2 DE 1955942B2 DE 19691955942 DE19691955942 DE 19691955942 DE 1955942 A DE1955942 A DE 1955942A DE 1955942 B2 DE1955942 B2 DE 1955942B2
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Description

Diode geschaltet sein, die eine zu enge Kopplung zwischen den Kollektoren jedes Transistorpaares und den dazu gehörigen Vorspanndioden bzw. der Basis des zweiten Transistors desselben Transistorpaares verhindert.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn jedes Transistorpaar einzeln zusammen mit dem dazugehörigen zusätzlichen Transistor und mit der einen der beiden Vorspanndioden in einer isolierten Insel eines HaIbleiterplättchens integriert ist, was die gesamte Schaltung in integrierter Form umfaßt.
Die andere der beider: Vorspanndioden kann zusammen mit einem ohmschen Widerstand im Kollektorzweig des entsprechenden Transistorpaares in einer isolierten Insel des Halbleiterplättchens integriert sein. Vorzugsweise sind zwei Kopplungskondensatoren, deren eine Elektrode mit der Basis des zweiten Transistors je eines der beiden Transistorpaare in Verbindung steht, am Eingang des Frequenzteilers gemeinsam in einer isolierten Insel des Halbleitcrplättchens integriert.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Dioden im Kollektorzweig jedes Transistorpaares zusammen mit diesem Transistorpaar in einer isolierten Insel des Halbleiterplättchens integriert. Dabei treten aber parasitäre Transistoreffekte auf, die den Wirkungsgrad der bistabilen Kippstufe vermindern. Diese Erscheinung kann dadurch behoben werden, daß die Dioden im Kollektorzweig jedes Transistorpaares einzeln in isolierten Inseln des Halbleiterplättchens integriert sind.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform der bistabilen Kippstufe,
F i g. 2 eine Ansicht auf die in einem Halbleiterplättchen integrierte Schaltung nach Fig. 1,
F i g. 3 das Schaltbild einer weiteren Ausführung; form der bistabilen Kippstufe,
F i g. 4 eine Ansicht auf die in einem Halbleiterplättchen integrierte Schaltung nach F i g. 3.
Gleiche Teile sind in aller Figuren durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet. Je einer von zwei ersten Transistoren 1 und 2 bilden zusammen mit je einem von zwei zweiten Transistoren 3 und 4 je eines von zwei zueinander symmetrisch angeordneten Transistorpaare 5 und 6. Die Kollektoren des ersten Transistors! und des zweiten Transistors3 sind in einem gemeinsamen Kollektorzweig 7 vereinigt, während die Kollektoren der Transistoren 2 und 4 in einem gemeinsamen Kollektomvcig 8 münden.
Die Emitter der beiden Transistorpaare bilden zwei Emitterzweige, die gemeinsam durch einen Anschluß 32 an einem Pol einer Spannungsquelle liegen. Dem Transistorpaar 5 ist ein zusätzlicher Transistor 9 und dem Transistorpaar 6 ein zusätzlicher Transistor 10 zuycordnet. Die Zuordnung besteht darin, daß der Kollektor jedes zusätzlichen Transislop 9 und 10 mit den Kollektoren des entsprechenden Transistorpaars in Verbindung steht, während die Basis des zusätzlichen Transistors an der Basis des ersten Transistors 1 bzw. 2 desselben Transistorpaars angeschlossen ist. Die Emitter der beiden zusätzlichen Transistoren 9 und 10 stehen jeweils mit der Basis des zweiten Transistors des zugehörigen Transistorpaars in Verbindung.
Die Basen der zweiten Transistoren 3 und 4 der beiden Transistorpaare 5 und 6 sind durch jeweils einen Eingangskondensator 11 bzw. 12 gemeinsam an einen Eingang 13 der bistabilen Kippstufe angekoppelt. Die Basis des Transistors 1 steht mit den Kollektoren des Transistorpaars 6 in Verbindung, während die Basis des Transistors 2 an die Kollektoren des Transistorpaars 5 angeschlossen ist.
Eine der Verbindungen zwischen den Kollektoren eines Transistorpaars und der Basis des ersten Transistors des anderen Transistorpaars bildet einen Ausgang 14 der bistabilen Kippstufe.
In den Kollektorzweigen 7 und 8 sind jeweils eine Diode 15 bzw. 16, ein ohmscher Widerstand 7 bzw.
18 und ein weiterer ohmscher Widerstand 19 bzw. 20 in Reihe geschaltet mit Anschlüsse O1, O\ bzw. O2. O\. Die Enden der beiden Kollektorzweige 7 und 8 liegen gemeinsam durch einen Anschluß 31 an einem weiteren Pol der Spannungsquelle.
