DE2405916A1

DE2405916A1 - Bistabile multivibratorschaltung

Info

Publication number: DE2405916A1
Application number: DE19742405916
Authority: DE
Inventors: L J Reed; Ronald Llewellyn Treadway
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1973-02-07
Filing date: 1974-02-07
Publication date: 1974-08-29
Also published as: US3818250A; FR2216720A1; FR2216720B1; JPS5235987B2; GB1449000A; JPS49112561A

Description

DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH

Dipl. -Ing. Ernst Rathmann

München 71, 6. Febr. 1974 Melchloreb*. 42

Unser Zeichen: M293P-1098

Motorola, Inc. 9401 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois USA .

Bistabile Multivibrators chaltung

Die Erfindung betrifft eine bistabile Multivibrators chaltung, die aus teilweise in Differenzsehaltung betriebenen Transistoren aufgebaut ist und mit einer Gleichspannung betrieben wird., wobei der Multivibrator aus einem ersten Multivibratorteil und einem zweiten Multivibrator teil besteht.

Bistabile Multivibrators chaltungen, die als monolithisch integrierte Schaltkreise aufgebaut sind, enthalten oft separate Haupt- und Nebenschaltungen, wobei die Selialtangsanschlüsse und die entsprechenden Eingangs signale für den Multivibrator festlegen, ob der Multivibrator

Fs/mü als Frequenz-

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als Frequenzteiler oder als steuerbare Logikschaltung Verwendung finden soll. In der Regel werden die Haupt- und Nebenschaltungen mit einem Betriebsstrom von verschiedenen Konstant Stromquellen beliefert, so daß wegen der erforderlichen Duplizierung der Haupt- und Nebenschaltungen die bistabilen Multivibratoren eine unverhältnismäßig hohe Anzahl von Komponenten benötigen.

Es ist wünschenswert, bistabile Multivibratoren mit einer wesentlich verringerten Anzahl von Komponenten aufzustellen, die jedoch nach wie vor aus Haupt- und Nebenschaltungen (master and slave sections) bestehen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen bistabilen Multivibrator zu schaffen, der aus einem emittergekoppelten Flip-Flop mit Haupt- und Nebenschaltungen besteht. Dabei soll eine gemeinsame Stromversorgung für beide Teile des Multivibrators Verwendung finden, die in der Lage ist, die Stromführung entsprechend dem Betriebszustand des Multivibrators zu ändern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Multivibratorteil zumindest einen ersten und einen zweiten Transistor umfaßt, die mit einer Elektrode an der einen Seite der Gleichstromversorgung liegen, daß der zweite Multivibratorteil zumindest einen dritten, einen vierten, einen fünften und einen sechsten Transistor umfaßt, die mit einer Elektrode ebenfalls an der einen Seite der Gleichstromversorgung liegen, daß eine Differenzstrom-Steuerschaltung vorhanden ist, die zwei Abschnitte umfaßt, wobei jeder Abschnitt mit dem anderen in einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden ist und jeder Abschnitt einen ausgangsseitigen Verbindungspunkt hat, wobei der erste ausgangsseitige Verbindungspunkt des ersten Abschnitts mit einer zweiten Elektrode der Transistoren des

- 2 - ersten

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ersten Multivibratorteils gekoppelt und der zweite ausgangsseitige Verbindungspunkt des ersten Abschnitts mit der einen Seite der Gleichstromversorgung verbunden ist, und daß ferner der erste aus gangs seitige Verbindungspunkt des zweiten Abschnitts mit zweiten Elektroden des dritten und sechsten Transistors des zweiten Multivibratorteiles und der zweite ausgangsseitige Verbindungspunkt des zweiten Abschnitts mit den zweiten Elektroden des vierten und fünften Transistors gekoppelt sind, daß eine erste Stromquelle den ersten gemeinsamen Verbindungspunkt des ersten und zweiten Abschnitts der Differenzstrom-Steuerschaltung mit der anderen Seite der Gleichstromversorgung verbindet, daß eine zweite Stromquelle den zweiten gemeinsamen Verbindungspunkt des ersten und zweiten Abschnitts der Differenzstrom-Steuer schaltung mit der anderen Seite der Gleichstromversorgung verbindet, wobei die erste und zweite Stromquelle jeweils den gleichen Strom liefert, daß ein erster Rückkopplungstransistor vorhanden ist, der mit einer ersten Elektrode an die eine Seite der Gleichstromversorgung angeschlossen ist und mit einer zweiten Elektrode mit der Steuerelektrode des dritten und vierten Transistors des zweiten Multivibratorteiles sowie über einen Widerstand mit der anderen &eite der Gleichstromversorgung verbunden ist, wobei dieser erste Rückkopplungstransistor an der Steuerelektrode mit der ersten Elektrode des fünften Transistors des zweiten Multivibratorteiles verbunden ist, daß ein zweiter Rückkopplungstransistor vorhanden ist, der mit einer ersten Elektrode an die eine Seite der Gleichstromversorgung und mit einer zweiten Elektrode an die Steuerelektrode des ersten Transistors angeschlossen ist und über einen zweiten Widerstand mit der anderen Seite der Gleichstromversorgung in Verbindung steht, wobei die Steuerelektrode dieses zweiten Rückkopplungstransistors mit der ersten Elektrode des zweiten und sechsten Transistors verbunden ist, und daß eine Bezugsspannungsquelle vorhanden ist, die an die Steuerelektroden des zweiten, fünften und sechsten Transistors jeweils ein Vorspannungspotential anlegt.

- 3 - Weitere

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Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen,

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 Schaltbilder von verschiedenen Ausführungsformen gemäß der Erfindung.

In den einzelnen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs zeichen versehen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist mit einer Anschlußklemme 10 die positive Versorgungsspannung und mit einer Anschlußklemme 12 die negative Versorgungsspannung einer nicht dargestellten Stromversorgung verbunden. An der Anschlußklemme 10 liegt der Kollektor eines NPN-Rückkopplungstransistors 14, dessen Emitter über einen · Widerstand 16 mit der Anschlußklemme 12 verbunden ist. Auch die übrigen in der Schaltung verwendeten Transistoren sind NPN-Transistoren.

