DE2300189C3 - Schaltwerk - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Schaltwerk bestehend aus einem mit einer Taktimpulsquelle verbundenen UND-Glied zum Verknüpfen von an mehreren Eingangsklemmen liegenden binären Schaltvariablen und einem bislabilen Multivibrator mit einer Ausgangsklemme, der über ein am Ausgang des UND-Gliedes liegendes, einen Ausschalttransistor und einen Einschalttransistor enthaltendes Schaltnetz gesteuert wird, wobei die Basis des Einschalttransistors an das UND-Glied angeschlossen ist, an dem die Taktimpulsquelle ebenfalls anliegt, und die Verbindung zwischen der Basis des Einschalttransistors und dem UND-Glied so erfolgt, daß beim Anlegen des Taktimpulses, abhängig von den binären Schaltvariablen ein Strom in bzw. aus der Basis gewährleistet ist, und außerdem über das Schaltnetz der bislabile Multivibrator in einen definierten Zustand gebracht werden kann.

Ein derartiges Schaltwerk ist anwendbar für digitale Rechenanlagen, insbesondere für Verknüpfungsglieder zur Ausführung der logischen Verknüpfungen UND, nnFR NICHTund deren Kombinationen.

Ein Schaltwerk mit dem eingangs genannten Aufbau ist bei einem JiMvlaster-Slave- Flip-Flop bekanntgeworden (vgL radfio fernsehen elektronik 21 [1972] 23, S. 749,753), bei dem Einschalt- und Ausschalttransistor emittergekoppelt sind und emittersehig taktgesteuert einen den Slave teil bildenden bistabilen Multivibrator schalten, wobei dieses Flip-Flop eingangsseitig UND-Glieder enthält Dieses Speicher-Flip-Flop weist zwei Multivibratoren auf, ist kompliziert aufgebaut und für dynamische logische Verknüpfungen nur wenig geeignet

_f Weiteristesb^kannt(vgl.Elektronik[1969]4,S. 124), " daß ein bistabUef Multivibrator in nichtsymmetrischer Darstellung ein zweistufiger Schaltverstärker ist, dessen Ausgang auf den Eingang rückgekoppelt ist

Es sind auch Impulslogikeinrichtungen zur Ausführung der Funktionen UND, ODER, NICHT und deren Kombinationen bekannt, die einen mit einer Taktimpulsquelle verbundenen logischen Eingangskreis, einen rückgekoppelten Verstärker und einen Steuerkreis für die Mitkopplung des Verstärkers enthalten und bei denen die Informationsspeicherung im Laufe des vorgegebenen Zeitabstandes durch regenerative Impulsdehnung erfolgt (s. Sammelband »Mikroelektronika«, Heft 3, 19b9, Verlag »Sowetskoje Radio«, S. 314). Hierbei werden auf den logischen Eingangskreis der Einrichtung Taktimpulse einer ersten Phase und auf den Kreis der regenerativen Impulsdehnung bzw. auf den Steuerkreis für die Mitkopplung des rückgekoppelten Verstärkers Impulse einer zweiten Phase gegeben. Die Taktimpulse der ersten und zweiten Phase haben ein Verhältnis gleich zwei und sind gegeneinander um eine halbe Periode verschoben. Außerdem werden zum Sperren des Verstärkers Hilfstaktimpulse von den Impulsen der ersten und zweiten Phase entgegengesetzter Polarität benutzt.

Ein Nachteil dieses Schaltwerks ist die Benutzung einer beträchtlichen Anzahl von Impulsspeisequellen. Dies erschwert die Verdrahtung der Speisekreise in der Rechenanlage, erhöht die Zahl der Speisungseinführungen in den Modulen der Elemente und erschwert die Konstruktion der Taktimpulsformer. Darüber hinaus werden an die Form der Taktimpulse, insbesondere an das Verhältnis von deren Phasen, ziemlich hohe Anforderungen gestellt. Die Arbeitsgeschwindigkeit bekannter Schaltwerke ist dadurch begrenzt, daß der Ausschaltstrom nicht hinreichend groß gewählt werden kann, da der Einschaltstrom und der Ausschaltstrom gegenseitig abhängig sind und der Einschaltstrom den Belastungsstrom des vorhergehenden Schaltwerks bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltwerk für logische Verknüpfungen zu schaffen, das frei von den erwähnten Mängeln ist. also eine minimale Anzahl von Impulsspeisequellen und eine geringe Anzahl von Schaltungselementen aufweist sowie hierbei eine hinreichend hohe Arbeitsgeschwindigkeit hat.