Jedem der beiden Transistorpaare 5 und 6 sind außerdem zwei hintereinandergeschaltete Vorspanndioden 21 bzw. 22 und 23 bzw, 24 zugeordnet. Die Zuordnung besteht darin, daß die eine Vorspanndiode 23 bzw. 24 an die Basis des zweiten Transistors 3 bzw. 4 angeschlossen ist, während die andere Vorspanndiode 21 bzw. 22 mit dem Mittelabgriff P1 bzw. F., zwischen den beiden Widerständen 17 und
19 bzw. 18 und 20 im entsprechenden Kollekiorzweig 7 bzw. 8 in Verbindung steht.
Gemäß der Darstellung in F i g. 2 der Zeichnung sind alle wesentlichen Teile der Schaltung nach F i g. 1 auf fünf gegenseitig isolierte Inseln 25 bis 29 verteilt in einem Halbleiterplättchen 30 integriert.
Die Insel 25 faßt dabei die Transistoren 1.. 3 und 9, die Diode 15 im Kollektorzweig 7 und die Vorspanndiode 23 zusammen. In der Insel 27 sind die Widerstände 17 und 19 im Kollektorzweig 7 und die Vorspanndiode 21 vereinigt. Symmetrisch zur Insel 25 ist die Insel 26 und zur Insel 27 die Insel 28 aufgebaut. In der Insel 29 befinden sich die Eingangkondensatoren 11 und 12. Die Anschlüsse für die Elektroden der Spannungsquelle sind von den Inseln getrennt und durch die Bezugsziffern 31 und 32 gekennzeichnet. Auch der Ausgang 14 der bistabilen Kippstufe ist auf dem Halbleiterplättchen 30 getrennt von den Inseln angeordnet.
Bedingt durch die Technologie entstehen an den beiden Vorspanndioden 23 und 24 Transistoreffekte, so daß jede der beiden Dioden tatsächlich zusammen mit dem entsprechenden zusätzlichen Transistor 9 bzw. 10 jeweils ein weiteres Transistorpaar mit gemeinsamem Kollektorzweig und Emitterzweig bildet. In den beiden Inseln 25 und 26 treten außerdem jeweils zwei parasitäre Kapazitäten auf, die in der Schaltung nach F i g. 1 der Zeichnungen mit den Bezugsziffern 33 und 34 bzw. 35 und 36 gekennzeichnet sind.
Ebenfalls durch die Technologie bedingt treten in den neiden Inseln 27 unJ. 28 Transistoreffekte an den beiden Vorspanndioden 21 und 22 auf. die in Fig. 1 durch die gestrichelten Linien 37 und 38 angedeutet sind. Parasitäre Effekte in der Insel 29 lassen sich in F i g. 1 durch gestrichelt gezeichnete Ersatztransistoren 39 und 40 darstellen.
Die Schaltung nach F i g. 3 der Zeichnungen unterscheidet sich von der nach den F i g. 1 und 2 durch den Wegfall der beiden Widerstände 17 und 18 in den Kollektorzweigen 7 und 8. Die beiden Dioden 15
und 16 lassen sich derart ausgestalten und in einem tete Stromimpuls als auch der von der Diode 15 hersolchen Arbeitsbereich einsetzen, daß an ihnen etwa kommende Dauerstrom versetzen den Transistor 2 ein Spannungsabfall von etwa 0,5 Volt entsteht. Die- des Transistorpaars 6 sicher in den leitenden Zuser genügt dafür, die Vorspanndioden 21 und 23 stand, indem er verharrt, bis ein weiteres Eingangsbzw. 22 und 24 gegenüber den Kollektoren der bei- 5 signal den gesamten Vorgang umkehrt, den Transistorpaare 5 und ύ zu entkoppeln. Gemäß Mit dem Ansteigen des Potentials am Kontrollder Darstellung in F i g. 4 sind die beiden Dioden 15 punkt 01 fängt natürlich auch der zusätzliche Tran- und 16 nicht mehr wie bei der integrierten Schaltung sistorlO an zu leiten, womit die bistabile Kippstufe nach F i g. 2 in den isolierten Inseln 25 und 26, son- wieder dafür vorbereitet ist, das nächste Eingangsdern einzeln in isolierten Inseln 41 und 42 angeord- io signal sicher zu diskriminieren, net. Durch die isolierte Anordnung der Dioden 15 Es läßt sich ohne weiteres einsehen, daß bei einer und 16 werden parasitäre Transistoreffekte in isolier- bistabilen Kippstufe einfacherer Art nur ein Einten Inseln 43 und 44 vermieden, die die Transisto- gangssignal bestimmter Stärke und Dauer einen ren 1, 3,9 und 23 bzw. die Transistoren 2, 4, 10 und Wechsel der Betriebszustände hervorrufen könnte, 24 umschließen. 