Die Basis des Transistors 14 ist mit dem Kollektor eines Steuertransistors 20 im ersten Teil des bistabilen Multivibrators gemäß Fig. verbunden und liegt ferner am Kollektor eines Transistors 18, der dem zweiten Teil des Multivibrators zugeordnet ist. Der Transistor 14 ist immer leitend und verschiebt das Signalniveau in Abhängigkeit von dem an seine Basis angelegten Potential. Der gemeinsame Verbindungspunkt der Basis des Transistors 14 und der Kollektoren der Transistoren 18 und 20 ist über einen Widerstand 53 mit einem Wert R an die positive Anschlußklemme 10 angeschlossen, so daß der Rückkopplungstransistor

- 4 - an seinem

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an seinem. Emitter auf einem hohen Potential liegt, wenn immer die beiden Transistoren 18 und 20 nicht leitend sind. Wenn dagegen einer der Transistoren 18 bzw. 20 leitend wird., wird auch das an der Basis des Transistors 14 wirksame Potential entsprechend erniedrigt und somit am Emitter dieses Transistors ein niedriges Potential wirksam.

In dem zweiten Teil des Multivibrators mit dem Transistor 18 sind drei weitere Transistoren 22, 24A und 24B vorgesehen. Die Transistoren 18 und 22 sind an der Basis miteinander verbunden und werden von einer Bezugsspannungsquelle 70 aus mit einem Vorspannungspotential beaufschlagt. Die Bezugsspannungsquelle 70 liefert auch ein Vorspannungspotential an verschiedene andere Punkte der Schaltung. Auch die Transistoren 24A und 24B sind an der Basis miteinander verbunden und an den Emitter des Rückkopplungstransistors 14 angeschlossen. Die Emitter der Transistoren 18 und 24B sowie der Transistoren 22 und 24A sind jeweils zusammengefaßt, wodurch zwei parallel zueinander liegende Differenzschaltungen entstehen. Der Leitfähigkeits zustand der Transistoren in diesen Differenzschaltungen wird über den Rückkopplungstransistor 14 gesteuert.

Die zu s ammenge schalteten Emitter der Transistoren 18 und 24B sind an den Kollektor eines Transistors 32A angeschlossen, wogegen die zusammengefaßten Emitter der Transistoren 22 und 24A am Kollektor eines Transistors 32B liegen. Die beiden Transistoren 32A und 32B sind an der Basis miteinander verbunden und an eine Klemme 31 angeschlossen, welche von Taktimpulsen beaufschlagt ist. Diese Taktimpulse v/er den von Signalen gebildet, deren Wert zwischen einem hohen und einem niederen Potentialwert variiert«, Bei einem hohen an der Basis eines Transistors wirksamen Potentialwert wird dieser leitend, wogegen durch

- 5 - einen

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einen niedrigen an die Basis eines Transistors angelegten Potentialwert dieser Transistor nicht leitend gemacht wird. Da die beiden Transistoren 32A und 32B an der Basis miteinander verbunden sind, werden diese Transistoren gleichzeitig in den leitenden und in den nicht leitenden Zustand gesteuert.

Die Transistoren 32A und 32B stellen den ersten Teil einer Differenzstrom-Steuerschaltung dar, deren zweiter Teil von Transistoren 36 und 38 gebildet wird. Diese Transistoren 36 und 38 sind an der Basis miteinander verbunden und an die Bezugsspannungsquelle 70 angeschlossen, von wo aus ein Vorspannungspotential angelegt wird.

Der Arbeitsstrom für die Schaltung wird von zwei Transistoren 34A und 34B als Konstant Stromquellen geliefert, die beide ebenfalls von der Bezugsspannungsquelle 70 aus mit einem Vorspannungspotential beaufschlagt werden, um denselben Strom I über ihren Kollektor zu liefern. Der Emitter des Transistors 32A ist mit dem Emitter des Transistors 38 zusammen an den Kollektor des Transistors 34B angeschlossen. Das gleiche gilt für den Emitter des Transistors 32B, der mit dem Emitter des Transistors 36 an den Kollektor des Transistors 34A angeschlossen ist.

Die Differanzstrom-Steuerschaltung aus den Transistoren 32A, 32B, 36 und 38 arbeitet in der Weise, daß bei leitenden Transistoren 32A und 32B die Transistoren 36 und 38 nicht leitend sind und umgekehrt. Damit ist immer nur ein stromführender Transistor an den Kollektor des jeweiligen Transistors 34A bzw. 34B der Konstant Stromquelle angeschlossen, so daß, wenn immer einer der Transistoren der Differenzstrom-Steuerschaltung leitend ist, dieser den Strom I führt.

- 6 - Der Kollektor

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Der Kollektor des Transistors 36 auf der rechten Seite der Differenzstrom-Steuerschaltung ist an die Emitter der Transistoren 44 und 46 angeschlossen, die als Differenzverstärker geschaltet sind. Die Basis des Transistors 46 liegt auf derselben Vorspannung wie die Basis der Transistoren 18, 20 und 22. Die Basis des Transistors 44 ist mit dem Emitter eines Rückkopplungstransistors 50 sowie mit einem Widerstand 48 verbunden, womit der Emitter des Rückkopplungstransistors 50 an die negative Anschlußklemme 12 angeschlossen ist. Der Kollektor des Rückkopplungstransistors 50 liegt an der positiven Anschlußklemme 10, wogegen die Basis mit den Kollektoren der Transistoren 22 und 46 verbunden ist und dieser Verbindungspunkt über einen Widerstand 52 an der positiven Anschlußklemme 10 liegt. Der Wert des Widerstandes 52 ist gleich dem des Widerstandes 53. Der Rückkopplungstransistor 55 dient, wie auch der Rückkopplungstransistor 14, der Verschiebung des Signalniveaus.

