DE2230751A1 - Digitaler schaltkreis - Google Patents

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: FI 971 030

Digitaler Schaltkreis

Die Erfindung betrifft einen digitalen Schaltkreis, insbesondere einen sogenannten Stromübernahmeschalter, mit einem über einen Steuerkreis in zwei Betriebszustände umschaltbaren Schalttransistor.

Derartige digitale Schaltkreise werden insbesondere in Logik- und Speicherschaltungen von digitalen Computern und anderen Digitalsystemen verwendet. Der aus dem US-Patent 2 964 652 bekannte Stromübernahmeschalter hat sich in bezug auf Schaltgeschwindigkeit und Stabilität anderen Schaltkreisen als weit überlegen erwiesen. Dieser Stromübernahmeschalter zeigt aber einen gewissen Nachteil, wenn er in monolithisch intergrierter Technik verwirklicht werden soll. Dieser Nachteil erwächst daraus, daß als Kollektor-Lastelemente der Schalttransistoren Widerstände verwendet v/erden. Da es sich um relativ hochohmige Lastwiderstände handelt, nehmen sie in integrierter Technik relativ große Halbleiterbereiche ein,' so daß die Schaltkreisdichte erniedrigt und die Kosten wesentlich erhöht werden. Außerdem sind derartige integrierte Widerstände mit hohen Toleranzen verbunden.

Wählt man relativ niederohmige Widerstände, dann müssen relativ große Ströme gezogen werden, um die erforderlichen Spannungssprünge zu erzeugen. Hohe Ströme bringen aber hohe Verluste und erfordern kostspielige Kühlmaßnahmen» Das bedeutet aber

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auch, daß die erreichbare Schaltkreisdichte aus thermischen Erwägungen begrenzt ist.

Entsprechende Überlegungen gelten nicht nur für den Stromübernahmeschalter sondern auch für andere digitale Schaltkreise, beispielsweise Dioden-Transistor- und Transistor-Transistor--Logikschaltungen, bei denen als Kollektor-Lastelemente Widerstände verwendet werden.

Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, bei digitalen Schaltkreisen Lastelemente vorzusehen, die hochohmig sind und bei ihrer Verwirklichung in integrierter Technik nur relativ kleine Halbleiterbereiche einnehmen, so daß die erforderlichen SpannungsSprünge bei niedrigen Strömen und damit geringer Verlustleistung erzielt werden und daß eine hohe Integrationsdichte gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Kollektor-Lasteleraent ein zweiter, komplementärer Transistor mit seinem Kollektor an den Kollaktor des Schalttransistors angeschlossen ist. Als besonders vorteilhaft erweist sich diese Maßnahme bei einem Schaltkreis, bei dem der Emitter des Schalttransistors und der Emitter eines dritten Transistors an eine gemeinsame Stromquelle angeschlossen sind und eine Stromübernahmeschaltung bilden. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, daß an die Kollektoren von Schalttransistor und komplementärem Lasttransistor eine Begrenzerschaltung zur Verhinderung der Sättigung angeschlossen ist. In einem einfachen Ausführungsbeispiel besteht die Begrenzerschaltung aus einem Diodenpaar. Bei integriertem Aufbau erhält man eine besonders hohe Integrationsdichte dadurch, daß der Schalttransistor vertikal und der Lasttransistor lateral aufgebaut ist.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Stromübernahmeschalters näher erläutert.

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Als Steuerkreis für den Stromubernahraeschalter dienen zwei NPN-Transistoren Ql und Q2, deren Basen Ib, 2b an Eingangsleitungen II, 12 angeschlossen sind. Die Kollektoren Ic und 2c der beiden Transistoren sind über eine Leitung 1 an Masse gelegt. Die Emitter Ie und 2e sind über eine Leitung 2 mit einem gemeinsamen Knoten 3 verbunden. An diesem Knoten 3 liegt der Emitter 3e eines den Schalttransistor bildenden NPN-Transistors Q3. Die Basis 3b dieses Transistors liegt an einem Bezugspotential V_n„-,. Außerdem ist an den Knoten 3 eine Leitung 4 der Kollektor 4c eines eine Stromquelle bildenden NPN-Transistors Q4 angeschlossen,, dessen Basis 4b an eine Spannungsquelle V2 und dessen Emitter 4e an den einen Anschluß eines Widerstandes Rl gelegt ist. Der andere Anschluß dieses Widerstandes liegt an einer Spannungsquelle Vl. Der Kollektor 3c des Schalttransistors Q3 ist über eine Leitung 5 mit dem Kollektor 5c eines Lasttransistors Q5 verbunden. Der Lasttransistor QS ist ein lateraler PNP-Transistor, dessen Emitter 5e mit dem einen Anschluß eines Widerstandes R2 verbunden ist. Der andere Anschluß dieses Widerstandes liegt an einer Spannungsquelle V3. Die Basis 5b des Transistors Q5 ist über eine Leitung 6 an Masse angeschlossen.

