DE1182292B

DE1182292B - Circuit that can be controlled by signals with a larger and a lower input amplitude

Info

Publication number: DE1182292B
Application number: DEC28921A
Authority: DE
Inventors: Seymour Roger Cray
Original assignee: Control Data Corp
Current assignee: Control Data Corp
Priority date: 1963-01-16
Filing date: 1963-01-16
Publication date: 1964-11-26

Description

Schaltung; die von Signalen. mit einer größeren und einer niedrigeren Eingangsamplitude steuerbar ist Die Erfindung betrifft eine Schaltung, die von Signalen mit einer größeren und einer niedrigeren Eingangsamplitude steuerbar ist und in Abhängigkeit von der größeren bzw. niedrigeren Amplitude des Eingangssignals zwei unterschiedlich eingestellte Ausgangssignale abgibt, die durch eine instabile übergangszone voneinander getrennt sind, die beim übergang von der einen Eingangsamplitude zur anderen durchlaufen wird.Circuit; that of signals. with a larger one and a lower one Input amplitude is controllable The invention relates to a circuit that is controlled by signals is controllable with a larger and a lower input amplitude and in Dependence on the larger or lower amplitude of the input signal two emits differently set output signals caused by an unstable transition zone are separated from each other, the transition from one input amplitude to other is passed through.

Verschiedene Arten von auf zwei Niveaus arbeitenden Schaltungen sind bekannt und werden z. B. zum Zählen und Steuern und für Schalt- und Auslösefunktionen in Rechenmaschinen, Steuersystemen u. dgl. benutzt. Drei Typen derartiger Schaltungen seien kurz erläutert.There are different types of two-level circuits known and z. B. for counting and controlling and for switching and triggering functions used in calculating machines, control systems and the like. Three types of such circuits are briefly explained.

Die eine bekannte Schaltung, die auf dem sogenannten Eccles-Jordan-Flip-Flop basiert, enthält meistens zwei Verstärker, die über entsprechende Impedanzen durch eine positive Rückkopplung verbunden sind, so daß in jedem Augenblick eines stabilen Betriebs der eine oder andere Verstärker leitet. Zwei Stabilitätsbedingungen sind vorhanden, da der leitende Zustand des einen Verstärkers umgekehrt durch den Zustand des anderen Verstärkers festgelegt ist. Die Eccles-Jordan-Schaltung kann als mit zwei Niveaus arbeitende Schaltung bezeichnet werden, weil die von dem einen Abschnitt abgegebene Spannung sich stets auf dem einen nämlich dem hohen oder tiefen Niveau befindet, während sich die von dem anderen Abschnitt abgegebene Spannung in jedem Augenblick reziprok auf dem anderen, nämlich dem niedrigen oder hohen Niveau befindet. Da gewöhnlich zwei reziproke Ausgangsklemmenpaare zur Verfügung stehen, die je einem Verstärker zugeordnet sind, wird die Eccles-Jordan-Schaltung oft auch als doppelseitiger Flip-Flop bezeichnet.The one well-known circuit that is based on the so-called Eccles-Jordan flip-flop based, usually contains two amplifiers, which through appropriate impedances a positive feedback are connected, so that at every moment a stable Operation one or the other amplifier conducts. Two stability conditions are exists because the conducting state of one amplifier is reversed by the state of the other amplifier is set. The Eccles-Jordan circuit can be used as with two-level operating circuit can be called because that of the one section The tension given off is always at one level, namely the high or low level while the voltage given off by the other section is in each Moment is reciprocally on the other, namely the low or high level. Since there are usually two reciprocal output terminal pairs available, each one Associated with amplifiers, the Eccles-Jordan circuit is often called double-ended Called flip-flop.

Bei einer weiteren bekannten, weit verbreiteten bistabilen Schaltung sind ein einziger Verstärker und die Hilfsgrößen der Schaltung so gewählt, daß bei einer positiven Rückkopplung die Kennlinie von Strom und Spannung für die gesamte Schaltung S-förmig ist; die Bereiche der Kennlinie mit negativer Steigung sind also zu beiden Seiten von einem Bereich mit positiver Steigung begrenzt; bei dieser Schaltung treten die Eigenschaften eines negativen Widerstandes deutlich hervor. Die Schnittpunkte der Widerstandslinie mit der Kennlinie legen die Stabilitätspunkte der beiden Niveaus fest, so daß sich eine Ausgangsspannung mit einem hohen oder einem niedrigen Wert ergibt. Da bei diesen Schaltungen nur ein Verstärker benutzt wird und die Spannung gewöhnlich an einem einzigen Klemmenpaar abgenommen wird; werden die Schaltungen häufig als einseitiger Flip-Flop mit einem Verstärker bezeichnet, Eine dritte bekannte Schaltung; die auf zwei Niveaus arbeitet, ist nicht bistabil. Bei einigen einseitigen Schaltungen der zuvor genannten Art wird eine Ausgangsspannung in zwei Größen durch einen Verstärker der Klasse C bewirkt; -bei dem z. B. die niedrige Spannung abgegeben -wird, wenn der Verstärker gesättigt ist oder die hohe Spannung abgegeben wird, wenn der Verstärker durch ein' entsprechendes Eingangssignal abgeschnitten oder gesperrt ist. Somit sind diese beiden Zustände festgelegt, weil der Verstärker gesperrt (abgeschnitten) oder gesättigt arbeitet; der Sättigungsstrom stellt einen ziemlich großen Strom, also das endgültige Stromaufnahmevermögen des Verstärkers dar.In another known, widely used bistable circuit are a single amplifier and the auxiliary variables of the circuit are chosen so that at a positive feedback the characteristic of current and voltage for the whole Circuit is S-shaped; the areas of the characteristic curve with a negative slope are bounded on both sides by an area with a positive slope; with this circuit the properties of a negative resistance emerge clearly. The intersections the resistance line with the characteristic curve place the stability points of the two levels fixed so that an output voltage with a high or a low value results. Because in these circuits only one amplifier is used and the voltage usually removed from a single pair of clamps; become the circuits often referred to as a single sided flip-flop with an amplifier, a third well known Circuit; which works on two levels is not bistable. With some unilateral Circuits of the aforementioned type will produce an output voltage of two sizes causes a class C amplifier; -at the z. B. given the low voltage -when the amplifier is saturated or the high voltage is output, if the amplifier is cut off by a 'corresponding input signal or Is blocked. Thus, these two states are fixed because the amplifier is locked (cut off) or saturated works; the saturation current puts you in pretty much large current, i.e. the final power consumption of the amplifier.

Die Schaltung gemäß der Erfindung unterscheidet sich deshalb grundlegend von den bekannten Schaltungen, weil sie eine einseitige Verstärkerumformerschaltung ausnutzt,-bei. der die- Bedingungen für die Abgabe zweier konstanter Spannungen von unterschiedlicher Größe von selbst durch eine Anordnung festgelegt sind, in der ein beträchtlicher Anteil des Ausgangssignals negativ zum Eingang rückgekoppelt wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein Verstärker mit einem Eins übersteigenden Verstärkungsfaktor, der die Eingangssignale an Eingangsklemmen aufnimmt, an seinen Ausgangsklemmen Signale mit einer Phase abgibt, die bezüglich der Phase der Eingangssignale gewendelt ist, und daß ein negativer Rückkopplungskreis, der zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen liegt, eine nichtlineare Rückkopplungskennlinie von der Art aufweist, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers in der Übergangszone größer als Eins, aber in den einregulierten Ausgangsniveaus etwa gleich Null ist.The circuit according to the invention therefore differs fundamentally from the known circuits because they are a single ended amplifier converter circuit exploits, -at. the conditions for the delivery of two constant voltages of different sizes are set by themselves by an arrangement in which is a significant proportion of the Output signal negative to input is fed back. According to the invention this is achieved in that an amplifier with a gain factor exceeding one that controls the input signals at input terminals receives signals at its output terminals with a phase that is related to the phase of the input signals is reversed, and that a negative feedback loop, between the input and output terminals is a non-linear feedback characteristic of the type that the gain of the amplifier in the transition zone greater than one, but approximately equal to zero in the adjusted output levels.

Ferner werden erfindungsgemäß in einem negativen Rückkopplungskreis nichtlineare oder gleichrichtende Vorrichtungen benutzt, von denen ausgeprägte Grenzen in der Eingangs- und Ausgangscharakteristik der gesamten Schaltung festgelegt werden. Durch Ausnutzung der negativen Rückkopplung werden zwei unterschiedliche regulierte Ausgangsniveaus erhalten.Furthermore, according to the invention, in a negative feedback loop non-linear or rectifying devices are used, of which pronounced limits can be determined in the input and output characteristics of the entire circuit. By taking advantage of the negative feedback, two different ones are regulated Get starting levels.

