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Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung für eine multistabile
Transistorschaltung in Form einer n-gliedrigen Zählkette mit je einem Transistor
je Kettenglied und n-stabilen Zuständen, in der jeweils ein Transistor gesperrt
und alle übrigen n-1-Transistoren leitend gesteuert sind, mit einer gemeinsamen
Durchschalteimpulszuführung, über die beim Umschalten von einem stabilen Zustand
in den nächsten den Steuerelektroden der h-Transistoren gleichzeitig ein Fortschalteimpuls
zugeführt wird und nur Fortschalteimpulse bestimmter Amplitude und Dauer eine Weiterschaltung
der Zählkette bewirken. Derartige Schaltungen werden vorteilhaft als Zähler, 1-Bit-Schieberegister,
Taktverteiler, Fernschreib-Sendeverteiler, Parallel-Serienumsetzer usw. verwendet.
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Bei den bisher bekannten multistabilen Zählketten ist jeweils nur
ein Transistor leitend, während die anderen Transistoren über ein Diodennetzwerk
in Abhängigkeit von dem Arbeitsstrom des leitenden Transistors gesperrt gehalten
werden. Die Durchschaltung einer derartigen Zählkette von einem stabilen Zustand
in den nächsten geschieht dabei durch allen Transistoren gleichzeitig zugeführte
Steuerimpulse. Die Steuerimpulse wirken derart, daß der leitende Transistor in den
nichtleitenden Zustand rückgeführt wird und der am Arbeitswiderstand auftretende
Spannungsstoß zur Öffnung des in der Kette folgenden Transistors ausgenutzt wird.
Das Anschalten des folgenden Transistors geschieht dabei über einen Kondensator,
der zwischen dem Kollektor des bisher leitenden Transistors und der Basis des als
nächsten in den leitenden Zustand zu steuernden Transistors angeschaltet ist.
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Derartige Zählketten neigen dazu, sich selbst zu ; Schwingungen anzufachen,
so daß es erforderlich ist, in Reihe mit dem Koppelkondensator einen Widerstand
zu legen, um diese Schwingungen zu dämpfen. Dies vermindert jedoch die Betriebssicherheit
des Weiterschaltens, da die Empfindlichkeit der Kette auf die Eingangsimpulse wesentlich
herabgesetzt wird.
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Zur Beseitigung dieser Nachteile sind ebenfalls bereits Zählkettenschaltungen
bekannt, die Spannungsteiler zwischen einer den Transistor sperrenden und einer
ihn entsperrenden Spannungsquelle enthalten und weiterhin ein Diodennetzwerk besitzen,
welches über die Spannungsteiler in Abhängigkeit von dem Arbeitsstrom des gerade
leitenden Transistors die übrigen Transistoren so vorspannt, daß nur der in der
Kette dem leitenden Transistor folgende Transistor beim nächsten Fortschalteimpuls
vom gesperrten in den leitenden Zustand übergeht (deutsche Auslegeschriften
1138 103, 1077 704).
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Diese Schaltungen arbeiten ebenfalls nicht sicher, da durch Fehler
auch zwei Transistoren in den leitenden Zustand übergeführt werden können. Außerdem
ist der Schaltungsaufwand bei derartigen Schaltungen sehr groß.