Die Aufgabe wird bei einem Schaltwerk der eingangs genannten Art zur Ausführung der Funktionen UND, ODER, NICHT und deren Kombinationen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindung zwischen der Basis des Einschalttransistors und dem UND-Glied mittels einer Speicherschaltdiode erfolgt, daß der Emitter des Einschalttransistors und der Kollektor des Ausschalttransistors vereinigt und an den Eingang des bistabilen Multivibrators gelegt sind, daß der Kollektor des Einschalttrapsistors über eine weitere Speicherschaltdiode mit der Basis des Ausschalttransistors und

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über einen Widerstand mit der Taktimpulsquelle verbunden ist

Für das eingangsseitige UND-Glied wird zweckmä-Bigerweise ein Dioden-Widerstands-Sxhaltkreis benutzt, wobei die Ausgangsdiode des UND-Glieds die Speicherschaltdiode ist, während der Widerstand an die mit dem Schaltnetz des bistabilen Multivibrators gemeinsame Taktimpulsquelle angeschlossen ist
' Es fet auch zweckmäßig, das eingangsseitige UND-Glied mit einem Mehremittertransistor auszuführen, wobei der Kollektor des Mehremittertransistors mit der Basis des Einschalttransistors und einer der Emitter mit der mit dem Schaltnetz des bistabilen Multivibrators gemeinsamen Taktimpulsquelle verbunden ist.

Ein UND-Glied als Dioden-Widerstands-Schaltkreis oder als integrationsfähigen Mehremittertransistor auszuführen ist an sich bekannt (vgl. z. B. radio fernsehen elektronik 21 [1972] 23, S. 749, /53).

Der erfindungsgemäße Aufbau des Schaltwerks gestattet es, die Anzahl der Taktimpulsquellen bis auf ein Mindestmaß (eine Quelle) zu reduzieren, die Anforderungen an die Form und das Phasenverhältnis der Taktimpulse zu vermindern und die Anzahl der Bauelemente der Schaltung zu senken. Hierbei wird auch die Arbeitsgeschwindigkeit des Schaltwerks, dank der erzwungenen Umschaltung des bistabilen Multivibrators durch die großen und voneinander unabhängigen Ströme des Einschalt- und Ausschalttransistors erhöht.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das elektrische Schaltbild des erfindungsgemäßen Schaltwerks,

Fig.2 eine Variante des UND-Gliedes des erfindungsgemäßen Schaltwerks und

F i g. 3a, 3b die Form der Taktimpulse zur Steuerung des erfindungsgemäßen Schaltwerks.

Das Schaltwerk gemäß F i g. 1 enthält eingangsseitig ein UND-Glied 1. ausgangsseitig einen bistabilen Multivibrator 2 und ein Schaltnetz 3 zur Steuerung des bistabilen Multivibrators 2. Das UND-Glied 1 ist auf der Grundlage eines Dioden-Widerstands-Schaltkreises mit Eingangsdioden 4 und einer Speicherschaltdiode 5, die an einen Widerstand 6 angeschlossen sind, aufgebaut. ^₅ Die Speicherschaltdiode 5 ist eine Diode mit Ladungsspeicherung, d. h. die Trägerlebensdauer ist bei dieser Diode größer als die Trägerlebensdauer bei den sonstigen Dioden und Transistoren der Schaltung. Der Widerstand 6 des UND-Glieds 1 ist an den Ausgang 7 der Taktimpulsquelle (in F i g. 1 nicht eingezeichnet) gelegt. Der Ausgang 8 des UND-Glieds 1 ist an den Eingang des Schaltnetzcs 3 zur Steuerung des bistabilen Multivibrators 2 angeschlossen.

Der bistabile Multivibrator 2 ist als Zweistufenverstärker mit Transistoren 9 und 10 in Emitterschaltung ausgeführt. Hierbei ist der Ausgang der zweiten Stufe, die als Ausgang 11 des Multivibrators 2 dient, über den Widerstand 12 mit dem Eingang der ersten Stufe verbunden, die als Eingang 13 des Multivibrators 2 dient. (,₀ Der Stromkreis des Widerstandes 12 bildet den vom Schaltnetz 3 gesteuerten Rückkopplungskreis des Multivibrators 2.