Da die Schaltung gemäß der Erfindung nach dem Verstärkerprinzip der Klasse A arbeitet, unterscheidet sie sich von dem zuvor erläuterten ersten bzw. dritten Schaltungstyp, weil diese Verstärker nach dem Prinzip der Klasse C, also in einem weiten Bereich ihrer Charakteristik zwischen der Sperrung und der Sättigung und somit in nichtlinearen Bereichen ihrer Eingangs- und Ausgangscharakteristik arbeiten. Die Schaltungshilfsgrößen sind erfindungsgemäß so gewählt, daß ein Umschaltkreis entsteht, dessen Verstärker in einem ziemlich kleinen Bereich ihrer linearen Kennlinie betrieben werden; ein ziemlich kleines Eingangssignal bewirkt dann eine ziemlich kleine Änderung des verstärkten Ausgangssignals, wenn man einen Vergleich mit den Eingangs-und Ausgangssignaländerungen des zuvor erläuterten, ersten und dritten Schaltungstyps anstellt. Beim Erfindungsgegenstand wird dynamisch nach dem Prinzip der Klasse A in einem ziemlich kleinen Bereich der gesamten Charakteristik gearbeitet, damit man auf den Bereich der Eingangs- und Ausgangslinie beschränkt ist, der etwa linear verläuft.Since the circuit according to the invention on the amplifier principle of Class A works, it differs from the first or third type of circuit because these amplifiers work on the principle of class C, that is in a wide range of their characteristics between blocking and saturation and thus in non-linear areas of their input and output characteristics work. The circuit auxiliary variables are selected according to the invention so that a switching circuit arises, its amplifier in a fairly small area of its linear characteristic operate; a fairly small input signal then causes a fairly small one small change in the amplified output signal when compared with the Input and output signal changes of the previously discussed first and third Circuit type hires. The subject of the invention is dynamic according to the principle Class A worked in a fairly small area of the overall characteristic, so that one is limited to the area of the entry and exit line, which is approximately runs linearly.

Als Verstärkerumformerelement können mit Vorteil Transistoren Anwendung finden, obwohl auch andere Vorrichtungen zur Verstärkung und Umkehrung benutzt werden können. Ein Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt darin, daß durch seine Anwendung die Konstruktion und die Herstellung von Signalschaltungen, Steuermaschinen und digitalen und logischen Systemen erleichtert wird, und daß diese einfacher, wirtschaftlicher und mit größeren Geschwindigkeit als die bekannten Geräte arbeiten können.Transistors can advantageously be used as amplifier converter elements although other amplification and inversion devices are also used can. An advantage of the subject matter of the invention is that through its application the design and manufacture of signal circuits, control machines and digital and logical systems is facilitated, and that these are simpler, more economical and can work at greater speed than the known devices.

Bei einer Verwendung von Transistoren als Verstärker- und Umformerelemente zeigt sich, daß zeitliche Verzögerungserscheinungen infolge einer Locherzeugung und Lochspeicherung auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Die Verzögerung, die auf die Locherzeugung zurückzuführen ist, behindert die Bildung eines Kolloktorstroms in einem Transistorverstärker, während die Verzögerung infolge der Lochspeicherung dem Abfall des Kollektorstroms entgegenwirkt. Bei Transistorschaltungen, die einen weiten dynamischen Bereich für die Kollektorströme benötigen, ist die zeitliche Verzögerung infolge der Lochbildung und Lochspeicherung so groß, daß die Frequenzempfindlichkeit der Schaltung schwerwiegend beschränkt und somit die endgültige Arbeitsgeschwindigkeit begrenzt wird, wenn solche Schaltungen in binären Zählern od. dgl. Anwendung finden.When using transistors as amplifier and converter elements shows that temporal delay phenomena as a result of hole generation and hole storage can be minimized. The delay that is due to the creation of holes, hinders the formation of a collocator flow in a transistor amplifier, while the delay due to the hole storage counteracts the drop in the collector current. In transistor circuits that have a need a wide dynamic range for the collector currents is the time Delay due to hole formation and hole storage is so great that the frequency sensitivity the circuit and thus the final operating speed is limited when such circuits in binary counters od. The like. Use.

Beim Erfindungsgegenstand arbeiten- die Tians'fstoren mit Vorteil, aber nach dem Prinzip der Klasse A in einem ziemlich kleinen dynamischen Bereich ihrer elektrischen Kennlinie, so daß nur ein ziemlich geringfügiger Aufbau von Löchern erfolgt, die beim Übergang von dem einen Niveau zum anderen, also von einem möglichst kleinen zu einem möglichst großen Kollektorstrom erzeugt werden; dementsprechend nimmt die Zahl der beim Übergang vom maximalen zum minimalen Kollektorstrom gespeicherten Löcher kaum ab. Der ziemlich gering- fügige Auf- und Abbau von Löchern in der Schaltung gemäß der Erfindung ist mit einer merklich kleineren Zeitverzögerung (infolge von Lochbildung und -speichereng) verknüpft, wenn man einen Vergleich mit der Zeitverzögerung einer Schaltung anstellt, die in einem größeren dynamischen Bereich arbeitet, also z. B. mit den als Beispiel angegebenen Schaltungsarten.In the subject matter of the invention, the Tians'fstoren work with advantage, but according to the class A principle in a fairly small dynamic range of their electrical characteristic curve, so that only a fairly minor build-up of holes occurs during the transition from one level to the other, i.e. are generated from as small a collector current as possible to as large as possible; accordingly, the number of holes stored in the transition from the maximum to the minimum collector current hardly decreases. The rather mild fügige assembly and dismantling of holes in the circuit according to the invention is associated with a significantly smaller time delay (due to hole formation and -speichereng) when making a comparison with the time delay of a circuit, the dynamic within a substantial range works, so z. B. with the circuit types given as an example.

Da diese zeitlichen Verzögerungen geringer sind, können die Transistoren mit höherer Geschwindigkeit arbeiten, was als bedeutsamer Vorteil des Erfindungsgegenstandes betrachtet werden kann.Since these time delays are smaller, the transistors can work at a higher speed, which is a significant advantage of the subject invention can be viewed.

Somit können mit ziemlich billigen Transistoren Schaltungen erhalten werden, die mit hoher Geschwindigkeit umschalten. Beim Erfindungsgegenstand werden insbesondere die billigen Hochfrequenztransistoren benutzt, um mit hoher Zuverlässigkeit z. B. Zählraten von 5 bis 10 MHz zu erreichen. Bei den bekannten, mit Transistoren bestückten Zählschaltungen, deren Prinzip zu Anfang erläutert ist, müssen weit teurere Schalttransistoren benutzt werden, um etwa eine äquivalente Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen; die Stabilität und Zuverlässigkeit werden selbst mit den bekannten Schaltungen nicht in dem Maße erreicht, wie das mit der Schaltung gemäß der Erfindung möglich ist.Thus, circuits can be obtained with rather cheap transistors switching at high speed. When the subject of the invention In particular, the cheap high frequency transistors used to work with high reliability z. B. to achieve counting rates of 5 to 10 MHz. With the known ones, with transistors equipped counting circuits, the principle of which is explained at the beginning, must be far more expensive Switching transistors are used to run roughly an equivalent speed to reach; the stability and reliability are known even with the Circuits not achieved to the same extent as that with the circuit according to the invention is possible.

Die Gesamtschaltung gemäß der Erfindung arbeitet mit bedeutend geringeren Verlusten als die bisher bekannten, zwischen zwei Niveaus umschaltenden Vorrichtungen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Verstärker der vorliegenden Schaltung nur im Bereich der größten Verstärkung seiner Eingangs-und Ausgangscharakteristik, also nur nach dem Prinzip der Klasse A arbeitet.The overall circuit according to the invention works with significantly less Losses than the previously known devices switching between two levels. This is due to the fact that the amplifier of the present circuit only in the area of greatest amplification of its input and output characteristics, that is only works according to the class A principle.

Dementsprechend besteht ein weiterer Vorteil darin, daß eine ziemlich kleine Änderung des Eingangssignals oder ziemlich geringe Eingangssignalimpulse die Schaltung von dem einen Niveau auf das andere bringt, wenn man einen Vergleich mit den bekannten Vorrichtungen diesen Art anstellt.Accordingly, there is another advantage that a fairly small change in input signal or fairly small input signal pulses brings the circuit from one level to the other if you compare it using the known devices of this type.

Ferner ergibt die Anwendung einer negativen Rückkopplung in vorteilhafter Weise eine weit größere Stabilität, als sie mit den bekannten Schaltungen erzielbar ist, so daß bei der erfindungsgemäßen Schaltung weit größere Änderungen der Verstärkercharakteristik infolge des Alterns oder anderer Faktoren zulässig sind. Die erfindungsgemäße Schaltung wird nicht nur durch etwaige Änderungen der Verstärkercharakteristik weniger beeinfiußt, sondern auch Charakteristikänderungen der anderen, in Beziehung stehenden Schaltungshilfsgrößen . sind kaum von Einfiuß. Die erste und zweite bekannte bistabile Schaltung zeichnet sich durch eine positive Rückkopplung aus. Die Anwendung einer negativen Rückkopplung in eine zwischen zwei Niveaus umschaltenden Schaltung führt zu den obenerwähnten Vorteilen.Furthermore, the use of negative feedback is more advantageous Way a far greater stability than can be achieved with the known circuits is, so that in the circuit according to the invention far greater changes in the amplifier characteristics as a result of aging or other factors. The circuit according to the invention is not only less influenced by any changes in the amplifier characteristics, but also changes in the characteristics of the other, related auxiliary circuit variables . are hardly of any influence. The first and second known bistable circuits draw through a positive Feedback off. Applying a negative Feedback in a circuit switching between two levels leads to the advantages mentioned above.