Wenn immer einer der Transistoren 46 oder 22 leitend gemacht wird, wirkt ein niederer Potentialwert an der Basis des Transistors 50. Damit wird dieser niedere Potentialwert auch an der Ausgangsklemme 60 wirksam, wobei gleichzeitig der Transistor 44 im nicht leitenden Zustand gehalten wird. Wenn einer der beiden Transistoren 22 und 46 nicht leitend ist, wirkt ein hoher Potentialwert an der Basis des Rückkopplungstransistors 50. Damit wird ein hoher Potentialwert an der Ausgangsklemme 60 verursacht und der Transistor 44 in den leitenden Zustand gesteuert, vorausgesetzt, daß der Transistor 36 gleichzeitig leitend gemacht wird.

Die Steuerung der Leitfähigkeit des Transistors 20, wenn immer auch der Transistor 38 leitet, wird durch das Zusammenschalten des Transistors 20 mit einem Transistor 44 in Differenzschaltung bewirkt. Die Emitter der Transistoren 20 und 54 sind zusammen an den Kollektor des Transistors

- 7 - der Differenz-

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der Differenzstrom-Steuerschaltung angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 54 ist direkt mit der positiven Anschlußklemme 10 verbunden, wogegen die Basis dieses Transistors mit einer Eingangsklemme 55 verbunden ist. An diese Eingangsklemme 55 wird eine logische Information angelegt, die entweder einen hohen oder einen niederen Potentialwert hat, bezogen auf das Vorspannungspotential an der Basis des Transistors Bei einem hohen an der Eingangsklemme 55 wirksamen Potential ist der Transistor 38 leitend und gleichzeitig wird der Transistor 54 in den leitenden Zustand und der Transistor 20 in den nicht leitenden Zustand gesteuert. Der umgekehrte Betriebszustand stellt sich ein, wenn ein niederer Potentialwert an der Klemme 55 und damit an der Basis des Transistors 54 wirksam ist.

Die Schaltung gemäß Fig. 1 kann vier verschiedene stabile Betriebszustände einnehmen. Diese sind:

1. Niedere Eingangsspannung an der Klemme 31 und niedere Ausgangsspannung an der Klemme 60.

2. Niedere Eingangsspannung an der Klemme 31 und hohe Ausgangsspannung an der Klemme 60.

3. Hohe Eingangs spannung an der Klemme 31 und hohe Ausgangsspannung an der Klemme 60.

4. Hohe Eingangs spannung an der Klemme 31 und hohe Ausgangsspannung an der Klemme 60.

Die der Niveaueinstellung dienenden Rückkopplungstransistoren 14 und :'5O können auch durch andere Schaltungselemente ersetzt werden, mit denen es möglich ist, Niveauänderungen vorzunehmen. Die Widerstände 16 und

- 8 - werden zur

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werden zur Einstellung der richtigen Betriebsströme für die Rückkopplungs transistoren 14 und 50 benutzt. Auch diese Widerstände können durch andere strombegrenzende Elemente ersetzt werden, wie z. B. durch entsprechende Stromquellen.

Für die weitere Betrachtung wird davon ausgegangen, daß als Anfangsbedingung an der Klemme 55 ein niederer Potentialwert wirksam ist, und daß an der Ausgangsklemme 60 ebenfalls ein niederer Potentialwert anliegt. Wenn ein Taktsignal an die Klemme 31 angelegt wird, das ebenfalls einem niederen Potentialwert entspricht, sind die Transistoren 32A und 32B nicht leitend und bewirken, daß die Transistoren 18, 22, 24A und 24B ebenfalls nicht leitend sind. Aufgrund der nicht leitenden Transistoren 32A und 32B fließt der Strom I von jedem der Kollektoren der Transistoren 34A und 34B der Stromquelle den Emittern der Transistoren 36 und 38 zu, da diese beiden Transistoren leitend sind, wenn sich die Transistoren 32A und 32B im nicht leitenden Zustand befinden.

Wegen des im Beispiel vorgesehenen niederen logischen Potentialwertes an der Klemme 55 ist der Transistor 54 nicht leitend, so daß der Strom I vom Transistor 38 über den Transistor 20 und damit durch den Widerstand 53 fließt. Damit wird an der Basis des Rückkopplungstransistors 14 ein niederer Potentialwert wirksam, der entsprechend auch am Emitter dieses Transistors anliegt. Da zur gleichen Zeit entsprechend dem vorgesehenen Beispiel auch an der Ausgangsklernme 60 ein niederer Potentialwert liegt, ist der Transistor 44 nicht leitend, so daß der Transistor 46 leitet. Der vom Transistor 36 gelieferte Strom I fließt über den Transistor 46 und den Widerstand 52 und bewirkt, daß am Emitter des Rückkopplungstransistors 50 ein niederer Potentialwert wirksam ist.. Damit wird der Transistor 44 im nicht leitenden Zustand und das Potential an der Ausgangsklemme 60

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auf einem niederen Wert gehalten.

Wenn man weiter davon ausgeht, daß der Taktimpuls an der Klemme 31 weiterhin auf einem niederen Potentialwert bleibt, jedoch das logische an die Klemme 55 angelegte Potential einen hohen Potentialwert annimmt, dann bleiben die Transistoren 32A und 32B im nicht leitenden Zustand, während die Transistoren 36 und 38 leitend sind. Auch die Transistoren 18, 22, 24A und 24B bleiben zur gleichen Zeit im nicht leitenden Zustand. Ferner bleibt der Transistor 46 leitend, während der Transistor 44 nicht leitend ist. Dagegen ändert der Transistor 20 seinen Leitfähigkeitszustand und wird nicht leitend, da der Transistor 54 durch das hohe an der Klemme 55 angelegte Potential in den leitenden Zustand gesteuert wird. Wenn der. Transistor 20 nicht leitend wird und gleichzeitig der Transistor nicht leitend ist, nimmt das Potential an der Basis des Transistors 14 einen hohen Wert an. Keine Änderung der Leitfähigkeit ergibt sich jedoch für die Transistoren 18, 22, 24A bzw. 24B zu diesem Zeitpunkt, da die Transistoren 32A und 32B keinen Strom führen. Die Basis des Transistors 50 verbleibt auf einem niederen Potentialwert und hält den Transistor 44 im nicht leitenden Zustand sowie das Ausgangssignal an der Klemme 60 auf einem niederen Potentialwert. Unter diesen Bedingungen befindet sich die Schaltung in! einem stabilen Betriebszustand, jedoch tritt keine Änderung des Ausgangssignals auf.

