DE2330969A1 - Schaltungsanordnung zur erzeugung eines definierten logischen zustandes, insbesondere zur ueberwachungssignalgabe in datenverarbeitungsanlagen - Google Patents

Description

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gontarataatraBe 55 _iK5 -13735

11. JUi 1973

star Erzeugung ©ines definierten logischen Zustandeβ, insbesondere but überwachung»·» elgnalgabe in SateercbeitungHanlagen

Die Erfindune betrifft eine SchaltungBanordnung «ur Erzeugung eines definierten logischen Zustandee an einer diesen Zustand übertragenden Leitung Kittels Halbleiterechaltern swecks Kennseiehnune eines au eberwachenden logieehen Zu— standee_t insbesondere aur Ober»aetwmgflsigna1ga^« in tenverarbeituneiienlagen.

Eine Sclialtungsanordnung dieser Art ist insbesondere in digital arbeitenden Einrichtungen erforderlich, vm ein Oberwachuneeeignal su liefern, das als Abachaltakrlteriuii für solche Slnriohtuneen dient, die nur durch definierte logtache Zuatlnde eneeeteuert werden dürfen. Venn bei« epielsweiee die Betrlebaspannung in einer DatenTerarbeitungßanlaee echwankt, so kSnnen unterhalb einer vors·*» gebenen Renn->Betriebeepennuiig definierte logieche Zuetftnde in den einaelnen funktioneeinheiten sieht aufrechterhalten «erde»· Auagabegerite, die.von einen derart gestörten logischen Zustand eneesfeeuert verdau., kdnnen Undefinierte Ausgaben starten und eooit fehlerhafte Oaten liefern. Beispielsweise kann in unkontrollierter Weise ein Sehrelbwexk bettUgt oder aueh eia Kernspeicher ange-

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steuert werden, wobei die in ihn gespeicherten Informationen, gegebenenfalls zerstört werden.

Werden digitale Funktionseinheiten einer Datenverarbeitungsanlage, die miteinander in Wechselwirkung stehen, durch mehrere Versorgungsspannungen gespeist, so können neben den beschriebenen ftetzspannungsschwankungan auch beim Ausschalten bsw· Einschalten des Stroraversorgungsnetzes die einzelnen Versorgung spannungen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten abfallen baw· ihren Nennwert erreichen. Somit kann dar fall eintreten, daß ein· Funktionseinheit swar ihre volle Versorgungsepannung erhllt, jedoch durch «Ina andere Funktionseinheit alt einer Undefinierten digitalen EingangsgrSe« angesteuert wird·

Es 1st also erforderlich, für fahl·? badinganda Vorginge dar baaehriabanan Art «Sglichst sohnall «in Kanns«ichmingwalgnai su erm«ugan und daait dan Jeweils su überwachenden logischen Zustand, also beispielsweise den Spannungssustand »Inas StroBTaraoygungsgarits bai einer vorgegebenen Abweichung su keansaleanen· Sa soll aixten f«at vorgegebenen logiochan Zustand liefern, dar unabhängig von einer B«trieb»apanramg di· Abschaltung fehlerhaft arbeitander oder fehlerhaft angesteuerter iunktioneeinheiten suverllssig gawlhrleietet·

Innerhalb einer Datanverarbaltungsanlag· soll «la tlgas Kann—iobtnings8ignal auf einer b#aondU»ran Signallei— tung trseugt werden. Diese könnt· a.B. aus einer Kettenschaltung von Schaltern bestehen, dl· jewella «iner Tunk· tionsainheit bsw. Stroeversorgungseinhait sugaordnat una bai Vorliegen Aar ,Jeweiligan oydnupgwgaaABan funktion ge» schlossen sind· Bai fehlerhafter Arbeitawais· einer dar ubarwaehtan Einrichtungan würda dar ihr »ugeordnet· Schal*

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ter geöffnet und die gesamte Kettenschaltung stromlos, so daß damit gleichseitig ein den Fehlersustand einer Einrichtung kennzeichnendes Kriterium erzeugt wSre· Die Anwendung einer Kettenschaltung ist jedoch idt dem Nachteil verbunden, daB eine Änderung der Anlage, ζ·Β· die Entnahme oder die zusätzliche Einfügung einer zu überwachenden Einrichtung, inmer mit elektrischen und konstruktiven Änderungen der beachriebenen Kettenschaltung verbunden ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines definierten logischen Zustandes zu schaffen, die allein durch den zu überwachenden logischen Zustand gespeist wird und somit ohne eine besondere Betriebsspannung arbeitet« Sie soll außerdem eine einfache Signalgäbe ermöglichen, die keine Änderungen elektrischer oder konstruktiver Art bei Änderungen der gesagten überwachten Anlage erfordert·

Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgeia&B derart ausgebildet, daS der zu überwachende Zustand auf die Steuer«· strecke einer durch ihn leitend gesteuerten Schaltervorrichtung geschaltet ist, deren Sehaltstrecke in den Steuerstromkreia einer an ihrer Schaltstrecke den definierten Zustand abgebenden Halbleiteranordnung ait Thyristoreigenßchaften geschaltet ist und daS der Anodenpunkt dieser Halbleiteranordnung mit deren Steuerelektrode über einen ohmsehen Widerstand verbunden ist·

Diese Schaltungsanordnung arbeitet ohne eine Betriebsspannung und kann lediglich durch zwei unterschiedliche, an ihrem Steuereingang erscheinende logische Zustünde durchgeschaltet werden und bei Wegfall dee Steuerstroms vergleichsweise starke Ströme führen· An einer Signalleitung

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erzeugt sie dann da& ilrileriuiü υ « ο. jis ist somit eine Anordnung verwirklicht, die unabhängig von einer besonderen Betriebsspannung und deren Schwankungen allein durch das sie steuernde Signal geschaltet; wird und dabei das Schaltverhalten eines Ruhekontaktο hat· Sie kann deshalb gemeinsam mit anderen, gleichartig arbeitenden «Schaltungen in Parallelschaltung an einer Signallei tung, betrieben werden, ohne über diese das Schaltvernalten der anderen schaltungen zu beeinflussen. Im uegensatz zu einer reinen i'hyristorschaltunß kann die Schaltungsanordnung nach der Erfindung an ihrem Steuereingang auch gelöscht werden, wozu lediglich der Steuerstrom anzuschalten ist· Ein besonderer Vorteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß die an ihrer Schaltstreclce zur Durchführung eines Schaltvorgangs erforderliche Spannung bis zu Werten abgesenkt werden kenn, die praktisch gleich der ist durchgeschalteten Zustand an ihr abfallenden Sättigungsspmnnung sind· Dies liegt daran, daß durch den ohmsehen Wideretand ein Strom zu dem von ihm nicht überbrückten üalbleiterelewent möglich ist, der zur Einleitung eines Zündvorgange nur so groß sein muß, daß dieses Halbleiterelement eine über 1 liegende Stromverstärkung hat·

Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann einer jeweils auf ihre funktion zu überwachenden Einheit zugeordnet werden» So kann sie beispielsweise Bestandteil eines StromversorgungsgerSts oder sonstiger Einheiten einer Datenverarbeitungsanlage sein· Hehrere vorhandene Überwachungsschaltungen dieser Art können dann einander parallel an eine ihnen gemeinsame Signalleitung bzw« SaiOiüölleitung angeschlossen werden, an die sie den von ihnen Jeweils erzeugten definierten logischen Zustand liefern und die mit einer Steuervorrichtung verbunden sein kann, welche die Abschaltung; gegenüber Undefinierten Ein-

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gangowerten empfindlicher Funktionseinheiten bewirkt.

Ια weiturer Ausbildung des ErfiiiduiigiJijedari^enc v/ird der ohmsche Widerstand üwecioaäßits entsprechend dor im leitenden Zustand der iialbleiteranordnung au ihm liegenden Spannung und dem bei gesperrter Schalüstrecke der oohaltervorriehtung durch die Steuerstrecke dea von diesem Wider*- stand nicht überbrückten ^albleiterolüocrius fließenden Strom dimensioniert. Bei einem derart bemessenen ohmschen Widerstand ist die Zündspannung der Halbleiteranordnung praktisch gleich der in durchgecchälbeten Zustand an ihr liegenden Sättigungsspannung. Der sum Zünden erforderliche Strom liegt für beide iialbleiteranordnunsen in der Größenordnung einiger Hikroampdre, ao daß eine uit der Schalt«» strecke verbundene Saounellei fcung lainiiaal belastet wird·

