DE2002578A1

DE2002578A1 - Multistabile Schaltung

Info

Publication number: DE2002578A1
Application number: DE19702002578
Authority: DE
Inventors: Hiro Moriyasu
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1969-01-21
Filing date: 1970-01-21
Publication date: 1971-06-09
Also published as: IL33710A0; NL7000815A; IL33710A; DE2002578B2; DE2002578C3; FR2037322A5; GB1297531A; NL170905C; NL170905B; US3681617A; CH530126A; SE356188B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R Weickmann, ZUUZO/q

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A/Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

TEKTRONIX INC.

14-150 Southwest Karl Braun Drive,

Beaverton, Oregon, V. St. A.

Multistabile Schaltung

Binärteiler oder Flip-Flops sind eine Grundschaltung in Rechnern, Frequenzzählern und anderen digitalen Einrichtungen. Die bisher bekannten binären Flip-Flops verwenden Ladungsaustauscheinrichtungen, wie Kondensatoren, oder sie nutzen die gespeicherte Ladung von Halbleitern aus, wenn sie von einem Zustand in einen anderen Zustand umgeschaltet werden. Derartige Anordnungen zeichnen sich durch verschiedene Nachteile aus, insbesondere für einen bei hoher Frequenz erfolgenden Betrieb. So muß eine kommutative Energieübertragung während der Zustandswechsel erfolgen. Deshalb können diese Zustandswechsel relativ langsam vor sich gehen. Bei den herkömmlichen Schaltungen sind ferner die Streukapazität und Transistor-Hochfrequenzparameter kritisch. Ferner reagieren die herkömmlichen Schaltungen normalerweise empfindlich auf die Eingangssignal-Anstiegszeit.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte multistabile Schaltung zu schaffen, die über einen weiten Frequenzbereich zu arbeiten imstande ist. Die neu zu schaffende multistabile Schaltung oder Untersetζerschaltung soll auf die Anstiegszeit des Ansteuersignals weitgehend unempfindlich sein. Ferner soll die neu zu schaffende multistabile Schaltung keine kommutativ wirkenden Zeitkonstantenglieder enthalten. Schließlich soll die neu zu schaffende multistabile Schaltung relativ einfach sein und eich ohne weiteres für integrierte Schaltungstechniken eignen.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch eine multistabile Schaltung erfindungsgemäß dadurch, daß zumindest eine erste Verriegelungsschaltung und eine zweite Verriegelungsschaltung vorgesehen sind, daß die Verriegelungsschaltungen abwechselnd in Betrieb setzbar sind, daß die Verriegelungsschaltungen aktive Schaltelemente enthalten und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die erste Verriegelungsschaltung mit einem aktiven Schaltelement in der zweiten Verriegelungsschaltung koppeln und dieses aktive Schaltelement in einen Arbeitszustand voreinstellen, bevor eine Speisung der zweiten Verriegelungsschaltung erfolgt.

Die erfindungsgemäße multistabile Schaltung enthält also eine Vielzahl von Verriegelungspaaren oder -schaltungen, die nacheinander zu arbeiten imstande sind, so daß jeweils nur eine derartige Schaltung eingeschaltet ist. Von jeder Verriegelungsschalifting/^ferbuicbngzu einem aktiven Element zu der nächsten Verriegelungsschaltung, um diese für den Leitzustand voreinzustellen. Zwischen aufeinanderfolgenden Verriegelungsschaltungen bewirken Stromschalter eine Stromübertragung; erfolgt eine Umschaltung, so wird dasjenige Verriegelungselement unmittelbar leitend, das das zuvor voreingestellte Element enthält. Die erfindungsgemäße Schaltung

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ist mit einem Frequenzbereich von O Hz bis 600 MHz anwendbar.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schaltplan einer ersten Schaltung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 veranschaulicht an Hand von Impulsfolgen den Betrieb der Schaltung gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schaltplan einer zweiten Schaltung gemäß der Erfindung.

