DE2518261C3 - Basic-coupled logic circuits - Google Patents
Basic-coupled logic circuitsInfo
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Description
Das Hauptpatent betrifft eine Logikschaltung mit einem, zwei Verstärkerstufen mit jeweils einem npn-Transistor enthaltenden Differenzverstärker, bei der die Basisanschlüsse der beiden Transistoren miteinander und über einen Widerstand mit Masse verbunden sind, bei der der Emitteranschluß des Transistors der ersten Verstärkerstufe, unmittelbar an den Signaleingang und über einen Widerstand an die erste Betriebsspannung und der Emitteranschluß des Transistors der zweiten Verstärkerstufe unmittelbar an eine zweite Betriebsspannung angeschlossen sind und die zweite Betriebsspannung so gewählt ist, daß bei fehlendem Eingangssignal der zweite Transistor gesperrt ist und daß der Signalausgang mit dem Kollektoranschluß eines der beiden Transistoren verbunden ist.The main patent relates to a logic circuit with one, two amplifier stages, each with one Differential amplifier containing npn transistor, in which the base connections of the two transistors are connected to each other and to ground via a resistor, in which the emitter connection of the Transistor of the first amplifier stage, directly to the signal input and via a resistor to the first operating voltage and the emitter connection of the transistor of the second amplifier stage directly a second operating voltage are connected and the second operating voltage is selected so that at lack of input signal, the second transistor is blocked and that the signal output with the Collector terminal of one of the two transistors is connected.
Die Logikschaltungen nach dem Hauptpatent gestatten in sehr einfacher Weise die Realisierung von OR-, NOR-, AND-, NAND-, "Exclusiv-OR- und von OR-AND-NOT-Verknüpfungen. Diese Verknüpfungen können mit den Logikschaltungen nach dem Hauptpatent auch bei sehr hohen Impulsfrequenzen durchgeführt werden, da die durch die Logikschaltungen bewirkten ί Impulsverzögerungen bei Einsatz geeigneter Bauelemente im Subnanosekundenbereich liegen. Beim praktischen Einsatz derartiger Logikschaltungen wird gelegentlich gefordert daß zur Ansteuerung nachfolgender Stufen neben der Ausgangsspannung auch die komple-The logic circuits according to the main patent allow the implementation of OR, NOR, AND, NAND, "Exclusive-OR" and of OR-AND-NOT operations. These links can be made with the logic circuits according to the main patent can also be carried out at very high pulse frequencies, as those caused by the logic circuits ί Pulse delays when using suitable components are in the sub-nanosecond range. In the practical The use of such logic circuits is occasionally required to control the following Levels in addition to the output voltage also the complete
H) mentäre Ausgangsspannung zcir Verfügung steht und daß beide den gleichen Logikpegel aufweisen, also gleich groß sind. Bei den Logikschaltungen nach dem Hauptpatent können Unterschiede zwischen den Spannungshüben der beiden Verstärkerstufen auftreten, die zwar vergleichsweise gering sind aber in manchen Fällen doch zu Störungen führen können.H) mental output voltage zcir is available and that both have the same logic level, i.e. are of the same size. In the logic circuits according to the Main patent, there may be differences between the voltage swings of the two amplifier stages, which are comparatively small but can in some cases lead to malfunctions.
Die Ursachen für dan Auftreten eines unterschiedlichen Hubs der Ausgangsspannungen beider Verstärkerstufen sollen im folgenden kurz erläutert werden.The causes for dan occurrence of a different The swings of the output voltages of both amplifier stages are briefly explained below.
