DE1054118B - Regenerative wahlweise ODER-Schaltung - Google Patents

Description

In elektronischen Rechenanlagen werden zur Durchführung der einzelnen Operationen nach logischen Prinzipien arbeitende Elemente benutzt. Die einfachsten dieser Elemente sind als UND- bzw. als ODER-Schalter bekannt. Ein UND-Schalter liefert an seinem einzigen Ausgang nur dann ein Ausgangssignal, wenn gleichzeitig an allen Eingängen ein Eingangsimpuls anliegt. Bei diesen einfachen Schaltungen ist im allgemeinen pro Eingangskanal ein aktives oder passives Schaltelement (Transistor, Diode) erforderlich. Sollen jedoch kompliziertere logische Zusammenhänge realisiert werden, so steigt die Anzahl der benötigten Elemente stärker als die Zahl der Eingänge.

Die Anordnung gemäß der Erfindung benötigt auch für einen regenerativen wahlweisen. ODER-Kreis nur aktive Elemente entsprechend der Zahl der Eingänge, indem die Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors den Kollektorkreis des ersten Transistors bildet, daß der Kollektor des zweiten Transistors auf einen aus Batterie und Widerstand bestehenden Belastungszweig einwirkt, daß die Basiselektrode des ersten Transistors durch eine entgegengesetzt zur Kollektorbatterie gepolte Batterie vorgespannt wird und daß jedem Emitter ein Impulseingang zugeordnet ist. Eine Verbesserung der Schaltsicherheit dieser Anordnung kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß die Basiselektrode des zweiten Transistors über eine Diode mit Masse verbunden wird, die so gepolt ist, daß sie die Basiseingangskennlinie des zweiten Transistors in dem niedrigen Kollektorströmen entsprechenden Bereich abknickt. Dadurch entsteht ein schärferer Schnittpunkt der Kennlinien, der die Strom- und Spannungswerte genauer definiert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich an Hand der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, den zeichnerischen Darstellungen und den Patentansprüchen. Es zeigt

Fig. 1 einen bistabilen Schaltkreis mit zwei in Serie geschalteten Transistoren,

Fig. 2 das Kollektorkennlinienfeld des linken Transistors in Fig. 1 mit den Belastungskurven,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Schaltung nach Fig. 1 zu einer regenerativen wahlweisen ODER-Schaltung,

Fig. 4 das Kollektorkennlinienfeld des linken Transistors in Fig. 3 mit den Belastungskurven.

Fig. 5 eine Weiterbildung der .Schaltung nach Fig. 3 mit steileren Kennlinienschnittpunkten.

Der bistabile Schaltkreis nach Fig. 1 besteht aus einem Transistor 54 in geerdeter Basisschaltung und einem Transistor 55 in geerdeter Emitterschaltung, dessen Basis 55 δ direkt mit dem Kollektor 54 c ver-Regenerative wahlweise ODER-Schaltung

Anmelder:

IBM Deutschland

Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m. b. H., Sindelfingen (Württ), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 29. Oktober 1953

Harold Fleisher, Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

bunden ist. Der Kollektor 55 c ist an einen Belastungskreis aus Widerstand 63 und Batterie 64 angeschlossen. In die Basis-Erde-Verbindung der Basis 54 & ist eine Batterie 70 und in die Emitter -Erde- Verbindung des Emitters 54 e ist ein Signalgenerator mit Widerstand 56 r, Schalter 56s und Batterie 56 & eingefügt.