Fig. 4- zeigt einen Schaltplan einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5 zeigt einen Schaltplan einer noch weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße multistabile Schaltung enthält eine Vielzahl von Verriegelungsschaltungen, die jeweils zwei Transistoren enthalten. Ein erstes derartiges Transistorpaar enthält einen ersten Transistor Q1 und einen zweiten Transistor Q5· Ein zweites Transistorpaar enthält die Transistoren Q2 und Q6, ein drittes Transistorpaar enthält die Transistoren Q3 und Q7, und ein viertes Transistorpaar enthält die Transistoren Q4· und Q8. Die Transistoren jedes Transistorpaares sind derart miteinander rückgekoppelt, daß in dem Fall, daß einer dieser Transistoren leitet, beide Transistoren stark leitend werden. Dabei ist der Kollektor des Transistors Q1 mit der Basis des Transistors Q5 über einen Widerstand 10 verbunden. In entsprechender Weise ist der Kollektor des Transistors Q5 mit der Basis des Transistors Q1 über den Widerstand 12 verbunden. Über den Widerstand 14 ist die Basis des Transistors Q5 mit einer positiven Spannungsquelle verbunden; über den Widerstand 16 ist die Basis des Transistors Q1 mit einer negativen Spannungsquelle verbunden. Durch den Widerstand 18 gebildete Koppelungseinrichtungen

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verbinden den Kollektor des Transistors Q1 mit der Basis des Transistors Q6. Eine Stromquelle i2 liefert an die Emitter der Transistoren Q5 und Q7 einen Strom, und eine Stromquelle ±3 liefert einen Strom an die Emitter der Transistoren Q6 und Q8. Bei der Ausführungsform gemäß Fig.1 sind die ersten Transistoren jedes Transistorpaares, d.h. die Transistoren Q1, Q2, Q3 und Q4, zweckmäßigerweise vom npn-Leitfähigkeitstyp, während die zweiten Transistoren jedes Transistorpaares, d.h. die Transistoren Q5, Q6, Q7 und Q8 vom komplementären Leitfähigkeitstyp, d.h. vom npn-Leitfähigkeitstyp sind.

Ein die beiden Transistoren Q9 und Q1O enthaltender Stromschalter dient dazu, einen Strom abwechselnd an die Emitter der Transistoren Q1 und Q3 oder an die Emitter der Transistoren Q2 undQ4 abzugeben. Die Emitter der Transistoren und Q1O sind gemeinsam an eine Stromquelle i1 angeschlossen; die Kollektoren der Transistoren Q9 und Q1O sind mit den Emittern der Transistoren Q1 und Q3 bzw. mit den Emittern der Transistoren Q2 und Q4 verbunden. Die Basis des Transistors Q10 ist über einen Widerstand 20 mit einer negativen Spannungsquelle verbunden, und außerdem ist sie über eine ZENER-Diode 22 geerdet. Die Basis des Transistors Q9 ist über einen Widerstand 24 ebenfalls an eine negative Spannungsquelle angeschlossen, während einer ZENER-Diode 26 die Basis dieses Transistors Q9 mit einer Eingangsklemme 28 verbindet.

Die aufeinanderfolgenden Verriegelungsschaltungen sind nun in der gleichen Weise miteinander verbunden, wie dies bezüglich der Verriegelungsschaltungen 01, Q5 und Q2, Q6 erläutert worden ist. Die betreffenden Verriegelungsschaltungen sind nacheinander angeordnet, wobei aufeinanderfolgende Transistorpaare jeweils abwechselnd Strom von dem Transistor Q9 oder vom Transistor Q10 her aufnehmen. Die von dem Transistor Q9 einen Strom her aufnehmenden Transistorpaare nehmen auch von

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der Stromquelle ±2 einen Strom auf, während die von dem Transistor Q1O einen Strom her aufnehmenden Transistorpaare von der Stromquelle ±3 einen Strom aufnehmen. Der Widerstand 30 am Kollektor des Transistors Q4· führt, wie durch entsprechend bezeichnete Punkte Y angedeutet,, zur Basis des Transistors Q5. Dadurch ist eine durchgehende Schaltungsverbindung hergestellt.

Im folgenden sei die !Funktionsweise der erläuterten Schaltung näher betrachtet. In diesem Zusammenhang sei angenommen, daß die Transistoren Q4- und Q8 leitend sind. Da der Kollektor jedes dieser Transistoren mit der Basis des jeweils anderen Transistors verbunden ist, ist eine Ruckkopplungsschaltung gebildet, in der jeder Transistor den anderen Transistor im leitenden Zustand hält. Zu diesem Zeitpunkt sei der Transistor 010 leitend, wodurch der Transistor Q4· und die Widerstände 32 und 34· von einem Strom durchflossen werden, der von der positiven Spannungsquelle aus durch die Widerstände und den Transistor 04 fließt. Der Spannungsabfall an dem Widerstand 34· stellt dabei das Leitendbleiben des Transistors Q8 sicher. Der Transistor Q8 und die Widerstände 36 und 38 werden von dem Strom i3 durchflossen. Da die Basis des Transistors Q4-an den Verbindungspunkt der beiden Widerstände 36 und 38 angeschlossen ist, ist eine fortgesetzte' Stromführung des Transistors Q4 sichergestellt.

