DE1179589B

DE1179589B - Exclusive or circuit

Info

Publication number: DE1179589B
Application number: DEN22553A
Authority: DE
Inventors: Raymond William Clarke; David Kenningham
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1962-01-05
Filing date: 1962-12-29
Publication date: 1964-10-15

Description

Exklusiv-Oder-Schaltung Die Erfindung betrifft eine Exklusiv-Oder-Schaltung mit zwei Transistoren gleichen Leitungstyps, von denen jeweils die Basis mit einer Eingangsklemme und der Emitter über einen Widerstand oder beide Emitter über einen gemeinsamen Widerstand mit einer Spannungsquelle verbunden sind.Exclusive-OR circuit The invention relates to an exclusive-OR circuit with two transistors of the same conductivity type, of which the base with one Input terminal and the emitter via a resistor or both emitters via one common resistor are connected to a voltage source.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung eignet sich besonders gut für Anlagen, beidenen die Eingangssignale und das Ausgangssignal Spannungen sind, und sie ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kollektor der Transistoren über einen im Vergleich zum erstgenannten Widerstand kleinen Widerstand mit einer zweiten Spannungsquelle und über eine Diode mit einer gemeinsamen Ausgangsklemme verbunden ist, wobei die beiden Dioden gleichen Durchlaßsinn bezüglich der Kollektoren haben, daß die Ausgangsklemme über einen weiteren Widerstand mit einer dritten Spannungsquelle verbunden ist und daß die Spannungen so gewählt sind, daß die Transistoren durch geeignete Wahl der Spannungen an ihren Basen leitend gemacht werden können und der nach oder von der dritten Spannungsquelle fließende Strom kleiner ist als die nach oder von den anderen Spannungsquellen fließenden Ströme.The circuit arrangement according to the invention is particularly suitable for systems where the input signals and the output signal are voltages, and it is characterized in that each collector of the transistors has one Compared to the first-mentioned resistor, it is a small resistor with a second voltage source and is connected to a common output terminal via a diode, the both diodes have the same sense of passage with respect to the collectors that the output terminal is connected to a third voltage source via a further resistor and that the voltages are chosen so that the transistors by suitable choice of Tensions at their bases can be made conductive and the after or from the third voltage source current flowing is smaller than that to or from the other Voltage sources flowing currents.

Die konstanten Ströme werden im Gegensatz zu den bekannten Stromschaltungen für exklusive Oder-Tore durch Quellen geliefert, bei denen vorausgesetzt ist, daß die Innenimpedanzen im Vergleich zu den betreffenden Impedanzen der logischen Schaltung hoch sind, so daß die Eingangs- und Ausgangssignale Spannungen sind, wobei der Vorteil vorhanden ist, daß eine größere Anzahl von Schaltungen in Serie geschaltet werden kann. Im einfachsten Falle ist jede dieser Quellen lediglich ein Widerstand, der mit einer der Gleichstrom-Speiseschienen der logischen Schaltung verbunden ist.The constant currents are in contrast to the known current circuits for exclusive or gates supplied by sources that assume the internal impedances compared to the respective impedances of the logic circuit are high so that the input and output signals are voltages, with the advantage exists that a larger number of circuits are connected in series can. In the simplest case, each of these sources is just a resistance that is connected to one of the DC supply rails of the logic circuit.

Jeder asymmetrisch leitende Weg wird vorzugsweise durch eine Halbleiterdiode gebildet.Each asymmetrically conductive path is preferably through a semiconductor diode educated.

