DE3726005A1 - Bipolare logische schaltung - Google Patents
Bipolare logische schaltungInfo
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- H03K19/013—Modifications for accelerating switching in bipolar transistor circuits
- H03K19/0136—Modifications for accelerating switching in bipolar transistor circuits by means of a pull-up or down element
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- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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Description
Die Erfindung betrifft eine bipolare logische Schaltung nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Insbesondere handelt es sich um eine Verbesserung in einer Schal
tung, die zum Entladen von in der Basis eines Ausgangstransistors
gespeicherten Ladungen dient, wenn ein Ausgangssignal von einem
niedrigen Pegel "L" zu einem hohen Pegel "H" wechselt.
In Fig. 5 ist eine Pufferschaltung mit einem Eingang gezeigt, die
eine Basislade-/Entladeschaltung aufweist und die beispielsweise
aus ′85 MITSUBISHI SEMICONDUCTORS, BIPOLAR DIGITAL IC (LSTTL)
bekannt ist. In der Abbildung ist mit der Bezugsziffer 1 ein
NPN-Transistor mit SBD (Schottky barrier diode) Klemmung be
zeichnet, die Bezugsziffern 2 und 3 bezeichnen Widerstände
mit vorbestimmten Widerstandswerten. Ein Basislade-/Entlade
kreis besteht aus dem Transistor 1 und den Widerständen 2, 3.
Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Eingangsanschluß, die Be
zugsziffer 5 einen Eingangs-PNP-Transistor, dessen Basis am
Eingangsanschluß 4 liegt. Mit den Bezugsziffern 6, 7, 8, 12,
13 und 15 sind NPN-Transistoren mit SBD-Klemmung bezeichnet.
Die Bezugsziffer 16 bezeichnet einen NPN-Transistor, der zu
sammen mit dem Transistor 15 in Darlington-Schaltung verbun
den ist und einen Ausgangs-Darlington-Transistor bildet. Der
Ausgangs-Darlington-Transistor und der Transistor 13 sind in
Serie zwischen einem Anschluß 11 mit hohem Potential und ei
nem Anschluß 17 mit niedrigem Potential verbunden. Weiterhin
ist der Emitter des Transistors 12 mit der Basis des Tran
sistors 13 verbunden. Die Basislade-/Entladeschaltung wie
oben beschrieben, liegt zwischen dem Verbindungspunkt der
Transistoren 12 und 13 und dem Quellenanschluß 17 mit nie
drigem Potential. Weiterhin ist die Basis des Transistors
12 über einen Widerstand 10 mit dem Quellenanschluß 11 mit
hohem Potential verbunden. Die Bezugsziffern 9, 18, 19, 20
und 21 bezeichnen Schottky-Barrier-Dioden (SBD′s). Die SBD 9
liegt mit ihrer Anode an der Basis des Transistors 12, ihre
Kathode liegt am Kollektor des Transistors 8. Die Bezugs
ziffer 14 bezeichnet einen Ausgangsanschluß, die Bezugszif
fern 22 bis 28 bezeichnen Widerstände.
Im folgenden wird die Wirkungsweise der bekannten Schaltung
beschrieben.
Wenn an den Eingangsanschluß 4 ein "H" Spannungspegel gelegt
wurde, so schaltet der Eingangs-PNP-Transistor 5 aus, die
Transistoren 6, 7 und 8 schalten an. Der Transistor 12
schaltet aus, die Ausgangs-Darlington-Transistoren 15, 16
schalten an, so daß der Ausgangsanschluß 14 auf hohen Span
nungspegel "H" geht.
Wenn ein niedriger Spannungspegel "L" an den Eingangsanschluß
4 gelegt wird, so schaltet der Eingangs-PNP-Transistor 5 an,
die Transistoren 6, 7 und 8 schalten aus, die Transistoren
12 und 13 schalten an, so daß der Ausgangsanschluß 14 auf
niedrigen Pegel "L" geht. Wenn darüber hinaus die an den
Eingangsanschluß 4 angelegte Spannung von "L" nach "H" geht,
so geht auch der Pegel des Ausgangsanschlusses 14 von "L"
nach "H". In diesem Fall bildet der Transistor 1 einen Ent
ladepfad für Ladungen, die in der Basis des Transistors 13
gespeichert sind, so daß die Ausschaltzeit des Transistors
13 verkürzt und der Übergangsstrom des Transistors reduziert
wird.