Da der Transistor Q4· über den Widerstand 30 mit der Basis des Transistors Q5 gekoppelt ist, fließt ein Teil des Stromes i1 von dem Transistor Q10 durch den Widerstand 14-. Dadurch wird an diesem Widerstand 14- ein Spannungsabfall hervorgerufen, auf den hin der Transistor Q5 in den leitenden Zustand gelangt. Der Transistor Q1 befindet sich dabei jedoch nicht im leitenden Zustand, da ihm kein Strom zugeführt wird. Da der Transistor Q5 leitend ist, ist die die Transistoren Q1 und Q5 enthaltende Verriegelungsschaltung somit voreingestellt bzw. vorbereitet,

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so daß mit Umschalten des Stromes i1 das Transistorpaar Q1 und Q5 sofort auf Grund der Rückkopplungswirkung in den leitenden Zustand gelangt. Der Transistor Q5 zieht über die Widerstände 12 und 16 einen Strom, wodurch an der Basis des Transistors Q1 eine Spannung auftritt, die diesen Transistor in den leitenden Zustand überführt. Wird somit der Klemme 28 ein positiver Impuls zugeführt, so steigt das Basispotential des Transistors Q9, das zuvor auf einem negativen Wert festgehalten worden ist, über die ZENER-Diode 26 an, wodurch der Transistor Q9 in den leitenden Zustand gelangt. Da die Transistoren Q9 und Q10 als Differenzschaltung geschaltet sind, übernimmt der Transistor Q9 den Strom, der zuvor durch den Transistor Q1O geflossen ist, und der Transistor Q1O hört auf zu leiten. Nunmehr gibt der Transistor Q9 den Strom an den Emitter des Transistors Q1 ab. Der Transistor Q1 führt unmittelbar daraufhin Strom, da er für die Stromleitung bereits voreingestellt ist. Der Transistor Q1 bewirkt über den Widerstand 18 eine Voreinstellung des Transistors Q6.

Wenn die Transistoren Q4- und Q8 Strom führen, führt auch der Transistor Q5 des nächsten Transistorpaares Strom, und der Transistor Q1 ist für eine Stromführung voreingestellt. Der Transistor Q1 führt einen Strom, sobald ihm dieser vom Transistor Q9 her zugeführt wird. Wird das Eingangssignal dann wieder negativ, so wird der Transistor Q9 in den nichtleitenden Zustand übergeführt, da dieses zu negativen Werten hin sich ändernde Signal zum Absenken des Basispotentials unter den Abschaltwert führt. Damit wird der Transistor Q1O leitend. Da der Transistor Q6 leitend ist, wird der Transistor Q2 über seine Basis in den leitenden Zustand gesteuert. Damit fließt der Strom i1 unmittelbar durch den Transistor Q2. Dadurch wird die Rückkopplung zwischen den Transistoren Q2 und Q6 wirksam. In dieser Schaltung ist zwischen den Stufen keine Ums ehalt zeit erforderlich, wenn ein Eingangs sigkfi;' ■jrgang auftritt. Vielmehr ist zumindest ein Element des 3β*. .L^a nächst-

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folgenden Transistorpaares bereits für den Übergang in den stromführenden Zustand vorbereitet oder bereits imstande, einen Strom zu führen, wenn das vorhergehende Transistorpaar sich im Zustand der Rückkopplungs-Stromführung befindet.

Als Eingangssignal wird der Eingangskiemme 28 z.B. das in Fig. 2 dargestellte Sinussignal 40 zugeführt. Dadurch werden die Transistoren Q9 und Q1O abwechselnd leitend. Das Signal an den Kollektoren Q9 und Q1O besitzt einen weitgehend rechteckformigen Verlauf, wobei die positiven Perioden mit T1 und T3 bezeichnet sind, während die negativen Perioden f| mit T2 und T4- bezeichnet sind. Während der Dauer der Halbperiode T1 oder zu dem Zeitpunkt, zu dem der Transistor Q9 leitend ist, ist der Transistor Q1 leitend, wodurch von dessen Ausgang, wie dargestellt, ein negatives Ausgangssignal abgegeben wird. Zum Zeitpunkt T2 ist der Transistor 02 leitend, wodurch von dessen Ausgang ein in Fig. 2 mit 02 bezeichnetes negatives Ausgangssignal abgegeben wird, etc.. Wie oben bereits erwähnt, ist der Transistor Q5 im leitenden Zustand, wenn der Transistor Q1 im leitenden Zustand ist. Dabei ist auch der Transistor Q6 im leitenden Zustand. Der Transistor 06 verbleibt im leitenden Zustand zum Zeitpunkt T2, wenn der Transistor Q2 in den leitenden Zustand gelangt. Die Tran- d sistoren 01, Q2, Q3 und Q4 führen in dieser Reihenfolge Strom, und da der Transistor Q4· mit dem Transistor Q5 verbunden ist, wiederholt sich dieser Vorgang dann von neuem. Die Transistoren Q5 bis Q8 werden auf jeden Eingangssignal-Übergang hin in den leitenden und nichtleitenden Zustand übergeführt. Dies entspricht einer binären Untersetzung um den Faktor 2 bezogen auf die Eingangsfrequenz. Die Schaltung ist dabei für die Ausführung jeglicher Untersetzung, als Ringzähler oder dgl. verwendbar. Von den Kollektoren der Transistoren Q/l bis Q4- können Ausgangssignale zweckmäßiger-' weise über gesonderte Transistoren (bei dieser Ausführungsform

