DE1071386B

DE1071386B - Bistabile Schaltungen, insbesondere für datenverarbeit'ende Maschinen

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Publication number: DE1071386B
Application number: DENDAT1071386D
Authority: DE
Original assignee: National Cash Register Co
Current assignee: National Cash Register Co
Priority date: 1955-02-04
Publication date: 1959-12-17
Also published as: BE544907A; FR1200024A; GB782406A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 42 m 14

INTEBNATtONALE CL

G06b;f

ANHE LDETAG

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DES AVSLEGESCHRIFT

N 11795 IX/42m

3. FEBRUAR 19S6 17. DEZEMBER 1959

Die Erfindung betrifft Impulsgatter und im be sonderen bistabile Schaltungen mit Transistoren

Bekannt ist, das elektronische Ziffernrechensysteme unter Verwendung eines Speichers, der über ein logisches Netzwerk mit bistabilen Grundschaltungen verbunden ist, aufgebaut werden können. Die bistabilen Grundschaltungen in diesen Anlagen besitzen vorzugsweise jeweils zwei Tasteneingange und zwei Ausgange Es ist weiter bekannt, daß alle diese bistabilen Grundschaltungen in standardisierten Einheiten angeordnet werden können Hierdurch wird der Entwuif eines bestimmten Rechensystems inso fern sehr \ereinfacht, als die Schaltungsnetzwerke zur Verbindung der Ausgange der bistabilen Schaltungen mit deren Tasteingangen durch die Boolsche Algebra verwendende logische Gleichungen definiert werden können

Solche bistabilen Schaltungen wurden bishei mit Elektronenrohren bestuckt Da jedoch Transistoren wesentlich weniger Leistung verbrauchen als Elektronenrohren und mit Kristalldioden besonders gut zusammenarbeiten — da ja die Transistoren ebenfalls aus Kristallen aufgebaut sind —, eignen sich bistabile Schaltungen mit Transistoren sehr gut fur den Einbau in standardisierten Einheiten

Demgemäß hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine transistorisierte Grundschaltung nut standardisierten Ausgangs- und Eingangsanordnungen fur Rechenanlagen vorzusehen, von denen viele durch logische Netzwerke zu einem gewünschten Rechensystemen verbunden werden können

Em weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist die Anordnung einer bistabilen Transistorschaltung, die wahlweise so getastet werden kann, daß sie entweder eine ein echtes Ausgangssignal (»1«) darstellende Impulsfolge oder eine ein unechtes Ausgangssignal (»0«) darstellende Impulsfolge durchlaßt

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Anordnung einer standardisierten bistabilen Transistorschaltung mit einem echten und einem unechten Ausgang, an denen durch Anlegen von Tastsignalen an deren echten oder unechten Eingang wahlweise Signale erzeugt werden können

Es sind bistabile Schaltungen bekannt, die nach dem »Nicht-zuruck-zu-Nulle-Verfahren arbeiten, d h , samtliche Zustandsanderungen in den bistabilen Schaltungen eines bestimmten logischen Systems finden genau zum gleichen Zeitpunkt, ζ B am Ende einer Grundtaktperiode, statt und erfolgen nur dann, wenn eine Änderung des Ausgangssignals erforderhch ist Somit bleibt die bistabile Schaltung so lange in einem bestimmten Zustand, bis sie am Ende einer Grundtaktperiode getastet wird Dieses Verfahren besitzt große Vorteile in bezug auf Taktgebung und Bistabile Schaltungen,

insbesondere für datenverarbeitende

Maschinen

Anmelder:

The National Cash Register Company, Dayton, Ohio (V. St. A.)

Vertreter. Dr. A. Stappert, Rechtsanwalt, Dusseldorf, Feldstr 80

Beanspruchte Priorität V St ν Amerika vom 4 Februar 1955

logischem Aufbau, es entstehen jedoch Schwierigkeiten bei hochfrequenter Arbeitsweise, außerdem ist der Leistungsbedarf zum Ansteuern der logischen Netzwerke sehr hoch

Es wurden auch bistabile Schaltungen fur das »Zuruck-zu-Null«-Verfahren entwickelt Diese »dynamische Fhp-Flops« genannten Stromkreise haben den Vorteil, daß sie eine hochfrequente Arbeitsweise erlauben und wechselstromgekoppelte Treibmittel verwendet werden, so daß zum Ansteuern der logischen Xetzwerke mehr Leistung zur Verfugung steht Weiterhin bieten diese Stromkreise den Vorteil einer niedrigeren Ausgangsimpedanz fur die Auf ladung von Streukapa/itaten Bei der Taktgebung jedoch treten insotern Schwierigkeiten auf, als eine bekannte Verzögerung in Form einer Verzögerungsleitung oder ahnlichem zwischen die Ein- und Ausgange der Schaltungen einzufügen ist Der zeitliche Verlauf der zur Durchlaßsteuerung der Ausgangssignale dieser »dynamischen Flip-Flops« zu deren Eingangen erforderlichen Signale ist damit nicht nur eine Funktion der eingefugten Verzögerungsleitungen, sondern auch der den Verstarkern anhaftenden Verzögerungen Bei Verwendung dieser »dynamischen