Die Fig. 2 zeigt eine Schar von Kollektoorstrom-Spannungs-Kennlinien für den Transistor 54, und zwar ist jede Kennlinie für einen bestimmten konstanten Emitterstrom gezeichnet. Dieser Kennlinienschar ist eine Kurve 72 beigefügt. Die Kurve 72 wird aus der Basisstrom-Spannungs-Kennlinie des Transistors 55 (Fig. 1) bei geerdetem Emitter abgeleitet, indem diese Kennlinie einfach um die F"_c-Achse umgekehrt wird. Diese Umkehrung ist durch die Schaltungsverbindungen nach Fig. 1 gerechtfertigt, da das Basispotential des Transistors 55 dasselbe ist wie das Kollektorpo'tential des Transistors 54 und da der Basisstrom des Transistors 55 der negative Kollektorstrom des Transistors 54 ist. Die Kurve 72 stellt genau die Belastung im Ausgang des Transistors 54 dar. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Kurve 72 zwei Bereiche 72 α und 72 c mit positiver Neigung- aufweist, die durch einen Bereich 72 b mit negativer Neigung getrennt sind. Die Schaltung ist stabil, wenn sie in einem der Bereiche 72 a und 72 c betrieben wird. Im Bereich 72Z> ist die Schaltung jedoch nicht stabil. Der Bereich 72 α ist durch einen hohen Koillektorstrom im Transistor 55 und der Bereich 72 c durch niedrigen Kollektorstrom gekennzeichnet.

Beginnend mit einem Emitterstrom von 1 mA im Transistor 54, arbeitet die Schaltung an der Stelle 73

809 788/249

3 4

des Bereiches 72α stabil. Wenn jetzt der Emitter- und 81 überlagert. Jede von ihnen stellt die überstrom erhöht wird, z. B. durch Übertragung eines tragene Basiskennlinie des Transistors 55 für bepositiven Signals auf den Emitter 54e, dann bewegt stimmte Arbeitszustände dar. Die Belastungslinie 80 sich der Arbeitspunkt auf die rechte Seite des stabilen stellt die Arbeitszustände dar, die bestehen, wenn der Bereiches 72 β und bewegt sich dann plötzlich nach 5 Schalter 69 s gemäß Zeichnung in seiner linken Punkt 74 in den stabilen Bereich 72c, wo· die Kurve Stellung geschlossen ist. Die Belastungslinie 81 stellt 72 von der gesamten Kennlinienschar des Transistors die Arbeitszustände dar, die bestehen, wenn der 54 in deren Sättigungsbereich geschnitten wird. Schalter 69 .? in seiner rechten Stellung geschlossen Wenn jetzt der Emitterstrom herabgesetzt wird, ist.

z.B. durch Wegnahme des Eingangssignals, dann io Die Kurve82, die die Kollektorstrom-Spannungsbewegt sich der Arbeitspunkt entlang der Kurve 72 Kennlinie des Transistors 54 für den Null-Emitternach links, bis er den unstabilen negativen Wider- strom ist, ist der geometrische Ort der Arbeitspunkte Standsbereich 72 & erreicht, und bewegt sich dann für den Fall des offenen Schalters 56s im Signalgeber plötzlich zu Punkt 75 in dem stabilen Bereich 72 a. 56. Die Kurve 83, die die Kollektorstrom-Spannungs-

Solange der Emitterstrom in den bei 76 in Fig. 2 15 Kennlinie für den Transistor 54 ist, wenn der

gezeigten Bereich fällt, arbeitet die Schaltung ent- Emitterstrom 2 mA beträgt, ist der geometrische Ort

weder im Bereich 72α oder 72 c stabil. Ein geringerer der Arbeitspunkte für den Fall des geschlossenen

Emitterstrom als der durch den Bereich 76 abge- Schalters 56s.

grenzte hat zur Folge, daß die Schaltung im Bereich Wird die Schaltung mit einem beliebigen Arbeits-

72a arbeitet, während ein größerer Emitterstrom als 20 punkt auf einem der schwächer geneigten rechten

der durch den Bereich 76 definierte den Arbeitsbereich Teile der Kurven 80 und 81 betrieben, dann ist der

72 c herbeiführt. Die Schaltung arbeitet normaler- Kollektorstrom im Transistor 55 niedrig. Hier wird

weise in einem sogenannten Ruhearbeitspunkt inner- ausgangs sei tig kein Signal abgegeben. Man nennt

halb des Bereiches 76 und wird zwischen: seinen bei- diesen Zustand den AUS-Zustand an den Ausgangs-

den Ausgangszuständen durch Signale an den Emitter 25 klemmen. Wenn das Schaltungssystem mit einem