Nimmt man an, daß am Emitter des Transistors der ersten Verstärkerstufe eine Spannung von beispielsweise — 0,85 V anliegt, die dem Logikzustand »1« entspricht, so sperrt dieser Transistor und der Transistor der zweiten Verstärkerstufe leitet Der Strom k fließtAssuming that the emitter of the transistor of the first amplifier stage has a voltage of - 0.85 V, for example, which corresponds to the logic state "1", this transistor blocks and the transistor of the second amplifier stage conducts. The current k flows
2"> dann ausschließlich in die Basis des Transistors der zweiten Verstärkerstufe, wobei sich ein erster Spannungsabfall am Basiswiderstand ergibt. Legt man an den Emitter des Transistors der ersten Verstärkerstufe nun ein negativeres Potential an, das dem Logikzustand »0« entspricht, dann wird der Tranistor der ersten Verstärkerstufe leitend und der Transistor der zweiten Verstärkerstufe gesperrt. In diesem Fall fließt der gesamte Strom I0 in die Basis des nun leitenden Transistors der ersten Verstärkerstufe und es ergibt sich ein Spannungsabfall am Basiswiderstand. Damit nun der Transistor der zweiten Verstärkerstufe sicher sperrt, muß der zweite Spannungsabfall am Basiswiderstand größer als der erste sein; dies bedeutet aber, daß dann auch ein größerer Strom /o fließt. Da der größere Strom /0 ausschließlich in die Basis des Transistors der ersten Verstärkerstufe fließt, ergibt sich dort auch ein größerer Kollektorstrom und damit ein größerer Spannungshub am Kollektorwiderstand.2 "> then exclusively into the base of the transistor of the second amplifier stage, resulting in a first voltage drop at the base resistance. If a more negative potential is now applied to the emitter of the transistor of the first amplifier stage, which corresponds to the logic state" 0 ", then the The transistor of the first amplifier stage is conductive and the transistor of the second amplifier stage is blocked. In this case, the entire current I 0 flows into the base of the transistor of the first amplifier stage, which is now conductive, and there is a voltage drop across the base resistance , the second voltage drop across the base resistor must be greater than the first; this means, however, that a greater current / o then also flows. Since the greater current / 0 flows exclusively into the base of the transistor of the first amplifier stage, there is also a greater one there Collector current and thus a larger voltage swing at the collector resistance.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von dem älteren Vorschlag nach dem Hauptpatent die Aufgabe gestellt, einen gleichen Spannungshub an den Kollektorwiderständen der beiden Verstärkerstufen des Differenzverstärkers zu erreichen.In the present invention based on the older proposal according to the main patent Task set an equal voltage swing across the collector resistors of the two amplifier stages of the To achieve differential amplifier.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,According to the invention, the object is achieved by
so daß die Verstärkung der ersten Verstärkerstufe geringer als die der zweiten Verstärkerstufe gewählt ist.
Dadurch wird mit Sicherheit eine Sättigung des Transistors der ersten Verstärkerstufe verhindert und es
ergibt sich außerdem eine besonders einfache Schaltungskonzeption,
die beim Einsatz bei hohen Impulsfrequenzen ebenfalls wichtig ist, da dort beispielsweise
auch zusätzliche Spannungsteiler zu einem schlechteren Impulsverhalten führen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die auch bei der Verwendung reflexionsarm abgeschlossener
Leitungen als Kollektorwiderstände und damit besonders im Gebiet sehr hoher Frequenzen möglich ist,
ergibt sich dadurch, daß in der ersten Verstärkerstufe ein Transistor mit geringerer Stromverstärkung als in
der zweiten Verstärkerstufe verwendet wird. Das Maß der unterschiedlichen Stromverstärkung hängt in
diesem Falle sowohl von der Größe der Betriebsspannung als auch vom gewünschten Hub der Ausgangs-so that the gain of the first amplifier stage is selected to be less than that of the second amplifier stage. This reliably prevents saturation of the transistor of the first amplifier stage and also results in a particularly simple circuit design, which is also important when used at high pulse frequencies, since there, for example, additional voltage dividers also lead to poorer pulse behavior.