15 da jedes aktive Element der Schaltung nur dann auf Damit die Funktion des Frequenzteilers anschau- eine Spannungs- und Stromänderung anspricht, wenn lieh beschrieben werden kann, seien Kontrollpunkte diese eine gewisse Größe übersteigt, und dann auch in der Schaltung mit den folgenden Bezeichnungen nur mit Verzögerung anspricht. In einfacheren Schalbestimmt: " ~ tungen kann auch der zeitliche Ablauf der verschie-Kontrollpunkt B1 bzw. B 2 zwischen der Basis des 20 denen Vorgänge beim Auftieten eines Eingangszweiten Transistors 3 bzw. 4 und dem Emitter des zu- signals so sein, daß bei kurzer Dauer des Eingangssätzlichen Transistors 9 bzw. 10; Kontrollpunkt 01 signals die Schaltung nicht in einem neuen Betriebsbzw. O2 zwischen de:; Kollektoren des Transistor- zustand verbleibt, sondern in den ursprünglichen Bepaars 5 bzw. 6 und der Diode 15 bzw. 16; Kontroll- triebszustand zurückfällt. Durch die verschiedenen punkt P1 bzw. P 2 am Mittelabgriff zwischen den 25 Elemente der Schaltung wird jedoch der zeitliche beiden Widerständen 17 und 19 bzw. 18 und 20 und Ablauf der verschiedenen Vorgänge derart gesteuert, der Vorspanndiode 21 bzw. 22; Kontrollpunkt O Γ daß bereits ein sehr schwaches und kurzes Eingangsbzw. O2' zwischen dem Widerstand 17 bzw. 18 und signal genügt, die Schaltung sicher von einem Beder Diode 15 bzw. 16; Kontrollpunkt P1' bzw. P 2' triebszustand in den anderen zu versetzen und so die zwischen der einen Vorspanndiode 23 bzw. 24 und 30 Eingangssignale sicher zu diskriminieren, der anderen Vorspanndiode 21 bzw. 22. Der Kon- Bei einer besonderen Ausführungsform ist die Katrollpunkt O 2 fällt mit dem Ausgang 14 zusammen. pazität der Eingangskondensatoren 11 und 12 etwas Bei der Schaltung nach Fig.3 fallen die Kontroll- verringert, und zwar dadurch, daß die Basis-Emitpunkte P1 und 01' bzw. P 2 und O 2' zusammen. ter-Bindungen und die Basis-Kollektor-Bindungen Zunächst sei der eine Betriebszustand als gegeben 35 der Ersatztransistoren 39 und 40 parallel geschaltet angenommen, in dem das Transistorpaar 6 sperrt und sind. Dies geschieht in der auf dem Halbleiterplättder erste Transistor 1 des Transistorpaars 5 leitet. In chen 30 integrierten Schaltung durch Kurzschließen diesem Zustand sperrt selbstverständlich der zusatz- des Kontakts 13 mit einem gestrichelt gezeichneten liehe Transistor 10 ebenfalls, während der zusätzliche Kollektorkontakt 45.
Transistor 9 leitet. Da der Kontrollpunkt O 1 ebenso 4° Die parasitären Kapazitäten 33 und 34 in der Insel
wie der Kontrollpunkt P1 ein niederes Potential auf- 25 und die parasitären Kapazitäten 35 und 36 in der
weist, ist das Potential am Kontrollpunkt B1 eben- Insel 26 wirken sich auf die Funktion der bistabilen
falls verhältnismäßig niedrig. Das Potential am Kon- Kippstufe insofern sehr günstig aus, daß diese beim
trollpunkt B 2 ist demgegenüber verhältnismäßig Kippen der Schaltung vom einen Betriebszustand in
hoch, wenn auch etwas niedriger als am Kontroll- 45 den anderen den Wiederanstieg des Potentials am
punkt P 2. entsprechenden Kontrollpunkt 01 bzw. O 2 verlang-
Wenn am Eingang 13 ein Signal erscheint, das sich samen.