Als Multivibrator 2 kann ein beliebiger rückgekoppelter Verstärker mit gesteuerter Mitkopplung bzw. ein _()S anderer nichtlinearer Verstärker, der eine steuerbare Impulsformdauer hat, benutzt werden.

zs Schaltnetz 3 zur Steuerung des Multivibrators 2 enthält einen Einschalttransistor 14 und einen Ausschalttransistor 15. wobei der Emitter des Einschalttransistors 14, der Kollektor des Ausschalttransistors 15 und dor Eingang 13 des bistabilen Multivibrators 2 verbunden sind, während der Kollektor des Einschalttransistors 14 über eine Vorspannungs-Diode 16 mit der Basis des Ausschalttransistors 15 in Verbindung steht. Die Vorspannungs-Diode 16 ist wie die Diode 5, eine Speicherschaltdiode. Der Kollektor des Einschalttransistors 14 ist über einen Widerstand 17 mit dem Ausgang 7 der Taktimpulsqueile und seine Basis ist mit dem Ausgang 8 des UN D-Glieds 1 verbunden.

Es sind Eingänge 18 des UND-Glieds 1 die UN D-Eingänge, Eingänge 19 und 20 Schaltnetz 3 die ODER-Eingänge und der Ausgang 11 des Multivibrators 2 der Ausgang des Schaltwerks.

Das erfindungsgemäße Schaltwerk kann auch mit einer anderen Variante des UND-Glieds gemäß Fi g. 2 ausgeführt sein. Bei dieser Variante wird zur Stromumschaltung ein Mehremittertransistor 21 benutzt. Hierbei dient der Kollektor des Mehremittertransistors als Ausgang des UND-Glieds 1 und ist mit der Basis des Einschalttransistors 14 verbunden. Ein Emitter 22 des Mehrer.iittertransistors ist mit dem Ausgang 7 der Taktimpulsquelle verbunden, während die restlichen Emitter als die Eingänge 18 des Schaltwerks dienen. Die Basis des Mehremittertransistors 21 ist über einen Widerstand 23 mit einer mit der Speisequelle des bistabilen Multivibrators 2 vereinten Speisequelie £ verbunden.

Als Eingangskreis kann auch jeder andere logische Kreis, der die Funktionen UND, ODER und deren Kombinationen ausführt, benutzt werden. Der logische Kreis muß einen in die Basis des Einschalttransistors 14 fließenden Strom beim Einschalten und einen aus der Basis fließenden Strom beim Ausschalten des Schaltwerks sicherstellen (für npn-Transistoren, wie gemäß Fig.l).

Die Form der Taktimpulse zur Steuerung einer Kette von in Reihe geschalteten Schaltwerken zeigt F i g. 3a. 3b.

Auf der x-Achse ist die Zeit und auf der > Achse die Spannung aufgetragen. Γ ist die Imoulsfolgeperiode, 71 die Taktimpulsdauer, 772 die Phasenverschiebung zwischen der in F i g. 3a gezeigten ersten Taktimpulsfolge φι und der in F i g. 3b gezeigten zweiten lmpsfolge φι. Das linpulsverhältnis, d. h. die Beziehung TZT_x, kann < 2 sein.

Die Einrichtung gemäß F i g. 1 funktioniert wie folgt:

Liegt an allen Eingängen 18 dos Schaltwerks beim Eintreffen des nächstfolgenden positiven Taktimpulses der Folge φι das hohem Potential entsprechende L- oder 1-Signal an, so fließt von der Taktimpulsquelle während der Einwirkung des Taktimpulses ein Strom über den Widerstand 6 und die Speicherschaltdiode 5 zur Basis des Einschalttranristors 14. Der Einschalttransistor 14 wird geöffnet und kommt in Sättigung. Hierbei beginnt in seinem Kollektorkreis auch ein Strom von der Taktimpulsquelle über den Widerstand 17 zu fließen. Der Summenstrom von Basis- und Kollektorstrom des Einschalttransistors 14, der aus seinem Emitter fließt, gelangt zur Basis des ersten Transistors 9 des bistabilen Multivibrators 2 und ruft ein schnelles öffnen dieses Transistors 9 hervor. Der Ausschalttransistor 15 und die Vorspannungs-Diode 16 sind in diesem Fall gesperrt, da die Spannung am Kollektor des offenen und gesättigten Einschalttransistors 14 ungenügend für das öffnen zweier hintereinandergeschalteter Übergänge — des

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Überganges der Vorspannungs-Diode 16 und des Emitterüberganges des Ausschalttransistors 15 — ist.