Ferner wird von der Schaltung gemäß der Erfindung weniger Strom verbraucht, da sie in einem kleineren Bereich ihrer Eingangs- und Ausgangscharakterstik als die bekannten Schaltungen arbeitet.Furthermore, less power is consumed by the circuit according to the invention, since they are in a smaller area of their input and output characteristics than the known circuits works.

Zum besseren Verständnis des Erfindungsgegenstandes seien die Figuren näher erläutert: F i g. 1 ist ein Blockschaltbild und zeigt die auf zwei Niveaus arbeitende Schaltung gmäß der Erfindung und die Kopplung von Eingang und Ausgang; F i g. 2 ist ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Diodennetzwerken für die Eingangs- und Ausgangsköpplung; F i g. 3A zeigt die Eingangs-Ausgangs-Charakteristik der Schaltung nach F i g: 2; F i g. 3 B zeigt die Beziehung der Spannungsverstärkung der gesamten Schaltung zur Eingangsspannung der Schaltung nach F i g. 2; F i g. 4 ist ein Schaltbild und zeigt die Kopplung des Ausgangs einer einzigen, auf zwei Niveaus arbeitenden Schaltung zur Steuerung der Eingangssignale für mehrere ähnliche Schaltungen; F i g. 5 ist ein Schaltbild der Schaltungen gemäß der Erfindung die .so angeschlossen sind, daß eine »UND«-Schaltung entsteht; F i g. 6 ist ein Schaltbild der Schaltungen gemäß der Erfindung, die so angeschlossen sind, daß eine »ODER«-Schaltung entsteht; F i g. 7 ist ein Schaltbild der Schaltungen gemäß der Erfindung die so angeschlossen sind, daß eine kombinierte »UND-ODER«-Schaltung entsteht; F i g. 8 ist ein Schaltbild der Schaltungen gemäß der Erfindung, die so angeschlossen sind, daß ein bistabiler Flip-Flop gebildet ist.For a better understanding of the subject matter of the invention, let the figures explained in more detail: F i g. 1 is a block diagram showing the two levels working circuit according to the invention and the coupling of input and output; F i g. 2 is a circuit diagram of a preferred embodiment of the invention Diode networks for input and output coupling; F i g. 3A shows the input-output characteristic the circuit according to F i g: 2; F i g. 3B shows the relationship of voltage gain the entire circuit to the input voltage of the circuit according to FIG. 2; F i g. Figure 4 is a circuit diagram showing the coupling of the output of a single to two Operating circuit for controlling the input signals for several similar levels Circuits; F i g. Figure 5 is a circuit diagram of the circuits according to the invention . are connected in such a way that an "AND" circuit is created; F i g. 6 is a circuit diagram of the circuits according to the invention connected in such a way that an "OR" circuit arises; F i g. Fig. 7 is a circuit diagram of the circuits according to the invention, fig are connected so that a combined "AND-OR" circuit is created; F i g. 8th is a circuit diagram of the circuits according to the invention connected so that a bistable flip-flop is formed.

Im vereinfachten Blockschaltbild nach F i g. 1 enthält die Gesamtschaltung erfindungsgemäß ein Verstärker-Umformergerät 10 und einen nichtlinearen negativen Rückkopplungskreis 22. Ein Eingangssignal wird zwischen einer Eingangsklemme 12 oder 12' und einer Verbindung 14 zur Erde angelegt, während ein Ausgangssignal zwischen einer Ausgangsklemme 17 oder 17' und einem Erdanschluß 18 erscheint. Ein beträchtlicher Teil des Ausgangssignals wird über eine Leitung 20 als Eingangssignal zum negativen Rückkopplungskreis 22 abgeleitet, dessen Ausgangssignal dann über eine Leitung 24 am Eingang der Verstärkerwandlerstufe 10 erscheint.In the simplified block diagram according to FIG. 1, the overall circuit includes, according to the invention, an amplifier-converter device 10 and a non-linear negative feedback circuit 22. An input signal is applied between an input terminal 12 or 12 'and a connection 14 to earth, while an output signal appears between an output terminal 17 or 17' and an earth connection 18 . A considerable part of the output signal is derived via a line 20 as an input signal to the negative feedback circuit 22 , the output signal of which then appears via a line 24 at the input of the amplifier converter stage 10 .

In F i g. 2 ist eine praktische Ausführungsform einer speziellen, zwischen zwei Niveaus umschaltenden Schaltung zu sehen, die die Verstärkerwandlerstufe 10 und den nichtlinearen negativen Rückkopplungskreis 22 der F i g. 1 enthält. Die Verstärker-und Wandlerelemente der F i g. 2 sind pnp-Flächentransistoren. Es können auch andere Arten von Transistoren, z. B. n- oder p-Punktkontakttransistoren oder npn-Flächentransistoren verwendet werden.In Fig. 2 is a practical embodiment of a special, to see circuit switching between two levels, which is the amplifier converter stage 10 and the non-linear negative feedback circuit 22 of FIG. 1 contains. the Amplifier and converter elements of FIG. 2 are pnp junction transistors. It can also other types of transistors, e.g. B. n- or p-point contact transistors or NPN junction transistors are used.

Wenn auch der Verstärker und die Umkehrstufe in Verbindung mit Transistoren beschrieben sind, können auch Elektronenröhren, die gegebenenfalls mit Transistoren kombiniert werden, zur Verstärkung und Umwandlung benutzt werden. Obgleich Kristalldioden als nichtlineare Gleichrichter im Rückkopplungskreis angewendet werden, können auch andere nichtlineare Vorrichtungen für andere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes benutzt werden. Gemäß F i g. 2 ist einem Verstärkertransistor TR 1 ein Wandlertransistor TR 2 nächgeschaltet. Die Basis 34 bzw. 44, der Emitter 36 bzw. 46 und der Kollektor 38 bzw. 48 dieser Transistoren entsprechen dem Gitter, der Kathode und der Anode von Elektronenröhren. Der Transistor TR 1 arbeitet somit in einer Schaltung, die einem Kathodenverstärker mit Elektronenröhren analog ist, und treibt dabei den Transistor TR 2 in einer, Schaltung an, die einer Wandler-und Verstärkerstufe mit Elektronenröhren analog ist. In diesen Transistorverstärkern findet außer der Verstärkung eine Wandlung des ausnutzbaren Signals statt. In anderen Schaltungsformen kann ein einziger Transistor, eine einzige Elektronenröhre oder eine Kombination oder Vielzahl dieser Geräte zur Ausführung dieser Funktionen verwendet werden.Although the amplifier and the inverter are described in connection with transistors, electron tubes, which are optionally combined with transistors, can also be used for amplification and conversion. Although crystal diodes are used as non-linear rectifiers in the feedback loop, other non-linear devices can also be used for other embodiments of the subject invention. According to FIG. 2, a converter transistor TR 2 is connected downstream of an amplifier transistor TR 1. The base 34 or 44, the emitter 36 or 46 and the collector 38 or 48 of these transistors correspond to the grid, the cathode and the anode of electron tubes. The transistor TR 1 thus operates in a circuit which is analogous to a cathode amplifier with electron tubes, and thereby drives the transistor TR 2 in a circuit which is analogous to a converter and amplifier stage with electron tubes. In addition to the amplification, a conversion of the usable signal takes place in these transistor amplifiers. In other forms of circuitry, a single transistor, a single electron tube, or a combination or plurality of these devices can be used to perform these functions.

In F i g. 2 wird ein Eingangssignal zwischen der Eingangsklemme 12 oder 12' und dem Erdanschluß 14 über einen bekannten Diodenkopplungskreis mit einer Diode 15 bzw. 15' und einem der Vorspannung dienenden Widerstand 13 oder'13' einem Spannungs-teiler mit den- Widerständen 26 bis 30 zugeführt; ein abgeteiltes Signal wird dem Netzwerk an einem Punkt 32 entnommen und zur Transistorbasis 34 geleitet. Die Widerstände 26 bis 30 dienen als Teil eines größeren Spannungsteilernetzwerkes, mit dem das richtige Gleichpotential +B. über eine positive Klemme 42 an der Basis 34 hergestellt wird. Die Impedanz 38 arbeitet außerdem als Begrenzer des Eingangssignalstroms und paßt außerdem den Eingangswiderstand und die Spannung an der Klemme 12 der Verstärkerwandlerstufe 10 der Ausgangsimpedanz einer anderen Stufe an, die nun beschrieben sei.In Fig. 2, an input signal between the input terminal 12 or 12 'and the ground connection 14 is fed to a voltage divider with resistors 26 to 30 via a known diode coupling circuit with a diode 15 or 15' and a resistor 13 or '13' serving for biasing ; a split signal is taken from the network at point 32 and passed to transistor base 34 . The resistors 26 to 30 serve as part of a larger voltage divider network, with which the correct DC potential + B. is made via a positive terminal 42 on the base 34. The impedance 38 also functions as a limiter of the input signal current and also adjusts the input resistance and the voltage at terminal 12 of the booster converter stage 10 to the output impedance of another stage which will now be described.