als kurzzeitiges ansteigendes Potential äußert, wird Die Dioden 15 und 16 in den Kollekicrzweigen 7 dieses Signal über die Eingangskapazitäten 11 und und 8 bringen den Vorteil mit sich, daß sie auf klei-12 an die Kontrollpunkte B 1 und B 2 übertragen. s° nem Raum bei gegebenem Betriebszustand den not-Das Potential am Kontrollpunkt B1 war bereits vor wendigen, verhältnismäßig großen ohmschen WiderAuftreten des Eingangssignals niedrig. Der durch das stand aufweisen und außerdem mit einem gewissen Eingangssignal kurzzeitig erzeugte Stromimpuls Kompensationseffekt bei Temperatur-Schaltungen bringt den Transistor 3 nicht in den leitenden Zu- die Betriebszustände in der Schaltung konstant haistand, weil er mindestens teilweise durch den leiten- 55 ten.
den Transistor 9 zum Kontrollpunkt 01 weitergelei- Obwohl die Mittelabgriffe zwischen den Widertet wird und sich von dort auf die Transistoren 1 ständen 17 und 19 bzw. 18 und 20 an den Kontroll- und 2 verteilt. punkten Pl und P 2 wegfallen könnten, sind sie in Der vom Eingangssignal erzeugte Stromimpuls am verschiedenen Anwendungsbereichen sehr vorteilhaft, Kontrollpunkt B 2 kann demgegenüber nicht zum 60 weil beispielsweise bei Verwendung einer bistabilen Kontrollpunkt O 2 gelangen, weil der Transistor T 6 Kippstufe als Frequenzteiler die maximal teilbare beim Auftreten des Eingangssignals noch sperrt. Der Frequenz bei niedrigen Betriebstemperaturen erhöht Stromimpuls wird also über Basis und Emitter des oder bei gegebenen Betriebstemperaturen und Fre-Transistors4 abgeleitet, der sich dabei gegenüber quenzen die Betriebsspannung und der Er.ergieverdem Kollektorzweig 8 öffnet. Das Potential am Kon- 65 brauch vermindert werden kann, trollpunkt O 2 fällt also stark ab, so daß der Transi- Selbstverständlich können in der erfindungsgemästorl schließt und das Potential am Kontrollpunkt ßen Schaltung an Stelle von bipolaren Transistoren 01 ansteigt- Sowohl der über dem Transistor 9 gelei- auch MOS-Transistoren zur Anwendung kommen.
Hierzu 2 Blati Zeichnuneen

Claims (7)

ι 2 Transistor zusamraengeschaltet sind und gemeinsame Patentansprüche· Emitterzweige und Kollektorzweige bilden, bei denen außerdem die Basis jeweils des ersten Transistors je-
1. Bistabile Kippstufe mit zwei symmetrisch des Transistorpaares an den Kollektorzweig des anzueinander angeordneten Transistorpaaren, bei 5 deren Paares zurückgekoppelt ist und bei denen .,edenen jeweils die Emitter und die Kollektoren weils der Kollektorzweig über Kollektor und Emitter von einem ersten und einem zweiten Transistor eines zusätzlichen Transistors mit der Basis des ZWe1-zusammengeschaltet sind und gemeinsame ten Transistors in Verbindung steht
Emitterzweige und Kollektorzweige bilden, bei Es wurde bereits eine derartige bistabile Kippstufe denen außerdem die Basis jeweils das ersten io vorgeschlagen (schweizerische Patentschrift 493 878, Transistors jedes Transistorpaars an den Kollek- insbesondere F ι g. 2), bei der die Basis des zusatzlitorzweig des anderen Paars rückgekoppelt ist chen Transistors zwischen, zwei Widerstanden an den und bei denen jeweils der Kollektorzweig über Kollektorzweig des Transistors gekoppelt ist, dessen Kollektor und Emitter eines zusätzlichen Transi- zweiter Transistor mit dem zusätzlichen Transistor in stors mit der Basis des zweiten Transistors in 15 Verbindung steht. Die Funktion dieser bistabilen Verbindung steht, dadurchgekennzeich- Kippstufe hängt sehr stark von der Betriebstemperan e t, daß die Basis des jeweiligen zusätzlichen tür ab, so daß diese Schaltung nur in wenigen Fallen Transistors an die Basis des ersten Transistors je- angewendet werden kann. Außerdem weist diese Indes Transistorpaars gekoppelt ist und daß die stabile Kippstufe immer noch verhältnismäßig große Basis des zweiten Transistors jedes Transistor- 20 Widerstände auf, die bei monolitischer Integration paars über zwei Vorspanndioden mit dem KoI- der Schaltung zu Schwierigkeiten fuhren Die Verlektorzweig desselben Paars in Verbindung steht. wenduag von verhältnismäßig großen Widerstanden
2. Kippstufe nach Anspruch 1, dadurch ge- ist erforderlich, damit ein möglichst geringer Leikennzeichnet, daß die eine Vorspanndiode an der stungsverbrauch erzielt wird. Andererseits weisen Basis des zweiten Transistors jedes Transistor- 25 derartige hohe Widerstände einen hohen Platzbedarf paars in integrierter Form der Kippstufe als auf und ermöglichen daher keine integrierte Schal-Transistor ausgebildet ist, der zusammen mit dem tung mit geringem Raumbedarf.