A preferred embodiment of the invention, which is also possible when using low-reflection lines as collector resistors and thus especially in the area of very high frequencies, results from the fact that a transistor with a lower current gain is used in the first amplifier stage than in the second amplifier stage. The extent of the different current amplification depends in this case on both the size of the operating voltage and the desired stroke of the output
spannungen und vom Widerstandswert des Basiswiderstandes ab, da sich beispielsweise bei besonders hochohmigen Basiswiderständen und vorgegebenem Basisstrom entsprechend größere Schwankungen der Basisspannungen ergeben. -,voltages and from the resistance value of the base resistor, since, for example, especially high-ohm base resistances and given base current correspondingly larger fluctuations in the Base stresses result. -,
Handelt es sich bei den Logikschaltungen um solche mit besonders konzentriertem Aufbau bei denen statt der angepaßten Leitungen Kollektorwiderstände verwendet werden, dann kann entsprechend einer vorteilhaften Variante der Erfindung in der ersten Verstärker- |<; stufe ein kollektorwiderstand mit einem geringeren Widerstandswert als in der zweiten Verstärkerstufe angeordnet werden. Besonders vorteilhaft ist die Ausführung dieses Kollektorwiderstandes als abgleichbarer Widerstand, da in diesem Falle die Schaltungsan-Ordnung während des Betriebs auf optimale Funktion abgeglichen werden kann.If the logic circuits are those with a particularly concentrated structure in which collector resistors are used instead of the matched lines, then, according to an advantageous variant of the invention, the first amplifier | <; stage a collector resistor with a lower resistance value than in the second amplifier stage can be arranged. It is particularly advantageous to design this collector resistor as an adjustable resistor, since in this case the circuit arrangement can be adjusted for optimum function during operation.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die besonders große Wahlmöglichkeiten zuläßt, ergibt sich dadurch, daß in der ersten Verstärkerstufe sowohl ein Transistor mit geringerer Stromverstärkung als auch ein Widerstand mit geringerem Widerstandswert als die entsprechenden Bauteile der zweiten Verstärkerstufe eingesetzt sind.Another embodiment of the invention, which allows a particularly wide range of options, results in that both a transistor with a lower current gain as well as in the first amplifier stage a resistor with a lower resistance value than the corresponding components of the second amplifier stage are used.
Eine zusätzliche Verbesserung der erfindungsgemäßen Logikschaltungen ergibt sich dadurch, daß die Verstärkung der Verstärkerstufen temperaturstabiüsiert ist. Eine besonders zweckmäßige Temperaturstabilisierung ergibt sich dadurch, daß die zweite Betriebsspannung durch einen aus zwei Widerständen bestehen- jo den Spannungsteiler mit nachgeschaltetem Emitterfolger aus der ersten Betriebsspannung erzeugt ist.An additional improvement of the invention Logic circuits result from the fact that the gain of the amplifier stages is temperature stabilized is. A particularly useful temperature stabilization results from the fact that the second operating voltage through a voltage divider consisting of two resistors with a downstream emitter follower is generated from the first operating voltage.
Die Erfindung soll im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. r> The invention is to be explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing. r>
Dabei zeigt die Figur eine erfindungsgemäße Logikschaltung zur Erzielung einer OR-Verknüpfung. Die Logikschaltung besteht aus einem Differenzverstärker mit zwei eingangsseitig vorgeschalteten Emitterfolgern und einem Spannungsteiler mit nachgeschaltetem Emitterfolger zur Erzeugung der zweiten Betriebsspannung - UB 2, die etwa -1,25 V beträgt. Der Differenzverstärker besteht aus den an der Basis miteinander verbundenen npn-Transistoren Γ33 und 7*34, bei denen es sich ebenso wie bei den anderen Transistoren 7*31, Γ32 und 7*35 um solche des Typs BFR35A handelt. Die gemeinsame Basis der beiden Transistoren 7*33 und 7*34 ist über den Basiswiderstand R 32, der einen Widerstand von 2,2 kOhm aufweist, mit Masse verbunden. Die Kollektorwiderstände R3i und 7? 