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Schieberegister enthalten im allgemeinen bistabile Stufen, die mit
jeweils zwei Röhren oder Transistoren bestückt werden können. Das bistabile Verhalten
wird dadurch erzielt, daß man die Steuerelektrode des einen Verstärkerelements einer
Stufe über ein Rückkopplungsglied mit der Ausgangselektrode des anderen verbindet.
Neben den bekannten Steuerelementen, wie Röhren und Transistoren, hat in letzter
Zeit ein weiteres Bauelement, die Vierschichtdiode, an Bedeutung gewonnen. Sie stellt
einen elektronischen Schalter dar, der nur von der an seinen Klemmen liegenden Spannung,
also nicht über eine dritte Elektrode, gesteuert wird. Dieser Zweipol besitzt ähnlich
wie ein Schalter zwei stabile Zustände. Aus einem sehr hohen Sperrwiderstand und
einem sehr geringen Durchlaßwiderstand resultiert ein besonders gutes Schaltverhalten.
Besonders vorteilhaft läßt er sich in Schaltungen verwenden, in denen zur Erzielung
der gleichen Wirkung bisher Röhren oder Transistoren benutzt wurden. Verwendet man
in einem Schieberegister an Stelle von Röhren oder Transistoren Vierschichtdioden,
so gewinnt man dadurch eine beträchtliche Ersparnis an Bauteilen.
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Die beiden wichtigsten Betriebsparameter von Vierschichtdioden sind
die Kippspannung und der Haltestrom. Als Kippspannung UK bezeichnet man diejenige
Spannung, die notwendig ist, um eine gesperrte Vierschichtdiode in den leitenden
Zustand zu steuern. Mit dem Haltestrom IH wird der Strom bezeichnet, der benötigt
wird, um eine leitende Vierschichtdiode im leitenden Zustand zu halten. Wird der
Haltestrom unterschritten, dann kippt die Vier-Schichtdiode in ihren gesperrten
Zustand zurück. Diese beiden für den Betrieb einer Schaltung mit Vierschichtdioden
wichtigen Betriebsparameter sind nun sehr starken Exemplarstreuungen unterworfen.
Die Toleranz der Kippschaltung einer Vierschichtdiode kann ± ... 2011/0,
die des Haltestromes sogar ±40 ...8011/o betragen. Durch diese von Exemplar zu Exemplar
sehr verschiedenen Betriebswerte wird der praktische Einsatz von Vierschichtdioden
z. B. an Stelle von Transistoren und Röhren in bistabilen Kippstufen für Register
und Zählschaltungen sehr behindert.
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Sollen solche Vierschichtdioden in aus mehreren , Stufen bestehenden
Schaltungen verwendet werden, so kommt der Steuerschaltung, über die die einzelnen
Stufen angesteuert werden, besondere Bedeutung zu, wenn die sich aus der Verwendung
von Vierschichtdioden ergebenden Vorteile voll ausgenutzt und ; gleichzeitig die
Nachteile, die durch die großen Exemplarstreuungen von Vierschichtdioden eine Verwendung
bisher erschwert haben, sicher vermieden werden sollen.
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Für eine elektronische Zähl- und Schieberegisterschaltung ist bereits
eine Steuerschaltung bekannt, die aus einer monostabilen Kippschaltung besteht,
über die eine Spannungsquelle getastet wird. Diese Steuerschaltung schafft bei Auftreten
eines Zählimpulses einen Kurzschluß für die Spannungsquelle. Die dadurch bedingte
zusätzliche Belastung sowie der durch die Verwendung von drei Transistoren bedingte
schaltungsmäßige Aufwand werden als Nachteil angesehen.
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Durch die Erfindung, die sich ebenfalls auf eine Steuerschaltung für
ein Schieberegister bezieht, dessen einzelne Stufen aus jeweils einer Vierschichtdiode
aufgebaut sind, werden diese Nachteile vermieden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung einen über seine Steuerelektrode und jeweils eine Diode
und einen Kondensator sowohl mit einem Eingang für Taktimpulse als auch mit einem
Eingang für Löschimpulse verbundenen Transistor enthält, der nur bei erregtem Eingang
in den Sperrzustand steuerbar ist.