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Flip-Flops« ist es im allgemeinen erforderlich, drei führt, an dessen Emitter ein Taktsignal in Form oder mehr Taktsignale mit verschiedener Phasenlage eines Rechteckimpulszuges liegt und dessen Kollekzu erzeugen und die Breite der Wellenformen dieser tor mit der Primärseite eines Transformators ver-Taktsignale genau zu überwachen. Die bistabile bunden ist. Zwei Ausgangsgatter steuern den DurchSchaltung der vorliegenden Erfindung kann als Korn- 5 laß der Taktsignale zu zwei Ausgangsleitungen. Die bination der oben beschriebenen Schaltungen ange- Steuereingänge dieser Gatter sind normalerweise so sehen werden, da ein Flip-Flop-Kreis mit nur einem vorgespannt, daß das eine Gatter geöffnet und das Transistor nach dem »Nicht-zurück-zu-Nulle-Verfah- andere geschlossen ist. Die in zwei entgegengesetzt ren arbeitet, d. h., ein Ausgangssignal bleibt so lange gewickelten Sekundärwicklungen des Transformators in einem bestimmten Zustand, bis der Flip-Flop-Kreis io erzeugten Signale werden den Steuereingängen der am Ende einer Grundtaktperiode getastet wird. Die beiden Ausgangsgatter zugeleitet, so daß diese ihren Ausgangssignale des bistabilen Kreises der vorliegen- Zustand umkehren und die Taktsignale vom Taktden Erfindung stellt jedoch eine für das »Zurück-zu- geber durch das andere Ausgangsgatter hindurchge-NuIl«-Verfahren charakteristische Folge von diskre- lassen werden. Somit wird das an dem einen oder ten Impulsen dar. In den erfindungsgemäßen Schal- 15 anderen dieser Ausgangsgatter sich ergebende Austungen wird so ein mit nur einem Transistor arbei- gangssignal in Form von Rechteckimpulsen durch tender Flip-Flop-Kreis durch die Abfallflanke des an Anlegen von Tastsignalen an den einen oder den seinen Eingang gelegten Taktimpulses getastet, und anderen der zwei Eingänge des Flip-Flop-Transistors sein Ausgangssignal dient zum Steuern der von dem- gesteuert.

selben Taktgeber abgeleiteten folgenden Taktsignale »o An Hand der Zeichnungen sollen nun Ausführungs-

zu den Ausgangsgattern. Hierbei entsteht von selbst beispiele der Erfindung näher beschrieben werden,

ohne die Verwendung von äußeren Verzögerungs- und zwar zeigt

gliedern eine Verzögerung um eine Taktperiode; es Fig. 1 ein Schaltdiagramm der bistabilen Schal-

werden damit nicht nur die Verzögerungsglieder tung gemäß der Erfindung,

überflüssig, sondern es wird auch gewährleistet, daß «5 Fig. 2 eine graphische Darstellung auftretender

die Verzögerung genau eine Taktperiode beträgt, wo- Wellenformen,

durch der zeitliche Verlauf sämtlicher an den Aus- Fig. 3 eine Emitterstrom-Emitterspannungs-Kenn-

gängen erscheinender Taktimpulse genau gesteuert linie zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 1

wird. enthaltenen Transistor-Flip-Flop-Kreises,

Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist eine 30 Fig. 4 ein Schaltschema einer Frequenzteilerschalbistabile Schaltung, bei der die großen Vorteile der tung, die durch die Kombination zweier erfindungs-Taktgebung und Logik des »Nicht-zurück-zu-Null«- gemäßer Grundschaltungen nach Fig. 1 gebildet wird, Verfahrens mit den Vorteilen der hochfrequenten und

Arbeitsweise und einer günstigeren Leistungsüber- Fig. S eine graphische Darstellung typischer WeI-

tragung des »Zurück-zu-Null«-Verfahrens kombiniert 35 lenformen, an Hand derer die Wirkungsweise der

werden. Frequenzteilerschaltung nach Fig. 4 erläutert werden

Demgemäß geht die Erfindung aus von einer bi- soll.

stabilen Schaltung mit einem zwei Eingänge und Unter Bezugnahme auf Fig. 1 sei nun ein bevoreinen Ausgang besitzenden bistabilen Transistorkreis zugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfinzur wahlweisen Abgabe von Impulsfolgen an dem 40 dung näher beschrieben. Die Schaltung enthält einen, einen oder anderen von zwei Ausgängen abhängig Flip-Flop-Kreis 12 mit einem Transistor T₁, an desdavon, an welchem der Eingänge ein Signal angelegt sen Kollektor 13 ein Signal entweder mit hohem oder wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Aus- niedrigem Potential liegen kann. Wird der Trangang des Transistorkreises zum öffnen oder Sperren sistor T₁ durch ein Signal an einem Tasteingang 8 eines als Gatter wirkenden Schaltelementes an dieses 45 getastet, der über eine Differenzier- und Begrenzungsangeschlossen ist, daß diesem weiterhin über einen schaltung 10 mit einem Emitterverbindungspunkt 7 Koppelkondensator beständig Taktimpulse zugeführt verbunden ist, so stellt sich am Kollektor 13 ein werden und daß der Ausgang des Schaltelementes an niedriges Potential ein. Wird andererseits der Trander Primärseite eines Transformators mit zwei ent- sistor T₁ durch ein Signal an einem Tasteingang 9 gegengesetzt gewickelten Sekundärwicklungen liegt, 50 getastet, der über eine Differenzier-und Begrenzungsvon denen das eine Ende der einen Sekundärwick- schaltung 11 an einem Basisverbindungspunkt Ta anlung auf einem bestimmten und das eine Ende der geschlossen ist, so stellt sich am Kollektor 13 ein anderen auf einem davon verschiedenen Potential hohes Potential ein. Der Kollektor 13 des Tranliegt, so daß das eine von zwei UND-Gattern, an die sistors T₁ Hegt an der Basis 17 eines Transistors T₂, über eine Impulsformerdiode und eine Begrenzungs- 55 der der Hauptbestandteil eines Gatters 16 ist. Ein schaltung jeweils die anderen Enden der Sekundär- Taktgeber 24 legt Taktsignale C an den Emitter 25 wicklungen angeschlossen sind, infolge der verschie- des Transistors T₂, die über den Kollektor 26 zu der denen Potentiale und der in den entgegengesetzt ge- Primärwicklung 27 eines Transformators 28 gelanwickelten Sekundärwicklungen induzierten Signalen gen, wenn das Gatter 16 geöffnet ist, d. h. wenn die nur, bei gesperrtem und das andere nur bei geöffnetem 60 Basis 17 auf niedrigem Potential liegt. Leiter 29 Schaltelement die weiterhin an die UND-Gatter be- und 30 von zwei entgegengesetzt gewickelten Sekunständig angelegten Taktimpulse abgibt. därwicklungen 31 und 32 des Transformators 28 lei-In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er- ten die Signale zu Eingangsdioden 67 und 71 der findung wird ein p-n-p-Spitzentransistor in einem Diodengatter 35 bzw. 36. Über einen Leiter 41 geFlip-Flop-Kreis verwendet, der durch an den Emitter 65 langen Taktsignale C vom Taktgeber 24 zu den bzw. an die Basis über Differenzier- und Begrenzungs- anderen Eingangsdioden 68 und 72 der Gatter 35 schaltungen angelegte Tastsignale in den einen oder bzw. 36. Wie noch näher beschrieben wird, haben in den anderen Zustand getastet werden kann. Das die Gatter 35 und 36 die Aufgabe, den Durchlaß der an dem Kollektor dieses Transistors entstehende Taktsignale C vom Taktgeber 24 entweder zum AusSignal wird der Basis eines Gattertransistors züge- 7" gangsleiter 33 oder zum Ausgangsleiter 34 zu steuern,

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je nachdem, ob der Transistor T₁ durch ein Signal zu einer Diode 61 und einem Widerstand 62. Diese

am Tasteingang 9 oder am Tasteingang 8 getastet Parallelschaltung ist an eine Vorspannung von

wird. —22 Volt einer Batterie 64 angeschlossen.

Der Transistor-Flip-Flop>Kreis 12 arbeitet nach Die Sekundärwicklungen 31 und 32 sind mit den dem »Nicht-zurück-zu-Nulle-Verfahren. Bei diesem 5 Diodengattern 35 bzw. 36 verbunden. Der Leiter 29 verbleibt das Signal am Kollektorausgang für die legt die Sekundärwicklung 31 an die Kathode einer Dauer von mehreren Grundtaktperioden auf niedrigem Diode 67 des Gatters 35, der Leiter 30 die Sekundärbzw, hohem Potential, so daß sich die binäre Infor- wicklung 32 an die Kathode einer Diode 71 des Gatmation nicht ändert. Andererseits wird die gesteuerte ters 36. Ein Leiter 41 ist mit der Kathode einer Diode Ausgangsinformation durch das »Zurück-zu-Null«- io 68 des Gatters 35 und der Kathode einer Diode 72 Verfahren dargestellt, d. h. daß die binäre Informa- des Gatters 36 verbunden. Dieser Leiter 41 liegt über tion auf den Ausgangsleitern 33 und 34 durch Signale einen Kondensator 74 an der Klemme 48 und wird dargestellt wird, die bei jeder Grundtaktperiode von durch eine Begrenzungsdiode 74ο und einen dazu einem hohen auf ein niedriges Potential zurückkehren. parallelen Widerstand 73 auf —22 Volt der Batterie Somit erscheinen in dem erfindungsgemäßen Aus- 15 46 begrenzt. Die Anoden der Dioden 67 und 68 des führungsbeispiel für die Dauei der Grundtaktperio- Gatters 35 sind über einen an einen Verbindungspunkt den, bei denen der Flip-Flop-Transistor T₁ in seinem 69 angeschlossenen Lastwiderstand 70 an Erde gelegt, hohen bzw. niedrigen Zustand ist, die binäre Infor- Analog dazu ist auch das Gatter 36 angeordnet, dessen mationen darstellenden Signale als diskrete Impulse Lastwiderstand 66 mit Erde und einem Verbindungsauf einem der Ausgangsleiter 33 oder 34, während 20 punkt 79 verbunden ist.

dessen der andere Ausgangsleiter auf niedrigem Die Arbeitsweise des Flip-Flop-Transistors T₁

Potential bleibt. fundiert auf der negativen Widerstandskennlinie des

Die Differenzier- und Begrenzungsschaltung 10 der Spitzentransistors. Diese Eigenschaft sei an Hand der Schaltung nach Fig. 1 besteht aus einem Konden- Fig. 3 verdeutlicht, die eine Darstellung der Emittersator 4, der zusammen mit einem geerdeten Wider- 35 spannung-Emitterstrom-Kennlinie für die Basisschalstand 5 zum Differenzieren von an den Tasteingang 8 tung wiedergibt. Diese Kennlinie Z kann in drei Abangelegten Rechteckimpulsen dient. Eine Diode 6 läßt schnitte eingeteilt werden. Der Abschnitt EH, Sperrnur die negativen Teile der differenzierten Impulse gebiet genannt, zeigt nur kleine Emitterstromändezum Emitterverbindungspunkt 7 hindurch. Die Diffe- rungen für relativ große Emitterspannungsänderunrenzier- und Begrenzungsschaltung 11 erfüllt dieselbe 30 gen. Dieser Abschnitt stellt den positiven WiderAufgabe für den Tasteingang 9 und den Basisver- standskennlinienteil der Schaltung dar. Im Abschnitt bindungspunkt 7 a. HI, dem negativen Widerstandskennlinienteil, ist die

Die Basis des Spitzentransistors T₁ ist über eine Spannungsänderung umgekehrt zur Richtung der

Induktivität 18 und eine Diode 19 geerdet. Am Emitterstromänderung. Der dritte Abschnitt // hat

Emitterverbindungspunkt 7 liegt über einen Wider- 35 wieder positiven Widerstandscharakter. In diesem

stand 37 die positive Klemme einer Begrenzungs- Teil, im allgemeinen mit Sättigung bezeichnet, be-

batterie23 mit 45 Volt, deren negative Klemme an wirkt ein großes Ansteigen des Emitterstromes nur

Erde angeschlossen ist. Der Emitterverbindungs- eine kleine Änderung der Emitterspannung. Je nach

punkt 7 ist ferner über eine Diode 21 mit der negati- Größe bestimmter Komponenten kann eine Wider-

ven Klemme einer geerdeten Vorspannungsquelle 22 40 standsgerade eingezeichnet werden, welche die Kenn-

mit 3 Volt verbunden. linie Z schneidet. Es ist bereits bekannt, daß, wenn

Der Kollektor 13 des Transistors T₁ ist über einen die Emitterkreis-Widerstands-Gerade die dynamische

Lastwiderstand 20 an das — 45-Volt-Potential einer Stromspannungskennlinie eines Spitzentransistors bei

Batterie 42 und zur Begrenzung über eine Diode 44 geeigneten Punkten schneidet, ein Flip-Flop oder eine

auf — 22VoIt einer Batterie 43 gelegt. 45 bistabile Schaltung mit nur einem einzigen Transistor

Der Kollektor 13 ist mit der über einen Wider- aufgebaut werden kann.

stand 40 geerdeten Basis 17 des Transistors T₂ ver- Die Steilheit der Widerstandsgeraden kann durch bunden. Der Emitter 25 des Transistors T₂ liegt über Verändern des Ohmwertes der sie bestimmenden Widerstände 45 und 47 an der negativen Klemme Widerstände variiert werden. Bei der hier offenbarten einer Batterie 46 mit 22 Volt, deren positive Klemme 50 Erfindung wird der Schaltvorgang entlang der Widergeerdet ist. Die vom Taktgeber 24 an die Klemme 48 standsgeraden zweckmäßig mit der Tastung der angelegten Signale gelangen über einen an den Ver- Schaltung kombiniert, wie es nachstehend noch bebindungspunkt der Widerstände 45 und 47 ange- schrieben wird.

schlossenen Koppelkondensator 49 an den Emitter 25 Der Flip-Flop-Transistor T₁ besitzt zwei stabile des Gattertransistors T₂. Der Kollektor 26 ist an das 55 Stromzustände, d. h., der Strom am Kollektor 13 kann eine Ende der Primärwicklung 27 des Tranfor- groß oder klein sein (s. Fig. 3). Die Schaltung kann mators 28 angeschlossen. Das andere Ende der durch Anlegen eines entsprechenden Impulses an den Primärwicklung 27 liegt über einen Begrenzungs- Emitter 14 oder die Basis 15 von einem stabilen Zuwiderstand 51 und einen dazu parallel geschal- stand an den anderen getastet werden,
teten Uberbrückungskondensator 52 an einer Vor- 60 Es sei angenommen, daß sich der Kollektor 13 des spannung von — 45 Volt. Die Sekundärwicklung Flip-Flop-Transistors T₁ anfänglich in einem Zustand 32 des Transformators 28 besitzt denselben Wick- relativ niedrigen Stromes befindet. Hierbei ist der lungssinn und die Sekundärwicklung 31 den ent- Transistor Ti gesperrt, d. h., der Emitter 14 ist in gegengesetzten Wicklungssinn wie die Primärwick- bezug auf die Basis 15 in entgegengesetzter Richtung lung 27. Die Sekundärwicklung 31 liegt in Reihe mit 65 hoch vorgespannt. Die Schaltung arbeitet auf der einer Diode 53 und dazu parallel eine Diode 54 und Widerstandsgeraden Ii₁ (Fig. 3), deren Steilheit im ein Widerstand 55. Diese Parallelschaltung ist mit wesentlichen durch den Durchlaßwiderstand der Diode einer Vorspannung von —16 Volt einer Batterie 58 21 und dem verhältnismäßig großen Sperrwiderstand verbunden. Die Sekundärwicklung 32 liegt in ahn- der Diode 14 ο bestimmt wird. Der Schnittpunkt P₁ licher Weise in Reihe mit einer Diode 60 und parallel 70 der Widerstandsgeraden /I₁ mit der Kennlinie Z legt

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den Zustand niedrigen Stromes fest. Die Spitze H der stör T₂ Verwendung findet. Der Taktgeber 24 gibt

Kennlinie Z entsteht durch die geerdete Diode 19, in eine Taktimpulsfolge C (Fig. 2) ab, die über die

deren Stromkreis auch die Batterie 23 und der Wider- Klemme 48 an den Koppelkondensator 49 gelangt. Die

stand 39 liegt. Die Spannung am Verbindungspunkt 7 Basis 17 des Transistors T₂ ist an dem Kollektor des

hängt größtenteils von dem negativen Potential der 5 Transistors T₁ angeschlossen, während der Emitter

Batterie 23 mit 3 Volt ab, während die Spannung am 25 des Transistors T₂ über die Widerstände 45 und 47

Verbindungspunkt 7 a praktisch dem Erdpotential an der Vorspannungsquelle 46 liegt und der Kollektor

entspricht. Der Kollektor 13, der über den Lastwider- 26 des Transistors T₂ mit der Primärwicklung 27 des

stand 20 mit der negativen Klemme der Batterie 42 Transformators 28 verbunden ist. Der Transistor T₂

verbunden ist, wird durch die Diode 44 und die Bat- xo ist geöffnet, d. h., es fließt ein verhältnismäßig hoher

terie 42 auf — 22 Volt gehalten. Durch diese Ahord- Kollektorstrom, wenn der Kollektorstrom des Transi-

nung ergibt sich eine verhältnismäßig niedrige Aus- stors T₁ klein ist; andererseits ist der Gattertransi-

gangsimpedanz am Kollektor 13 und eine Verminde- stör T₂ gesperrt, wenn dieser Strom groß ist.

rung des Aufladeeffektes des Transistors T₂. Ist der Kollektorstrom des Transistors T₁ gering,

Gelangt der negative Teil des differenzierten Im- 15 so liegt die Basis 17 des Transistors T₂ im wesentpulses an den Verbindungspunkt Ta, so sinkt das liehen auf demselben Potential, nämlich — 22VoIt, Basispotential des Transistors T₁; damit wächst der wie der Emitter 25, da die Batterie 46 und die Batterie Strom am Emitter 14, und der Arbeitspunkt der 43 denselben Wert besitzen. Es wird dann ein an den Schaltung läuft über die Spitze H in den negativen Emitter 25 des Transistors T₂ angelegter Impuls in Kennlinicnabschnitt HI (Fig. 3). Sobald der Emitter- ao Form eines verstärkten Stromes vom Kollektor 26 strom größer als Null wird, hebt der positive Basis- des Transistors T₂ auf die Primärwicklung 27 des strom den Vorspannungsstrom auf. Durch die Dioden Transformators 28 durchgelassen.
21 und 14a läuft nun ein Strom in umgekehrter Fließt jedoch am Kollektor 13 des Transistors T₁ Richtung. Da der Emitter 14 negativer wird, fließt ein hoher Strom, so ist die Basis 17 des Transistors Strom durch die Diode 14a in Durchlaßrichtung bei 25 Ί\ auf positiverem Potential als der Emitter 25. Der niedrigem Widerstand und durch die Diode 21 in Transistor T₂ ist dann gesperrt, und es werden keine Sperrichtung bei verhältnismäßig hohem Sperrwider- Taktimpulse zur Primärwicklung 27 durchgelassen, stand. Dadurch verschiebt sich die Kennlinie Z. Der Kollektor des Transistors T₂ ist mit dem einen Während dieses Überganges wirkt die Induktivität Ende der Primärwicklung 27 des Transformators 28 18 einer Änderung des durch sie fließenden Stromes 30 verbunden, während das andere Ende über den Stromentgegen, d. h., sie wirkt als hohe Impedanz. Infolge begrenzungswiderstand 51, dem der Überbrückungsder normalen Stromrichtung an den verschiedenen kondensator 52 parallel geschaltet ist, an einer geeig-Elektroden addiert sich der an der Induktivität 18 neten Gleichstromquelle von —45 Volt liegt. Hierentstehende Spannungsabfall zur Emitterspannung, durch wird sichergestellt, daß das ganze Wechselwodurch eine Rückkopplung entsteht. Diese Rück- 35 Stromsignal an den Sekundärwicklungen 31 und 32 kopplung ist es nun, welche die negative Widerstands- entsteht.

steilheit im Abschnitt HI der Kennlinie Z in Fig. 3 Die Sekundärwicklung 31 ist mit der Impulsformerverursacht. Somit wächst der Emitterstrom immer diode 53 in Reihe geschaltet. Parallel zu dieser Reimehr, was wiederum bewirkt, daß ein höherer Strom henschaltung liegt die Begrenzungsdiode 54 und der am Kollektor 13 fließt, bis ein stationärer Zustand 40 Widerstand 55 als Lastwiderstand. Diese Parallelerreicht wird, wie er durch den Schnittpunkt P₂ der schaltung ist an eine Vorspannung von —16 Volt der verschobenen Widerstandsgeraden d₂ mit der Kurve Z Batterie 58 angeschlossen. Für die Sekundärwicklung bestimmt wird. s 32 ist ein analoger Stromkreis mit der Impulsformer-

Es fließt nun ein verhältnismäßig großer Strom am diode 60, der Begrenzungsdiode 61, dem Widerstand

Kollektor 13 und durch den Lastwiderstand 20. Die 45 62 und der Batterie 64 mit — 22 Volt angeordnet.

Diode 44 stellt jedoch einen hohen Widerstand für Ein geerdeter Widerstand 65 liegt im Stromkreis des

den durch sie fließenden Strom dar. Es sei bemerkt, Gatters 36.

daß die Begrenzung für den Punkt / (Fig. 3) durch Es erfolgt nun eine Betrachtung der Arbeitsweise

den Stromkreis vorgesehen wird, der die Batterie 77, der Gatter 35 und 36. Bei dem Gatter 35 liegt die

die Diode 78, die Induktivität 18 und die Diode 19 50 Kathode der Diode 68 auf dem Potential der Batterie

einschließt. 46 (-22VoIt), während die Kathode der Diode 67

Um den den Transistor T₁ enthaltenden Flip-Flop- normalerweise auf dem Potential der Batterie 58 Kreis in den Zustand niedrigen Kollektorstromes (-16VoIt) gehalten wird. Die Differenz der Potenzurtickzuschalten, muß dann ein Tastimpuls an den tiale dieser Batterien 46 und 58 ermöglichen die Verbindungspunkt 7 angelegt werden. Dieser bringt 55 alleinige öffnung des Gatters 35. Ist der Gattertrandie Emitterspannung auf einen negativen Wert, so sistor T₂ geöffnet, d. h. fließt am Kollektor 13 des daß sich der Emitterstrom vermindert und der Ar- Transistors T₁ ein relativ kleiner Strom, so erscheint beitspunkt auf der Kennlinie Z wieder in das Sperr- an der Kathode der Diode 67 ein an der Sekundärgebiet EH verschoben wird und von P₂ nach P₁ ge- wicklung 31 erzeugter negativer Impuls gleichzeitig langt. Es ist zu bemerken, daß die Dioden 19 und 78 60 mit einem Taktimpuls C an der Kathode der Diode zur Einstellung der Spitze // bzw. des Tiefpunktes / 68. Auf dem Ausgangsleiter 33 entsteht somit kein der Kennlinie Z dienen. Würden diese Dioden weg- Ausgangsimpuls, da die Spannung am Verbindungsgelassen, so könnten Stromänderungen auch beträcht- punkt 69 des Gatters 35 auf den niedrigen Pegel des liehe Spannungsänderungen in den Wendepunkten auf den Ausgangsleiter 29 über die Sekundärwicklung der Kennlinie Z hervorrufen. Die Diode 14 a unter- 65 31 erzeugten negativen Impulses abfällt,
stützt die Umschaltung der Widerstandsgeraden, was Ist kein negativer Impuls an der Sekundärwicklung die Tastempfindlichkeit des Flip-Flop-Kreises erhöht. 31 vorhanden, d. h. ist der Transistor T₂ gesperrt, so

Es wird nun beschrieben, wie der Kollektorstrom wird ein Taktimpuls C durch das Gatter 35 hindurch-

des Flip-Flop-Transistors T₁ zum Steuern des Durch- gelassen, da das ständige —16-Volt-Potential von lasses von Taktimpulsen C durch den Gattertransi- 70 der Batterie 58 an der Kathode der Diode 67 liegt

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und das Potential am Verbindungspunkt 69 hiermit tastet die Schaltung in den Zustand, in dem ein Imgemäß dem an die Kathode der Diode 68 angelegten puls/','C am Ausgangsleiter 33 erscheint. Wie die Taktimpuls C ansteigen und abfallen kann. Demgemäß graphische Darstellung zeigt, kehrt ein an den Tasterscheint auf dem Ausgangsleiter 33 jeweils synchron eingang 9 gelegtes Signal am Ende der Taktimpulsmit einem Taktimpuls C ein Ausgangsimpuls. 5 periode den Zustand der Schaltung wieder um. Somit

Das Gatter 36 besteht aus einer Kombination der wurde beschrieben, wie eine Folge von Ausgangs-Dioden 71 und 72, die über den Widerstand 66 an Signalen an dem einen oder dem anderen der beiden Erde liegen. Die Kathoden dieser Dioden 71 und 72 Ausgangsleiter erscheint, je nachdem welcher der zwei sind mit den Batterien 64 bzw. 46 verbunden, die das- Tasteingänge zuletzt ein geeignetes Signal empfing, selbe Potential, d.h. — 22 Volt aufweisen. Auf dem io Das Blockdiagramm in Fig. 4 zeigt, wie zwei tran-Ausgangsleiter 34 erscheint nur dann ein Ausgangs- sistorisierte Grundrechenschaltungen nach Fig. 1, signal, wenn ein positiver Impuls von der Sekundär- bezeichnet mit Stufen F₁ und F₂, so kombiniert werwicklung 32 und ein Taktimpuls C gleichzeitig an die den können, daß sie eine Frequenzteilerschaltung für Kathoden der Dioden 71 bzw. 72 gelegt werden. In Taktsignale C eines Taktgebers bilden. Eine Schaldiesem Fall steigt und fällt das Potential am Verbin- 15 rung dieser Art wird in Digitalrechnern für Impulsdungspunkt 79 gemäß diesen zwei gleichzeitigen Ein- zähler oder ähnliche zyklische Impulsanzeigevorrichgangssignalen. Dieser Vorgang findet statt, sobald der tungen angewendet.
Gattertransistor T₂ geöffnet ist. Da die Stufen F₁ und F₂ beide mit der bistabilen

Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1 soll Schaltung nach Fig. 1 identisch sind, werden deren nun unter Bezugnahme auf die graphische Darstellung ao Bauteile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. 1, der auftretenden Wellenformen in Fig. 2 näher veran- jedoch ein- bzw. zweigestrichen, versehen. Diese Beschaulicht werden. Eb sei angenommen, daß die zugszahlen sind jedoch im folgenden nur noch so weit Schaltung anfänglich nachstehend mit F₁C bezeich- erwähnt, wie es für das Verständnis erforderlich ist. nete Ausgangsimpulse auf den Ausgangsleiter 34 ab- Bei dieser Frequenzteilerschaltung wird das Ausgibt, d.h., daß am Kollektor 13 des Transistors T₁ »5 gangssignal F₁ C der Stufe F₁ über Leiter 86 zum anfänglich ein geringer Strom fließt und Gatter 16 Tasteingang J₁ und das Ausgangssignal F₁ C über geöffnet ist. Dies wird durch die mit »Kollektor (T₁)* Leiter 87 zum Tasteingang ,,Z₁ rückgekoppelt. In ähnbezeichneten Wellenform in Fig. 2 gezeigt. licher Weise erfolgt eine Rückkopplung des Ausgangs-

Zuerst sei die Wirkung eines an den Tasteingang 9 signals F₁'F₂'C der Stufe F2 über Leiter 88 zum

angelegten Signals betrachtet. In Fig. 2 ist dieses 30 Tasteingang f₂ und des Ausgangssignals F₁ F₂ C über

Signal mit ,,Z₁ bezeichnet. Es bewirkt, daß der Flip- Leiter 89 zum Tasteingang ₀f₂.

Flop-Transistor T₁ infolge des negativen Teiles der Der Taktgeber 24' gibt Taktimpulse C an die Gatter

differenzierten Wellenform 80 in den Zustand relativ 35' und 36' und an das Transistorgatter 16' der

großen Stromes getastet wird, wie es aus einem posi- Stufe Fl ab. Ebenso werden Taktimpulse C dem Gat-

tiven Ausschlag 84, der mit Kollektor (T₁) bezeich- 35 ter 16" der Stufe F 2 zugeführt. Die Eingangssignale

neten Wellenform in Fig. 2 ersichtlich ist. Dieser der Gatter 35" und 36" der Stufe F2 jedoch werden

relativ große Strom gelangt an den Transistor T₃, von dem Ausgangssignal F₁ C der Stufe F1 über

der gesperrt wird und das Hindurchlaufen der Takt- Leiter 90 abgeleitet.

signale C vom Taktgeber 24 zur Primärwicklung 27 Zur Beschreibung der Wirkungsweise dieser Kom-

des Transformators 28 unterbricht. Damit öffnet sich 40 bination zwei im vorhergehenden beschriebenen tran-

das Gatter 35 und läßt, wie Fig. 2 zeigt, die Aus- sistorisierten Grundschaltungen nach Fig. 1 als Fre-

gangssignaleFj'C zum Ausgangsleiter 33 durch. Da quenzteilerschaltung sei nun auf die in Fig. 5 darge-

der Gattertransistor T₂ geschlossen wird, können die stellten Wellenformen Bezug genommen. Die An-

Ausgangssignale F₁ C nicht mehr über das Dioden- fangssignale der Frequenzteilerschaltung kommen aus

gatter 36 auf den Ausgangsleiter 34 gelangen. 45 dem Taktgeber 24. Da die Ausgänge der Stufe F₁ an

Nun sei als nächstes die Wirkung eines entspre- deren Tasteingänge rückgekoppelt sind, geben die chenden Signals f_x am Tasteingang 8 beschrieben. Der Ausgänge F₁C und F₁C abwechselnd die Takt-Flip-Flop-Transistor T₁ wird durch das negative signale C des Taktgebers 24' ab. Wie Fig. S zeigt, Signal 81 gesperrt, wie der negative Ausschlag 85 erscheint ein Taktimpuls C an den Ausgängen F₁' C der mit Kollektor (T₁) bezeichneten Wellenform zeigt. 50 und F₁C abhängig davon, ob der Flip-Flop-Kreis 12' Der Gattertransistor T₂ öffnet sich für vom Taktgeber im Zustand großen oder kleinen Stromes ist.
24 kommende Taktsignale C₁ da der Emitter 25 und Der Flip-Flop-Kreis 12' ist in einem Zustand grodie Basis 17 im wesentlichen auf gleichem Potential ßen Stromes während einer Taktimpulsperiode t_± bezu liegen kommen. Die Primärwicklung 27 des Trans- findlich gezeigt. Dieser verhältnismäßig hohe Strom formators 28 wird von Signalen mit einer als Kollek- 55 schließt das Gatter 16' und unterbricht den Durchlaß tor (Tj) bezeichneten Wellenform durchflossen. Die der Taktimpulse C von dem Taktgeber 24' zur Pribeiden Sekundärwicklungen 31 und 32 des Transfor- märwicklung des Transformators 28'. Demzufolge mators 28 geben jetzt ein Ausgangssignal F₁ bzw. ein öffnet sich das Gatter 35', so daß das Ausgangsentgegengesetzt gerichtetes Ausgangssignal F₁ ab signal F₁ C auf dem Ausgangsleiter erscheint. Dieses (Fig. 2). Das Ausgangssignal F₁ öffnet das Gatter 36, 60 Signal wird über den Leiter 86 zu dem Tastein-■>o daß ein gleichzeitig auf dem Leiter erscheinender gang Z₁ der Stufe Fl zurückgeführt. Der infolge Taktimpuls C als Impuls F₁ C auf den Ausgangs- Differenzierens des Impulses f_x am Ende der Taktleiter 34 gelangt. Das inverse Signal F₁' jedoch ver- signalperiode J₁ erzeugte negative Impuls schaltet die hindert das Durchlaufen eines Taktsignals C durch Stufe F1 in einen Zustand, in dem der Flip-Flopdas Gatter 35 zum Ausgangsleiter 33. 65 Kreis 12' geringen Strom führt. Somit ist während der

Dieser Zustand am Ausgang, d. h. eine auf Aus Taktsignalperiode i₂ das Gatter 16' geöffnet und läßt

gangsleiter 34 erscheinende Folge von Signalen F₁ C den Taktimpuls C vom Taktgeber 24' zum Transfor-

besteht so lange, bis ein geeignetes Signal J₁ wieder mator 28' hindurch. Hier öffnet sich das Gatter 36',

an den Tasteingang 9 gelegt wird. Das durch so daß der Taktimpuls C als ein Ausgangssignal F₁C

Differenzieren des Signals J₁ erhaltene Signal 82 70 erscheint, das über den Leiter 87 zum Tasteingang J₁

zurückgeführt wird. Der am Ende der Taktimpulsperiode i₂ infolge Differenzierens des Impulses J₁ erzeugte negative Impuls schaltet die Stufe Fl in ihren ursprünglichen Zustand, bei dem der Flip-Flop-Kreis 12' geöffnet ist.

Der Arbeitszyklus, der Stufe Fl wiederholt sich somit, wie es durch die Wellenformen für die Stufe Fl in Fig. 5 angegeben ist. Es ist abwechselnd ein in der Frequenz um den Faktor Zwei heruntergeteiltes Ausgangssignal der Taktimpulsfrequenz an den Ausgangen F₁' C bzw. F₁ C der Stufe F1 vorhanden.

Es soll nun die Arbeitsweise der Stufe F2 betrachtet werden, die in Kombination mit der Arbeit der Stufe F1 Ausgangssimpulse hervorbringt, die in der Frequenz um den Faktor Vier der Taktimpulsfrequenz heruntergeteilt ist. Bei dieser Schaltung werden vom Taktgeber 24' Signale nur an das Transistorgatter 16" gelegt, und die Ausgangssignale F₁ C der Stufe F1 werden über den Leiter 90 als Eingangssignale den Gattern 35" und 36" der Stufe F2 zugeführt. Das Transistorgatter 16" erhält somit eine konstante Folge von Taktimpulsen C, während den Gattern 36" und 36" Eingangsimpulse F₁' C mit der halben Frequenz der Taktimpulse zugeführt werden.

Der Flip-Flop-Kreis 12" ist in einem Zustand »5 geringeren Stromes geneigt. Somit ist das Gatter 16" geöffnet, und ein Taktimpuls C bewirkt ein Ausgangssignal F₁ F₂C. Diese Stellung wird in der Gruppe der Wellenformen für die Stufe F 2 in Fig. 5 während der Taktimpulsperiode t_t dargestellt. Impuls F₁ F₂C gelangt über den Leiter 89 an den Tasteingang J₂ der Stufe F 2. Dies bewirkt, daß der Flip-Flop-Kreis 12" am Ende der Taktimpulsperiode t_t in den Zustand hohen Stromes getastet wird und das Gatter 16" schließt.

Somit gelangt der nächste Impuls F₁' C während der Taktimpulsperiode t₃ durch das Gatter 35" und bringt einen Ausgangsimpuls F₁' F₂' C hervor. Dieser jedoch wird über Leiter 88 dem Tasteingang /₂ der Stufe F 2 zugeführt, so daß der Flip-Flop-Kreis 12" am Ende der Taktimpulsperiode i_s in einen niedrigen Zustand getastet wird. Der Arbeitszyklus der Stufe F 2 wiederholt sich nun selbsttätig, wie dies die Wellenformen der Fig. 5 zeigen. Es entstehen hiermit abwechselnd Ausgangsimpulse, die in der Frequenz um den Faktor vier der Frequenz der Taktimpulse heruntergeteilt wurde, an der Stufe F 2 als Signal FZF₂C und F/F₂'C. Es ist verständlich, daß weitere Stufen mit der in Fig. 4 analogen Schaltung zum weiteren Herunterteilen der Taktimpulsfrequenz angefügt werden können.

Claims

Patentansprüche:

1. Bistabile Schaltung für datenverarbeitende Maschinen mit einem zwei Eingänge und einen Ausgang besitzenden bistalen Transistorkreis zur wahlweisen Abgabe von Impulsfolgen an dem einen oder anderen von zwei Ausgängen, abhängig davon, an welchem der Eingänge ein Signal angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (13) des Transistorkreises (12) zum öffnen oder Sperren eines als Gatter wirkenden Schaltelementes (16) an dieses angeschlossen ist, daß diesem weiterhin über einen Koppelkondensator (49) beständig Taktimpulse zugeführt werden und daß der Ausgang (26) des Schaltelementes (16) an der Primärseite (27) eines Transformators (27, 31, 32) mit zwei entgegengesetzt gewickelten Sekundärwicklungen (31, 32) liegt, von denen das eine Ende der einen Sekundärwicklung (31) auf einen bestimmten (—16 V) und das eine Ende der anderen auf einem davon verschiedenen Potential (-22VoIt) liegt, so daß das eine (35) von zwei UND-Gattern (35, 36), an die über eine Impulsformerdiode (z. B. 53) und eine Begrenzungsschaltung (z. B. 54, 55) jeweils die anderen Enden der Sekundärwicklungen angeschlossen sind, infolge der verschiedenen Potentiale und der in den entgegengesetzt gewickelten Sekundärwicklungen induzierten Signalen nur bei gesperrten und das andere (36) nur bei geöffnetem Schaltelement (16) die außerdem an die UND-Gatter beständig angelegten Taktimpulse abgibt.

2. Bistabile Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere dieser Schaltungen derart zu einem Impulsfrequenzteiler zusammengeschaltet sind, daß jeder Ausgang einer Schaltung zu einem entsprechenden Eingang derselben rückgekoppelt ist, und daß nur die beiden Gatter der ersten Schaltung durch Taktimpulse, die anderen Gatter jedoch jeweils durch die an einem Ausgang der vorhergehenden Schaltung erscheinende Impulse gesteuert werden, so daß die beiden Ausgänge der letzten Schaltung in der Frequenz gegenüber dem Takt ganzzahlig heruntergeteilte Impulszüge abgeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

O 909 689/306 12.59