Der Emitter 36 erhält 'das Gleichpotential -1 -B über die Klemme 42 und die Impedanz 40 und wird als Eingangssignal der Transistorwandlerstufe TR 2 zugeführt. Der Emitter 46 ist dabei geerdet. Die Kollektoren 38 und 48 sind an einem Punkt 50 ver- bunden und erhalten über eine Klemme 54 und eine Impedanz 52 ein Gleichpotential --B. Das Ausgangssignal der Wandlerstufe erscheint an einer Impedanz 52 und einem Punkt 16, an dem es ein negatives Potential bezüglich Erde hat. Die Leitungen 20 und 24 führen zum nichtlinearen, negativen Rückkopplungskreis 22. Das am Punkt 16 erscheinende Ausgangssignal wird dann über eine Kopplungsdiode 19 oder 19' in an sich bekannter Weise der nächsten Stufe zugeführt.The emitter 36 receives the direct potential -1 -B via the terminal 42 and the impedance 40 and is fed as an input signal to the transistor converter stage TR 2. The emitter 46 is grounded. The collectors 38 and 48 are obtained and at a point 50 comparable connected via a clamp 54 and an impedance 52, a DC potential --B. The output of the converter stage appears at an impedance 52 and a point 16 where it has a negative potential with respect to ground. The lines 20 and 24 lead to the non-linear, negative feedback circuit 22. The output signal appearing at point 16 is then fed to the next stage via a coupling diode 19 or 19 'in a manner known per se.

Die Potentiale und Vorspannungen, die an den Transistoren TR 1 und TR 2 angelegt werden, und die negative Rückkopplung sind derart gewählt, daß diese Transistoren stets nach dem Prinzip der Klasse A arbeiten, also die Kollektoren 38 und 48 unter alten Signalbedingungen Strom ziehen. Die Schaltungshilfsgrößm sind außerdem derart gewählt, daß der Bereich einer Eingangsspannung e, die den Eingangsklemmen 12, 14 zugeführt wird, die Basis 34 des Transistors zu einer Spannauge- und Stromänderung des Emitters 36 und Kollektors 38 in einem ziemlich kleinen Bereich im Vergleich zu dem Busnutzbaren Bereich veranlaßt. In gleicher Weise sind die Hilfsgrößen der Schaltung so gewählt, daß der Bereich der vom Emitter 36 abgegebenen Spannung die Basis 44 des anderen Transistors dazu bringt, daß die Spannungs- und Stromänderung am Kollektor 48 in einem kleinen Bereich im Vergleich zu dem Bereich erfolgt, der ausgenutzt werden könnte. Fernerhin sind die Hilfsgrößen der Schaltung und die Signalbedingungen derart eingestellt, daß der dynamische Bereich des Transistorbetriebs auf den Bereich der Kennlinien der Transistoren TR 1 und TR 2 begrenzt ist, der etwa linear verläuft und der Bereich der größten Verstärkung ist.The potentials and bias voltages applied to the transistors TR 1 and TR 2 and the negative feedback are chosen so that these transistors always work according to the class A principle, that is, the collectors 38 and 48 draw current under old signal conditions. The circuit auxiliary variables are also chosen such that the range of an input voltage e which is fed to the input terminals 12, 14 , the base 34 of the transistor to a clamping eye and current change of the emitter 36 and collector 38 in a fairly small range compared to the bus usable Area initiated. In the same way, the auxiliary variables of the circuit are chosen so that the range of the voltage emitted by the emitter 36 causes the base 44 of the other transistor that the voltage and current change at the collector 48 takes place in a small range compared to the range which could be exploited. Furthermore, the auxiliary variables of the circuit and the signal conditions are set in such a way that the dynamic range of transistor operation is limited to the range of the characteristics of the transistors TR 1 and TR 2, which is approximately linear and is the range of greatest amplification.

Dadurch, daß der Bereich des dynamischen Betriebs der Transistoren TR 1 und TR 2 in dieser Weise begrenzt ist, werden beim Erfindungsgegenstand die Verzögerungserscheinungen auf ein Mindestmaß herabgesetzt, die auf eine Lochbildung und Lochspeicherung zurückzuführen sind. Da die Transistoren TR 1 und TR 2 in einem ziemlich kleinen dynamischen Bereich ihrer Gesamtkennlinie betrieben werden, entstehen nur ziemlich wenig Löcher beim Übergang vom Kleinstwert zum Größtwert des Kollektorstroms; entsprechend ist auch eine ziemlich geringe Abnahme der gespeicherten Löcher beim Übergang vom Maximal- zum Minimalwert des Kollektorstroms vorhanden. Die ziemlich geringfügige Lochzu- bzw. Lochabnahme in den Transistoren ist mit einer bemerkenswert geringen Zeitverzögerung gekoppelt, die auf die Lochbildung und -speicherung zurückzuführen ist, wenn man einen Vergleich mit der zeitlichen Verzögerung anstellt, die vorhanden wäre, wenn ein größerer dynamischer Bereich ausgenutzt würde. Da diese zeitlichen Verzögerungen kleiner sind, können die Transistoren und somit die gesamte Schaltung mit höherer Geschwindigkeit arbeiten, was als wesentliches Merkmal des Erfindungsgegenstandes betrachtet wird. Da die Transistoren TR 1 und TR 2 in dem Bereich der Kennlinie mit geringsten Verlusten arbeiten, können ziemlich kleine Änderungen des Eingangssignals e an den Klemmen 12, 14 weit größere Änderungen eines Ausgangssignals E an den Klemmen 17, 18 bewirken.Because the range of dynamic operation of the transistors TR 1 and TR 2 is limited in this way, the delay phenomena are reduced to a minimum in the subject matter of the invention, which are due to hole formation and hole storage. Since the transistors TR 1 and TR 2 are operated in a fairly small dynamic range of their overall characteristic, there are only very few holes in the transition from the lowest value to the highest value of the collector current; accordingly there is also a fairly small decrease in the stored holes in the transition from the maximum to the minimum value of the collector current. The rather small hole increase or hole decrease in the transistors is coupled with a remarkably small time lag, which is due to the hole formation and storage, when compared with the time lag that would exist if a larger dynamic range were exploited . Since these time delays are smaller, the transistors and thus the entire circuit can work at a higher speed, which is considered to be an essential feature of the subject matter of the invention. Since the transistors TR 1 and TR 2 work in the region of the characteristic curve with the lowest losses, relatively small changes in the input signal e at the terminals 12, 14 can cause far greater changes in an output signal E at the terminals 17, 18.

Das Ausgangssignal, das am Punkt 16 der Verstärker-Umformerstufe erscheint, wird über die Leitung 20 dem negativen Rückkopplungskreis 22 zugeführt. Infolge der Einschaltung der Impedanz 56 entsteht eine kleine Differenz zwischen dem oberen und unteren Zweig der Schaltung 22, deren Zweck noch erörtert wird.The output signal which appears at point 16 of the amplifier / converter stage is fed to the negative feedback circuit 22 via line 20. As a result of the switching on of the impedance 56, there is a small difference between the upper and lower branches of the circuit 22, the purpose of which will be discussed later.

Wenn das Potential des Punktes 16 und der Leitung 20 im Hinblick auf einen Punkt 25 zunehmend positiv wird, wird eine Diode 60 leitend; in diesem Zustand niedriger Impedanz wird der Punkt 16 am Ausgang der gesamten Schaltung tatsächlich mit dem Punkt 25 verbunden, was, abgesehen von der Impedanz 26, einer direkten Verbindung des Punktes 16 mit der Eingangsklemme 12 äquivalent ist. Eine Zunahme des positiven Ausgangspotentials bewirkt daher, daß das Potential am Punkt 25 positiver wird.When the potential of point 16 and line 20 becomes increasingly positive with respect to point 25, a diode 60 becomes conductive; in this low impedance state, point 16 at the output of the entire circuit is actually connected to point 25 which, apart from impedance 26, is equivalent to a direct connection of point 16 to input terminal 12. An increase in the positive output potential therefore causes the potential at point 25 to become more positive.

Wenn umgekehrt das Potential am Punkt 16 negativ zu dem am Punkt 25 wird, sperrt die Diode 60. Wenn das Potential am Punkt 16 hinsichtlich des Punktes 25 stärker negativ wird, wird das Potential an einem Punkt 64 negativ zu dem am Punkt 25; dann wird eine Diode 62 leitend. In diesem Zustand geringer Impedanz verbindet der Zweig, der die Impedanz 56 und die Diode 62 aufhält, tatsächlich den Ausgang 16 der Gesamtschaltung wieder mit einem Eingangspunkt 21 und somit mit dem Punkt 25. Bei einer Zunahme des Ausgangspotentials in negativer Richtung wird also das Potential am Punkt 25 stärker negativ. Beide Diodenrückkopplungswege haben also eine regulierende Wirkung auf die Verstärkung der gesamten Verstärkerwandlerstufe 10. Zusätzlich übernehmen die Widerstände 26 bis 30 und 52, 56 die zusätzliche Aufgabe, passende Vorspannungen für die Dioden 60 und 62 im nichtlinearen negativen Rückkopplungskreis herzustellen.Conversely, if the potential at point 16 becomes negative to that at point 25 , the diode 60 blocks. If the potential at point 16 becomes more negative with respect to point 25, the potential at point 64 becomes negative compared to that at point 25; then a diode 62 becomes conductive. In this low impedance state, the branch that holds the impedance 56 and the diode 62 actually connects the output 16 of the overall circuit again to an input point 21 and thus to point 25. When the output potential increases in the negative direction, the potential is am Point 25 more negative. Both diode feedback paths thus have a regulating effect on the gain of the entire amplifier converter stage 10. In addition, the resistors 26 to 30 and 52, 56 take on the additional task of producing suitable bias voltages for the diodes 60 and 62 in the non-linear negative feedback circuit.