Es wird nun der Fall betrachtet, daß das Taktsignal an der Klemme 31 einen niederen Potenüalwert und das an die Klemme 55 angelegte Informations signal ebenfalls einen niederen Potentialwert hat, jedoch der Ausgang auf einem hohen Potentialwert liegt. Die Transistoren 32A, 32B, 18, 22, 24A, 24B, 46 und .14 sind alle nicht leitend. Die Transistoren 20, 36, 38 und 44 sind in diesem Betriebs zu st and leitend. Am Emitter des Transistors 14 wirkt ein r.i;rerei* Poientialwert aufgrund des niederen an der Basis angelegten Potentialwertes durch den leitenden Transistor 2C\ Da die beiden

- 10 - Transistoren

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Transistoren 48 und 22 nicht leitend sind, wirkt am Emitter des Transistors 50 ein hoher Potentialwert, Dieser hohe Potentialwert verursacht einen ausreichend großen Basisstrom im Transistor 44, um diesen leitend zu halten. In diesem Betriebszustand ist die Schaltung stabil, wobei ein Ausgangssignal mit hohem Potentialwert an der Klemme 60 anliegt.

Wenn man für die weitere Betrachtung von einem niederen an der Klemme 31 wirksamen Potentialwert ausgeht und annimmt, daß das an die Klemme 55 angelegte Informations signal von einem niederen auf einen hohen Potentialwert ansteigt, dann ergeben sich folgende Verhältnisse. Die Transistoren 32A₄ 32B, 18, 22, 24A, 24B und 46 bleiben im nicht leitenden Zustand. Die • Transistoren 36, 38 und 44 bleiben im leitenden Zustand. Jedoch wird der Transistor 54 in den leitenden Zustand und der Transistor 20 in den nicht leitenden Zustand umgeschaltet. Damit wird sowohl am Emitter des Transistors 14 als auch des Transistors 50 ein hoher Potentialwert wirksam. Auch in diesem Betriebszustand ist die Schaltung stabil.

Aus der vorausgehenden Betrachtung kann man also entnehmen, daß die Schaltung gemäß Fig. 1 in jedem beliebigen der vier Betriebs zustände stabil ist, wenn ein niederes Potential als Taktsignal an der Klemme 31 wirksam ist.

Für die weitere Betrachtung wird angenommen, daß das Taktsignal an der Klemme 31 von einem niederen auf einen hohen Signalwert ansteigt, wogegen an der Eingangsklemme 55 und der Ausgangsklemme 60 jeweils ein niederer Signalwert wirksam ist. Wenn dies eintritt, werden die Transistoren 32A und 32B leitend, wogegen die Transistoren.36 und 38 nicht leitend werden. Damit fließt ein Strom von den Kollektoren der Transistoren 32A und 32B zu den Transistoren 18, 22, 24A und 24B. Die Transistoren 24A und 24B werden jedoch nicht leitend gemacht, da das Emitterpotential des Transistors 14 auf einem niederen Wert liegt, aufgrund von Bedingungen, die sich aus

- 11 - den Anfangs-

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-Λ-

den Anfangsbedingungen dieses Beispiels ergeben. Die Transistoren 18 und 22 führen jedoch jeweils einen Strom I, der entsprechend über die Transistoren 32A und 32B fließt, die mit ihrem Kollektor an dem Emitter dieser Transistoren angeschlossen sind. Der sich im leitenden Zustand befindliche Transistor 18 hält das Emitterpotential des Transistors 14 auf einem niederen Potentialwert.

Wenn die Transistoren 36 und 38 nicht leitend sind, wird auch kein Strom ;

den Emittern der Transistoren 20, 44, 46 und 54 zugeführt, so daß alle \

diese Transistoren nicht leitend werden. Der leitende Transistor 22 hält ;

das Potential an der Basis des Transistors 50 auf einem niederen Potentialwert, was seinerseits wieder bewirkt, daß auch das Potential an der Ausgangsklemme 60 auf einem niederen Potentialwert bleibt. Damit ergibt _: sich, daß bei einem niederen Potentialwert an der Eingangsklemme 55 und der Ausgangsklemme 60 eine Änderung des Taktsignals an der Klemme 31 von einem niederen auf einen hohen Potentialwert keine Änderung des Aus gangs signals an der Klemme 60 auslöst.

Es sei nun weiter angenommen, daß die logische Information an der Ein- ' j

gangsklemme 55 einen hohen Potentialwert hat und das Ausgangssignal ;

an der-Klemme 60 einem, niederen Potentialwert entspricht, wenn das Takt- ! signal an der Klemme 31 von einem niederen auf einen hohen Potentialwert '

übergeht. Unter diesen Bedingungen ergab sich ein hohes Emitterpotential für den Transistor 14, wenn der Taktimpuls an der Klemme 31 auf ein hohes Potential anstieg. Dieser Taktimpuls mit hohem Potentialwert verursacht jedoch, wie bereits erwähnt, daß die Transistoren 32A und 32B leitend werden, vorausgesetzt, daß ein Stromweg für die Transistoren 18, j

22, 24A und 25A vorhanden ist. Da das Emitterpotential des Transistors 14 auf einem hohen Potentialwert liegt, wird auch ein hoher Potentialwert an der Basis der Transistoren 24A und 24B wirksam, wodurch diese Transistoren ,

leitend werden und die Transistoren 18 und 22 in den nicht leitenden Zustand \

- 12 - übergehen.