jeweiligen zusätzlichen Transistor am entspre- Es wurde weiterhin bereits vorgeschlagen (deutchenden Transistorpaar einen gemeinsamen KoI- sehe Auslegeschrift 1 803 175), die Abmessungen lektor- und Emitterzweig bildet, und dessen Basis 30 einer integrierten Schaltung dadurch zu verringern, über die andere Vorspanndiode mit dem Kollek- daß MOS-Feldeffekttransistoren (Metalloxyd-Halbtorzweig des Trc-nsistorpaars in Verbindung leiter) verwendet werden. Derartige bistabile Kippsteht, stufen mit MOS-Transistoren benötigen jedoch eine
3 Kippstufe nach Anspruch 1 und 2, dadurch relativ hohe Betriebs- und Steuerspannung, die in gekennzeichnet, daß in den KoUektorzweig jedes 35 vielen Fällen, beispielsweise in elektronischen Arm-Transistorpaars eine Diode eingeschaltet ist. banduhren, nicht zur Verfugung steht. Em üblicher
4. Kippstufe nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Wert für die Betriebsspannung derartiger bistabüer zeichnet, daß jedes Transistorpaar einzeln zusam- Kippstufen mit MOS-Transistoren ist 14 Volt, wahmen mit dem dazugehörigen zusätzlichen Transi- rend beispielsweise bei Armbanduhren auf Grund stör und mit der einen der beiden Vorspanndio- 40 des geringen, für die Spannungsversorgung zur Vcrfüden in einer isolierten Insel eines Halbleiterplätt- gung stehenden Raumes nur eine Betriebsspannung chens integriert ist, das die gesamte Schaltung in von bis zu 1,
5 Volt zur Verfügung steht,
integrierter Form umfaßt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bi-
5Γ Kippstufe nach Anspruch 4, dadurch ge- stabile Kippstufe der eingangs genannten Art zu
kennzeichnet, daß die andere der beiden Vor- 45 schaffen, die bei geringen Betriebsspannungen und
spanndioden zusammen mit einem ohmschen geringem Energieverbrauch mit geringen Abmessun-
Widerstand im KoUektorzweig des entsprechen- gen integrierbar ist, ohne daß der zulässige Betriebs-
den Transistorpaars in einer isolierten Insel des temperaturbereich eingeengt wird.
Halbleiterplättchens integriert ist. Diese Aufgabe wird ausgehend von einer bistabi-
6. Kippstufe nach Anspruch 4, dadurch ge- 50 len Kippstuie der eingangs genannten Art erfinkennzeichnet, daß zwei Kopplungskondensato- dungsgemäß dadurch gelöst, daß die B.asis des jeweiren, deren eine Elektrode jeweils mit der Basis ligen zusätzlichen Transistors an die Basis des ersten des zweiten Transistors eines Transistorpaars in Transistors jedes Transistorpaares gekoppelt ist und Verbindung steht, am Eingang der Kippstufe ge- daß die Basis des zweiten Transistors jedes Transimeinsam in einer isolierten Insel des Halbleiter- 55 storpaares über zwei Vorspanndioden mit dem KoI-plätlchens integriert sind. lektorzweig desselben Paares in Verbindung steht.
7. Kippstufenach Anspruch4, dadurch gekenn- Dabei ist es voneilhaft, wenn die eine Vorspannzeichnet, daß Dioden im KoUektorzweig jedes diode an der Basis des zweiten Transistors jedes Transistorpaars einzeln in isolierten Inseln des Transistorpaares in integrierter Form der Kippstuie Halbleiterplättchens integriert sind. 60 als Transistor ausgebildet ist. du zusammen mit dem
jeweiligen zusätzlichen Transistor am entsprechen-
den Transistorpaar einen gemeinsamen Kollektor-
und Emitterzweig bildet, und dessen Basis über die andere Vorspanndiode mit dem Kollektorzweig des
Die Erfindung bezieht sich auf eine bistabile Kipp- 65 Transislorpaares in Verbindung steht,
fc mit zwei symmetrisch zueinander angeordneten Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Er-
insistorpaaren, bei denen jeweils die Emitter und findung kann in den KoUektorzweig der beiden
Kollektoren von einem ersten und einem zweiten Transistorpaare der bistabilen Kippstufe je eine
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