Das Prinzip der Wirkungsweise ist folgendes: Die Schaltung vollführt die »Ausschließlich-ODER«-Funktion. Die Eingangssignale (mit 1 und 2 bezeichnet) werden den Basen der zwei Transistoren zugeführt. Der Signalwert »0« kann durch eine Spannung 0 und der Signalwert »1« durch eine positive Spannung vertreten werden. Das Ausgangssignal hat das gleiche Potential, sowohl wenn beide Eingangssignale »1« als auch wenn beide Eingangssignale »0« sind, wobei der Emitterstrom in dem ersten Falle gleichmäßig zwischen den zwei Transistoren geteilt wird. Wenn jedoch entweder das eine oder das andere Eingangssignal »1« ist, fließt der Gesamtstrom durch einen Transistor, so daß im Fall eines pnp-Transistors einer der Kollektoren mehr positiv wird als der andere und somit auch die Ausgangsklemme positiv wird.The principle of the mode of operation is as follows: The circuit performs the "exclusively-OR" function. The input signals (labeled 1 and 2) are applied to the bases of the two transistors. The signal value "0" can be represented by a voltage of 0 and the signal value "1" by a positive voltage. The output signal has the same potential both when both input signals are "1" and when both input signals are "0", the emitter current being divided equally between the two transistors in the first case. However, if either one or the other input signal is "1", the total current flows through a transistor, so that in the case of a pnp transistor one of the collectors becomes more positive than the other and thus the output terminal also becomes positive.

Es kann ein geringer Widerstand in die Emitterkopplung eingefügt werden, um die gleichmäßige Stromverteilung zwischen den Transistoren zu erleichtern. Dies kann auch vorzugsweise dadurch bewerkstelligt werden, daß die Emitterkopplung durch ein Paar Dioden in Antiparallelschaltung gebildet wird, wobei ein von jedem Emitter unabhängiger Strom zugeführt wird: Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand einer Zeichnung näher erläutert, welche sich auf pnp-Grenzschichttransistoren bezieht.A small resistor can be inserted into the emitter coupling, to facilitate the even distribution of current between the transistors. this can also preferably be achieved in that the emitter coupling through a pair of diodes is formed in anti-parallel, one from each emitter Independent power is supplied: The invention is exemplified below explained in more detail on the basis of a drawing, which relates to pnp junction transistors relates.

F i g. 1 zeigt eine »Ausschließlich-ODER«-Schaltung; F i g. 2 zeigt eine Abart des Ausgangskreises der Fig. 1; F i g. 3 und 4 zeigen Abarten des Emitterkreises nach F i g. 1; F i g. 5 zeigt eine weitere »Ausschließlich-ODER«-Schaltung.F i g. 1 shows an "all-OR" circuit; F i g. 2 shows a variant of the output circuit of FIG. 1; F i g. 3 and 4 show variations of the emitter circuit according to FIG. 1; F i g. 5 shows another "all-OR" circuit.

Nach F i g. 1 enthält die »Ausschließlich-ODER«-Schaltung ein Paar von Transistoren T1 und T2, deren Emitter miteinander gekoppelt sind, ein Paar von Signaleingangsklemmen 1 und 2, die mit je einer der Basiselektroden des Transistorpaares verbunden sind, Mittel S1 für die Zufuhr konstanten Stromes an beide Emitter des Transistorpaares und eine Kollektorbelastung R1 bzw. R2 für jeden Transistor des Paares. Die Schaltung enthält weiter eine Ausaangsklemme 3, ein Paar Dioden D1 und D2, die je einen Kollektor des Transistorpaares mit der Ausgangsklemme 3 verbinden, und Mittel S2 für die Zufuhr eines konstanten Stromes an die erwähnte Ausgangsklemme in einer der Vorwärtsrichtung der Leitfähigkeit der Dioden D1 und D2 entsprechenden Richtung. In jedem der nachfolgenden Beispiele kann die Vorwärtsrichtung von D1 und D2 umgekehrt werden, sofern die Spannung von S2 auch umgekehrt wird (nach F i g. 2); dabei ändert sich die logische Funktion der Schaltung nicht, aber das Ausgangssignal wird negativ, da, wenn der Punkt 4 oder 5 positiv wird, der andere Punkt negativ werden muß.According to FIG. 1, the "all-OR" circuit contains a pair of transistors T1 and T2 whose emitters are coupled to each other, a pair of Signal input terminals 1 and 2, each with one of the base electrodes of the transistor pair are connected, means S1 for supplying constant current to both emitters of the Transistor pair and a collector load R1 or R2 for each transistor of the Couple. The circuit also contains an output terminal 3, a Pair of diodes D1 and D2, each having a collector of the transistor pair with the output terminal 3 connect, and means S2 for supplying a constant current to the aforementioned Output terminal in one of the forward direction of the conductivity of the diodes D1 and D2 corresponding direction. In each of the following examples, the forward direction of D1 and D2 are reversed, provided that the voltage of S2 is also reversed (after F i g. 2); this does not change the logic function of the circuit, but that Output signal becomes negative because if point 4 or 5 becomes positive, the other Point must be negative.