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nicht dargestellt) abgenommen werden. Im Unterschied dazu können derartige Ausgangssignale über gesonderte Transistoren auch von.den Kollektoren der Transistoren Q5 bis Q8 abgenommen werden.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 1 wird lediglich diejenige Verriegelungsschaltung, die einen voreingestellten Transistor enthält, eingeschaltet, wenn der Strom zwischen den Transistoren Q9 und Q1O umgeschaltet wird. Der an den Kollektor des Transistors Q9 oder Q1O angeschlossene nicht-voreingestellte Transistor wird durch entsprechende Vorspannung gesperrt. Tritt bei einer Verriegelungsschaltung die Rückkopplungsleitung auf, so wird ein Transistor des nächstfolgenden Transistorpaares zur Beibehaltung der richtigen Reihenfolge voreingestellt.

Die Schaltung ist bezüglich der an der Klemme 28 auftretenden Eingangssignale frequenzunempfindlich. Die an der Klemme auftretende Wellenform kann sich sehr langsam ändern, wobei die Schaltung in der beschriebenen Weise arbeitet. Die Schaltung setzt ihren Betrieb jedoch bei hohen Frequenzen fort. Bei Verwendung als integrierte Schaltung ist die erfindungsgemäße Schaltung bis zu einer Frequenz von 600 MHz betrieben worden.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gemäß Fig. 3 sind die Verriegelungsschaltungen etwas unterschiedlich aufgebaut. Die erste Verriegelungsschaltung enthält einen ersten Transistor Q1 und einen zweiten Transistor Q6. Die übrigen Verriegelungsschaltungen enthalten die Transistoren Q2 und Q7, Q3 und Q8, und Q^- und Q5. Wenn der Transistor Q4 im leitenden Zustand ist, fließt ein Strom durch die Widerstände 4-2 und 44 von einer positiven Spannungsquelle her. Dadurch bildet sich an dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen eine solche Spannung aus, auf die hin der Transistor Q5 in den leitenden Zustand gelangt. In entsprechender Weise fließt ein Strom durch

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den Transistor Q5 sowie durch die Widerstände 46 und 48, und zwar von der positiven Spannungsquelle her. Dadurch steigt die Spannung an der Basis des Transistors Q4 an, wodurch dieser Transistor im leitenden Zustand gehalten wird. Dabei ist angenommen, daß der Transistor Q1O an den Transistor Q4 einen Strom i1 in der gleichen Weise liefert, wie dies zuvor in Verbindung mit Fig. 1 erläutert worden ist.

Der Kollektor des Transistors Q5 ist über einen Widerstand 50 mit der Basis des Transistors Q1 verbunden, wie dies die entsprechend bezeichneten Klemmen Z andeuten. Damit fließt also auch vom Kollektor des Transistors Q5 ein Strom durch den Widerstand 50 und durch den Widerstand 52 nach Erde. Der Spannungsabiall an dem Widerstand 52 bewirkt ein Ansteigen der Basisspannung des Transistors Q1, wodurch dieser Transistor für die Stromführung voreingestellt wird. Sobald an der Klemme 28 ein positives Signal auftritt, gibt der Transistor Q9 einen Strom an den Emitter des Transistors Q1 ab. Dadurch wird dieser Transistor Q1 unmittelbar in den leitenden Zustand übergeführt, da er für die Stromführung bereits voreingestellt worden ist. Bei leitendem Transistor Q1 fließt ein Strom durch die Widerstände 54 und 56. Dadurch sinkt die Spannung an der Basis des Transistors Q6, der daraufhin in den leitenden Zustand gelangt. Bei leitendem Transistor Q6 fließt ein Strom durch die Widerstände 58 und 52. Die am Widerstand 52 abfallende Spannung besitzt dabei einen Wert, der den Transistor Q1 im leitenden Zustand beläßt. Erfolgt ein Übergang des Stroms i1 vom Transistor Q1O auf den Transistor Q9, so wird der den Widerstand 52aieferte Strom nicht mehr vom Transistor Q5,sondern vom Transistor Q6 geliefert. Dieser Strom reicht jedoch aua, um den Transistor Q1 im leitenden Zustand zu halten.

Eine weitere Modifikation der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Diese Schaltung entspricht der in Fig. 3 dargestellten

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Schaltung, weshalb entsprechende Elemente auch gleich bezeichnet sind. Der Widerstand zwischen dem Kollektor eines ersten Transistors einer bestimmten Verriegelungsschaltung und der Basis eines zweiten Transistors der gleichen Verriegelungsschaltung ist hier weggelassen. So ist z.B. der Kollektor des ersten Transistors Q1 direkt mit der Basis des zweiten Transistors Q6 verbunden, ohne daß in dieser Verbindung ein Widerstand liegt. Ein derartiger Widerstand ist bei der vorliegenden Schaltung nicht erforderlich. Dadurch vereinfacht sich der Schaltungsaufbau. Bei in der dargestellten Stellung befindlichem Schalter 60 arbeitet die Schaltung in der gleichen Weise wie die in Pig. 3 dargestellte Schaltung. Dies heißt, daß die Rückkopplungsleitung in jedem Verriegelungs-Transistorpaar eine Voreinstellung eines Transistors des nächsten Transistorpaares bewirkt, so daß mit Verschiebung des Stromes auf ein Eingangssignal hin das nächste Verriegelungspaar leitend wird. Geht die Stromführung vom Transistor Q10 auf den Transistor Q9 über, so hören die Transistoren Q4- und Q5 auf zu leiten, während'die Transistoren Q1 und Q6 mit der Stromführung beginnen. Die Schaltung gemäß Pig. 4· ist mit zusätzlichen Transistoren Q*? , -($6 , φ und ($8 versehen. Jeder dieser zuletzt erwähnten Transistoren stellt einen zusätzlichen zweiten Transistor für die jeweilige Verriegelungsschaltung dar. Befindet sich der Schaltung 60 in der gezeigten Stellung, so werden diese zusätzlichen. Transistoren nicht gespeist. Wird der Schalter 60 jedoch von der Stellung P in die Stellung B umgeschaltet, so werden die Transistoren Q^ , Φ , Φ und φ8 anstelle der ohne ein Apostroph bezeichneten zweiten Transistoren gespeist. In diesem Pail enthalten die Verriegelungsschaltungen der Transistoren Q1 und Q*>', Q2 und $6 , Q3 und ($7^: und Q4 und ($8^; ·

Im folgenden sei angenommen, daß die Transistoren Q4- und leitend sind, während der Schalter 60 in der Stellung B ist.

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Der Strom vom Kollektor des Transistors Q> fließt durch den Widerstand 62, wodurch der Transistor φ leitend gehalten wird. Der Kollektorstrom des Transistors φ fließt durch die Widerstände 64· und 66, wodurch der Transistor Q4 im leitenden Zustand gehalten wird. Der Kollektor des Transistors φ ist ferner mit der Basis des Transistors Q3 über den Widerstand 68 gekoppelt. Ein Strom fließt durch den Widerstand 68 und durch den Widerstand 70, der zwischen der Basis des Transistors Q3 und Erde geschaltet ist. Der Transistor Q3 ist somit für die Stromführung sozusagen voreingestellt. Tritt nun an der Klemme 28 ein positives Signal auf, so wird der Strom i1 von dem Transistor Q1O auf den Transistor Q9 umgeschaltet. Dadurch wird der Transistor Q3 anstelle des Transistors Q1 leitend, da dieser Transistor Q3 über den Widerstand 68 bereits voreingestellt worden ist. Auf aufeinanderfolgende Signalübergänge am Signaleingang 28 arbeitet die multistabile Schaltung in Rückwärtsrichtung, so daß die Verriegelungsschaltungspaare nacheinander von rechts nach links laufend leitend werden und die jeweils nächste Stufe voreinstellen. Der Schalter 60 wird für einen umgekehrten Betrieb in die mit R bezeichnete Stellung und für einen Vorwärtsbetrieb in die mit F bezeichnete Stellung eingestellt.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In dieser Ausführungsform sind nur Transistoren vom npn-Leitfähigkeitstyp verwendet. Die betreffende Schaltung läßt sich daher ohne weiteres in integrierter Schaltungstechnik realisieren. Es sei bemerkt, daß die in der Schaltung vorgesehenen verschiedenen Dioden ohne weiteres in der gleichen integrierten Schaltung mit den npn-Transistoren hergestellt werden können. Die die Verriegelungsschaltungen bildenden Transistorpaare enthalten die Transistoren Q1 und Q6, Q2 und Q7, Q3 und Q8 sowie Q4- und Q5.

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Bei der Schaltung gemäß Fig. 5 nehmen die Emitter der Transistoren Q1 und Q3 einen Strom vom Kollektor des Transistors Q9 her auf, während die Emitter der Transistoren Q2 und Q4· in entsprechender Weise geschaltet sind, um einen Strom vom Kollektor des Transistors Q1O her aufzunehmen. Der Kollektor des Transistors Q1 ist direkt mit der Basis des Transistors Q6 verbunden, dessen Emitter über einen Widerstand 72 geerdet ist.Der Transistor Q6 ist ein Transistor eines Differenzschaltungs-Transistorpaares, bei dem der Emitter des Transistors Q6 mit dem Emitter eines Transistors Q11 verbunden ist. Die Basis des Transistors Q11 ist an eine Bezugsspannungsquelle R angeschlossen. Der Kollektor des Transistors Q11 ist an eine positive Spannungsquelle angeschlossen, und der Kollektor des Transistors Q6 ist über einen Widerstand 74- an die gleiche positive Spannungsquelle angeschlossen. Die Transistroen Q6 und Q11 stellen ein Stromschalterpaar oder eine Differenzverstärkerschaltung dar, die den den Widerstand 72 durchfließenden Strom umzuschalten gestattet, so daß er entweder durch den Transistor Q6 oder durch den Transistor Q11 fließt.

Mit dem Kollektor des Transistors Q6 ist ferner die Kathode einer ZENER-Diode 76 verbunden, deren Anode mit der Basis des Transistors Q1 verbunden ist. Die Anode der Diode 76 ist über einen Widerstand 78 geerdet. Ferner ist der Kollektor des Transistors Q6 über eine ZENER-Diode 80 mit der Basis des Transistors Q2 der nächsten Verriegelungsschaltung gekoppelt. Die Anode der ZENER-Diode 80 ist dabei an die Basis des Transistors Q2 angeschlossen und ferner über einen Widerstand geerdet.

Der Kollektor des Transistors Q1 ist über den Widerstand mit dem Emitter eines gesonderten Transistors 86 verbunden, dessen Basis mit dem Verbindungspunkt zwischen einer Diode

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und einem Widerstand 90 verbunden ist. Die Reihenschaltung aus Diode 88 und Widerstand 90 liegt dabei zwischen einer positiven Spannung und Erde. Ein Widerstand 92 verbindet den Kollektor des Transistors 86 mit einer positiven Spannungsquelle. Der Kollektor des Transistors 86 ist mit einer Ausgangsklemme 94· verbunden. Der Transistor 86 arbeitet als Transistorverstärker in Basisschaltung zur Entkopplung einer die Transistoren Q1 und $6 umfassenden Verriegelungsschaltung von einer Ausgangsbelastung, die an der Klemme 94· angeschlossen sein kann.

Die einzelnen Stufen sind in gleicher Weise aufgebaut. Das letzte Verriegelungspaar, zu dem die Transistoren Q4 und Q5 gehören, ist wie die entsprechend bezeichneten Schaltungspunkte X erkennen lassen, mit der ersten Verriegelungsschaltung verbunden. Der Kollektor des Transistors Q5 ist über einen Widerstand 96 an eine positive Spannungsquelle angeschlossen, und der Emitter des Transistors Q5 ist über einen Widerstand geerdet. Der Emitter des Transistors Q14· ist mit dem Emitter des Transistors Q5 verbunden, während der Kollektor des Transistors Q14 an eine positive Spannungsquelle angeschlossen ist. Ein Widerstand 100 liegt zwischen dem Kollektor des Transistors Q4· und dem Emitter eines Entkopplungs-Transistors 102. Zwischen dem Kollektor des Transistors Q5 und der Basis des Transistors Q4· liegt eine ZENER-Diode 104-, Ferner ist zwischen dem Schaltungspunkt X und der Basis des Transistors Q1 eine ZENER-Diode 106 geschaltet, deren Anode mit der Basis des Transistors Q1 verbunden ist.