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übergehen. Damit wird der Strom von den Kollektoren der Transistoren 32A und 32B der Differenzstrom-.Steuerschaltung den Emittern der Transistoren 24B und 24A zugeführt, womit jeder von diesen einen Strom I führt. Gleichzeitig sind die Transistoren 36 und 38 nicht leitend, so daß auch die Transistoren 20, 44, 46 und 54 nicht leitend sind. Der Transistor 14 verbleibt im stark leitenden Zustand, da die beiden Transistoren 18 und 20 nicht leitend sind, und der Transistor 50 ist ebenfalls stark leitend, da die beiden Transistoren 22 und 46 nicht leitend sind. Daraus ergibt sich* daß das Aus gangs signal an der Klemme 60 auf einen hohen Potentialwert übergeht. Wenn somit das Taktsignal an der Klemme 31 von einem niederen auf einen hohen Potentialwert übergeht und gleichzeitig das Aus gangs signal an der Klemme 60 auf einem niederen Potential liegt, jedoch an der Eingangsklemme 55 das Eingangssignal auf einen hohen Potentialwert ansteigt, dann ändert sich das Ausgangssignal von einem niederen in einen hohen Potentialwert.

Für die weitere Betrachtung wird davon ausgegangen, daß das Informationssignal an der Eingangsklemme 55 einen niederen Potentialwert hat und das Ausgangssignal an der Klemme 60 auf einem hohen Potentialwert liegt, während das Taktsignal an der Klemme 31 von einem niederen auf einen hohen Potentialwert übergeht. Die Transistoren 32A und 32B werden wieder leitend, während die'Transistoren 36 und 38 nicht leitend werden. Da der Transistor 20 unmittelbar vor dem Zeitpunkt, zu welchem das Taktsignal an der Klemme 31 scat einen hohen Signalwert überging, eingeschaltet war, befand sich der Transistor 14 auf einem niederen Signalzustand, so daß die Transistoren 24A und 24B nicht leitend sind. Wenn dann die Transistoren 32A und 32B leitend gemacht werden^ führen die Transistoren 18 und 22 jeweils äen Strom I_s der von den zugeordneten Transistoren 32A und 32B angelegt wird. Zum gleichen Zeitpunkt sind die Transistoren 36 und 38 nicht leitend, so daß die Transistoren 20, 44, 46 und 54 nicht leitend sind. Die Tatsache, daß der Transistor 18 Strom £ührt₃ bewirkt, daß der Tran-

_ 13 _ sistor 14

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sistor 14 in einem, dem niederen Signalwert zugeordneten Betriebszustand gehalten wird, so daß die Transistoren 24A und 24B ebenfalls im nicht leitenden Zustand gehalten werden. Der stromführende Transistor 22 verursacht auch, daß an der Basis des Transistors 50 ein niederes Potential wirksam ist und sich dieser Transistor in einem entsprechenden Leitfähigkeitszustand befindet. Als Folge daraus ergibt sich, daß wenn das Eingangssignal an der Klemme 55 auf einem niederen Signalwert und das Ausgangssignal an der Klemme 60 auf einem hohen Signalwert liegt, der Wechsel des Taktsignals an der Klemme 31 von einem niederen auf einen hohen Signalwert das Aus gangs signal an der Klemme 60 von einem hohen auf einen niederen Signalwert übergehen läßt.

Für die abschließende Betrachtung dieser Schaltung wird davon ausgegangen, daß das Informations signal an der Eingangsklemme 55 auf einem hohen Signalwert und die Ausgangsklemme 60 auf einem hohen Signalwert zu dem Zeitpunkt liegt, zu welchem das Taktsignal an der Klemme 31 von einem niederen auf einen hohen Signalwert übergeht. Da das Informationssignal an der Eingangsklemme 55 unmittelbar vor dem Ansteigen des Taktsignals an der Klemme 31 auf einemhohen Signalwert liegt, befindet sich der Transistor 14 in einem Betriebszustand, in welchem die Transistoren 24A und 24B leitend werden, wenn die Transistoren 32A und 32B leitend gemacht werden. Somit werden die Transistoren 36, 38, 20, 44, 46 und 54 leitend, wenn das Taktsignal auf einen hohen Signalwert übergeht. Die Transistoren 22 und 18 sind nicht leitend, da. die Transistoren 24A und 24B leitend sind, wogegen der Transistor 14 und ebenso der Transistor 50 im leitenden Zustand verbleiben, so daß das Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 6Ö ebenfalls auf einem hohen Signalwert liegen bleibt. Als Folge daraus ergibt sich, daß wenn das Informations signal an der Eingangsklemme 55 und das Ausgangssignal an der Klemme 60 jeweils einen hohen Signalwert haben und gleichzeitig das Taktsignal an der Klemme 31 von einem niederen auf einen hohen Signalwert übergeht, das Aus gangs signal an der Ausgangsklemme 60 auf einem hohen Signalwert liegen bleibt.

- 14 - Alle diese

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Alle diese beschriebenen Betriebs zustände bleiben so lange erhalten, solange sich die verschiedenen Eingangs signale nicht ändern.

Wie aus dem Vorausgehenden hervorgeht, werden die Transistoren 18, 22, 24A, 24B, 44, 46 oder 54 leitend gemacht, wenn ein Transistor einen Strom 1 führt. Ferner soll darauf hingewiesen werden, daß wenn immer ein Strom durch eigene Widerstände 52 oder 53 fließt, sich dieser Strom aufgrund eines leitenden Transistors ergibt, so daß der Strom I der einzige Strom ist, der durch diese Widerstände fließt. Damit sind die von den Rückkopplungstransistoren 14 und 50 übertragenen Änderungen des Signalniveaus für alle beschriebenen Betriebs zustände gleich. Die Aufteilung der Stromquellen 34A und 34B und die Verwendung von zwei Transistoren* für jede Differenzstrom-Steuerschaltung verringert die Anzahl und die Größe der Widerstände, welche in der Schaltung benötigt werden, um einen gleichförmigen Niveauübergang für die Signale aufrechtzuerhalten. Damit wiederum wird der Flächenbereich auf dem Halbleiterplättchen verringert, der benötigt wird, um die Schaltung als monolithisch integrierte Schaltung auszuführen, was darauf zurückzuführen ist, daß die zusätzlichen für die Stromaufteilung benötigten Transistoren wesentlich weniger Flächenanteile auf einem Halbleiterplättchen benötigen als dies für zusätzliche Widerstände der Fall wäre.