Die Schaltungsanordnung nach der Erfinduno; kann vorteilhaft und unter goringatiBÖglicheia Aufwand derart ausgebildet sein, daß die Halbleiteranordnung mit xTiyristoreigenschaften aus einem aweiten, den Steuersbromkreis bildenden i-ranaietor und einem dritten, mit seinem Emitter den Anodenpunkt bildenden Translator besteht und daS der dritte !Transistor nit eine» üaeie-Eaitterwiderstand versehen let, der entsprechend der Summe der bei gesperrter Halbleiteranordnung fließenden Kollektor^Basie-Beetetröme dee «weiten und des dritten irensistorß dimensioniert 1st·

Kit einer derartigen Ausbildung der Schaltungsanordnung läßt sieh die praktische Ubereinatixtunung von Sättigungsspannung und ^"^"j^tn^mg besonders einfach errelohen, denn der genannte ohasche Viderstand und der Laals-Wiltttrwiderstand können durch ihre gegenüber den Transistoren getrennte Ausführung den verschiedensten Trensietortjpen angepaßt werden und ereöglichen somit eine Beibe—

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hai tune der mit der Erfindung erzielbaren Vorteile für praktisch alle Leistungsklassen verwendeter Transistoren*

Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfinduno wird im folgenden anhand der Figur beschrie» ben.

Die Figur zeigt als Ausführungsbeispiel eine Schal tungs· anordnung, bei der die Halbleiteranordnung mit Thyristor· eigenschaften durch zwei Transistoren verwirklicht ist, die jeweils mit einer Basis und einem Kollektor zusammengeschaltet sind· Eine derartige Anordnung zweier Transistoren ist als Ersatz schal tune für einen Thyristor an sich bekannt. Ein .Thyristor besitzt praktisch die Kennlinie einer Vierschichtdiode· Wenn die an seiner Sehaltstrecke liegende Spannung einen vorgegebenen Wert überschreitet, so erfolgt ein Zündvorgang, und die Schaltstrecke geht in den leitenden Zustand über» An seiner Steuerelektrode 1st bei konstanter Schaltstreckenspannung ein Zündstrom er* forderlich· Dieser ist von der Schaltstreckenspannung und dem Schaltetreckenstrom unabhängig· Der Läschvorgang eines Thyristors wird durch ein Absinken des Scheltstreckenctrome unter «inen vorgegebenen Wert hervorgerufen, Eine Löschung über die Steuerelektrode würde gegebenenfalls einen Steuerstrom in der Größenordnung dee jeweiligen Anodenetrome in zum Zündetroo entgegengesetzter Richtung erfordern· Deshalb wird das Löschen im Steuerstromkreie normalerweise nicht durchgeführt·

Ia Unterschied zu dieser Funktionsweise eines Thyristors bsw. einer Vierschichtdiode arbeitet eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung In «Ilen Eigenschaften pmktisch unabhängig von der Schal te treck en* pawning und de« SchAltatreckenatroB. Dies wird dadurch g*w£hrl*ist«t,

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daß zusätzliche_t in bestimmter und noch zu beschreibender Weise dimensionierte Widerstände der Halbleiteranordnung mit Thyristoreigenschaften zugeordnet sind·

Sie in äev Figur gezeigte Schaltungsanordnung ist mit einem Eingang I und einem Ausgang II dargestellt· An den Eingang I wird der zu überwachende logische Zustand angeschaltet, am Ausgang II erscheint der mit der Schaltungsanordnung erzeugte definierte logische Zustand· Sie in der figur gezeigte Anordnung besteht aus drei Transistoren OM, 'J22 und T3, von denen die Transistoren £2 und ?3 nach Art einer Thyristorersatzschaltung zusammengeschaltet sind· Dies bedeutet, daß der Kollektor des Transistors T2 mit der Basis des !Transistors T3 und der Kollektor des Transistors TJ mit der Basis des Iraneistors T2 verbunden sind· Somit entspricht einer dieser Verbindungepunkte der Steuerelektrode für die aus den Transistoren T2 und TJ gebildete Oüiyrietoranordnung. Bei dem in der Figur gezeigten Aueführunssbeispiel 1st dies der Verbindungspunkt der Basis des Transistors T2 mit dem Kollektor des Transistors 3?3· An diesem Steuerelektrodenpunkt G liegt der Kollektor eines steuernden Transistors TI, dessen Emitter wie auch der Emitter des Transietore T2 auf Bezugepotential geschaltet ist« Die Basi* des Transistors Ti ist mit dem Steuereingang I verbunden*