Das öffnen des ersten Transistors 9 hat ein schnelles Sperren des zweiten Transistors 10 des Multivibrators 2 wegen des großen Basissperrstromes zur Folge. Am Ausgang 11 des Multivibrators 2 stellt sich das hohe Potential ein. Hierbei fließt über den Widerstand 12 der Mitkopplung in die Basis des ersten Transistors 9 ein Strom, der den offenen Zustand dieses Transistors 9 aufrecht erhält.

Der beschriebene Einschaltvorgang des Schaltswerks muß im Laufe der Einwirkungsdauer des positiven Taktimpulses der Folge φι, d. h. im Laufe der Zeit 7}. abgeschlossen werden. In der Pause zwischen den positiven Impulsen der Folge φι bleibt der Transistor 9 offen, während der Transistor 10 durch die Mitkopplung des Multivibrators 2 gesperrt bleibt.

Der eingeschaltete Zustand des Schaltwerks bleibt auch während der Einwirkung der nächstfolgenden positiven Taktimpulse der Folge φι beibehalten, wenn an allen Eingängen 18 des Schaltwerks die Einwirkung des hohen Potentials anhält.

Falls beim Eintreffen des nächstfolgenden positiven Impulses der Folge φι das niedrige Potential (O-Signal) an einem der Eingänge 18 des Schaltwerks liegt, so beginnt mit dem Eintreffen dieses Impulses der Folge φι das Ausschalten des Schaltwerks. Zu diesem Zeitpunkt wird der Einschalttransistor 14 des Schaltnetzes 3 für die Multivibratorsteuerung gesperrt, da in der Pause zwischen den Impulsen über die Speicherschaltdiode 5 und den Widerstand 6 in Richtung zum Ausgang 7 der Taktimpulsquelle ein Sperrstrom fließt, der das Sperren des Transistors 14 sichert.

Jetzt fließt während der Wirkung des positiven Impulses der Folge φι ein Strom von der Taktimpulsquelle über den Widerstand 6 und eine der Eingangsdioden 4 zum Eingang 18. mit dem niedrigen Potential und über den Widerstand 17 zur anderen Speicherschaltdiode 16 und weiter zur Basis des Ausschalttransistors 15. Der Ausschalttransistor 15 wird geöffnet, kommt in Sättigung und schaltet in seinem Kollektorkreis den über den Widerstand 12 fließenden Rückkopplungsstrom des Multivibrators 2 um. Außerdem erzeugt er einen großen Sperrstrom im Basiskreis des Transistors 9 und stellt dessen schnelles Sperren sicher. Das Sperren des Transistors 9 hat seinerseits das öffnen des Transistors 10 zur Folge, an dessen Kollektor und somit am Ausgang 11 des Verstärkers 2 das niedrige Potential anliegt

Der Ausschaltvorgang des Schaltwerks wie auch der Einschaltvorgang muß im Laufe der Wirkung des positiven Taktimpulses der Folge φι beendet werden. In der Pause zwischen den Impulsen der Folge φι bleibt der Transistor 9 gesperrt, da seine Basis über den Widerstand 12 am Ausgang 11 des Multivibrators 2, der ein niedriges Potential aufweist, liegt.

Der Transistor 9 bleibt in gesperrtem und der Transistor 10 in offenem Zustand, solange das niedrige Potential an einem der Eingänge 18 des Schaltwerks liegt. Aus dem Dargelegten ist ersichtlich, daß das

ίο Schaltwerk die logische Funktion UND ausführt. Bei dem Anschluß von Zusatz-Expandern an die Eingänge 19 und 20 führt das Schaltwerk die lügische Funktion ODER aus. Und schließlich führt es beim Anschluß eines zusätzlichen NICHT-Glieds an den Ausgang 11 des Schaltwerks die Funktion NANDbzw. NOR aus.