33 wurden im vorliegenden Falle gleich groß gewählt und weisen einen Widerstandswert von 50 Ohm auf. Der Emitter des Transistors 7*33 der ersten Verstärkerstufe ist über den Widerstand R35 mit einem Widerstandsweri von 100Ohm an die erste Betriebsspannung —ÜB 1 zur — 3 Volt angeschlossen und außerdem mit den Emittern der beiden als Emitterfolger geschalteten Transistoren 7"31 und T32 verbunden. Der Basisanschluß des Transistors Γ31 bildet gleichzeitig den ersten Signaleingang E1 und der Basisanschluß des zweiten Emitterfolgertransistors T32 den zweiten Signaleingang E 2 der OR-Verknüpfungsschaltung. Der Emitteranschluß des Transistors T34 der zweiten Verstärkerstufe ist an die als Referenzspannung wirkende zweite Betriebsspannung — UB 2 angeschlossen. Die zweite Betriebsspannung — UB 2 wird mittels eines Spannungsteilers aus den Widerständen R 34 und R 37 und eines nachgeschalteten Emitterfolgers aus dem Transistor 7*35 und dem Widerstand R 36 aus der ersten Betriebsspannung erzeugt Der Widerstandswert des Widerstandes R 34 beträgt 360 Ohm, während als Widerstand R 37 ein einstellbarer Widerstand mit eiaem Widerstandswert von 3 kOhm gewählt wurde, wobei etwa 2,7 kOhm wirksam sind; der Widerstand R 36 weist einen Widerstandswert von 100_Ohm auf.The figure shows a logic circuit according to the invention for achieving an OR link. The logic circuit consists of a differential amplifier with two emitter followers connected upstream on the input side and a voltage divider with a downstream emitter follower for generating the second operating voltage - UB 2, which is approximately -1.25 V. The differential amplifier consists of npn transistors Γ33 and 7 * 34 connected to one another at the base, which, like the other transistors 7 * 31, Γ32 and 7 * 35, are of the type BFR35A. The common base of the two transistors 7 * 33 and 7 * 34 is connected to ground via the base resistor R 32, which has a resistance of 2.2 kOhm. The collector resistors R3i and 7? 33 were chosen to be the same size in the present case and have a resistance of 50 ohms. The emitter of the transistor 7 * 33 of the first amplifier stage is connected via the resistor R35 with a resistance value of 100Ohm to the first operating voltage - ÜB 1 to - 3 volts and also connected to the emitters of the two transistors 7 "31 and T32, which are connected as emitter followers. the base terminal of the transistor Γ31 simultaneously forms the first signal input I 1 and the base terminal of the second emitter follower transistor T32 of the second signal input e 2 of the OR gate circuit of the emitter terminal of the transistor T34 of the second amplifier stage is connected to the acting as a reference voltage second operating voltage - connected UB 2.. the second operating voltage - VS 2 is 34, and R 37 and a downstream emitter-follower of the transistor 7 * 35 and resistor R 36 from the first operating voltage generated by a voltage divider comprising the resistors R, the resistance value of the resistor R 34 is 360 ohms while the Resistance R 37 on adjustable the resistor was chosen with a resistance value of 3 kOhm, about 2.7 kOhm being effective; the resistor R 36 has a resistance value of 100 ohms.
Als Signalausgänge A, A sind die Kollektoranschlüsse des Transistors 7*33 der ersten Verstärkerstufe und des Transistors 7"34 der zweiten Verstärkerstufe gewählt, wobei von letzterem das komplementäre Ausgangssignal abgenommen werden kann. Im Hinblick auf die zu erzeugende unterschiedliche Verstärkung wurden die beiden Transistoren T33 und 7~34 hinsichtlich ihrer Stromverstärkung ausgesucht, die Stromverstärkung des Transistors 7*33 liegt bei etwa 50 während die des Transistors 7*34 bei etwa 75 liegt. Es hat sich gezeigt, daß für einen Spannungshub von 0,8 Volt an den Kollektorwiderständen die Stromverstärkung beider Transistoren um einen Faktor m unterschiedlich sein sollte, der zwischen etwa 1,25 und 1,75 liegt.The collector connections of transistor 7 * 33 of the first amplifier stage and of transistor 7 "34 of the second amplifier stage are selected as signal outputs A, A , whereby the complementary output signal can be taken from the latter. With regard to the different amplification to be generated, the two transistors T33 and 7 ~ 34 selected with regard to their current gain, the current gain of the transistor 7 * 33 is around 50 while that of the transistor 7 * 34 is around 75. It has been shown that for a voltage swing of 0.8 volts across the collector resistors the The current gain of both transistors should be different by a factor m , which is between about 1.25 and 1.75.