Die Wirkungsweise der Schaltung wird an Hand der F i g. 5, die eine bevorzugte Ausführungsform darstellt, beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, daß infolge der Toleranz der Vbe/le-Kennlinien der Transistoren TI und T2 der SZ-Strom nicht gleichmäßig verteilt werden könnte, wenn 1 und 2 das gleiche Potential haben. Durch die Einfügung der Widerstände Re l und Reg in F i g. 3 kann die Gleichheit der Stromverteilung verbessert werden. Es kann zu diesem Zweck auch ein kleiner Spannungsteiler Re (F i g. 4) verwendet werden. Jedenfalls braucht der Widerstand in jeder Hälfte der Schaltung nur einen Spannungsfall von etwa 0,5 V herbeizuführen.The mode of operation of the circuit is illustrated in FIG. 5, which illustrates a preferred embodiment. It should be noted, however, that due to the tolerance of the Vbe / le characteristics of the transistors TI and T2, the SZ current could not be evenly distributed when 1 and 2 have the same potential. By inserting the resistors Re l and Reg in FIG. 3, the equality of power distribution can be improved. A small voltage divider Re (Fig. 4) can also be used for this purpose. In any case, the resistor only needs to bring about a voltage drop of about 0.5 V in each half of the circuit.

Die Verwendung von Emitterwiderständen erfordert höhere Eingangspotentiale zum Betreiben der Schaltung. F i g. 5 zeigt eine Abart der Schaltung, bei welcher die Schwierigkeit der Stromverteilung dadurch behoben wird, daß eine gesonderte Emitterstromquelle für jeden Transistor vorgesehen ist.The use of emitter resistors requires higher input potentials to operate the circuit. F i g. 5 shows a variant of the circuit in which the difficulty of power distribution is eliminated by the fact that a separate Emitter current source is provided for each transistor.

In der Schaltung nach F i g. 5 wird die Emitterkopplung durch ein Paar Dioden D3 und D4 gebildet, die antiparallel miteinander verbunden sind, wobei Zufuhrmittel konstanten Stromes Sla und Slb für die Zufuhr von Strom an jeden Emitter für sich vorhanden sind.In the circuit according to FIG. 5 is the emitter coupling through a A pair of diodes D3 and D4 are formed which are connected in anti-parallel with each other, wherein Constant current supply means Sla and Slb for supplying current to each emitter are present for themselves.

Im Prinzip ist die Wirkungsweise derart, daß, wenn die Eingangsklemmen 1 und 2 das gleiche Potential haben, jeder Transistor Strom führt. Wenn jedoch das Potential einer Eingangsklemme von dem der anderen verschieden ist, und zwar derart, daß der eine Transistor leitend und der andere gesperrt ist, fließt der Strom von beiden Quellen Sla und Slb durch einen einzigen Transistor. Infolgedessen wird entweder der Punkt 4 oder der Punkt 5 positiv, wodurch der Punkt 3 positiv wird.In principle, the mode of operation is such that when the input terminals 1 and 2 have the same potential, each transistor carries current. However, if that The potential of one input terminal differs from that of the other in such a way that that one transistor is conductive and the other blocked, the current flows from both sources Sla and Slb through a single transistor. As a result, either point 4 or point 5 positive, whereby point 3 becomes positive.