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Einzelheiten der Erfindung sowie die Funktion einer erfindungsgemäß
aufgebauten Schaltungsanordnung werden an Hand der F i g. 1 bis 3 erläutert. Dabei
zeigt F i g. 1 ein aus Vierschichtdioden aufgebautes Schieberegister mit einer erfindungsgemäßen
Anordnung zur Ansteuerung; F i g. 2 stellt eine vorteilhafte Erweiterung der Schaltung
zur Ansteuerung der bistabilen Stufen des Schieberegisters dar; F i g. 3 zeigt einen
dekadischen Ringzähler mit Vierschichtdioden und mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
zur Ansteuerung der einzelnen bistabilen Stufen.
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Das in der F i g. 1 dargestellte Schieberegister besteht aus vier
bistabilen Stufen, die jeweils eine Vierschichtdiode 4D1, 4D2, 4D3, 4D4 enthalten.
Selbstverständlich ist es möglich, das Schieberegister durch Anfügen weiterer Stufen,
die genauso aufgebaut sind, zu vergrößern. Die Kopplung zwischen den einzelnen Stufen
erfolgt über Koppelkondensatoren CK1, CK2, CK3. Die Betriebsspannung - UB
ist in jedem Fall kleiner als die Kippspannung UK der Vierschichtdioden. Die Ansteuerung
der aus den Vierschichtdioden bestehenden bistabilen Stufen des Schieberegisters
geschieht über die Steuerschaltung S. Diese besteht erfindungsgemäß aus einer monostabilen
Kippschaltung, die im Normalfall, d. h. bei Anliegen der Betriebsspannung
- UB, sich in der Lage befindet, die dadurch gekennzeichnet ist, daß
der Transistor TS leitend ist.
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Die Wirkungsweise der Schaltung ist im einzelnen wie folgt: Nach dem
Anlegen der Betriebsspannung - UB sind alle Vierschichtdioden 4D1...
4D4 gesperrt. Der Transistor TS der Steuerschaltung S wird über die Widerstände
R 7 und R 8 in den leitenden Zustand gesteuert. Eine am Eingang ES des Schieberegisters
eintreffende Information in Form eines Rechteckimpulses bestimmter Dauer wird über
den Kondensator C 1 differenziert. Die positiv differenzierte Impulsflanke findet
dabei eine Eingangsimpedanz vor, die im wesentlichen durch den Sperrwiderstand der
normalen Diode D 11 und den Widerstand der nichtleitenden Vierschichtdiode 4D1 bestimmt
ist. Durch diese positive Impulsflanke wird das an der Vierschichtdiode 4D 1 herrschende
Potential so weit angehoben, daß der Betrag der Kippspannung UK dieser Vierschichtdiode
überschritten wird. Die Vierschichtdiode 4D 1 der ersten Stufe kippt dadurch in
den leitenden Zustand.- Der nächstfolgende Taktimpuls, der über den Takteingang
ET zur Steuerschaltung S gelangt, dort über den Kondensator CT differenziert
wird, sperrt über die Diode D7 den Transistor TS kurzzeitig. Dadurch wird
der Haltestrom IH der leitenden Vierschichtdiode 4D1 der ersten Stufe unterschritten,
so daß diese Vierschichtdiode4D1 in den gesperrten Zustand zurückkippt. Während
des gesperrten Zustandes von TS erniedrigt sich außerdem das Potential an 4D1 auf
den Wert Null, während am Ausgang der Stufe ein Potentialsprung von Null
nach
- U3; erfolgt. Dieser Potentialsprung wird über den Koppelkondensator CK1
differenziert und gelangt über die Diode D 22 an die Vierschichtdiode 4D2 der zweiten
Stufe, wo er das herrschende Potential der Betriebsspannung - U,3 auf den Betrag
der Kippspannung UK erhöht. Am Ende des Taktimpulses wird der Transistor TS in der
Steuerschaltung wieder sehr rasch leitend. Das führt zusammen mit der Potentialerhöhung
von - U,3 auf UK an der Vierschichtdiode der zweiten Stufe dazu, daß diese Vierschichtdiode
4D2 in den leitenden Zustand kippt. Damit ist die über den Eingang ES zur
Vierschichtdiode4D1 der ersten Stufe gegebene Information um eine Stelle nach rechts
gewandert. In entsprechender Weise wird die Information durch jeden Taktimpuls am
Eingang ET nach rechts weitergegeben.