Zwei als Diode geschaltete Transistoren D6 und D7 bilden die Begrenzerschaltung. Die Kollektor-Basisübergänge beider Transistoren sind kurzgeschlossen, so daß sich die Diodenwirkung ergibt. Der Emitter 6e der Diode D6 ist an eine Leitung 7 geführt, die wiederum mit der Leitung 5 verbunden ist. Der Kollektor"7c, also die Anode der Diode D7, ist ebenfalls mit der Leitung 7 verbunden. Die Basis 6b der Diode D6 ist mit dem Kollektor 6c kurzgeschlossen, der seinerseits an eine Spannungsquelle V4 angelegt ist. Die Basis 7b der Diode D7 ist mit dem Kollektor 7c kurzgeschlossen. Der Ausgang O des Schaltkreises liegt am gemeinsamen Verbindungspunkt der Serienschaltung zweiter NPN-Transistoren Q8 und Q9. Die Basis 8b des Transistors Q8 ist an die Leitung 7 und damit an die Leitung 5 angeschlossen. Der Emitter 8e liegt an einer zum

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Ausgang O geführten Leitung 9. Der Kollektor 8c ist über eine Leitung 10 mit der Leitung 6 verbunden. An den Ausgang 0 ist auch über die Leitung 9 der Kollektor 9c des Transistors Q9 geführt, dessen Basis 9b über eine Leitung 8 mit der Basis 4b des Transistors Q4 und damit mit der Spannungsquelle V2 verbunden ist. Der Emitter 9e des Transistors Q9 liegt an dem einen Ende eines Widerstandes R3, dessen anderes Ende über eine Leitung 11 mit der Spannungsquelle Vl verbunden ist.

Es sei nunmehr kurz die Wirkungsweise dieses Schaltkreises beschrieben. Der Transistor Q4 wirkt als Stromquelle, die einen festgelegten Strom entweder über den Schalttransistor Q3 oder einen oder beide der den Steuerkreis bildenden Transistoren Ql, Q2 zieht. Liegt das Potential an beiden Eingänge ti und 12 unterhalb dem Bezugspotential V™« an der Basis 3b des Transistors Q3, so fließt der von der Stromquelle gelieferte Strom vollständig durch den Transistor Q3. Ist das Potential am Eingang Il jedoch höher als das Bezugspotential, so fließt der von der Stromquelle gelieferte Strom durch den Transistor Ql. Entsprechendes gilt, wenn das Potential am Eingang 12 höher als das Bezugspotential ist, dann fließt der Strom durch den Transistor Q2. Der Transistor Q5 bildet den Kollektor Lastwiderstand für den Schalttransistor Q3. Wird der Schalttransistor Q3 in den leitenden Zustand gebracht, so fällt das Potential an den Kollektoren 3c, 5c der Transistoren Q3, Q5, dagegen steigt das Potential an diesen Kollektoren, wenn der Schalttransistor Q3 gesperrt wird.

Dieser Spannungssprung an den Kollektoren 3c, 5c der Transistoren Q3, Q5 wird durch die Begrenzerwirkung der Dioden D6, D7 begrenzt. Die Diode D7 begrenzt die Spannung nach oben hin und die Diode D6 begrenzt die Spannung nach unten hin. Dadurch wird erreicht, daß die Transistoren Q3 und Q5 außerhalb der Sättigung gehalten werden und daß damit ihre Schaltgeschwindigkeit erhöht wird.

Der Transistor Q8 wirkt als Emitterfolger, dessen Emitterwiderstand durch den Transistor Q9 gebildet wird. Das Signal an

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den Kollektoren 3c, 5c wird über die Leitung 7 zur Basis 8b des Transistors Q8 geleitet. Der Emitter 8e des Transistors Q8, also der Ausgang O, folgt diesem Signal. Das Signal am Ausgang 0 entspricht also dem Signal am Kollektor 3c des Transistors Q3.

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Claims (6)

- 6 PATENTANSPRÜCHE

1.) Digitaler Schaltkreis mit einem über einen Steuerkreis in zwei Betriebszustände umschaltbaren Schalttransistor, dadurch gekennzeichnet, daß als Kollektor-Lastelement ein zweiter, komplementärer Transistor mit seinem Kollektor an den Kollektor des Schalttransistors angeschlossen ist.

2. Digitaler Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Schalttransistors und der Emitter eines dritten Transistors an eine gemeinsame Stromquelle angeschlossen sind und eine Stromübernahmeschaltung bilden.

3. Digitaler Schaltkreis nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kollektoren von Schalttransistor und komplementärem Lasttransistor eine Begrenzerschaltung zur Verhinderung der Sättigung angeschlossen ist.

4. Digitaler Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaltung aus einem Diodenpaar besteht.

5. Digitaler Schaltkreis nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er monolithisch integriert ist.

6. Digitaler Schaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor vertikal und der Lasttransistor lateral aufgebaut ist.

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