54 e hin- und hergeschaltet, so· daß der Emitterstrom Arbeitspunkt auf einem der steiler abfallenden linken

des Transistors 54 größer oder kleiner als der Ruhe- Teile der Kurven 80, 81 arbeitet, dann ist der

arbeitsstrom wird, und zwar um einen Betrag, der Kollektorstrom des Transistors 55 hoch, man gewinnt

mindestens etwas das durch den Bereich 76 gekenn- ein Ausgangssignal und erhält den EIN-Zustand "an

zeichnete Stromintervall übersteigt. 30 den Ausgangsklemmen. Dabei ist zu beachten, daß

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Weiterbildung die Schaltung im Bereich der mittleren negativ geausgehend von der Anordnung nach Fig. 1 in Form neigten Teile der Kurven 80 und 81 nicht stabil einer regenerativen, wahlweisen ODER-Schaltung arbeitet.

gezeigt. Diese Schaltung hat zwei Eingänge und einen Der Normal- oder Ausgangszustand der Schaltung

einzigen Ausgang, der zwischen EIN- und AUS- 35 ist vorhanden, wenn der Schalter 56 s geschlossen und¹-

Zuständen umschaltbar ist. Das Charakteristische der Schalter 69s (Fig. 3) in seiner rechten Stellung

dieser Schaltung besteht darin, daß der Ausgang nur geschlossen ist. Der Arbaitspunkt liegt dann bei 84

dann aus dem AUS-Zustand in den EIN-Zustand um- am Schnittpunkt dar Kurven 83 und 81. ■

schaltbar ist, wenn ein Eingangssignal von einem Wenn, beginnend beim noirmalen Arbeitszustand,

bestimmten der Eingänge und kein Signal von dem 40 der Schalter 69 s in seine linke Schaltlage gebracht

anderen Eingang empfangen wird. Sie bleibt so lange wird, so verschiebt sich der Arbeitspunkt nach 85,

im EIN-Zustand, wie das Eingangssignal in dem be- dem Schnittpunkt zwischen der Kurve 83 und der

treffenden Eingang anhält, ob nun ein Signal von Kurve 80. Man sieht, daß für diesen Arbeitspunkt die

dem anderen Eingang kommt oder nicht. Ausgangssaite der Schaltung noch in ihrem AUS-

In der Fig. 3 sind Schaltelemente entsprechend 45 Zustand ist. AVird jetzt der Schalter 56 j geöffnet, so

den nach Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen gekenn- verschiebt sich der Arbeitspunkt entlang der Kurve

zeichnet. Der Hauptunterschied zwischen den Schal- 80 bis zum Punkt 86, dem Schnittpunkt der Kurven

tungen nach Fig, 1 und 3 besteht in dem dem Tran- 80 und 82. Die Ausgangsseite befindet sich noch im

sistor 55 zugeordneten Signalgenerator 69. In Fig. 3 AUS-Zustand. Die Schaltung kann damit nicht vom

ist der Signalgenerator 69 völlig verschieden von dem 50 AUS- in den EIN-Zustand übergehen, wenn der

Generator 56 in der Schaltung nach Fig. 1, da er ein Schalter 69 j vor dem Schalter 56 s betätigt wird.

Niederimpedanzgenerator ist, der einen Schalter 69 s Auf den normalen Arbeitszustand der Schaltung, in

und eine Batterie 69 & ohne innere Impedanz umfaßt. dem der Schalter 69.? in seiner rechten Schaltlage ge-

Der Schalter 69 s des Signalgebers 69 ist zwischen schlossen und der Schalter 56 s geschlossen ist, zu-

einer linken positiven Signalstellung, in der die 55 rückkommend, sei angenommen, daß der Schalter

Batterie 69 δ zwischen den Emitter 55 e und die Lei- 56 s geöffnet wird, während der Schalter 69.? in seiner

tung 71 geschaltet ist, und einer rechten signallosen rechten Stellung bleibt. Der Arbeitspunkt verschiebt

Stellung, in der der Emitter 55 e direkt an die Leitung sich dann von 84 nach Punkt 87, dem Schnittpunkt

71 angeschlossen ist, umschaltbar. der Kurven 81 und 82. Dieser Punkt liegt auf dem