Bei der nachfolgenden Beschreibung wird folgendes einfachheitshalber vorausgesetzt: a) Eine Diode D1/D2 oder D3/D4 ist leitend, wenn sie ein Vorwärtspotential von +0,4 V hat, welcher Wert von dem durchgehenden Strom unabhängig ist.In the following description, the following is made for the sake of simplicity provided: a) A diode D1 / D2 or D3 / D4 is conductive when it has a forward potential of +0.4 V, which value is independent of the current through it.

b) Ein Transistor ist leitend, wenn das Basis-Emitter-Potential -0,3 V beträgt, unabhängig von dem durchgehenden Strom.b) A transistor is conductive when the base-emitter potential is -0.3 V is independent of the current through it.

c) Ein Transistor wird gesperrt, wenn das Basis-Emitter-Potential Null oder positiv ist (d. h., wenn die Basis gegenüber dem Emitter positiv ist).c) A transistor is blocked when the base-emitter potential Is zero or positive (i.e., when the base is positive to the emitter).

d) Die Ströme von Sla und Slb betragen je 10 mA, und der von S2 aufgenommene Strom beträgt 4 mA. Es steht somit ein Wert von 16 mA zur Verteilung zwischen den Belastungen R1 und R2 zur Verfügung, die je einen Wert von 150 Ohm haben und mit einer Speiseschiene mit einem Potential von -Vcc, gleich -6 V verbunden sind. e) Der _x-Wert der Transistoren ist nahezu gleich l-, so daß deren Kollektorströme nahezu gleich deren Emitterströmen sind.d) The currents of Sla and Slb are each 10 mA, and that recorded by S2 Current is 4 mA. There is thus a value of 16 mA for distribution between the Loads R1 and R2 are available, each with a value of 150 ohms and with a supply rail with a potential of -Vcc, equal to -6 V. e) The _x value of the transistors is almost equal to l-, so that their collector currents their emitter currents are almost equal.

An Hand dieser Voraussetzungen wird die Wirkungsweise für die verschiedenen Eingangsbedingungen beschrieben.Based on these prerequisites, the mode of action for the various Input conditions described.

(1) Beide Eingänge sind »0«.(1) Both inputs are "0".

Der Pegel von 0 V wird für eine logische »0« gewählt, obgleich andere Pegel anwendbar sind. Die zwei Transistoren führen gleiche Ströme von 10 mA; aber eine genaue Gleichheit ist nicht wesentlich, sofern jeder Kreis oder jede Vorrichtung, der (die) durch den »Ausschließlich-ODER«-Ausgang betrieben werden kann, zwei verschiedene Ausgangswerte empfangen kann (entsprechend Eingang 1 = »1 «, Eingang 2 = »0« und Eingang 1 -= »0«, Eingang 2 = »1 «), wobei beide Werte von dem der »Kein-Ausgangssignal«-Bedingung unterschieden werden müssen. Die Dioden D3 und D4 sind beide gesperrt. Die Emitter haben +0,3 V [siehe z. B. (b)]. Von dem Wert von 20 mA des Emitterstromes werden 4 mA von S2 aufgenommen, so daß R1 und R2 je 8 mA führen. Infolgedessen haben die Punkte 4 und 5 -4,8 V in bezug auf den Wert -Vcc = -6 V. D1 und D2 werden somit beide leitend (jede führt 2 mA) bei einem Spannungsfall von 0,4 V [siehe z. B. (a)], so daß die Ausgangsklemme 3 -5,2 V führt.The level of 0 V is chosen for a logical "0", although other levels are applicable. The two transistors carry equal currents of 10 mA; but exact equality is not essential as long as each circuit or device that can be operated through the "exclusive-OR" output can receive two different output values (corresponding to input 1 = "1", input 2 = " 0 "and input 1 - =" 0 ", input 2 =" 1 "), whereby both values must be distinguished from the" no output signal "condition. The diodes D3 and D4 are both blocked. The emitters have +0.3 V [see e.g. B. (b)]. From the value of 20 mA of the emitter current, 4 mA are taken up by S2, so that R1 and R2 each carry 8 mA. As a result, points 4 and 5 have -4.8 V with respect to the value -Vcc = -6 V. D1 and D2 thus both become conductive (each carries 2 mA) at a voltage drop of 0.4 V [see e.g. B. (a)], so that the output terminal 3 is -5.2 V.

(2) Ein Eingang ist »l#, der andere »0«.(2) One input is “1 #”, the other “0”.