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Weiterhin ist eine Einrichtung zur Zählung oder Steuerung von durch
elektrische Signale abgebildeten zeitlich aufeinanderfolgenden Vorgängen mit je
einem Transistor pro Zählstufe bekannt, bei der die Kollektoren der Transistoren
jeweils mit der Basis des in Zählrichtung nachfolgenden Transistors über einen Widerstand
und ein Ventil (Diode) und mit den Basiselektroden aller übrigen Transistoren über
je einen Widerstand gekoppelt sind (deutsche Auslegeschrift 1101826). Bei dieser
Anordnung wird durch den Fortschalteimpuls der dem gerade gesperrten Transistor
nachfolgende Transistor gesperrt, und erst dadurch wird der zuvor gesperrte Transistor
in den leitenden Zustand gesteuert. Dadurch entsteht eine Zweideutigkeit im Ausgangssignal,
da bei jeder Weiterschaltung um eine Stufe kurzzeitig zwei Transistoren gesperrt
sind. Es sind zwei Steuereingänge erforderlich, und an beiden Eingängen müssen Steuersignale
unterschiedlichen Potentials anliegen. Diese Bedingung wird durch eine weitere vorgeschaltete
Schaltungseinheit erfüllt. Die Kopplung vom Kollektor auf die Basis des nachfolgenden
Transistors besteht aus einem Widerstand und einer Diode. Alle am Eingang auftretenden
Störimpulse, auch solche, die induktiv oder kapazitiv in die Schaltung eingekoppelt
werden, steuern die Zählkette um eine Stufe weiter. Die Amplitude der Stör-Spannung
braucht lediglich die niedrige Schwellspannung der Diode überschreiten, um wirksam
zu werden.
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Eine weitere bekannte elektronische Zählkettenschaltung (deutsche
Auslegeschrift 1148 264) besitzt mehrere Schaltstufen, die je ein steuerbares Verstärkerelement
ohne Kippeigenschaften aufweisen mit einer gemeinsamen Steuerleitung und mit einer
Richtleitersperrkette. Bei der Schaltung sind die Ausgänge der einzelnen Schaltstufen
jeweils über einen Gedächtniskondensator mit dem Eingangskreis der im Zyklus folgenden
Schaltstufe verbunden, und durch den Impuls auf der gemeinsamen Steuerleitung werden
alle Schaltstufen gesperrt. Nach dem Abklingen des Steuerimpulses infolge der unterschiedlichen
Ladung der Gedächtniskondensatoren wird die im Zyklus nachfolgende Schaltstufe nach
der vor Beginn des Impulses markierten Schaltstufe umgesteuert bzw. durchgeschaltet.
Bei dieser Anordnung ist eine einzige Schaltstufe im leitenden Zustand, und alle
anderen Schaltstufen sind über das Diodennetzwerk gesperrt. Durch den Gedächtniskondensator
können eigene Schwingungen entstehen, oder bei auftretenden Fehlern, beispielsweise
durch einen defekten Transistor, können zugleich mehrere Transistoren im leitenden
Zustand sich befinden. Dadurch ist aber eine sichere Arbeitsweise der Zählkette
nicht gewährleistet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung für eine multistabile
Kettenschaltung anzugeben, die gegenüber den bekannten Zählketten eine größere Sicherheit
gegen unbeabsichtigtes Weiterschalten durch Störimpulse besitzt. Dabei soll der
Aufwand gegenüber den bekannten Schaltungen nicht vergrößert und die Fortschalteimpulse
ausgewählt werden.
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Die Lösung der Aufgabe besteht in der Kombination folgender an sich
bekannter Merkmale, daß durch den Fortschalteimpuls der bisher gesperrte Transistor
in den leitenden Zustand gesteuert und der am Arbeitswiderstand des nun leitenden
Transistors entstehende Spannungssprung der Steuerelektrode des in der Kette nachgeschalteten
Transistors zugeführt wird, der dadurch in den gesperrten Zustand geschaltet wird,
daß die Kollektorelektrode jedes Transistors über einen Koppelkondensator und in
Serie dazu einen Widerstand mit der Basiselektrode des nachgeschalteten Transistors
verbunden ist, daß zwischen der gemeinsamen Eingangsleitung und der Basis jedes
Transistors ein Widerstand liegt, daß
die Zeitkonstante des Fortschalteimpuls-Eingangskreises
und die Zeitkonstante des Kopplungskreises festgelegt sind und nur Fortschalteimpulse
bestimmter Amplitude und Dauer die Transistoren um eine Stufe weiterschalten und
daß vom Kollektor jedes Transistors über eine Diode an die Basis der anderen Transistoren
ein Widerstand angeordnet ist und die Basisströme der leitenden Transistoren über
den Kollektorwiderstand des gesperrten Transistors fließen.