F i g. 3 A zeigt die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung E (Ordinate) und Eingangsspannung e (Abszisse) in Volt bei der bevorzugten Gesamtschaltung nach F i g. 2, deren Hilfsgrößen so gewählt sind, daß bei der Signalspannung e= -3 V am Punkt 21 hinsichtlich der Erdklemme 14 die Ausgangsspannung E = -1/z V am Punkt 16 hinsichtlich der Erdklemme 18 beträgt, wie in F i g. 3 zu sehen ist. Wenn der Punkt 21 umgekehrt eine Spannung e= -1/f V erhält, beträgt die Ausgangsspannung E = - 3 V am Punkt 16; diese beiden Werte der Eingangs- und Ausgangsspannung stellen die Schaltungsbedingungen der beiden Niveaus in F i g. 3A dar.F i g. 3 A shows the relationship between the output voltage E (ordinate) and input voltage e (abscissa) in volts in the case of the preferred overall circuit according to FIG. 2, the auxiliary quantities of which are chosen so that, with the signal voltage e = -3 V at point 21 with regard to ground terminal 14, the output voltage E = -1 / z V at point 16 with regard to ground terminal 18 , as in FIG. 3 can be seen. Conversely, if point 21 receives a voltage e = -1 / f V, the output voltage E = -3 V at point 16; these two values of the input and output voltage represent the circuit conditions of the two levels in FIG. 3A.

Zwischen den Klemmen -B und +B sei eine stabile Batteriespannung von 40 V angenommen; und die einzelnen Komponenten sollen ferner die in der Tabelle am Ende der Beschreibung angegebenen Werte besitzen, und die Schaltung der F i g. 2 möge eine Spannungsteilerkette aus Widerständen aufweisen, die am Punkt 21 mit dem Widerstand 26 beginnt und die Widerstände 28 und 30 enthält, von denen der letztere am Potential +B der Klemme 42 angeschlossen ist. Über diese Widerstandskette und die Widerstände 13, 13' und 52 wird an der Klemme 54 der Quelle -B ein Strom entnommen. Falls keine Eingangsspannung an den Klemmen 12; 12' liegt, sind die Konstanten der Schaltung so gewählt, daß die Spannung e am Punkt 21 bezüglich Erde -3 V beträgt. Wenn sich in diesem Fall die Schaltung in einem stetigen Zustand befindet, ist der Punkt 32 an der Basis 34 des Transistors TR 1 negativ zur Erde und der Transistor TR 1 in Durchlaßrichtung vorgespannt. Da der Emitter 36 mit der Basis 44 des Transistors TR 2 verbunden ist und seine Spannung etwa der Spannung an der Basis 34 in der Kollektor-Schaltung entspricht, ist auch der Transistor TR 2 in Durchlaßrichtung vorgespannt. Der von den Kollektoren 38 und 48 über den Widerstand 52 abgezogene Strom läßt die negative Spannung E am Punkt 16 in Richtung auf den Wert von -1/z V abfallen.A stable battery voltage of 40 V is assumed between terminals -B and + B; and the individual components should also have the values given in the table at the end of the description, and the circuit of FIG. 2 may have a voltage divider chain of resistors, which begins at point 21 with resistor 26 and contains resistors 28 and 30, the latter of which is connected to the + B potential of terminal 42 . A current is drawn from the terminal 54 of the source -B via this chain of resistors and the resistors 13, 13 'and 52. If there is no input voltage at terminals 12; 12 ', the constants of the circuit are chosen so that the voltage e at point 21 is -3 V with respect to earth. In this case, when the circuit is in a steady state, point 32 at base 34 of transistor TR 1 is negative to ground and transistor TR 1 is forward biased. Since the emitter 36 is connected to the base 44 of the transistor TR 2 and its voltage corresponds approximately to the voltage at the base 34 in the collector circuit, the transistor TR 2 is also forward-biased. The current drawn from the collectors 38 and 48 via the resistor 52 causes the negative voltage E at point 16 to drop in the direction of the value of −1 / z V.

Bei fehlendem negativen Rückkopplungskreis 23 würden die Transistoren den gesamten Sättigungsstrom abziehen, wodurch verhindert wird, daß die Transistoren im engen Bereich der Klasse A verbleiben. Wenn jedoch der Punkt 16 infolge der zunehmenden Leitung der Transistoren weniger negativ als der Punkt 25 wird, wird die Diode 60 des negativen Rückkopplungskreises leitend und verbindet den Punkt 16 mit der Kette der Widerstände 28 und 30; hierdurch wird die negative Vorspannung in Durchlaßrichtung am Punkt 32 und an der Basis des Transistors TR 2 vermindert. Wenn die Schaltung das Gleichgewicht erreicht, beträgt die Spannung am Punkt 16 -1/E V und am Punkt 21 -3 V.In the absence of the negative feedback circuit 23 , the transistors would draw all of the saturation current, thereby preventing the transistors from remaining in the narrow Class A range. However, if point 16 becomes less negative than point 25 as a result of the increasing conduction of the transistors, diode 60 of the negative feedback circuit becomes conductive and connects point 16 to the chain of resistors 28 and 30; this reduces the forward negative bias at point 32 and at the base of transistor TR 2. When the circuit reaches equilibrium, the voltage at point 16 is -1 / EV and at point 21 is -3 V.

An der Klemme 12 oder 12' soll nun ein Eingangssignal liegen, das so groß ist, daß der Punkt 21 von der Spannung des stetigen Zustandes von -3 V auf die Spannung von -1/E V getrieben wird. Das obere Ende der Kette aus den Widerständen 26 bis 30 wird dann weniger negativ, und daher wird die Vorspannung am Punkt 32 und an der Basis 34 in Durchlaßrichtung des Transistors verringert. Falls der negative Rückkopplungskreis 22 fehlen würde; würden die Transistoren gesperrt und aufhören, Strom zu ziehen, so daß der Punkt 16 stark negativ werden würde. Wiederum würden die Transistoren in dem engen Abschnitt des Bereiches für den Betrieb gemäß der Klasse A gehalten. Um eine Sperrung dieser Transistoren zu vermeiden, ist der weitere negative Rückkopplungsweg mit den Widerständen 26 und 56 und der Diode 62 vorgesehen. Beim Anlegen des zuvor genannten Eingangssignals, das die Transistoren in Richtung auf den gesperrten Zustand zutreibt, werden die Punkte 21 und 25 bis auf eine Spannung von annähernd -1/E V gebracht, während der Punkt 16 am Ausgang den stetigen Zustand von -1/E V verläßt und negativer wird. Somit kehrt sich die Polung am Rückkopplungskreis 22 um, und die Diode 60 wird nichtleitend. Da jedoch die Diode 62 leitend wird, führt sie einen Teil der negativ zunehmenden Spannung vom Ausgangspunkt 16 dem Eingangspunkt 21 zurück, so daß sie die Vorspannung am Punkt 32 daran zu hindern sucht, in der weniger negativen Richtung zu laufen. Die Größe der Widerstände 26 und 56 ist so gewählt, daß ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht wird, wenn die Eingangsspannung am Punkt 21 -1,5 V und die Ausgangsspannung am Punkt 16 - 3 V beträgt. Dieser Zustand ist so lange stabil, wie das Eingangssignal an der Klemme 12 oder 12' angelegt ist, wenn aber dieses Signal verschwindet, kehrt die Schaltung in ihren normalen stetigen Zustand zurück, der zuvor beschrieben ist. Um diesen Zustand jedoch wieder zu erreichen, in dem die Ausgangsspannung am Punkt 16 -1/z V beträgt, muß das Eingangssignal den Eingangspunkt 21 auf ein Potential von 3 V umsteuern, damit die Diode 62 gesperrt und die Diode 60 geöffnet werden kann.At the terminal 12 or 12 'there should now be an input signal which is so large that the point 21 is driven from the voltage of the steady state of -3 V to the voltage of -1 / EV. The upper end of the chain of resistors 26 to 30 is then less negative, and hence the bias voltage is reduced in the forward direction of the transistor at point 32 and at the base of 34th If the negative feedback circuit 22 were absent; the transistors would be blocked and stop drawing current so that point 16 would become highly negative. Again, the transistors would be kept in the narrow portion of the range for Class A operation. In order to avoid blocking these transistors, the further negative feedback path with the resistors 26 and 56 and the diode 62 is provided. When the aforementioned input signal is applied, which drives the transistors towards the blocked state, points 21 and 25 are brought to a voltage of approximately -1 / EV, while point 16 at the output has the steady state of -1 / EV leaves and becomes more negative. The polarity at the feedback circuit 22 is thus reversed and the diode 60 becomes non-conductive. However, as diode 62 becomes conductive, it feeds some of the negatively increasing voltage from starting point 16 back to input point 21 so that it seeks to prevent the bias at point 32 from traveling in the less negative direction. The size of the resistors 26 and 56 is selected so that a new state of equilibrium is reached when the input voltage at point 21 is -1.5 V and the output voltage at point 16 is -3 V. This state is stable as long as the input signal is applied to terminal 12 or 12 ', but when this signal disappears the circuit returns to its normal steady state, which is described above. However, in order to achieve this state again, in which the output voltage at point 16 -1 / z V, the input signal must switch input point 21 to a potential of 3 V so that diode 62 can be blocked and diode 60 can be opened.

Somit sind die beiden eingestellten Niveaus der Ausgangsschaltung beschrieben, aber es ist noch eine Übergangszone vorhanden, durch die die Schaltung hindurchläuft, wenn sie von dem einen Niveau zum anderen Ausgangsniveau zurückkehrt. Wie zuvor festgestellt, geht bei der Umkehr von Eingangs- und Ausgangsniveau die Leitung des negativen Rückkopplungskreises 22 von der Diode 60 zur Diode 62 über bzw. umgekehrt. Während der tatsächlichen Umkehr der Niveaus besteht jedoch ein Augenblick der Spannungsgleichheit auf beiden Seiten des Rückkopplungskreises 22, wenn also keine Diode so weit vorgespannt ist, daß sie leitet. Während dieser Zeitspanne, die als Übergangszone der Kennlinie des Rückkopplungskreises. bezeichnet sei und äußerst kurz ist, ist keine Gegenkopplung vorhanden, so daß die Verstärkung der Transistoren TR 1 und TR 2 sehr groß wird, wie in F i g. 3 B zu sehen ist. Die Verstärkung der Transistoren ist etwa dem Produkt der ß-Verstärkung beider Transistoren gleich und liegt in der Größenordnung von 10000: 1. Folglich wird der Übergang der Schaltung von dem einen Niveau mit dem einen negativen Rückkopplungsweg zum anderen Niveau mit dem anderen negativen Rückkopplungsweg durch die große Verstärkung des Verstärkers in der engen Übergangszone enorm beschleunigt, wie aus F i g. 3 A hervorgeht.Thus, the two set levels of the output circuit are described, but there is still a transition zone through which the circuit passes when it returns from one level to the other output level. As previously stated, when the input and output levels are reversed, the conduction of the negative feedback circuit 22 passes from diode 60 to diode 62 and vice versa. However, during the actual reversal of the levels, there is a moment of equality of voltages on both sides of the feedback circuit 22, that is, when neither diode is biased sufficiently to conduct. During this period of time, which acts as a transition zone of the characteristic curve of the feedback circuit. is designated and is extremely short, there is no negative feedback, so that the gain of the transistors TR 1 and TR 2 is very large, as in FIG. 3 B can be seen. The gain of the transistors is roughly equal to the product of the β gain of both transistors and is in the order of magnitude of 10,000: 1. Consequently, the transition of the circuit from one level with one negative feedback path to the other level with the other negative feedback path is caused by the large gain of the amplifier in the narrow transition zone is accelerated enormously, as shown in FIG. 3 A.

Somit ist wegen der Wegnahme der Gegenkopplung die Schaltgeschwindigkeit des vorhandenen Systems während des Übergangs von einem Niveau zum anderen äußerst groß, so daß die Übergangszeit abnimmt; ein weiterer Grund hierfür besteht darin, daß die Gegenkopplung wieder wirksam wird, wenn die Schaltung durch die Übergangszone hindurchgegangen ist, so daß die Transistoren im A-Betrieb in einem kleinen Teilbereich arbeiten und somit der Aufbau und die Abnahme von Löchern verringert werden. Selbst bei gewissen Abänderungen der Schaltung werden dieselben Resultate erreicht. Beim Erfindungsgegenstand wird in erster Linie ein nichtlinearer, negativer Rückkopplungskreis in Verbindung mit einer Verstärkerwandlerstufe benutzt, um eine Schaltung, die zwei Niveaus an ihrem Ausgang abgibt, zu erzielen; die hohe Schaltgeschwindigkeit wird dann dadurch erhalten, daß die Verstärkerwandlerstufe im A-Betrieb, also im linearen Hochleistungsabschnitt ihrer Kennlinie arbeitet; da in dem Verstärker Transistoren benutzt werden, wird der dynamische Betriebsbreich beschränkt, so daß die Bildung und die Abnahme der Löcher auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.Thus, the switching speed is due to the removal of the negative feedback of the existing system during the transition from one level to another large, so that the transition period decreases; another reason for this is that the negative feedback becomes effective again when the circuit through the transition zone has passed through, so that the transistors in A mode in a small sub-area work, thus reducing the build-up and decrease of holes. Self the same results are achieved with certain modifications to the circuit. At the The subject of the invention is primarily a non-linear, negative feedback loop used in conjunction with an amplifier converter stage to create a circuit that has two Levels at their exit to achieve; the high switching speed will then obtained in that the amplifier converter stage in A mode, that is, in linear High-performance section of its characteristic is working; there in the amplifier transistors are used, the dynamic operating range is restricted so that the formation and minimizing the decrease in holes.

Durch die Schaltung der Erfindung können in einem weiten Anwendungsgebiet insbesondere binäre Schaltelemente ersetzt werden; wenn z. B. relaisartige Kontaktschließungen, Elektronenröhren, Magnetverstärker und andere Transistorschaltungen angewendet werden sollen. Die Schaltung der Erfindung ist insbesondere dann anwendbar, wenn Elemente von binären Signalschaltungen ersetzt werden sollen, die in Steuermechanismen, Rechenanlagen und datenverarbeitenden Geräten und Systemen, digitalen Übertragungsstätten und -systemen verwendet werden.The circuit of the invention can be used in a wide range of applications in particular binary switching elements are replaced; if z. B. relay-like contact closures, Electron tubes, magnetic amplifiers and other transistor circuits can be applied should. The circuit of the invention is particularly applicable when elements to be replaced by binary signal circuits used in control mechanisms, computing systems and data processing devices and systems, digital transmission sites and systems are used.

Bei der bevorzugten Schaltung nach F i g. 2, deren Arbeitsweise in den F i g, 3A und 3-B erläutert ist, sind die Schaltungshilfsgrößen so gewählt, daß der Arbeitsbereich an den Klemmen 12;12',14 liegenden Eingangsspannung gleich dem Arbeitsbereich der Ausgangsspannung ist, die an den Klemmen 17, 17', 18 abgenommen wird; im Falle der F i g. 3A sind ein Bereich der Eingangsspannung von insgesamt 21/2V und die Amplitude der Ausgangsspannung gezeigt. Die Ausgangsklemmen der gesamten Schaltung nach F i g. 2 können unmittelbar- an den Eingangsklemmen einer anderen Schaltung angeschlossen werden, so daß sich eine Kette ähnlicher Schaltungen bildet.In the preferred circuit according to FIG. 2, the mode of operation of which is explained in FIGS. 3A and 3-B, the auxiliary circuit variables are selected so that the working range at terminals 12; 12 ', 14 is equal to the working range of the output voltage at terminals 17, 17 ', 18 is removed; in the case of FIG. 3A shows a total input voltage range of 21 / 2V and the amplitude of the output voltage. The output terminals of the entire circuit according to FIG. 2 can be connected directly to the input terminals of another circuit, so that a chain of similar circuits is formed.

Bei Verwendung entsprechender Entkopplungsimpedanzen, z. B. der Widerstände 13 und 13' und der Isolationsdioden 15, 15', 19 und 19' kann eine einzige Gesamtschaltung nach F i g. 2 unmittelbar mehrere ähnliche Schaltungen steuern. Dies ist in F i g. 4 zu sehen, in der Blöcke 70 bis 72 eine der Schaltung in den F i g. 1 und 2 ähnliche Schaltung darstellen, die die Eingangsklemmen 70 a, 70 b, 71 a, 71b bzw. 72a und 72b und die Ausgangsklemmen 70c, 70c', und 70d aufweist. Hier wird ein einziger zwischen zwei Niveaus umschaltender Verstärker 70 verwendet, der die beiden oder mehrere Verstärker 71 und 72 unter Verwendung von Entkopplungsimpedanzen 73 und 74, die über Klemmen 73 a und 74a das Potential -B erhalten und Isolationsdioden 75 bis 78 antreibt.When using appropriate decoupling impedances, e.g. B. the resistors 13 and 13 'and the isolation diodes 15, 15', 19 and 19 ' can be a single overall circuit according to FIG. 2 directly control several similar circuits. This is in FIG. 4, in blocks 70 to 72 one of the circuits in FIGS. 1 and 2 represent similar circuit, the a, having the input terminals 70 70 b, 71 a, 71b and 72a and 72b and the output terminals 70 c, 70 c 'and 70 d. A single amplifier 70 , which switches between two levels, is used here, which drives the two or more amplifiers 71 and 72 using decoupling impedances 73 and 74, which receive the potential -B via terminals 73a and 74a , and drives isolation diodes 75 to 78.

In ähnlicher Weise kann ein einziger, zwischen zwei Niveaus umschaltender Verstärker von mehreren anderen derartigen Verstärker unter Verwendung entspechender Entkopplungsimpedanzen gesteuert werden. Solche Schaltungen sind logische »UND«-und »ODER«-Netzwerke, die in binären Signalschaltungen und digitalen Übertragungssystemen, Rechenmaschinen, datenverarbeitenden Systemen benutzt werden. Die Verstärkerschaltungen gemäß der Erfindung sind mit überraschenden Ergebnissen im Vergleich zu den bekannten Schaltungen auf derartige »UND«- und »ODER«-Netzwerke anwendbar. Alle möglichen Kombinationen von »UND«- und »ODER«-Schaltungen können unter Benutzung der Verstärker gemäß der Erfindung erhalten werden.Similarly, a single one can switch between two levels Amplifiers from several other such amplifiers using appropriate ones Decoupling impedances can be controlled. Such circuits are logical "AND" -and "OR" networks used in binary signal circuits and digital transmission systems, Calculating machines, data processing systems are used. The amplifier circuits according to the invention are with surprising results compared to the known Circuits applicable to such "AND" and "OR" networks. All possible Combinations of "AND" and "OR" circuits can be made using the amplifier can be obtained according to the invention.

In F i g. 5 ist ein logisches »UND«-Netzwerk zu sehen, in dem die Ausgangssignale zweier oder mehrerer zwischen zwei Niveaus umschaltender Verstärker 80 und 90 Signale für einen einzigen, zwischen zwei Niveaus umschaltenden Verstärker 82 liefern; zwischen diesen sind eine Entkopplungsimpedanz 84, die über eine Klemme 84a auf das Potential -B gebracht ist und Isolationsdioden 86 bis 88 eingeschaltet. Wenn eine Ausgangsklemme 80 c des Verstärkers 80 und eine Ausgangsklemme 90c des Verstärkers 90 auf einer Spannung von - 3 V liegen, beträgt die Spannung an einem Abzweigpunkt 92 und an einer Eingangsklemme 82a des Verstärkers 82 ebenfalls - 3 V. Wenn die Spannung an der Klemme 80 c oder an der Ausgangsklemme 90c des Verstärkers 90 -'/2 V beträgt, ist die Spannung am Abzweigpunkt 92 und an der Eingangsklemme 82 a des Verstärkers 82 ebenfalls -1/x V. Dieses logische Netzwerk kann bis zu drei oder vier zwischen zwei Niveaus umschaltenden Verstärkern vergrößert werden, deren Ausgangsklemmen in ähnlicher Weise an der Eingangsklemme 82a des Verstärkers 82 angeschlossen sind.In Fig. Figure 5 shows a logical "AND" network in which the output signals of two or more level switching amplifiers 80 and 90 provide signals for a single level switching amplifier 82 ; between these are a decoupling impedance 84, which is brought to the potential -B via a terminal 84a, and isolation diodes 86 to 88 are switched on. If an output terminal 80 c of the amplifier 80 and an output terminal 90 c of the amplifier 90 are at a voltage of -3 V, the voltage at a branch point 92 and at an input terminal 82a of the amplifier 82 is also -3 V. If the voltage at the Terminal 80c or at the output terminal 90c of the amplifier 90 - '/ 2 V, the voltage at the branch point 92 and at the input terminal 82 a of the amplifier 82 is also -1 / x V. This logical network can have up to three or four between two level-switching amplifiers are enlarged, the output terminals of which are connected to the input terminal 82 a of the amplifier 82 in a similar manner.

In F i g. 6 ist ein logisches »ODER«-Netzwerk zu sehen, bei dem von den Ausgangssignalen zweier zwischen zwei Niveaus umschaltender Verstärker 100 und 110 ein einziger Binärverstärker 102 über Isolationsdioden 105 bis 108 und Entkopplungsimpedanzen 103 und 104 gesteuert wird, die über Klemmen 103a und 104a auf das Potential -B gebracht sind. Wenn eine Klemme 100c des Verstärkers 100 oder eine Ausgangsklemme 110c des Verstärkers 110 oder beide Ausgangsklemmen an einer Spannung von - 3 V liegen, dann beträgt die Spannung an einer Eingangsklemme 102 a des Verstärkers 102 - 3 V. Wenn die Spannung der Ausgangsklemme 100 c des Verstärkers 100 und der Ausgangsklemme 110c des Verstärkers 110 -1/z V beträgt, dann liegt die Spannung an der Eingangsklemme 102a des Verstärkers 102 ebenfalls -1/z V. Dieses Netzwerk kann durch Aufnahme von drei oder mehr Verstärkern vergrößert werden, die in ähnlicher Weise über ihre Ausgangsklemmen an der Eingangsklemme 102 a des Verstärkers 102 angeschlossen sind.In Fig. 6 shows a logical "OR" network in which a single binary amplifier 102 is controlled by the output signals of two amplifiers 100 and 110 switching between two levels via isolation diodes 105 to 108 and decoupling impedances 103 and 104 , which are connected to terminals 103a and 104a the potential -B are brought. If a terminal 100c of the amplifier 100 or an output terminal 110c of the amplifier 110 or both output terminals are at a voltage of -3 V, then the voltage at an input terminal 102 a of the amplifier 102 is -3 V. If the voltage of the output terminal 100 c of the Amplifier 100 and the output terminal 110c of the amplifier 110 -1 / z V, then the voltage at the input terminal 102a of the amplifier 102 is also -1 / z V. This network can be enlarged by adding three or more amplifiers, which are similar Way are connected to the input terminal 102 a of the amplifier 102 via their output terminals.

In F i g. 7 ist eine »UND«-Schaltung gemäß F i g. 5 in Kombination mit einer »ODER«-Schaltung nach F i g. 6 zu sehen. Die »UND«-Schaltung wird von den Dioden 86 bis 88 und dem einzigen Entkopplungswiderstand 84 gebildet. Die »ODER«-Schaltung ist von den Dioden 88, 107 und 108 an einer einzigen Eingangsklemme 82 a des Verstärkers 82 hergestellt. Der Betrieb dieser Schaltungen ist in Verbindung mit den F i g. 5 und 6 beschrieben. Wenn die Ausgangsklemme 80c des Verstärkers 80 und die Ausgangsklemme 90c des Verstärkers 90 oder die Ausgangsklemme 110 c des Verstärkers 110 auf einer Spannung von - 3 V liegen, so besteht das logische Er- i gebnis darin, daß dann die Eingangsklemme 82a des Verstärkers 82 ebenfalls auf einer Spannung von - 3 V liegt.In Fig. 7 is an "AND" circuit according to FIG. 5 in combination with an "OR" circuit according to FIG. 6 to see. The “AND” circuit is formed by diodes 86 to 88 and the single decoupling resistor 84. The “OR” circuit is established by the diodes 88, 107 and 108 at a single input terminal 82 a of the amplifier 82 . The operation of these circuits is in conjunction with FIGS. 5 and 6. When the output terminal 80 c of the amplifier 80 and the output terminal 90c of the amplifier 90 or the output terminal 110 c of the amplifier 110 to a voltage of - 3 V are, as is the logical ER i result is that then the input terminal 82a of amplifier 82 is also at a voltage of - 3 V.

Nach der Defination ist ein logisches »UND« die Umkehrung eines logischen »ODER«. In den zwischen zwei Nivaus umschaltenden Schaltungen der Erfindung ist ein positives »UND« einem negativen »ODER« äquivalent. Zwei Verstärker können derart miteinander regenerativ verbunden sein, daß bei einer Änderung der Ausgangsgröße des einen Abschnittes eine entgegengesetzte Änderung der Ausgangsgröße des anderen Abschnittes hervorgerufen wird. Eine derartige bistabile, zwischen zwei Niveaus umschaltende Schaltung, die auch mit Flip-Flop bezeichnet wird, ist bereits erwähnt. Mit den Verstärkern gemäß der Erfindung kann wegen der eigentümlichen Art der beiden Niveaus ein äußerst stabiler Flip-Flop hergestellt werden, der viel stabiler als ähnliche Flip-Flops ist, die keine solchen Verstärker enthalten.According to the definition, a logical "AND" is the reverse of a logical one "OR". In the circuits of the invention switching between two levels a positive "AND" is equivalent to a negative "OR". Two amplifiers can do this be connected to each other regeneratively that with a change in the output variable of one section an opposite change in the output of the other Section is caused. Such a bistable, between two levels switching circuit, which is also referred to as a flip-flop, has already been mentioned. With the amplifiers according to the invention it is possible because of the peculiar nature of the two Levels an extremely stable flip-flop can be made that is much more stable than similar flip-flops that do not contain such amplifiers.

Ein bistabiler Flip-Flop mit zwei untereinander regenerativ gekoppelten zwischen zwei Niveaus umschaltenden Schaltungen ist in F i g. 8 zu sehen: Eine Ausgangsklemme 102c eines zwischen zwei Niveaus umschaltenden Verstärkers 120 liegt über Isolationsdioden 126 und 148 an einer Eingangsklemme 140a eines zwischen zwei Niveaus umschaltenden Verstärkers 140: Eine Ausgangsklemme 140 c des Verstärkers 140 ist in ähnlicher Weise über Isolationsoden 146 und 128 an einer Eingangsklemme 120a des Verstärkers 120 angeschlossen. Die gelieferten Signal-: spannungen werden an Impedanzen 124 und 144 entwickelt, die über eine Klemme 158 an einer Vorspannung -B liegen; die bistabilen, in zwei Niveaus liegenden Spannungssignale werden entsprechend an Ausgangsklemmen 122 und 142 abgenommen; wenn die Ausgangsklenvne 122 auf einer Spannung von - 1/x V liegt, beträgt die an der Klemme 142 abgegebene Spannung - 3 V bzw. umgekehrt. Die Ausgangssignale können durch Anlegung entsprechender Eingangsimpulse oder Gleichspannungen geschaltet oder ausgelöst werden, die einer oder mehrerer »ODER«-Dioden 130, 132 oder 134 bzw: 150, 152 oder 154 zugeführt werden, wenn die »ODER«-Schaltungen nach F i g. 6 benutzt werden.A bistable flip-flop with two mutually regeneratively coupled circuits switching between two levels is shown in FIG. 8 to see: An output terminal 102c of a between two levels-switching amplifier 120 is above isolation diodes 126 and 148 at an input terminal 140a of a between two levels-switching amplifier 140: An output terminal 140 c of the amplifier 140 is in a similar manner over insulation Soden 146 and 128 at a Input terminal 120a of amplifier 120 connected. The supplied signal: voltages are developed at impedances 124 and 144 , which are connected to a bias voltage -B via a terminal 158; the bistable voltage signals lying in two levels are tapped at output terminals 122 and 142, respectively; if the output cycle voltage 122 is at a voltage of −1 / x V, the voltage output at the terminal 142 is −3 V or vice versa. The output signals can be switched or triggered by applying appropriate input pulses or DC voltages, which are fed to one or more "OR" diodes 130, 132 or 134 or: 150, 152 or 154 , if the "OR" circuits according to FIG. 6 can be used.

Die bistabilen Flip-Flops nach F i g. 8 können in verschiedener Weise angewendet werden, wenn sonst elektromechanische Relais, evakuierte und gasgefüllte Elektronenröhren, Magnetverstärker, magnetische Impulsspeichergeräte oder andere Transistorschaltungen erforderlich wären. Mit den bistabilen Flip-Flops der F i g. 8 können insbesondere die üblicherweise verwendeten bistabilen Elemente in binären Signal- und Speicherschaltungen ersetzt werden, wie sie in Steuermaschinen, Rechenanlagen, datenverarbeitenden Geräten und Systemen, digitalen Übertragungsvorrichtungen und -systemen u. dgl. Verwendung finden.The bistable flip-flops according to FIG. 8 can be done in several ways Can be used when otherwise electromechanical relays, evacuated and gas-filled Electron tubes, magnetic amplifiers, magnetic pulse storage devices, or others Transistor circuits would be required. With the bistable flip-flops of F i G. 8 can in particular convert the commonly used bistable elements into binary Signal and memory circuits are replaced, as they are in control machines, computing systems, data processing devices and systems, digital transmission devices and systems and the like. Use.

Als praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung seien die folgenden Größen für die Schaltelemente genannt: Widerstände 13, 13', 40, 73, 74, 84, 103, 104, 124 und 144.. 6 800 Ohm Widerstand 26 ....... 1000 Ohm Widerstand 28 ....... 220 Ohm Widerstand 30 ....... 22 000 Ohm Widerstand 52 ....... 2 000 Ohm Widerstand 56 ....... 1200 Ohm Kondensator 23...... 220 jxwF, durch den der übergang beschleu- nigt werden soll Dioden 15,15',19,19', 60, 62, 75 bis 78, 86 bis 88, 105 bis 108, 126 bis 134, 150 bis 154 gehören zum Typ T 1 G, hergestellt von der Transistoren Corporation. Die Transistoren TR 1 und TR 2 tragen die Bezeichnung 2 N 317 der General Transistor Corporation.As a practical embodiment of the invention, the following sizes are mentioned for the switching elements: Resistors 13, 13 ', 40, 73, 74, 84, 103, 104, 124 and 144 .. 6 800 ohms Resistance 26 ....... 1000 ohms Resistance 28 ....... 220 ohms Resistance 30 ....... 22,000 ohms Resistance 52 ....... 2,000 ohms Resistance 56 ....... 1200 ohms Capacitor 23 ...... 220 jxwF, through which the transition accelerated should be nigt Diodes 15, 15 ', 19, 19', 60, 62, 75 to 78, 86 to 88, 105 to 108, 126 to 134, 150 to 154 are of type T 1 G manufactured by Transistors Corporation. The transistors TR 1 and TR 2 have the designation 2 N 317 from General Transistor Corporation.

Claims

Claims: 1. A circuit that can be controlled by signals with a larger and a lower input amplitude and, depending on the larger or smaller amplitude of the input signal, emits two differently set output signals that are separated by an unstable transition zone Input amplitude is passed through to the other, characterized in that an amplifier (10) with an amplification factor exceeding one, which receives the input signals at input terminals (12, 12 ') , outputs signals at its output terminals (17, 17') with a phase which with respect to the phase of the input signals are converted, and that a negative feedback circuit (22), which lies between the input (12, 12 ') and output terminals (17, 17') , has a non-linear feedback characteristic of the type that the gain of the amplifier greater than one in the transition zone, but roughly the same in the regulated output levels ch is zero.

That the input signals with the greater and lesser amplitude are substantially the einregulierten Ausngsniveaus of the amplifier 2. The circuit according to claim 1, characterized in that vice versa the same, that a transition occurs when the instantaneous value of the amplitude is approximately equal to the input signal to the instantaneous value of the output level is, and that the feedback circuit (22) contains two branches, each containing a rectifier (60,62) of opposite polarity, both of which do not conduct when the instantaneous values are approximately the same.

3. A circuit according to claim 2, characterized in that the conductivity of one branch and the blocking of the other branch by the polarity between the input (21, 25) and the output (16) is determined that the rectifier each have a predetermined threshold value Have voltage difference that must be present in the associated branch before it becomes conductive, and that the branches form the negative feedback and limit the gain of the amplifier to produce the regulated output levels when the threshold value of the voltage difference is exceeded, but essentially no feedback during the Form a transition when the voltage difference is less than the threshold value.

4. A circuit according to claim 3, characterized in that the amplifier (10) contains at least one transistor stage (TR 1) and the feedback circuit (22) which closely couples the output (17, 17 ') to the input (12, 121) each time if the threshold value is exceeded, and thereby the whole collector current variation is limited within a dynamic range that is rich narrow compared to the total possible loading, the time delay due to holes and Trägererzeugungs- and hole = and carrier storage effects environmentally purchase `ESN minimum 5. Circuit according to Claim 4, characterized in that the dynamic range lies within the limit of the linear A operation: of an amplifier 6. Circuit according to Claim 2, 3 or 5, characterized in that the two branches of a respective resistor (26, 56) and each have a rectifier (60, 62), the (17 17 ') couples the output to the input (12, 121 in the two einregulierten output levels, and that the G The size of the difference between the two output levels is determined at least in part by the size of the resistance in the branches . 7. Circuit according to claim 6, characterized in that the resistor (26, 56) is connected in series with at least one rectifier (60, 62) , that the total resistance of one branch differs from the total resistance of the other branch and that the difference at least partially determines the difference between the two starting levels. B. Circuit according to Claims 2 to 7, characterized in that the rectifiers (60, 62) are diodes. 9. A circuit according to claims 1 to 8, characterized in that at least one additional, toggling between two levels circuit is provided, that the difference between the larger and smaller amplitude of the input signals corresponds approximately to the difference between the corresponding output levels and that the circuits are connected together by bridging a coupling network which adjusts the two circuits to each other such that there is formed a complete coupling network between the two circuits in series connection of the circuits, of which the arrival particular, controls with their coupled device (F i g a. 4 to 8). 10. The circuit according to claim 9, characterized denotes Ge, that at least the coupling is a complete network, a "AND" network (F i g. 5 and 7). 11. The circuit according to claim 9 or 10, data carried in that at least one complete coupling network is an "or" network (F i g. 6 or 7). 12. A circuit according to claim 9, characterized in that two circuits switching between two levels are provided, in which the output of one circuit is connected to the input of the other , and that these connections each form a complete coupling network , wherein these two circuits, which switch between two levels , form a bistable circuit according to E cc 1e sJ ordan (FIG. 8). 13 circuit according to claims 3 to 8, by DA in that the difference between the larger and smaller amplitude of the input signals speaks corresponds substantially to the difference between the respective output levels and that the coupling between two levels environmentally switching circuit with a Network is connected, which contains two oppositely connected diodes which are biased via a decoupling impedance (Fig. 4). 14. A circuit according to claims 1 to 13, characterized in that the conductive feedback path returns part of the output signal to the input signal and keeps the operating characteristic of the amplifier in the class A range at all times. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1124 089; Elektronik, Issue 3, 1960, pp. 68 to 72.