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Es ist ein besonderer Vorteil der hier angegebenen Schaltung, daß
eine eingegebene Information an beliebiger Stelle stehenbleibt, wenn die Taktimpulse
am Takteingang ET ausbleiben. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Geschwindigkeit,
mit der eine Information durch das Schieberegister geschoben wird, durch die Änderung
der Taktfrequenz beliebig variiert werden kann.
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Soll das Register gelöscht werden, so muß dafür gesorgt werden, daß
der Schiebetakt so lange andauert, bis die Spannungserhöhung an einem Koppelkondensator
CK1... CK3, die durch das Zurückkippen der vorhergehenden Vierschichtdiode erreicht
wird, über einen Widerstand R 21... R 41 abgeklungen ist. Das wird durch
geeignete Dimensionierung des Kondensators C, erreicht, über den der Löschimpuls
differenziert und über die Diode D 6 dem Transistor TS zugeführt wird und diesen
in den gesperrten Zustand steuert.
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Die Dioden D 12, D 22, D 23 ... D 43 dienen zum Entkoppeln
des Einganges von den Ausgängen der bistabilen Elemente in den einzelnen Stufen.
Eine Rückwirkung einer Vierschichtdiode auf die Vier- . Schichtdiode der vorhergehenden
Stufe, die durch das Leitendwerden der Vierschichtdiode hervorgerufen werden kann
und die in Form eines positiven Impulses an die vorhergehende Vierschichtdiode gelangen
könnte und dort durch Erniedrigung des herrschenden Potentials den Haltestrom, der
zur Erhaltung des leitenden Zustandes notwendig ist, unterbinden könnte, wird durch
die Dioden D 12, D 24, D 34 und D 43 verhindert. Rückwirkungen in
Form negativer Impulse werden durch geeignete Dimensionierungen von R 12
... R 33 und R 21... R41
vermieden, wodurch gleichzeitig auch
die Richtung der Verschiebung bestimmt wird.
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Um den Transistor TS im Ruhezustand stets an der übersteuerungsgrenze
zu halten, gleichgültig, ob sich keine oder alle Vierschichtdioden im leitenden
Zustand befinden, ist eine Diode D 5 vorgesehen, die zwischen dem Kollektor von
TS und dem aufgeteilten Basiswiderstand R 7, R 8 liegt.
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In der Steuerschaltung nach F i g. 1 wird das Zurückkippen einer Vierschichtdiode
vom leitenden in den gesperrten Zustand jeweils dadurch erreicht, daß über den gesperrten
Transistor TS der Haltestrom für die im leitenden Zustand befindliche Vierschichtdiode
unterschritten wird. Das Zurückkippen einer Vierschichtdiode vom leitenden in den
gesperrten Zustand kann aber nicht nur durch Unterschreiten des Haltestromes erreicht
werden, sondern auch dadurch, daß die für den leitenden Zustand charakteristische
Spannung umgepolt wird. Eine absolut sichere Methode, eine im leitenden Zustand
befindliche Vierschichtdiode in den gesperrten Zustand zurückzusteuern, wird also
darin bestehen, sowohl den Haltestrom zu unterschreiten als auch die Spannung an
der leitenden Vierschichtdiode umzupolen. Eine Ansteuerschaltung, die eine Umsteuerung
nach diesen beiden Kriterien ermöglicht, zeigt die F i g. 2. Während die Steuerung
der bistabilen Stufen über den Haltestrom weiterhin in bereits beschriebener Weise
über den Transistor TS, der jeweils durch Taktimpulse kurzzeitig gesperrt wird,
erfolgt, ist zur Steuerung der Vierschichtdiode mittels Sperrpotential erfindungsgemäß
in den Kollektorkreis des Transistors TS eine Induktivität L eingeschaltet.
Dadurch tritt im Augenblick des Sperrens des Transistors TS eine negative Spannungserhöhung
über den Betrag von - U,; hinaus am Kollektor von TS auf. Begrenzt wird diese
Spannungserhöhung durch eine Diode D 8 und den Widerstand R 6 auf einen für TS zulässigen
Wert. Durch die Umpolung der Spannung wird der Vorgang des Sperrens der Vierschichtdioden
wesentlich beschleunigt und die Sicherheit des Umschaltens erhöht.
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Gemäß einer Anordnung nach der F i g. 2 ist es nunmehr möglich, die
großen Toleranzen in den Betriebswerten für Vierschichtdioden vollkommen auszugleichen.