Im folgenden sei angenommen, daß der Transistor 10 leitend ist und daß das die Transistoren Q4· und Q5 umfassende Rückkopplungspaar wirksam ist. Der Transistor Q4- ist dabei leitend, und der Transistor Q5 ist nichtleitend. Der Strom vom Kollektor des Transistors Q10 fließt durch den Transistor Q4 und durch

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den Widerstand 10O₁ wodurch die Spannung an der Basis des Transistors Q5 absinkt. Anstelle des Transistors Q5 leitet der Transistor Q14; die Kollektorspannung des Transistors Q5 ist hoch. Der Spannungspegel am Kollektor des Transistors Q5 wird durch die ZENER-Diode 104 auf einen Wert herabgesetzt, der geeignet ist, der Basis des Transistors Q4 zugeführt zu werden, um diesen Transistor leitend zu halten. Die Transistoren Q4 und Q5 sind somit rückkopplungsmäßig miteinander verbunden. Die Spannung am Kollektor des Tranaistors Q5 wird ferner an dem Schaltungspunkt X der ZENER-Diode 106 zugeführt, die zwischen dem Kollektor des Transistors Q5 und der Basis des Transistors Q1 liegt. Dadurch erhält die Spannung an der Basis des Transistors Q1 einen aolchen Wert, daß dieser Transistor für die Stromführung gewissermaßen voreingestellt wird. Tritt an der Eingangsklemme nunmehr eine positive Spannung auf und verschiebt sich die Zuführung des Stromes i1 von dem einen Transistor der beiden Transistoren Q9 und Q10 auf den jeweils anderen Transistor, ao wird der Transistor Q1 leitend, da lediglich dieser Transistor von den Transistoren Q1, Q2, Q3 und Q4 für eine Stromführung voreingestellt worden ist. Die Zustandsänderung dea Transistors Q1 wirkt sich über den Transistor 86 auf die Klemme 94 aus.

Sie erfindungsgemäßen Schaltungen sind durch eine Geschwindigkeit oder Anstiegszeit festlegende Umschaltelemente nicht belastet. Vielmehr ist die in der Reihenfolge der Stufen jeweils nächste Stufe bereits voreingestellt, wenn die 'ihr. vorangehende Stufe leitend wird. Deshalb treten nahezu keine Umschaltprobleme auf. Wie oben erwähnt, arbeitet die Schaltung

signal achritthaltend mit einer Eingang ^änderung, und zwar von einer äußerst niedrigen Schaltfrequenz, die durch Gleichstrom gegeben ist, bis zu einer Frequenz von mehreren 100 Megahertz. Die verschiedenen Stufen der multistabilen Schaltung liefern

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ihrerseits geeignete untersetzte Ausgangssignale; sie können auch in verschiedener Weise zusammengefaßt werden, um irgendeine gewünschte Ausgangsimpulskonfiguration zu erzeugen. Obwohl die in den Zeichnungen dargestellten Schaltungen jeweils nur vier Verriegelungsstufen enthalten, dürfte einzusehen sein, daß, sofern erwünscht, noch Stufen hinzugefügt werden können. Es ist dabei auch möglich, zwei erfindungsgemäße Schaltungen zu verwenden, von denen der Ausgang der jeweils einen Schaltung den Eingang der jeweils anderen Schaltung steuert.

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Claims

Patentansprüche

1. Multistabile Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine erste Verriegelungsschaltung (Q1,Q5) und eine zweite Verriegelungsschaltung (Q2,Q6) vorgesehen sind, daß die Verriegelungsschaltungen (Q1,Q5> Q2,Q6) abwechselnd in Betrieb setzbar sind, daß die Verriegelungsschaltungen (Q1,Q5;Q2,Q6) aktive Schaltelemente (Q1,Q5;Q2,Q6) enthalten und daß Einrichtungen (18) vorgesehen sind, die die erste Verriegelungsschaltung (Q1,Q5) mit einem aktiven Schaltelement (Q6) in der zweiten Verriegelungsschaltung (Q2,Q6) koppeln und dieses aktive Schaltelement (Q6) in einen Arbeitszustand voreinstellen, bevor eine Speisung der zweiten Verriegelungsschaltung (Q2,Q6) erfolgt.

2. Multistabile Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stromsteuereinrichtungen (Q9,Q10) vorgesehen sind, die auf einen Eingangssignalwechsel hin einen Strom an die erste Verriegelungsschaltung (Q1,Q5) oder an die zweite Verriegelungsschaltung (Q2,Q6) liefern.

3. Multistabile Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Vielzahl vorgesehenen._;Verriegelungsschaltungen (Q1,Q5;Q2,06; Q3,Q7»Q4,Q8)u zu einem Ring geschaltet sind, in welchem jeweils nur eine Verriegelungssohaltung wirksam und die dieser nachfolgende Verriegelungsschaltung für ein Wirksamwerden vorbereitet

4. Multistabile Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirksamschaltung eines aktiven Elements der einer wirksamen Verriegelungsschaltung folgenden Verriegelungsschaltung bereits mit Wirksamwerden der genannten wirksamen Verriegelungsschaltung erfolgt.

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5. Multistabile Schaltung nach Ansprach 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschalteinrichtungen (Q9,Q1O) einen Schaltstrom jeweils an zu einer von zwei Gruppen jeweils aufeinanderfolgender ■Verriegelungsschaltungen gehörende Verriegelungsschaltungen liefern und daß^zur Stroraführung vorbereitetes aktives Element eine Rückkopplung in seiner Verriegelungsschaltung bewirkt, wenn eine Stromumschaltung erfolgt.

6. Multistabile Schaltung nach einem der Ansprüche 3 his 5» dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Einrichtungen (Q¹5» Q¹6, Q¹7, Q¹8) vorgesehen sind, die eine Spannung von einer Verriegelungsschaltung an ein aktives Element einer dieser Verriegelungsschaltung in der Reihenfolge vorangehenden Verriegelungsschaltung abgeben, und daß Einrichtungen (60) zur Auswahl eines Vorwärts- und Rückwärtsbetriebs vorgesehen sind.

7- Multistabile Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verriegelungsschal- · tung (Q1,Q5;Q2,Q6;Q3,Q7;Q^/i-_iQ8) zwei miteinander rückgekoppelte Transistoren enthält.

8. Multistabile Schaltung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor einer Verriegelungsschaltung Strom führt, wenn beide Transistoren der dieser Verriegelungsschaltung vorangehenden Verriegelungsschaltung Strom führen.

9. Multistabile Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transietor-Stromschaltereinrichtung (Q9;Q10) vorgesehen ist, die den Speisestrom zwischen den zwei Gruppen zugehörigen Verriegelungsschaltungen umschaltet.

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ΊΟ. Multistabile Schaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor eines Transistors (z.B. Q6) jeder Verriegelungsschaltung mit der Basis eines Transistors (Q2) einer folgenden Verriegelungsschaltung verbunden ist.

11. Multistabile Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor (Q1,Q2,Q3,Q4) jeder Verriegelungsschaltung (Q1,Q5»Q2,Q6;Q3,Q7;Q²J-,Q8) an die Stromschalteinrichtung (Q9iQ10) angeschlossen ist.

12. Multistabile Schaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verriegelungsschaltung (Q1,Q5;Q2,Q6;Q3,Q7;Q4,Q8) ein zusätzlicher Transistor (Q¹5JQ¹O₁Q^iQ¹8) zugeordnet ist, der mit dem einen Transistor (Q1,Q2,Q3,Q4·) der jeweiligen Verriegelungsschaltung rückgekoppelt ist und der mit dem dem genannten einen Transistor entsprechenden Transistor einer vorangehenden Verriegelungsschaltung gekoppelt ist.

13· Multistabile Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß Einrichtungen (60) vorgesehen sind, die selektiv einen Strom an die mit den genannten einen Transistoren der jeweiligen Verriegelungsschaltung rückgekoppelten Transistoren für einen Schaltbetrieb in unterschiedlichen Richtungen abgeben.

14. Multistabile Schaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 13t dadurch gekennzeichnet, daß die die Verriegelungsschaltungen jeweils bildenden Translatoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind und daß beide Transistoren einer bestimmten Verriegelungsschaltung bei deren Wirksamsein gleichzeitig leitend sind«

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15· Multistabile Schaltung nach Anspruch 14- und einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verriegelungsschaltungen zugeordneten zusätzlichen Transistoren (Q' 5»<3'6,Ο'7,Q¹8) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind, wie die Transistoren, mit denen sie rückgekoppelt sind.

16. Multistabile Schaltung nach einem der Ansprüche 7

die

bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß/die Verriegelungsschaltungen jeweils bildenden Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind.

17· Multistabile Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine ZENER-Diode (104) den Ausgang des einen Transistors (Q5) mit dem Eingang des anderen Transistors (QA-) der eine" Verriegelungsschaltung bildenden Transistoren (Q4,Q5) verbindet.

18. Multistabile Schaltung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Verriegelungsschaltungen über eine ZENER-Diode (80) miteinander gekoppelt sind.

19· Multistabile Schaltung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß den eine Verriegelungsschaltung bildenden Transistoren (z.B. Q4,Q5) ein zusätzlicher Transistor (1A-) zugeordnet, der mit dem einen der genannten Transistoren als Differentialverstärker (Q5,Q14·) geschaltet ist.

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