Es wird angenommen, daß der Eingang 1 eine »1« ist (die Wirkungsweise ist ähnlich für den Eingang 2 = »1 «, da die Schaltung symmetrisch ist). Der Pegel für einen »l«-Eingang wird gleich +0,7 V gewählt, da dieser Wert minimal ist für ein Signal zum Abführen des Gesamtstromes durch den Transistor T2. Diese Spannung besteht aus -0,3 V über dem Basis-Emitter-Übergang von T2 und -0,4 Spannungsfall über der Diode D3, welche den Emitterstrom an T2 zuführt. Der Transistor T1 und die Dioden Dl und D4 sind gesperrt; der Strom von Sla fließt nach T2 über D3 (D3 ist leitend, da die Emitter von T1 und T2 eine Spannung von +0,7 V bzw. -f-0,3 V haben). Der für die Kollektoren zur Verfügung stehende Gesamtstrom (16 mA) fließt durch R2, wodurch der Punkt S -3,6 V annimmt; der Spannungsfall von 0,4 V über D2 bringt den Ausgang (bei Null) auf -4,0 V.It is assumed that input 1 is a "1" (the mode of operation is similar for input 2 = »1«, since the circuit is symmetrical). The level +0.7 V is selected for an "1" input, since this value is the minimum for a signal for dissipating the total current through the transistor T2. This tension consists of -0.3 V across the base-emitter junction of T2 and -0.4 voltage drop across the diode D3, which feeds the emitter current to T2. The transistor T1 and the diodes Dl and D4 are blocked; the current from Sla flows to T2 via D3 (D3 is conductive because the emitters of T1 and T2 have a voltage of +0.7 V and -f-0.3 V, respectively to have). The total current (16 mA) available for the collectors flows through R2, whereby the point S becomes -3.6 V; the voltage drop of 0.4 V across D2 brings the output (at zero) to -4.0 V.

(3) Beide Eingänge sind »1«. (3) Both inputs are "1".

Der Ausgang ist ähnlich dem für zwei »0«-Eingänge (obgleich die Emitter einen verschiedenen Spannungspegel haben).The output is similar to that for two "0" inputs (although the emitters have a different voltage level).

Es zeigt sich, daß ein negativer Eingang von -0,7 V am Punkt 1 den Gesamtstrom von T2 nach TI abführen würde, wodurch der Punkt 3 positiv werden würde und die gleiche Wirkung auf die Ausgangsspannung wie ein Eingang von +0,7 V an 2 aufwiese.It turns out that a negative input of -0.7 V at point 1 den Would divert total current from T2 to TI, whereby point 3 would become positive and the same effect on the output voltage as an input of +0.7 V at 2 exhibited.

Obgleich infolgedessen die Wirkungsweise der »Ausschließlich-ODER«-Schaltung nicht geändert wird, kann deren Ausgang wie ein Äquivalenzausgang betrachtet werden, d. h. ein Ausgang, der bei gleichen Eingängen erhalten wird. In dem vorliegenden Beispiel muß der Kreis oder die Vorrichtung, der (die) durch die »Ausschließlich-ODER«-Schaltung betrieben wird, sich dazu eignen, den Ausgang in Form einer negativ werdenden Änderung von -4 nach -5,2 V statt der positiv werdenden Änderung von -5,2 nach -4 V zu verarbeiten.Even though, as a result, the mode of operation of the "exclusively-OR" circuit is not changed, its output can be viewed as an equivalence output, d. H. an output obtained with equal inputs. In the present Example must be the circle or device that (which) goes through the "Exclusively-OR" circuit is operated, are suitable for the output in Form of a negative change from -4 to -5.2 V instead of the positive change Change from -5.2 to -4 V to be processed.