Die Schaltung nach Fig. 3 ist eine regenerative 60 stark geneigten Teil der Kurve 81, so daß die Schal-Schaltung, da ein im Ausgangskreis fließender Strom tung jetzt ein Ausgangssignal abgibt und daher in den wirksam ein Signal zu einem der Eingangskreise zu- EIN-Zustand übergeht. Wenn jetzt der Schalter 69s rückgibt, um den Ausgangsstrom weiterfließen zu nach links umgeschaltet wird, dann verschiebt sich lassen. der Axbeitspunkt nach 88, dem Schnittpunkt der

An Hand der Fig. 4 sei nachstehend die Arbeits- 65 Kurven 82 und 80. Dieser Punkt 88 liegt auf dem weise der Schaltung nach Fig. 3 beschrieben. Die stark geneigten Teil der Kurve 80, so daß die Schal-Schar von Kollektorstrom-Spannungs-Kennlinien ge- tung weiterhin ein Ausgangssignal abgibt, maß Fig. 4 ist dieselbe Schar, d. h. für den Tran- Aus vorstehendem geht hervor, daß die Schaltung sistor 54, die in Fig. 2 gezeigt ist. Dieser Schar von sich aus dem AUS- in den EIN-Zustand nur durch Kennlinien nach Fig. 4 sind zwei Belastungslinien 80 70 Öffnen des Schalters 56s umschalten kann, während

der Schalter 69.? gleichzeitig in seiner rechten Stellung geschlossen bleibt.

Nachdem die Schaltung den EIN-Zustand erreicht hat, behält sie diesen bei, solange der Schalter 56 s offen bleibt. Sie kehrt jedoch in den AUS-Zustand zurück, sobald der Schalter 56s geschlossen wird. Wenn die Schaltung einmal in einen AUS-Zustand zurückgeschaltet ist, kann sie nur durch Öffnen des Schalters 56.?, während der Schalter 69 s in seiner rechten Stellung geschlossen ist, wieder in den EIN-Zustand gebracht werden.

Die Fig. 5 zeigt eine andere erfindungsgemäß abgewandelte Form der Schaltung nach Fig. 1, indem ein asymmetrisch leitendes System 77 zwischen die Basis 55 b des Transistors 55 und Erde geschaltet ist. Die Wirkung dieser Abwandlung besteht in der Veränderung der Neigung der Belastungslinie im Bereich 72 c auf einen durch die Linie 79 in Fig. 2 gezeigten Wert.

Die Hauptvorteile der Verwendung dieser asymmeirischen Einheit 76 sind die, daß weniger Kollektorstrom verlorengeht, wenn die Schaltung in dem Bereich 72 c arbeitet, und daß in diesem Bereich ein schärferer Arbeitspunkt entsteht. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß der Schnittpunkt zwischen der Kurve 79 und der Emitterstromkurve 76 c schärfer ist als der Schnittpunkt 74 zwischen den Kurven 72 und 76 c. Das stellt einen stabileren und deutlicher abgegrenzten Arbeitszustand für den Ausgangsstromkreis dar.

Die bei den vorstehend beschriebenen Schaltungen benutzten Signalgeber können auch durch andere an sich bekannte Impulsgeber ersetzt werden. Ebenso' lassen sich an Stelle der in diesen Schaltungen vorgesehenen Spitzentransistoren vom N-Typ auch solche vom P-Typ verwenden, wenn dabei eine entsprechende Polaritätsumpolung berücksichtigt wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Regenerative wahlweise ODER-Schaltung mit zwei Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors den Kollektorkreis des ersten Transistors bildet, daß der Kollektor des zweiten Transistors auf einen aus Batterie und Widerstand bestehenden Belastungszweig einwirkt, daß die Basiselektrode des ersten Transistors durch eine entgegengesetzt zur Kollektorbatterie gepolte Batterie vorgespannt wird und daß jedem Emitter ein Impulseingang zugeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des zweiten Transistors über eine Diode mit Masse verbunden ist, die so gepolt ist, daß die Basiseingangskennlinie des zweiten Transistors in dem den niederen Kollektorströmen des ersten Transistors entsprechenden Bereich abgeknickt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 788/249 3.59