Der Einfluß der Toleranzen der Kippspannung wird einmal durch schnelle Schaltflanken
des Transistors TS unschädlich gemacht, zum anderen wird durch Einschalten der Induktivität
L in den Kollektorkreis des Transistors TS im Moment der Umsteuerung die Spannung
an den Vierschichtdioden in Sperrichtung gepolt. Andererseits wird beim Sperren
des Transistors TS der Betrag des Haltestromes durch den kleinen Kollektorsperrstrom
des Transistors etwa um einen Faktor 10-2 unterschritten. Dadurch können auch Vierschichtdioden
mit sehr kleinem Haltestrom wieder sicher in den gesperrten Zustand gesteuert werden.
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Durch eine erfindungsgemäße Anordnung können nun alle bekannten Vorteile
von Vierschichtdioden voll ausgenutzt werden. So ist es möglich, ein Schieberegister,
das aus bistabilen Stufen aufgebaut ist, die jeweils pro Stufe aus einer Vierschichtdiode
bestehen, auch als Serien-Parallel-Umsetzer bzw. Parallel-Serien-Umsetzer zu verwenden.
In der F i g. 1 ist das dadurch angedeutet, daß neben einem Eingang ES für
Serienbetrieb weitere Eingänge EP1 ... EP4 für Parallelbetrieb vorgesehen
sind. Ebenso sind auf der Ausgangsseite Ausgänge für Parallelbetrieb AP1
... AP4 und ein Ausgang für Serienbetrieb AS vorhanden. Beim Betrieb
der Schaltung nach F i g. 1 als Parallel-Serien-Umsetzer treffen alle Informationen
an den Eingängen EP 1 ...
EP4 gleichzeitig ein. Die Ausgabe der Informationen
in Serie erfolgt dann durch Taktimpulse in der bereits geschilderten Weise.
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Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf Schieberegister beschränkt,
sondern kann selbstverständlich auch auf andere Zählschaltungen ausgedehnt werden.
So ist in der F i g. 3 beispielsweise ein dekadischer Ringzähler dargestellt, der
aus bistabilen Stufen besteht, die jeweils eine Vierschichtdiode enthalten. Dabei
erfolgt die Ansteuerung der einzelnen bistabilen Stufen über eine erfindungsgemäß
aufgebaute Ansteuerschaltung S, an deren einen Eingang
EZ nunmehr
an Stelle von Taktimpulsen Zählimpulse und an deren anderen Eingang ER an Stelle
von Löschimpulsen nunmehr Rückstellimpulse gelangen. Über einen Eingang V wird die
Vierschichtdiode 4D 0 durch einen Vorbereitungsimpuls, der über den Kondensator
CO differenziert wird, zum Kippen gebracht. über den Eingang EZ gelangen Zählimpulse
zum Transistor TS, wodurch dieser kurzzeitig vom leitenden in den gesperrten Zustand
gesteuert wird. In bereits beschriebener Weise wird dadurch der leitende Zustand
der Vierscnichtdioden jeweils um eine Stelle nach rechts geschoben. Beim zehnten
Zählimpuls, durch den die Vierschichtdiode 4D10 in den leitenden Zustand gesteuert
wird, erfolgt über einen Ausgang ü ein übertrag auf den Zähleingang EZ einer nicht
dargestellten nächstfolgenden Dekade. Beim elften Zählimpuls wird über den Kondensator
C1 die Vierschichtdiode der ersten Stufe 4D1 erneut angesteuert, und der
Vorgang wiederholt sich. Ein neuer Zählvorgang wird dadurch eingeleitet, daß ein
Rückstellimpuls über den Eingang ER zur Ansteuerschaltung S gelangt. Der Kondensator
CR ist dabei so dimensioniert, daß der Sperrzustand des Transistors TS,
d. h. der Schiebetakt, so lange andauert, bis die Spannungserhöhung über
einen Koppelkondensator CK1, CK2 ... CK9, hervorgerufen durch das Zurückkippen
der vorhergehenden Vierschichtdiode, über einen Widerstand R 21, R 31
... R 101 abgeklungen ist. Ein neuer Zählvorgang beginnt dann wieder mit
einem Vorbereitungsimpuls, der über den Eingang V und den Kondensator CO die Vierschichtdiode
4D 0 in den leitenden Zustand steuert.