Zur Erklärung der Wirkungsweise der Schaltung nach der Figur sei beiden Signaleingängen Fl bzw. E2 jeweils ein aus Rechteckimpulsen besiehender Puls zugeführt. Diese Rechteckimpulse werden über die Emitter der beiden Emitterfolger an den Emitter des Transistors 7*33 der ersten Verstärkerstufe weitergeleitet. Vor dem Eintreffen des ersten Impulses, also bei einem Strom /=0 der Emitterfolger, leitet der Transistor 7"33 der ersten Verstärkerstufe, während der Transistor 7*34 der zweiten Verstärkerstufe durch die zweite Betriebsspannung — UB 2 gesperrt ist. Beim Eintreffen eines Rechteckimpulses am Emitter des Transistors der ersten Verstärkerstufe, also bei steigendem Strom i der Emitterfolger, steigt die über den Widerstand R 35 abfallende Spannung an. Damit steigt auch die Spannung am Emitter und an der Basis des Transistors 7*33 und durch die Verbindung der beiden Basisanschlüsse auch die Spannung an der Basis des Transistors Γ34. Sobald die Basis-Emitterspannung des Transistors 7*34 über den Schwellenspannungswert von etwa 0,7 Volt ansteigt, übernimmt der Transistor Γ34 einen Teil des über den Widerstand R 32 zugeführten Stroms /0 und beginnt zu leiten, wobei der Kollektorstrom ansteigt. Mit dem Ansteigen des Kollektorstroms des Transistors Γ34 fällt der Kollektorstrom des Transistors Γ33 ab. Bei einem weiteren Anstieg des Stroms / der Emitterfolger, der im Falle eines Rechteckimpulses sehr schnell vor sich geht, sperrt schließlich der Transistor Γ33 und der Strom I0 fließt ausschließlich in die Basis des Transistors 7*34. Durch die eingangs geschilderte Potentialverschiebung an den Basisanschlüssen ergibt sich dabei ein geringerer in die Basis des Transistors 7*34 fließender Strom /0, der durch die um den Faktor n=l,5 höhere Stromverstärkung dieses Transistors ausgeglichen wird.To explain the mode of operation of the circuit according to the figure, a pulse consisting of square-wave pulses is fed to both signal inputs F1 and E2. These square-wave pulses are passed on via the emitters of the two emitter followers to the emitter of the transistor 7 * 33 of the first amplifier stage. Before the arrival of the first pulse, i.e. when the emitter follower current / = 0, the transistor 7 "33 of the first amplifier stage conducts, while the transistor 7 * 34 of the second amplifier stage is blocked by the second operating voltage - UB 2 At the emitter of the transistor of the first amplifier stage, i.e. when the current i of the emitter follower increases, the voltage drop across the resistor R 35 rises. This also increases the voltage at the emitter and at the base of the transistor 7 * 33 and through the connection of the two base connections also the voltage at the base of transistor Γ34. As soon as the base-emitter voltage of transistor 7 * 34 rises above the threshold voltage value of about 0.7 volts, transistor Γ34 takes over part of the current / 0 supplied via resistor R 32 and starts to With the increase of the collector current of the transistor Γ34, the collector current of the transistor Γ33 falls away. In the event of a further increase in the current / emitter follower, which happens very quickly in the case of a square pulse, transistor Γ33 ultimately blocks and current I 0 flows exclusively into the base of transistor 7 * 34. The aforementioned potential shift at the base connections results in a lower current / 0 flowing into the base of transistor 7 * 34, which is compensated for by the current gain of this transistor, which is higher by a factor of n = 1.5.
Durch die Gewinnung der zweiten Betriebsspannung mittels Basisspannungsteilers und Emitterfolgers ergibt sich eine temperaturabhängige Referenzspannung. Dadurch kann zwar nicht verhindert werden, daß die Verstärkung der beiden Verstärkerstufen des Differenzverstärkers bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen unterschiedlich hoch ist, wesentlich ist aber, daß die unterschiedliche Verstärkung der beiden Verstärkerstufen bei Temperaturveränderung erhalten bleibt.Obtaining the second operating voltage by means of a base voltage divider and emitter follower results a temperature-dependent reference voltage. This cannot prevent the Amplification of the two amplifier stages of the differential amplifier at different operating temperatures is different, but it is essential that the different gain of the two amplifier stages is retained when the temperature changes.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19752518261 DE2518261C3 (en) | 1975-04-24 | 1975-04-24 | Basic-coupled logic circuits |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19752518261 DE2518261C3 (en) | 1975-04-24 | 1975-04-24 | Basic-coupled logic circuits |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2518261A1 DE2518261A1 (en) | 1976-10-28 |
| DE2518261B2 DE2518261B2 (en) | 1981-07-16 |
| DE2518261C3 true DE2518261C3 (en) | 1982-06-09 |
Family
ID=5944919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19752518261 Expired DE2518261C3 (en) | 1975-04-24 | 1975-04-24 | Basic-coupled logic circuits |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2518261C3 (en) |
-
1975
- 1975-04-24 DE DE19752518261 patent/DE2518261C3/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2518261A1 (en) | 1976-10-28 |
| DE2518261B2 (en) | 1981-07-16 |
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Ref country code: DE Ref document number: 2451579 Format of ref document f/p: P |
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8340 | Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent |