DE1242267B

DE1242267B - Bistable multivibrator

Info

Publication number: DE1242267B
Application number: DE1965S0100128
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans-Guen Jungmeister
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1965-10-20
Filing date: 1965-10-20
Publication date: 1967-06-15

Description

DEUTSCHES fflJTVm PATENTAMT DeutscheKl.: 21 al-36/18 GERMAN fflJTVm PATENT OFFICE German Cl .: 21 al-36/18

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Nummer: 1242 267Number: 1242 267

Aktenzeichen: S100128 VIII a/21 alFile number: S100128 VIII a / 21 al

^ 242 267 Anmeldetag: 20. Oktober 1965^ 242 267 Filing date: October 20, 1965

Auslegetag: 15. Juni 1967Open date: June 15, 1967

Bistabile Multivibratoren finden in der elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik eine vielfältige Verwendung. Insbesondere kommt ihnen als Zählstufen in Analog-Digital-Umwandlern der Pulsmodulationstechnik eine besondere Bedeutung zu. Hierbei werden an die Multivibratoren hohe Anforderungen an die Schaltgeschwindigkeit gestellt. Bei der klassischen Ausführungsform eines bistabilen Multivibrators, bei der sich zwei Verstärkerelemente wechselseitig steuern, lassen sich die gewünschten hohen Schaltgeschwindigkeiten nicht in ausreichendem Maße erfüllen. Bistable multivibrators are used in various ways in electrical communications and measurement technology. In particular, they are used as counting stages in analog-to-digital converters using pulse modulation technology special meaning to it. This places high demands on the multivibrators the switching speed is set. In the classic embodiment of a bistable multivibrator, at the two amplifier elements control each other alternately, the desired high switching speeds can be achieved do not meet adequately.

Bessere Ergebnisse können mit bistabilen Multivibratoren erreicht werden, die von der Reihenschaltung zweier gleichsinnig gepolter Kippwiderstände Gebrauch machen. Hierbei werden der Reihenschaltung der Kippwiderstände einerseits über einen Vorwiderstand eine Gleichspannung geeigneter Polarität und andererseits vorzugsweise über einen weiteren Widerstand Schaltimpulse zugeführt, die im Zusammenwirken mit einer Umschalteinrichtung die Kippwiderstände jeweils in die ihrer Ausgangslage entgegengesetzte Lage umkippen. Als Umschalteinrichtungen finden dabei entweder Reaktanzspeicher, wie Kapazitäten oder Induktivitäten, Anwendung, oder es werden besondere Transistorschaltungen vorgesehen. Better results can be achieved with bistable multivibrators that are connected in series make use of two equally polarized breakover resistors. Here are the series connection of the breakover resistors, on the one hand, a DC voltage is more suitable via a series resistor Polarity and, on the other hand, preferably supplied via a further resistor switching pulses that are im In cooperation with a switching device, the breakover resistors each in their starting position overturn the opposite position. Either reactance storage, such as capacitances or inductances, application, or special transistor circuits are provided.

Bei einem älteren Vorschlag, bei dem die beiden gleichsinnig in Reihe geschalteten Kippwiderstände an eine Quelle eingeprägter Spannung angeschaltet sind, besteht die Umschalteinrichtung im wesentlichen aus einem Übertrager, dessen eine Wicklung an den einen Kippwiderstand und dessen andere Wicklung an den anderen Kippwiderstand angeschaltet ist.In an older proposal in which the two breakover resistors connected in series in the same direction are connected to a source of impressed voltage, the switching device consists essentially from a transformer, one winding of which is connected to a breakover resistor and the other Winding is connected to the other tilting resistor.

Ein weiterer bistabiler Multivibrator dieser Art ist im Hauptpatent angegeben. Hierbei ist die Umschalteeinrichtung dadurch verwirklicht, daß jedem Kippwiderstand ein am fernen Ende vorzugsweise offener Leitungsabschnitt parallel geschaltet ist, dessen elektrische Länge derart bemessen ist, daß die durch ein Schaltsignal vorgegebener Dauer an den Kippwiderständen hervorgerufenen und an den Enden der Leitungsabschnitte reflektierten Spannungssprünge beide Kippwiderstände in die ihrer Ausgangslage entgegengesetzte zweite Lage umschalten. Die Leitungsabschnitte stellen eine zusätzliche Belastung der Kippwiderstände dar und beschneiden entsprechend die von ihnen an den eigentlichen Verbraucher abgebbare Leistung. Dieser Leistungsverlust ist gleichsam Ausdruck für die für den Umklappvorgang notwendige Steuerenergie in Form Bistabiler MultivibratorAnother bistable multivibrator of this type is specified in the main patent. Here is the switching device realized in that a line section, which is preferably open at the far end, is connected in parallel to each tilting resistor electrical length is dimensioned such that the duration predetermined by a switching signal to the Voltage jumps caused by breakover resistances and reflected at the ends of the line sections switch both breakover resistors to the second position opposite to their starting position. The line sections represent an additional load on the breakdown resistors and cut them off accordingly the performance that they can deliver to the actual consumer. This loss of performance is, as it were, an expression for the control energy required for the folding process in the form Bistable multivibrator

Zusatz zum Patent: 1208 765Addendum to the patent: 1208 765

Anmelder:Applicant:

ίο Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2 ίο Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Ing. Hans-Günther Jungmeister, MünchenDipl.-Ing. Hans-Günther Jungmeister, Munich

der an den Enden der Leitungsabschnitte reflektierten Spannungssprünge.the voltage jumps reflected at the ends of the line sections.

Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, einen bistabilen Multivibrator nach dem Hauptpatent für eine möglichst große Empfindlichkeit, d. h. einen möglichst geringen Steuerenergie-The invention is based, inter alia, on the object of a bistable multivibrator according to the Main patent for the greatest possible sensitivity, d. H. the lowest possible control energy

a5 bedarf weiterzubilden. a5 needs further training.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Leitungsabschnitte über Widerstände an die Kippwiderstände angeschaltet sind, die hierbei im Sinne einer günstigen Anpassung der Leitungsabschnitte an die von den Kippwiderständen einschließlich ihres äußeren Schaltkreises gebildeten Abschlußwiderstände bemessen sind.This object is achieved according to the invention in that the line sections via resistors are connected to the breakover resistors, which here in the sense of a favorable adaptation of the line sections to those formed by the breakover resistors including their external circuit Terminating resistors are measured.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Serienschaltung der Leitungsabschnitte über Widerstände bei gegebener notwendiger Steuerenergie relativ hochohmig an die Kippwiderstände angeschaltet werden können, wenn durch geeignete Dimensionierung dieser Widerstände eine von der Art der verwendeten Kippwiderstände wie auch der sonstigen Gegebenheiten der Schaltung günstige Anpassung der Leitungsabschnitte vorgenommen wird.The invention is based on the knowledge that the series connection of the line sections over With a given control energy required, resistors are connected to the breakover resistors with a relatively high resistance if, through suitable dimensioning of these resistors, one of the type the breakover resistors used and the other conditions of the circuit favorable adaptation the line sections is made.

Die größte Empfindlichkeit, d. h. die kleinste notwendige Steuerenergie für den Umklappvorgang, ist im wesentlichen vom Grad der Übereinstimmung der statischen und dynamischen Kennlinien der Kippwiderstände abhängig. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, die beiden in Reihe geschalteten Kippwiderstände für wenigstens annähernd gleiche elektrische Eigenschaften auszusuchen.The greatest sensitivity, i.e. H. is the smallest necessary control energy for the folding process essentially on the degree of correspondence between the static and dynamic characteristics of the breakdown resistors addicted. For this reason, it is advisable to use the two breakover resistors connected in series to choose for at least approximately the same electrical properties.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung sind die Widerstände für einen Abschlußwiderstand der Leitungsabschnitte bemessen,In a preferred embodiment of the invention, the resistors are for a terminating resistor dimensioning the pipe sections,

709 590/263709 590/263

der, bezogen auf die hochohmige Lage des einem Leitungsabschnitt unmittelbar parallelgeschalteten Kippwiderstandes, geringfügig kleiner ist als der Wellenwiderstand der Leitungsabschnitte.which, based on the high-resistance position of the directly connected in parallel to a line section Tilting resistance, is slightly smaller than the wave resistance of the line sections.

Zweckmäßig weist jeder Leitungsabschnitt einen einzigen Widerstand auf, der dabei auf sehen seiner Anschlüsse in Serie mit einem seiner beiden Leiter angeordnet ist. In diesem Falle muß der Widerstand kleiner, vorzugsweise wesentlich kleiner als der Wellenwiderstand der Leitungsabschnitte gewählt sein.Appropriately, each line section has a single resistor, which can be seen on his Connections are arranged in series with one of its two conductors. In this case the resistance must be selected to be smaller, preferably significantly smaller, than the wave resistance of the line sections.

Als Kippwiderstände eignen sich in außerordentlich vorteilhafter Weise Tunneldioden, mit denen sich bekanntlich sehr hohe Schaltgeschwindigkeiten erreichen lassen.In an extremely advantageous manner, tunnel diodes with which It is known that very high switching speeds can be achieved.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutetOn the basis of an embodiment shown in the drawing, the invention is intended in the following will be explained in more detail. In the drawing means

Fig. 1 eine bekannte Reihenschaltung zweier Kippwiderstände,1 shows a known series connection of two breakover resistors,

F i g. 2 ein Kennliniendiagramm der Kippwiderstände nach der Fig. 1,F i g. 2 shows a characteristic diagram of the breakover resistances according to FIG. 1,

Fig. 3 ein weiteres Kennliniendiagramm der Kippwiderstände nach der F i g. 1,FIG. 3 shows a further characteristic diagram of the breakover resistances according to FIG. 1,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines bistabilen Multivibrators nach der Erfindung.4 shows an embodiment of a bistable multivibrator according to the invention.

Da der Erfindungsgegenstand von der ein Grundelement darstellenden Reihenschaltung zweier Kippwiderstände Gebrauch macht, soll zunächst die Wirkungsweise dieser Grundschaltung, die in die Literatur auch unter der Bezeichnung »Goto-Paar« eingegangen ist, näher erläutert werden.Since the subject matter of the invention consists of the series connection of two breakover resistors, which is a basic element Makes use, should first the mode of action of this basic circuit, which is in the literature has also been received under the designation "Goto pair", will be explained in more detail.

Das in der Fig. 1 dargestellte Goto-Paar besteht aus zwei durch Tunneldioden realisierten Kippwiderständen Tl und T2. Die Reihenschaltung der beiden Kippwiderstände liegt an einer Gleichspannung Ub, die so bemessen ist, daß einer der beiden Kippwiderstände im Zustand hoher Spannung und der andere im Zustand niederer Spannung verharren muß. Wird zunächst einmal davon abgesehen, daß in den gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Kippwiderstände Tl und T2 ein Strom i in positiver oder negativer Richtung eingespeist wird, so ist es, gleiche Eigenschaften der Kippwiderstände vorausgesetzt, gleich wahrscheinlich, daß die obere oder die untere Diode den Zustand hoher Spannung einnimmt.The goto pair shown in FIG. 1 consists of two breakover resistors T1 and T2 implemented by tunnel diodes. The series connection of the two breakover resistors is connected to a DC voltage Ub which is dimensioned so that one of the two breakover resistors must remain in the high voltage state and the other in the low voltage state. Is initially except that the common connection point of the two Kippwiderstände Tl and T2, a current i is fed to the positive or negative direction, it is same properties of Kippwiderstände assuming equally likely, that the upper or the lower diode to state high tension.

Diesen Fall stellt das Diagramm der Kennlinien 1 und 2 beider Kippwiderstände in der Fig. 2 dar. Die Schnittpunkte I und II der beiden Kennlinien 1 und 2 markieren die stabilen Lagen der Reihenschaltung. Der Punkt III, der durch den Schnitt der beiden fallenden Kennlinienäste zustande kommt, ist dagegen instabil. Wird die Gleichspannung Ub an der Reihenschaltung kurzzeitig erhöht, beispielsweise durch einen Impuls, so ergibt sich die in der Fig. 3 im Diagramm dargestellte Situation. Die Schnittpunkte I und II verschwinden, und der PunktIII rückt in den Bereich positiven Widerstandes und wird damit stabil. An beiden Kippwiderständen liegt dann eine Spannung, die höher ist als die ihrem Stromminimum zugeordnete. Nach Abklingen des Impulses stellen sich wieder die in der F i g. 2 gezeigten Verhältnisse ein, und zwar mit der für die Schnittpunkte I und II gleich hohen Wahrscheinlichkeit. This case is shown by the diagram of the characteristics 1 and 2 of both breakover resistors in FIG. 2. The intersection points I and II of the two characteristics 1 and 2 mark the stable positions of the series connection. On the other hand, point III, which comes about through the intersection of the two falling branches of the characteristic curve, is unstable. If the direct voltage Ub on the series circuit is increased briefly, for example by a pulse, the situation shown in the diagram in FIG. 3 results. The points of intersection I and II disappear, and the point III moves into the area of positive resistance and thus becomes stable. A voltage is then applied to both breakover resistors which is higher than that assigned to their current minimum. After the impulse has subsided, the values shown in FIG. 2, with the same high probability for the intersection points I and II.

Wenn die Kennlinien beider Kippwiderstände iden- · tisch sind, so bestimmt also der Zufall, welcher der Kippwiderstände nach Abklingen des Impulses dieIf the characteristics of the two breakover resistors are identical, then chance determines which of the Breakdown resistances after the impulse has decayed

niedrigere bzw. höhere Spannung bekommt. Wird dagegen in den Verbindungspunkt beider Kippwiderstände im Augenblick des Impulsabklingens ein Korrekturstrom i eingeprägt, so bestimmt nunmehr die Polarität des Korrekturstromes, welchen der beiden möglichen Zustände (I bzw. II) das Paar einnimmt Der Korrekturstrom / erzeugt mit anderen Worten eine Unsymmetrie der Serienschaltung, durch die abhängig vom Vorzeichen des Korrekturstroms entweder der SchnittpunktI oder der SchnittpunktII erzwungen wird.gets lower or higher voltage. If, on the other hand, a correction current i is impressed in the connection point of the two breakover resistors at the moment of the pulse decay, the polarity of the correction current now determines which of the two possible states (I or II) the pair assumes. through which, depending on the sign of the correction current, either the intersection point I or the intersection point II is enforced.

Bei dem in der F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird der Umklappvorgang, der bei der Reihenschaltung nach der F i g. 1 durch den Korrekturstrom / gelenkt wird, im gewünschten Sinne durch die an den offenen Enden der Leitungsabschnitte reflektierten Spannungssprünge gesteuert. Die Schaltung nach der Fig.4 besteht ebenfalls aus zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Kippwiderständen Tl und Tl, die vorzugsweise durch Tunneldioden realisiert sind. Die Kippwiderstände sind über den aus den Widerständen Rsl und Rs 2 gebildeten Spannungsteiler an die Betriebsgleichspannung +Ub angeschaltet. Die den Kippwiderständen Tl und T2 jeweils parallelgeschalteten Widerstände Rll und R12 stellen den ausgangsseitigen Verbraucher des bistabilen Multivibrators dar. Die Schaltimpulse werden der Kippschaltung über den Vorwiderstand i? ν und gegebenenfalls den hierzu in Reihe liegenden KoppelkoadensatorCft vom EingangTZs her zugeführt. Die Leitungsabschnitte Sl und S2 sind nach der Erfindung auf seiten der Kippwiderstände in Reihe mit einem Widerstandrl und r2 an die Kippwiderstände angeschaltet. In the case of the FIG. 4 illustrated embodiment according to the invention, the flip-over process, which occurs in the series connection according to FIG. 1 is steered by the correction current /, controlled in the desired sense by the voltage jumps reflected at the open ends of the line sections. The circuit according to FIG. 4 also consists of two breakover resistors T1 and T1 connected in series in the same direction , which are preferably implemented by tunnel diodes. The breakover resistors are connected to the DC operating voltage + Ub via the voltage divider formed from the resistors Rsl and Rs 2 . The Kippwiderständen the Tl and T2 in parallel connected resistors Rll and R12 represent the output side of the consumer bistable. The switching pulses are the flip-flop i via the series resistor? ν and possibly the KoppelkoadensatorCft lying in series with this from the input TZs. The line sections Sl and S2 are according to the invention on the side of Kippwiderstände in series with a Widerstandrl and r2 connected to the Kippwiderstände.

Die KippwiderständeRl und T2 sind für gleiche elektrische Eigenschaften ausgesucht. Diese gleichen elektrischen Eigenschaften sind die wesentliche Voraussetzung dafür, daß die für den Umschaltvorgang erforderliche Steuerenergie einen Minimalwert annimmt. Ein Verzicht auf die Widerständerl und r2 würde nun zwar eine Dimensionierung der Schaltung zulassen, bei der die Belastung der Kippwiderstände durch die Leitungsabschnitte einen relativ niedrigen Wert annimmt. Die obere Grenze der Schaltgescrnvindigkeit der Schaltung wird in diesem Falle jedoch erheblich herabgesetzt. Der Grund hierfür ist einerseits in der geringen notwendigen Steuerenergie für den Umklappvorgang und andererseits in der nur in gewissen Grenzen möglichen Anpassung des Weilenwiderstandes der Leitungsabschnitte an die Kippwiderstände einschließlich ihrer äußeren Schaltung zu suchen. Die mangelhafte Anpassung bedingt nämlich eine mehrfache Reflexion des beim Obergang eines Kippwiderstandes von seinem niederohmigen Zustand in seinen hochohmigen Zustand und umgekehrt erzeugten Spannungssprungs. Soll die Schaltung daher einwandfrei arbeiten, so darf der nächste Schaltimpuls am Eingang TE erst auftreten, wenn die Energie der durch den vorausgegangenen Schaltimpuls erzeugten Spannungssprünge an des Kippwiderständen auf den Leitungsabschnitten 51 und 52 so weit abgeklungen ist, daß sie für den nächsten Umklappvorgang keine Störung mehr darstellen kann. Durch die erfradungsgemäßen Serienwiderstände lassen sich die Leitungsabschnitte an die KippwiderstandsschaItung besser anpassen, weil sie eine Entkopplung der Ldtungsabschnitte hinsichtlichThe breakover resistors R1 and T2 are selected for the same electrical properties. These same electrical properties are the essential prerequisite for the control energy required for the switching process to assume a minimum value. Dispensing with the resistors and r2 would allow the circuit to be dimensioned in which the load on the breakover resistors due to the line sections assumes a relatively low value. The upper limit of the switching speed of the circuit is, however, considerably reduced in this case. The reason for this is to be found on the one hand in the low control energy required for the flip-over process and on the other hand in the adaptation of the wave resistance of the line sections to the breakdown resistances including their external circuit, which is only possible within certain limits. The inadequate adaptation namely causes multiple reflection of the voltage jump generated when a tilting resistor changes from its low-resistance state to its high-resistance state and vice versa. If the circuit is therefore to work properly, the next switching pulse may only occur at the TE input when the energy of the voltage jumps generated by the previous switching pulse on the breakdown resistors on the line sections 51 and 52 has decayed to such an extent that it does not interfere with the next flipping process can represent more. Due to the series resistances according to the invention, the line sections can be better adapted to the tilting resistance circuit because they decouple the line sections

Claims

represent the breakover resistances. In addition, in order to maximize the operating speed of the circuit, they cause a strong attenuation of the reflected voltage jumps running back and forth on the lines. Per se, the attenuation of the line sections could also be achieved in that they are terminated at their open ends by a damping resistor. However, in contrast to the resistors arranged on the side of the breakover resistors, this has the major disadvantage that the breakdown resistors are significantly more heavily loaded by the line sections, especially in terms of direct current, which results in a reduced amplitude of the output signal. As has already been pointed out, the most favorable dimensioning of the resistors rl and rl is not only dependent on the data of the breakover resistors or tunnel diodes used, but also on the rest of the structure of the circuit. When examining the circuit with germanium tunnel diodes for a peak current of IOmA and other identical electrical properties, the resistance value of the resistors and r2 with a characteristic impedance of 90 to 100 Ω of the line sections resulted in 10 to 20 Ω. The resistors Rsl and Rs2 each had a value of about 25 Ω. Patent claims:

1. Bistable multivibrator, consisting of a series connection of two polarized in the same direction, on a DC voltage of suitable polarity and size of connected breakover resistors, of each with one capable of high and one capable of low resistance, and in which a line section, preferably open at the distal end, is connected in parallel to each tilting resistor, its electrical Length is such that the through a

Switching signal of a given duration at the breakover resistors and at the ends of the line sections reflected voltage jumps, both breakover resistors in their starting position switch opposite second position (according to patent 1208 765), characterized in that the line sections are connected via resistors to the breakover resistors, which here in the sense of a favorable Adaptation of the line sections to those of the breakdown resistors including their outer ones Circuit formed terminating resistors are dimensioned.

2. Bistable multivibrator according to claim 1, characterized in that the two are in series switched breakover resistors have at least approximately the same electrical properties.

3. Bistable multivibrator according to claim 1 or 2, characterized in that the resistors are dimensioned for a terminating resistance of the line sections, based on the high-resistance position of the breakover resistor connected directly in parallel to a line section, is slightly smaller than the wave resistance of the line sections.

4. Bistable multivibrator according to one of the preceding claims, characterized in that each line section has a resistor which is arranged on the side of its connections in series with one of its two conductors.

5. Bistable multivibrator according to claim 4, characterized in that the resistance selected to be smaller, preferably significantly smaller, than the wave resistance of the line sections is.

6. Bistable multivibrator according to one of the preceding claims, characterized in that that the breakover resistors are tunnel diodes.

1 sheet of drawings