Der Ausgang H₉ der durch den Emitter des Transistors T3 gebildet wird, ist susitzllch alt den Verbindungspunkt der Basis des Transistors T3 und des Kollektors des Transietors T2 über einen ohmschen Widerstand R2 und mit dem Steuerelektrodenpunkt G durch einen ohmschen Widerstand B3 verbunden»

Sie in der Figur gezeigte Schaltungsanordnung ist gesperrt*

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wenn den Transistor Ti ein Eingangsstrom eingeprägt wird· Dadurch wird dieser Transistor TI in den leitenden Zustand versetzt, so daß die Basis des Transistors T2 auf Bezugspotential liegt und dieser somit gesperrt ist. Durch die Sperrung des Transistors T2 liegt auch die Basis des Transistors T3 praktisch auf dein Potential seines Emitters, so daß auch der Transistor TJ gesperrt ißt· Durch den Widerstand R2 fließt in diesem Zustand die Summe der Kollektor-Basis-Restströme der beiden Transistoren T2 und I'3, die in noch 2u beschreibender Weise die Dimensionierung des Widerstandes B2 bestimmen·

Wenn nun der durch den am Eingang I eingeprägten Strom v/iedergegebene Zustand geändert wird und der steuernde Strom so weit abfällt, daß der Transistor Ti gesperrt wird, so fließt ein Strom über den Widerstand E3 und die Basis—Eaitterstrecke des Transistors T2· Dadurch wird der Transistor T2 leitend und bewirkt einen Stromfluß durch die Basis-Emitterstrecke des Transistors T3· Dadurch kann in dem Transistor T3 ein Kollektorstrom flieseen, der sich dem Basis-Emitterstrom des Transistors T2 addiert und somit den Effekt einer Mitkopplung zur Folge hat.

Im folgenden soll nun der Zündvorgang der Schaltungsanordnung naher betrachtet werden, um die von jeglicher Betriebsspannung unabhängige Wirkungsweise zu verdeutlichen« Die Zündspannung der Anordnung ist im gesperrten Zustand des Transistors T1

V R*» ^Vig " ^VBE2 ⁺

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Die Bättigungsspannung V_ßat der Schaltungsanordnung kann for den gesperrten Zustand deo Transistors JM folgendermaßen angegeben werden:

^Vsat

Aus diesen Beziehungen 1st zu ersehen, daS die Zündspannung durch geeignete Diaensionierung der Widerstände R2 und H? sehr klein gehalten werden kann· Sie kann so eingestellt werden, daß sie mit einem sehr hochohmigen Widerstand K5 praktisch der SSttigungsspannung V^ des gesamten Schalters bei dem geschalteten Strom entspricht·

Zur weiteren Erläuterung dieses Verhaltens wird im folgenden ein Zahlenbeispiel gegeben. Hierzu sei vorausgesetzt, daß der Ausgang XX der Schaltungsanordnung mit einer Signalleitung verbunden ist, die einen Widerstand von 100 Oha an einer Spannung von 10 Volt darstellt· Der zu schaltende Strom beträgt dann 100 BiA. IM die Sättigungsspannung des Schalters zu ermitteln, muß vorausgesetzt werden, daß deT zu schaltende strom über die Basis-Enitterstrecken der Transistoren T2 und Ϊ3 fließt und aus dieses Grunde eine Jeweilige hohe Basis-Emitterspannung zur Folge hat« Für einen beispieleweieen Wert der jeweiligen Baßie-Emitterspannung vom 1 Volt und der jeweiligen Eollektor-Baitterspannung von 0*2 Volt let dann die Slttigungsspannung

(3)

Wi* bereite beschrieben, soll der Widerstand H2 entsprechend der 8iu»Be der aaxiaalen Kollektor-Basis-Beetetrö»· der Tranflletoren T2 und T3 für den gesperrten Zustand der Schaltungsanordnung dimensioniert werden, d* diese

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Ströme iia gesperrten Zustand über den Wideretand R2 fließen. Wenn die Stronwerte beispielsweise 0,05 &A. betragen und ein Spannungsabfall am Widerstand R2 von beispielsweise 0,2 Volt noch zur Sperrung des 'Dransistors T3 ausreicht, so ergibt sich für den Widerstand E2 ein Widerstandswert von 2 Kiloohm·

Uenn bein übergang in den leitenden Zustand die Basis· ELiittorspannung des Transistors i'3 beispielsweise 0,7 Volt beträgt, so muß der transistor T2 in diesem Zustand einen lCollektorstroin führen, der sich aus der genannten spannung und dem Widerstand R2 für das angenommene Beispiel mit 0,35 EiA berechnet· Der entsprechende Basisstrom hat dann bei einer Stromverstärkung dieses Sransistors 22 von E μ 20 einen Wert von 0,02 mA·

Wenn die Zündspannung der Schaltungsanordnung der Sättigungsspannung gleich sein soll, so muß der Widerstand K3 no dimensioniert werden, daß in ihm bei der Spannungsdifferenz V j. - Vy₁Jg ein Strom von 0,02 qA fließt. Wenn die Basis~länitter8pannung des Transistors ΐ2 bei dem zuvor angenommenen Strom von 0,35 laA einen Wert von 0,6 Volt hat, so berechnet sich der Widerstand H3 dann zu 30 Kilo« ohm.

Daraus ist zu ersehen, daß der am Ausgang II der Schaltungsanordnung erscheinende Innenwiderstand für den gesperrten Zustand einen Wert von 30 Kiloohm hat und daher gegenüber dem Widerstand der zu beschal tendon Leitung, detx· mit 100 0hm angenommen wurde, sehr hochohnig ist« Me Anschaltung auch mehrerer Schaltungsanordnungen der vorstehend beschriebenen Art an eine Signalleitung 1st deshalb nicht mit einer Beeinträchtigung des auf dieser Leitung Jeweils

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erzeugten Potentialssustandes verbunden. Wenn eino der angeschalteten Schaltunssanordnungen infolge einer Zustandsänderung an ihrem Eincang durchgeechaltet wird_f so gelangt die Sißnalleitunß in einen definierten ",ustand, der praktiseh der LeitungßBpannung O Volt entspricht, uobei dieeer Zustand unabhängig von der Zahl der durchgeschalteten Schal· tungsanordnungen beibehalten wird, bis alle an die Oignalangeschalteten Einheiten wieder gesperrt sind·

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines definierten logischen Zustandes an einer diesen Zustand übertragenden Leitung mittels Halbleiterechaltern zwecks Kennzeichnung eines zu überwachenden logischen Zustandes, insbesondere zur Überwachungssignalgabe in Datenverarbeitungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der zu überwachende Zustand auf die Steuerstrecke einer durch ihn leitend gesteuerten Schaltervorrichtung (T1) geschaltet ist, deren Sehaltstrecke in den Steuerstroakreis einer an ihrer Schaltstrecke den definierten Zustand abgebenden Halbleiteranordnung (T2_f T3) mit Thyristoreigenschaften geschaltet ist und daß der Anodenpunkt (II) dieser Halbleiteranordnung (T2, T3) mit deren Steuerelektrode (G) über einen ob&sohen Widerstand (R3) verbunden ist*

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmwclm Widerstand (R3) entsprechend der im leitenden Zustand der Halbleiteranordnung (T2, T3) an ihm liegenden Spannung und dem bei gesperrter Schaltstrecke der Schaltervorrichtung (T1) durch die Steuerstrecke des von diesem Widerstand (R3) nicht Überbrückten Halbleiterelements (72) fließenden Strom dimensioniert ist«

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung (22, T3) mit Thyristoreigenschaften aus einem zweiten, den Steuerstromkreis bildenden Transistor (T2) und einem dritten, mit seinem Emitter den Anod punkt (IX) bildenden Transistor (T3) besteht und daß der dritte Transistor (T3) mit einem Basis-Emitterwiderstand (R2) versehen ist, der entsprechend der Summe der bei gesperrter Halbleiteranordnung (T2, T3) fließenden Kollektor-Basis-Reststrdme des zweiten und des dritten Transistors (T2, T3) dimensioniert ist.

4. SchaltungsanordBung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehaltervorrichtung (T1) ein Transistorschalter ist.

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