Aus der bisherigen Beschreibung der Fig. 1 geht hervor, daß diese kein invertiertes Ausgangssignal liefert. Wenn ein solches invertiertes Ausgangssignal zusätzlich zum normalen Ausgangssignal vom Emitter des Transistors 50 an der Ausgangsklemme 60 gewünscht wird, läßt sich dies durch das Hinzufügen eines weiteren aus gangs seitigen Transistors erreichen. Eine- derartige Modifikation der Schaltung gemäß Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt, in der die wesentlichen Schaltkreiskomponenten der . Schaltung gemäß Fig. 1 entsprechen und" auch in derselben Weise arbeiten.

- 15 - Gemäß Fig.

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/4-

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Gemäß Fig. 2 sind jedoch die Kollektoren der Transistoren 24B und 44 über einen weiteren Widerstand 72 mit dem Widerstandswert R an die positive Anschlußklemme 10 angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren 24B und 44B sind auch mit der Basis eines Transistors 56 verbunden, dessen Kollektor an der positiven Anschlußklemme 10 liegt und dessen Emitter über einen Widerstand 59 mit der negativen Anschlußklemme 12 verbunden ist. Die Funktion des Widerstandes 59 ist gleich der Funktion der Widerstände 16 und 48. Die Ausgangsklemme 62 für das invertierte Aus gangs signal ist mit dem Emitter des Transistors 56 verbunden. Wenn man die einzelnen Betriebs zustände, wie vorausstehend durchgeführt, analysiert, ergibt sich, daß wenn immer das Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 60 auf einem niederen Signalwert liegt, das Aus gangs signal an der Ausgangsklemme 62* einen hohen Signalwert annimmt und umgekehrt.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die als Frequenzteilerschaltung aufgebaut ist. Die Schaltung gemäß Fig. entspricht im wesentlichen der Schaltung gemäß Fig. 1 mit der Ausnahme, daß die Eingangsklemme 55 nicht mehr weiter verwendet wird. Damit können die Transistoren 20, 54 und 38 aus der Schaltung eliminiert werden. Der Rückkopplungstransistor 14 wird von dem Transistor 18, hier in Fig. 1, und zusätzlich vom Transistor 44 angesteuert, da der Kollektor des Transistors 44 nun am Verbindungspunkt des Kollektors des Transistors 18 mit dem Widerstand 53 liegt und nicht mehr, wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, unmittelbar an der positiven Anschlußklemme 10. Der Rückkopplungstransistor 50 wird weiterhin von dem Leitfähigkeits zustand der Transistoren 22 und 46 wie in Fig. 1 gesteuert.

Da die Schaltung gemäß Fig. 3 den Transistor 38 nicht mehr benötigt, wird der Transistor 36 der Differenzstrom-Steuerschaltung in Fig. 3 durch die beiden Transistoren 36A und 36B ersetzt, die beide von dem an die Eingangsklemme 33 angelegten Eingangssignal angesteuert werden.

- 16 - Die Transistoren

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Die Transistoren 32A und 32B sind mit ihrer Basis jeweils an ein Vorspannungspotential in der Bezugsspannungsquelle 70 angeschlossen. Der Leitfähigkeits zustand der beiden Teile der Differenzstrom-Steuerschaltung wird in derselben Weise gesteuert, wie dies bei den Schaltungen gemäß Fig. 1 und 2 der Fall ist, bei denen das Takteingangssignal an die Basis der beiden Transistoren 32A und 32B angelegt wird. Der Kollektor des Transistors 36A ist direkt mit der positiven Anschlußklemme 10 verbunden und der Kollektor des Transistors 36B ist mit den Emittern der Transistoren 44 und 46 in derselben Weise verbunden wie dies beim Transistor 36 in Fig. 1 der Fall ist.

Im Betrieb wird an die Teilerschaltung gemäß Fig. 3 über die Eingangsklemme 33 ein Eingangssignal angelegt, wie es in der Eegel bei logischen Schaltungen Verwendung findet und das verhältnismäßig rasch zwischen zwei verschiedenen Spannungsniveaus periodisch hin und her geschaltet wird. Dieses Eingangssignal hat die Funktion eines Taktimpulses wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig_e 1, jedoch mit der Ausnahme, daß eine konstante Vorspannung an die Basis der Transistoren 32A und 32B in Fig. 3 angelegt wird und die Eingangs signale an der Basis sowohl des Transistors 36A als auch des Transistors 36B wirksam sind. Die Wirkungsweise der Differenzätrom-Steuerschaltung ist die gleiche wie bei der Schaltung gemäß Fig. 1 und wird deshalb nicht nochmals erläutert.

Geht man davon aus, daß das Eingangssignal an der Klemme 33 auf einem niederen Signalwert liegt und das Ausgangs signal an der Klemme 45 am Emitter des Rückkopplungstransistors 14 ebenfalls auf einem niederen Signalwert liegt, dann sind die Transistoren 36A und 36B sowie 44 und nicht leitend, während die Transistoren 32Ä, 32B, 18 und 22 Strom führen. Da das Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 45 auf einem niederen Signalwert liegt, führen die Transistoren 24A und 24B keinen Strom, wobei der Transistor einen niederen Betriebszustand einnimmt. Die Transistoren 24A und 24B sind nicht leitend, da nicht genügend Basisstrom diesen

- 17 - Transistoren

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Transistoren aufgrund des niederen Betriebs zustandes des Transistors 14 zugeführt wird. Der Transistor 50 befindet sich in einem niederen Betriebszustand, da die Kollektorspannung am Transistor 22 aufgrund der vorgegebenen Bedingungen auf einem niederen Signalwert liegt. Der Transistor 14 wird im niederen Betriebszustand gehalten, da das Basispotential dieses Transistors von dem Kollektor des leitenden Transistors 18 abgegriffen wird.