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Die Schaltung neigt nicht dazu, sich selbst zu Schwingungen anzufachen.
Die Schaltung besitzt zwei Kriterien, damit Störimpulse kein unbeabsichtigtes Weiterschalten
verursachen. Durch die Wahl des Kondensators und des Widerstandes in der Eingangsleitung
erfolgt die Auswahl einer bestimmten Impulsamplitude, so daß eine Weiterschaltung
nur bei einer festgelegten Impulsamplitude eintritt. barunterliegende Störimpulse
bleiben unberücksichtigt. Da jedoch einzelne Störimpulse die gewählte Schwellspannung
überschreiten können, wird die zeitliche Dauer der Eingangsimpulse ebenfalls festgelegt.
Die Eingangszeitkonstante und Kopplungszeitkonstante sind so festgelegt, daß nur
Eingangsimpulse einer bestimmten Zeitdauer die Kette um eine Stufe weiterschalten.
Aus den angebotenen Steuerimpulsen steuern somit nur die Impulse die Kette um eine
Stufe weiter, die eine bestimmte Amplitude und eine bestimmte Zeitdauer aufweisen.
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Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung, die ein vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel einer dreigliedrigen Schaltung mit drei stabilen Zuständen enthält,
erläutert.
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Die Zählkette besteht aus den Transistoren T 1, T 2 und
T 3, deren Emitter geerdet sind und deren Kollektoren über die Widerstände
R 5, R 10 und R 15 mit einer negativen Betriebsspannungsquelle - U verbunden
sind. Der Kollektor jedes Transistors ist über einen Kondensator und einen Widerstand
mit der Basis des nachgeschalteten Transistors verbunden (C 2-R 7, C 3-R 12, C 1-R
2). An jedem Kollektor der Transistoren ist eine Diode angeschaltet, die über je
einen Widerstand mit den Basiselektroden der anderen Transistoren verbunden ist
(G 1-R8-R13, G2-R4-R14, G3-R9-R3). Die Fortschalteimpulse werden an die Eingangsklemme
E angelegt und gleichzeitig über die Widerstände R 1, R 6 und R 11 den Transistoren
T 1, T 2 und T 3 zugeführt. Die Sperrspannung -I- U wird über den
Widerstand R 16 und die Widerstände R 1, R 6 und R 11 den einzelnen Transistoren
zugeführt.
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Nachfolgend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
beschrieben: Es sei angenommen, daß der Transistor T1 gesperrt ist, während die
übrigen Transistoren T2 und T3 leitend gesteuert sind. Der Kollektor des Transistors
T 1 liegt nahe der Batteriespannung - U, während die Kollektoren der
übrigen Transistoren nahe am Erdpotential liegen. Die Basisströme der leitenden
Transistoren T 2 und T 3 fließen durch den Widerstand R 8 bzw. R 13,
die Diode G 1 und den Kollektorwiderstand R 5 des gesperrten Transistors T1. Die
BasiswiderständeR3 und R4 des Transistors T 1 sind über die Dioden G 2 bzw. G 3
an die Kollektoren der leitenden Transistoren T 2 und T 3
angeschlossen,
so daß kein Basisstrom fließen kann und der Transistor gesperrt bleibt. Der Zustand
ist also stabil. Durch die Schleusenspannungen der Dioden G1, G2 und G3 - im betrachteten
Fall sind es nur die Dioden G2 und G3 - werden Spannungsschwellen erzeugt, durch
die die Emitter-Kollektor-Spannungsabfälle der leitenden Transistoren unwirksam
gemacht werden, um die sichere Sperrung des jeweils zu sperrenden Transistors -
im betrachteten Fall den Transistor T 1 - zu gewährleisten. Hierfür genügt die Verwendung
von einfachen und kostengünstigen Dioden, beispielsweise Selengleichrichter.
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über den Widerstand R 16 und die Eingangswiderstände R 1, R 6 und
R 11 ist an die Basiselektroden der Transistoren Sperrspannung von der Spannungsquelle
-I- U angelegt, die jedoch bei den Transistoren T 2 und T 3 unwirksam
bleibt, da hier die über die Widerstände R 6 bzw. R 11 fließenden Ströme die Basisströme
nur geringfügig verringern, so daß die Transistoren voll durchgesteuert sind und
somit in ihrem leitenden Zustand verbleiben.
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Tritt an der Eingangsklemme E ein negativer Spannungsimpuls auf, so
wird der bisher gesperrte Transistor T 1 über den Widerstand R
1 leitend gesteuert. Der an seinem Kollektor auftretende positive Spannungssprung
steuert den in der Kette folgenden Transistor T2 über den Kondensator C2 und den
Widerstand R 7 in den Sperrzustand. Es wird durch jeden an den Eingang E angelegten
Fortschalteimpuls der gesperrte Zustand von einem Kettenglied auf das nächste übertragen.
Entscheidend für die sichere Weiterschaltung von einem Kettenglied zum anderen ist
der Koppelkondensator und der in Serie dazu liegende Widerstand zwischen dem Kollektor
des einen Transistors und der Basis des in der Kette nachfolgenden Transistors.
Im vorliegenden Fall bleibt der Transistor T 2 nur dann gesperrt, wenn die Zeitkonstante
für den positiven Sperrimpuls, der am Kollektor des Transistors T 1 auftritt
und in erster Linie vom Kondensator C 2 und dem Widerstand R 7 bestimmt wird, größer
ist als die Zeitkonstante des negativen Spannungssprunges an den basisfernen Anschlüssen
der Widerstände R 1, R 6 und R 11. Während einerseits durch die Wahl der Kondensatoren
C 1, C 2 und C 3 die Zeitkonstante des Koppelgliedes beeinflußt wird, kann durch
Einschalten eines Kondensators C 4 in die Eingangsklemme E die Zeitkonstante des
Ansteuergliedes und somit die des Ansteuerimpulses beliebig gewählt werden. Wenn
an der Eingangsklemme E ein geeigneter negativer Impuls von begrenzter Dauer - er
muß kürzer sein als der erwähnte positive Sperrimpuls über C 2 und R 7 bzw. muß
durch entsprechende Wahl von C2 verkleinert werden - zur Verfügung steht, so kann
dieser negative Impuls ohne Zwischenschalten von C 4 direkt zugeführt werden.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß nur Impulse einer bestimmten
Dauer die Zählkette von einem stabilen Zustand in den nächsten weiterschalten, während
Störimpulse, deren Dauer größer ist, die Zählkette nicht weiterschalten können und
somit wirkungslos bleiben.
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Im betrachteten Fall ist also jetzt an Stelle des Transistors T1 in
entsprechender Weise der Transistor
T 2 gesperrt, und die Transistoren
T 1 und
T 3
sind leitend. Beim nächsten Fortschalteimpuls an der Eingangsklemme
E wird dann der Transistor T 3 gesperrt, beim nächsten wieder der Transistor T1
usw., da die Schaltung des beschriebenen Schaltungsbeispiels ringförmig in sich
zurückgekoppelt ist und somit einen Ringzähler darstellt.
| Es lassen sich jedoch leicht auch andere Varian- |
| ten, z. B. ohne diese R#ckkopplung, oder sölche,de |
| Jus jeder beliebigen Läge wieder in ihre Anfangslage |
| zurückgestellt werden können usw., aufbauen. Durch |
| die Verwendung von Transistoren des npn-Typs 4p |
| Stelle des her verwendeten pnp-Typs ist die Fort- |
| schältung der Zählkel=le mit an die Eingangsklemme E |
| angelegten positiven Spannungsimpulsen möglich. |