Die beschriebenen Schaltungen können mit Impulseingängen oder Gleichstromeingängen wirksam sein. Die Quellen S1, S2, Sla, Slb sind schematisch als Konstantstromquellen dargestellt. In der Praxis kann jedes Mittel für die Zufuhr konstanten Stromes lediglich einen Widerstand enthalten, der mit einer Gleichstromspeisequelle verbunden ist und der einen Wert hat, der in bezug auf die anderen Impedanzen der Schaltung groß ist; im Betrieb muß jede Klemme selbstverständlich eine hinreichend hohe Speisespannung erhalten und bei der Schaltung nach F i g. 5 können die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Werte benutzt werden.The circuits described can be effective with pulse inputs or DC inputs. The sources S1, S2, Sla, Slb are shown schematically as constant current sources. In practice, each means for supplying constant current may comprise only a resistor, connected to a source of direct current power, and having a value which is large with respect to the other impedances of the circuit; in operation, each terminal must of course receive a sufficiently high supply voltage and in the circuit according to FIG. 5 the values given in the table below can be used.

Diese Tabelle enthält beispielsweise einen Satz von Werten und Einzelteilen, die sich für die Schaltung nach F i g. 5 eignen und welche die Spannungs-und Strombedingungen, wie vorstehend angegeben, erfüllen können. Transistoren T1 und T2 .... Mullard Germaniumtransistor ASZ 21 Dioden Dl, D2, D3, D4 .... Mullard Germaniumtrioden AAZ 13 Widerstände für Sla und Slb je 3,6 kOhm Widerstand für S2 ........ 8 kOhm +Vce.................... -f-36 V -Vcc.................... -6V R1, R2 .................. je 150 Ohm -Vs2.................... -36 V Die gleichen Werte und Einzelteile können für die Schaltung nach F i g. 1 verwendet werden, ausgenommen jedoch, daß die zwei Ströme von je 10 mA an Sla, Slb durch einen Einzelstrom von 20 mA an S1 (S1 kann ein 1,8-kOhm-Widerstand sein, der aus einer +36-V-Speisequelle gespeist werden kann) ersetzt werden. Eine weitere Abart der Schaltung kann dadurch erhalten werden, daß die Dioden D3 und D4 nach F i g. 5 durch einen Widerstand ersetzt werden.This table contains, for example, a set of values and individual parts which are suitable for the circuit according to FIG. 5 and which can meet the voltage and current conditions as stated above. Transistors T1 and T2 .... Mullard germanium transistor ASZ 21 diodes Dl, D2, D3, D4 .... Mullard germanium triodes AAZ 13 resistors for Sla and Slb each 3.6 kOhm resistor for S2 ........ 8 kOhm + Vce .................... -f-36 V -Vcc .................... -6V R1, R2 .................. 150 Ohm each -Vs2 .................... -36 V The same values and individual parts can be used for the circuit according to FIG. 1 can be used, except that the two currents of 10 mA each at Sla, Slb through a single current of 20 mA at S1 (S1 can be a 1.8 kOhm resistor fed from a + 36 V supply source can be replaced). Another variant of the circuit can be obtained in that the diodes D3 and D4 according to FIG. 5 can be replaced by a resistor.

Die Transistoren sollen nicht gesättigt werden, was dadurch sichergestellt werden kann, daß die Werte von R1 und R2 (150 Ohm) gleich gewählt werden, so daß Sättigung nicht auftritt, wenn der Gesamtstrom von 16 mA durch einen Transistor fließt.The transistors are not supposed to become saturated, which this ensures it can be that the values of R1 and R2 (150 Ohm) are chosen to be the same, so that Saturation does not occur when the total current of 16 mA through a transistor flows.

Claims

Claims: 1. Exclusive-OR circuit with two transistors same line type, each of which has the base with an input terminal and the emitter via a resistor or both emitters via a common resistor are connected to a voltage source, d u r c h e -k e n n n z e i c h n e t that each collector of the transistors has one compared to the former Resistance Small resistance with a second voltage source and via a diode is connected to a common output terminal, the two diodes being the same Have the direction of transmission with respect to the collectors that the output terminal has a further resistor is connected to a third voltage source and that the Voltages are chosen so that the transistors through a suitable choice of voltages can be made conductive at their bases and to or from the third voltage source flowing current is smaller than the flowing to or from the other voltage sources Currents.

2. A circuit according to claim 1, characterized in that the emitters of the Transistors are connected to each other by a resistor.

3. A circuit according to claim 1, characterized in -that the emitters of the transistors are connected to one another by two paths with oppositely directed diodes. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1090 264.