Wenn man nun annimmt, daß das an die Klemme 33 angelegte Eingangssignal auf einen hohen Signalwert übergeht, werden die Transistoren 36A und 36B leitend und führen den Strom. I, der von den Transistoren 34A und 34B aus zugeführt wird. Aufgrund des über den Transistor 36B fließenden Stromes führt auch der Transistor 46 den Strom I, womit eine niedere Spannung an der Basis des Transistors 50 wirksam ist, so daß dieser Transistor in einem niederen Betriebszustand gehalten wird und auch den Transistor 44 im nicht leitenden Zustand hält. Damit fließt der gesamte Strom I von der konstanten Stromquelle 34B über den Transistor Da die Transistoren 32A und 32B zu diesem Zeitpunkt nicht leitend sind, sind auch die Transistoren 18, 22, 24A, 24B nicht leitend. Dies wiederum bewirkt, daß der Transistor 14 in einen hohen Betriebszustand vorgespannt wird, da sowohl der .Transistor 18 als auch der Transistor 44 nicht leitend ist, wodurch das Potential an der Ausgangsklemme 45 auf einen hohen Signalwert übergeht.

Für die weitere Betrachtung wird angenommen, daß das an die Klemme angelegte Signal einen niederen Signalwert annimmt, während sich der Transistor 14 in einem hohen Betriebszustand befindet. Wenn dies der Fall ist, werden die Transistoren 36A und 36B nicht leitend gemacht, womit auch die Transistoren 44 und 46 nicht leitend werden. Dagegen werden die Transistoren 32A und 32B leitend, und da der Transistor 14 sich in einem

- 18 - hohen Betriebs-

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hohen Betriebszustand befindet und ein hohes Signalpotential am Emitter wirksam ist, werden die Transistoren 24A und 24B in den leitenden Zustand gesteuert, wobei jeder Transistor den Strom I führt, der von den Kollektoren der zugeordneten Transistoren 32A und 32B geliefert wird. Die Transistoren 18 und 22 verbleiben im nicht leitenden Zustand, da die Transistoren 24A und 24B leitend sind. Damit bleibt auch die Spannung an der Ausgangsklemme 45 auf einem hohen Signalwert liegen. Wenn die beiden Transistoren 46 und 22 nicht leitend sind, steigt die Vorspannung an der Basis des Transistors 50 auf einen hohen Signalwert, womit dieser Transistor 50 sich in einem hohen . stromführenden Betriebszustand

befindet.

Zur weiteren Betrachtung wird davon ausgegangen, daß das Eingangssignal an der Eingangsklemme 33 auf einen hohen Signalwert übergeht. Die Transistoren 36A und 36B werden wieder leitend, wobei die Transistoren 32A und 32B nicht leitend werden. Der Transistor 44 führt Strom, da sich der Transistor 50 in einem hohen stromführenden Zustand befindet. Der Transistor 46 verbleibt im nicht leitenden Zustand, da diesem kein Strom angelegt wird und der Strom I über den Transistor 44 durch den Transistor 53 abfließt. Die Transistoren 18, 22, 24A und 24B befinden sich im nicht leitenden Zustand aufgrund des nicht leitenden Zustandes der Transistoren. 32A und 32B. Der Strom I über den Widerstand 53 verringert die Spannung an der Basis des Transistors 14, so daß dieser in einen niederen stromführenden Zustand umgesteuert wird und die Aus gangs spannung an der Ausgangsklemme 45 ebenfalls auf einen niederen Signalwert übergeht.

Aus der voraus stehenden Erläuterung geht hervor, daß es zwei Zyklen des Eingangs signals gibt, das an der Eingangsklemme 33 wirksam ist, und dabei das Aus gangs Signal an der Ausgangsklemme 45 nur einen Signalzyklus durch läuft. Damit wird durch die Schaltung gemäß Fig. 3 eine Frequenzteilung

- 19 - im Verhältnis

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im Verhältnis 2:1 bewirkt. Der als Emitterfolger geschaltete Rückkopplungs transistor 14 .wirkt im Sinne einer Niveauverschiebung für das Ausgangssignal des Frequenzteilers gemäß Fig. 3.

Um auch ein invertiertes Aus gangs signal vorzusehen, ist die Schaltung gemäß Fig. 3 in der in Fig. 4 dargestellten Weise abgeändert. Dabei wurden die Transistoren 44 und 46 gemäß Fig. 3 durch jeweils zwei Transistoren 44A und 44B sowie 46A und 46B ersetzt. Der Kollektor des Transistors 36B ist mit dem Emitter der Transistoren 44A und 46B verbunden, wogegen der Kollektor des Transistors 36A mit dem Emitter der Transistoren 44B und 46A verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 44B ist mit der positiven Anschlußklemme 10 verbunden, während der Kollektor des Transistors 44A an der Basis des Transistors 40 liegt und über den Widerstand 53 an die positive Anschlußklemme 10 angeschlossen ist.

Der Transistor 46A wirkt im wesentlichen wie der Transistor 46 gemäß Fig. 3, während die Transistoren 46B und 24A über einen weiteren Widerstand 74 mit einem Widerstandswert R an die positive Anschlußklemme 10 angeschlossen sind. Der Verbindungspunkt der Kollektoren der Transistoren 46B und 24A mit dem Widerstand 74 liegt auch an der Basis eines als Emitterfolger geschalteten Ausgangstransistors 66, dessen Kollektor mit der positiven Anschlußklemme und dessen Emitter über einen Widerstand 86 mit der negativen Anschlußklemme 12 verbunden ist. An den Emitter des Transistors 66 ist auch die Ausgangsklemme 67 für das invertierte Ausgangssignal angeschlossen.

Wenn immer einer der Transistoren 24A oder 46B leitend ist, befindet sich der Transistor 66 in einem niederen stromführenden Zustand, wogegen im nicht leitenden Zustand der Transistoren 24A und 46B der Transistor 46 einen hohen stromführenden Zustand annimmt. Auf diese Weise

- 20 - erscheint

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erscheint an der Ausgangsklemme 67 immer ein gegenüber dem Signal an der Ausgangsklemme 45 invertiertes Ausgangssignal.