Die bekannte bipolare logische Schaltung ist wie oben be
schrieben ausgebildet und arbeitet wie oben beschrieben, wo
bei der Transistor 13 ausschaltet, nachdem der Transistor 12
ausgeschaltet hat. Durch diese Arbeitsweise treten bei hohen
Schaltgeschwindigkeiten Schwierigkeiten auf. Darüber hinaus
fließt ein Übergangsstrom durch die Schaltung.
Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Auf
gabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung der eingangs
genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Schalt
zeiten verkürzt und der Übergangsstrom verringert werden.
Die bipolare logische Schaltung gemäß der vorliegenden Er
findung umfaßt eine Diode zwischen der Basis eines ersten
Transistors und dem Kollektor eines dritten Transistors, so
daß ein Entladungspfad für Ladungen in der Basis des ersten
Transistors durch den dritten Transistor gebildet wird.
In der bipolaren logischen Schaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Diode zwischen der Basis des ersten Tran
sistors und dem Kollektor des dritten Transistors angeordnet,
so daß beim Anschalten des dritten Transistors die in der
Basis des ersten Transistors gespeicherten Ladungen entladen
werden und der Transistor ausgeschaltet wird. Auf diese
Weise wird die Schaltzeit verkürzt bzw. werden die Schaltge
schwindigkeiten erhöht und der Übergangsstrom reduziert.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den
Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzug
ter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von Abbil
dungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
Fig. 1 die Schaltung einer bipolaren logischen Schal
tung gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 2 und 3 ein Blockdiagramm bzw. eine Schaltung einer be
vorzugten Ausführungsform, bei welcher die Schal
tung mit einem Flip-Flop verbunden ist;
Fig. 4 die Schaltung einer bipolaren logischen Schal
tung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausfüh
rungsform der Erfindung; und
Fig. 5 eine Schaltung einer herkömmlichen bipolaren
logischen Schaltung.
In den Abbildungen bezeichnen dieselben Bezugsziffern glei
che oder gleich wirkende Abschnitte bzw. Teile.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen anhand der
Abbildungen näher beschrieben:
Fig. 1 zeigt eine logische Schaltung gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung, bei der dieselben Bezugszif
fern wie in Fig. 5 für entsprechende Teile verwendet sind.
Die Bezugsziffer 30 bezeichnet eine Schottky-Barrier-Diode,
deren Anode mit dem Emitter des Transistors 12 und deren
Kathode mit dem Kollektor des Transistors 8 verbunden ist.
In der so ausgebildeten Schaltung ist in dem Fall, in dem
die Spannung mit "H" oder "L" Pegel am Eingangsanschluß 4
liegt, die Wirkung ähnlich der in der bekannten Schaltung.
Im Übergangszustand, bei dem die Spannung am Ausgangsan
schluß 14 von "L" nach "H" geht, wenn der Transistor 8 an
schaltet, bildet die Diode 30 einen Entladungspfad, in dem
die Ladungen, die in der Basis des Transistors 13 gespeichert
sind, über diese Diode 30 und den Transistor 8 abgeleitet
werden. Auf diese Weise kann man die Ausschaltzeit des Tran
sistors 13 verkürzen und den Übergangsstrom des Transistors
13 verringern.
Fig. 4 zeigt eine bipolare logische Schaltung entsprechend
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Bei
dieser bevorzugten Ausführungsform sind die Diode 30 der
Ausführungsform nach Fig. 1 und der Transistor 1 sowie die
Widerstände 2 und 3 der bekannten Anordnung zusammen als
Basislade-/Entladeschaltung ausgebildet. Durch diese Aus
bildung der Schaltung ergeben sich noch bessere Übertra
gungseigenschaften.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
wurden Schaltungen von Pufferkreisen dargelegt, die nur ei
nen Eingang aufweisen. Selbstverständlich läßt sich der Er
findungsgedanke auch sehr gut auf ein Flip-Flop oder einen
Zähler mit einem Pufferausgang anwenden. Fig. 3 zeigt eine
gleichwirkende Ausgangsschaltung für den Fall, in welchem
die Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein
Flip-Flop angewendet ist. Die logische Schaltung dazu ist
in Fig. 2 gezeigt. Auch hier ist also wieder eine Diode 30
zur Verkürzung der Schaltzeiten vorgesehen.
Wie oben beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Diode zwischen die Basis eines ersten Transistors und
den Kollektor eines dritten Transistors geschaltet und ein
Entladungspfad für die in der Basis des ersten Transistors
gespeicherte Ladung wird durch den dritten Transistor ge
bildet, so daß die Basisladungen des ersten Transistors
schnell abgeleitet werden können. Auf diese Weise können
bipolare logische Schaltungen in ihrer Schaltgeschwindigkeit
verbessert werden, wobei gleichzeitig nur kleine Übergangs
ströme fließen.
Claims (2)
1. Bipolare logische Schaltung, insbesondere für einen Inverter,
mit einem Ausgangs-Darlington-Transistor (15, 16) und einem
ersten Transistor (13), die in Reihenschaltung zwischen ei
ner Quelle (11) mit hohem Potential und einer Quelle (17)
mit niedrigem Potential geschaltet sind,
mit einem zweiten Transistor (12), dessen Kollektor mit der Basis des Ausgangs-Darlington-Transistors (15, 16) und über einen Widerstand (28) mit der Quelle (11) hohen Potentials verbunden ist und dessen Emitter mit der Basis des ersten Transistors (13) verbunden ist und dessen Basis über einen Widerstand (10) mit der Quelle (11) hohen Potentials ver bunden ist,
mit einem dritten Transistor (8), dessen Emitter mit der Quelle (17) niedrigen Potentials verbunden ist und dessen Basis mit einem Signal, entsprechend einem Eingangssig nal versorgt wird, und
mit einer ersten Diode (9), deren Anode an der Basis des zweiten Transistors (12) und deren Kathode an dem Kollek tor des dritten Transistors (8) liegt, dadurch gekennzeichnet,
daß eine zweite Diode (30) vorgesehen ist, deren Anode mit dem Emitter des zweiten Transistors (12) und deren Kathode mit dem Kollektor des dritten Transistors (8) verbunden ist.
mit einem zweiten Transistor (12), dessen Kollektor mit der Basis des Ausgangs-Darlington-Transistors (15, 16) und über einen Widerstand (28) mit der Quelle (11) hohen Potentials verbunden ist und dessen Emitter mit der Basis des ersten Transistors (13) verbunden ist und dessen Basis über einen Widerstand (10) mit der Quelle (11) hohen Potentials ver bunden ist,
mit einem dritten Transistor (8), dessen Emitter mit der Quelle (17) niedrigen Potentials verbunden ist und dessen Basis mit einem Signal, entsprechend einem Eingangssig nal versorgt wird, und
mit einer ersten Diode (9), deren Anode an der Basis des zweiten Transistors (12) und deren Kathode an dem Kollek tor des dritten Transistors (8) liegt, dadurch gekennzeichnet,
daß eine zweite Diode (30) vorgesehen ist, deren Anode mit dem Emitter des zweiten Transistors (12) und deren Kathode mit dem Kollektor des dritten Transistors (8) verbunden ist.
2. Bipolare logische Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Transistor (1) vorgesehen ist, dessen Basis und
Kollektor über Widerstände (2, 3) mit dem Verbindungs
punkt zwischen dem Emitter des zweiten Transistors (12)
und der Basis des ersten Transistors (13) verbunden
sind und dessen Emitter an der Quelle (17) niedrigen Po
tentials liegt, so daß der Transistor (1) Ladungen ab
leitet, welche in der Basis des ersten Transistors (13)
gespeichert sind.
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