Das beschriebene Schaltwerk ist eine dynamische logische Einrichtung, da die Ein- und Ausschaltvorgänge unter der Wirkung von Taktimpulsen ablaufen und außerdem eine Verzögerung der Information bewirkt wird, d. h. deren Speicherung wird während einer halben Periode der Taktimpulse gesichert.

Zum Unterschied von dem in F i g. 1 gezeigten Schaltwerk funktioniert das Schaltwerk mit einem UND-Glied 1 gemäß Fi g. 2 folgenderweise: Liegt beim Eintreffen eines positiven Impulses der Taktimpulsfolge φι an allen Eingängen 18 des Schaltwerks das hohe Potential, so sind während der Wirkung des Taktimpulses alle Emitter des Mehremittertransistors 21 gesperrt, so daß Strom von der Speisequelle E über den Widerstand 23 zur Basis des Einschalttransistors 14 (Fig. 1) fließt und das Einschalten des Schaltwerks auf oben beschriebene Weise sichert Das Ausschalten des Schaltswerks beginnt mit dem Eintreffen des nächstfolgenden positiven Impulses der Taktimpulsfolge φι, wenn zu diesem Zeitpunkt das niedrige Potential an einem Eingangsemitter des Mehremittertransis«ors 21 (F i g. 2) liegt Hierbei wird durch den Kollektorstrom des Mehremittertransistors 21 der Einschalttransistor 14 (F i g. 1) gesperrt so daß Strom von der Taktimpulsquelle über den Widerstand 17 und die andere Speicherschaltdiode 16 zur Basis des Ausschalttransistors 15 fließt und das Ausschalten des Schaltwerks wie oben beschrieben hervorruft
Beim Zusammenschalten des beschriebenen (logisehen) Schaltwerks zu einer logischen Struktur werden die Taktimpulse der Folgen φι und φ₂ auf die erwähnten Schaltwerke abwechselnd gegeben, und zwar werden auf die Schaltwerke mit den ungeraden Nummern in der logischen Struktur die Impulse der Folge φι und auf die Schaltwerke mit den geraden Nummern die Impulse der Folge q>2 oder umgekehrt gegeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

23 OO Patentansprüche: %

1. Schaltwerk, bestehend aus einem mit einer Taktimpulsquelle verbundenen UND-Glied zum Verknüpfen von an mehreren Eingangsklemmen liegenden binären Schaltvariablen und einem bistabilen Multivibrator mit einer Ausgangsklemme, der über ein am Ausgang des UND-Gliedes liegendes, einen Ausschalttransistor und ein Einschalttransistor enthaltend^
Basis d#

angeschlossen ist, anΓ deWi die Talctimpuisquelle ebenfalls anliegt, und die Verbindung zwischen der Basis des Finschalttransistors und dem UND-Glied so erfolgt, daß beim Anlegen des Taktimpulses, abhängig von den binären Schaltvariablen, ein Strom in die Basis bzw. aus der Basis gewährleistet ist, und außerdem über das Schaltnetz der bistabile Multivibrator in einen definierten Zustand gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Basis des Einschalttransistors (14) und dem UND-Glied (1) mittels einer Speicherschaltdiode (5) erfolgt, daß der Emitter des Einschalttransistors (14) und der Kollektor des Ausschalttransistors (15) vereinigt und an den Eingang (13) des bistabilen Multivibrators (2) gelegt sind, daß der Kollektor des Einschalttransistors (14) über eine weitere Speicherschaltdiode (16) mit der Basis des Ausschalttransistors (15) und über einen Widerstand (17) mit der Taktimpulsquelle (7) verbunden ist.

2. Schaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das UND-Glied (1) ein Dioden-Widerstands-Schaltkreis ist, dessen Ausgangsdiode (5) eine Ladungsspeicherdiode ist und dessen Widerstand (6) an die Taktimpulsquelle angeschlossen ist.

3. Schaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wie bereits bekannt, das UND-Glied (i) mit einem Mehremittertransistor (21) ausgeführt ist, von dem der Kollektor mit der Basis des Einschalttransistors (14) und einer der Emitter (22) mit der Taktimpulsquelle verbunden ist.