- 21 - Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

/ Bistabile Multivibratorschaltung, die aus teilweise in Differenzschaltung betriebenen Transistoren aufgebaut ist und mit einer Gleichspannung betrieben wird, wobei der Multivibrator aus einem ersten Multivibratorteil und einem zweiten Multivibratorteil besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Multivibratorteil zumindest einen¹ ersten (44) und einen zweiten Transistor (46) umfaßt, die mit einer Elektrode an der einen Seite der Gleichstromversorgung liegen, daß der zweite Multivibratorteil zumindest einen dritten (24A), einen vierten (25B), einen fünften (18) und einen sechsten Transistor (22) umfaßt, die mit einer Elektrode ebenfalls an der einen Seite der Gleichstromversorgung liegen, daß eine Differenzstrom-Steuerschaltung (32, 36, 38) vorhanden ist, die zwei Abschnitte umfaßt, wobei jeder Abschnitt mit dem anderen in einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden ist und jeder Abschnitt einen aus gangs seitigen Verbindungspunkt hat, wobei der erste aus gangs seitige Verbindungspunkt des ersten Abschnitts mit einer zweiten Elektrode der Transistoren des ersten Multivibratorteils gekoppelt und der zweite ausgangsseitige Verbindungspunkt des ersten Abschnitts mit der einen Seite der Gleichstromversorgung verbunden ist, und daß ferner der erste ausgangsseitige Verbindungspunkt des zweiten Abschnitts mit zweiten Elektroden des dritten und sechsten Transistors des zweiten Multivibratorteiles und der zweite ausgangsseitige Verbindungspunkt des zweiten Abschnitts mit den zweiten Elektroden des vierten und fünften Transistors gekoppelt sind, daß eine erste Stromquelle (34A) den ersten gemeinsamen

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Verbindungspunkt des ersten und zweiten Abschnitts der Differenzstrom-Steuerschaltung mit der anderen Seite der Gleichstromversorgung verbindet, daß eine zweite Stromquelle (34B) den zweiten gemeinsamen Verbindungspunkt des ersten und zweiten Abschnitts der Differenzstrom-Steuerschaltung mit der anderen Seite der Gleichstromversorgung verbindet, wobei die erste und zweite Stromquelle jeweils den gleichen Strom liefert, daß ein erster Rückkopplungstransistor (14) vorhanden ist, der mit einer ei-sten Elektrode an die eine Seite der Gleichstromversorgung angeschlossen ist und mit einer zweiten Elektrode mit der Steuerelektrode des dritten und vierten Transistors des zweiten Multivibratorteiles sowie über einen Widerstand (16) mit der anderen Seite der Gleichstromversorgung verbunden ist, wobei dieser erste Rückkopplungstransistor an der Steuerelektrode mit der ersten Elektrode des fünften Transistors des zweiten Multivibratorteiles verbunden ist, daß ein zweiter Rückkopplungstransistor (50) vorhanden ist, der mit einer ersten Elektrode an die eine Seite der Gleichstromversorgung und mit einer zweiten Elektrode an die Steuerelektrode des ersten Transistors angeschlossen ist und über einen zweiten Widerstand mit der anderen Seite der Gleichstromver sorgung in Verbindung steht, wobei die Steuerelektrode dieses zweiten Rückkopplungstransistors mit der ersten Elektrode des zweiten und sechsten Transistors verbunden ist, und daß eine Bezugsspannungsquelle (70) vorhanden ist, die an die Steuerelektroden des zweiten, fünften und sechsten Transistors jeweils ein Vorspannungspotential anlegt.
2. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Transistoren vom selben Leitfähigkeitstyp sind.
3. Multivibrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Rückkopplungstransistor jeweils als Emitter-

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folger geschaltet ist.
4. Multivibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor (53) die eine Seite der Gleichstromversorgung mit der ersten Elektrode des ersten und fünften Transistors und ein weiterer Widerstand (52) die eine Seite der Gleichstromversorgung mit der ersten Elektrode des zweiten und sechsten Transistors verbindet.
5. Multivibrator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuertransistor (20) vorhanden ist, dessen zweite Elektrode mit dem zweiten Ausgang des ersten Abschnitts verbunden ist und dessen erste Elektrode über den Widerstand (53) einerseits an der Gleichstromversorgung liegt und andererseits an die Steuerelektrode des ersten Rückkopplungstransistors angeschlossen ist, und daß eine Takteingangsschaltung (54) vorhanden ist, über die in Abhängigkeit von einem Eingangssignal (Klemme 55) der Steuertransistor in den leitenden und nicht leitenden Zustand steuerbar ist.
6. Multivibrator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Widerstand (52) die erste Elektrode des zweiten und sechsten Transistors mit der einen Seite der Gleichstromversorgung verbindet.
7. Multivibrator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Widerstände (52, 53) gleichen Widerstands wert haben.
8. Multivibrator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7., dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Widerstand (52) die erste Elektrode des ersten und vierten Transistors mit der einen Seite der Gleichstromversorgung verbindet.

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9. Multivibrator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (52, 53, 72) einen gleichen bestimmten Widerstandswert haben.
10. Multivibrator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte der Differenzstrom-Steuerschaltung jeweils zwei Transistoren umfassen, wobei die ersten Elektroden der beiden Transistoren in jedem Abschnitt den ersten und zweiten aus gangs seitigen Verbindungs· punkt dieser Abschnitte und die zweiten Elektroden der Transistoren in dem ersten und zweiten Abschnitt den ersten und zweiten gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Abschnitte darstellen.
11. Multivibrator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungsquelle Vorspannungspotentiale an die Steuerelektroden der Transistoren des ersten undzweiten Abschnittes der Differenzstrom-Steuerschaltung liefert, und daß Eingangsschaltungen (Klemme 31 oder Klemme 33) mit den Steuerelektroden der Transistoren der beiden Abschnitte der Differenzstrom-Steuerschaltung verbunden sind, um ein sich änderndes Eingangssignal anlegen zu können.

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