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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Speisespannungsversorgung
einer Vielzahl zu einer Gesamtschaltung gehörenden logischen Schaltkreisen, von
denen ein erheblicher Teil im Betriebsbereitschaftszustand der Gesamtschaltung leitend
ist und wobei die Betriebsbereitschaftszeiten der Gesamtschaltung wesentlich länger
als die Betriebszeiten sind.
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In vielen Gebieten der Nachrichtentechnik, z. B. bei elektronischen
Rechenanlagen, in der Fernsprech-und Fernschreibvermittlungstechnik, bei Werkzeugmaschinensteuerungen,
in Satelliten, werden logische Schaltkreise in großem Umfang verwendet, und zwar
sowohl sogenannte integrierte Schaltkreise als auch Schaltkreise mit diskreten Bauelementen.
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Die einzelnen logischen Schaltkreise sind dabei stets zu mehr oder
weniger umfangreichen komplex verketteten Netzwerken zusammengeschaltet, wobei man
bestrebt ist, die Netzwerke auf möglichst kleinem Raum unterzubringen, d. h. auch
die Schaltkreise selbst möglichst klein zu machen. Man hat auch, insbesondere bei
integrierten Schaltkreisen, schon sehr kleine Abmessungen realisiert. Der weiteren
Verkleinerung sind jedoch durch die in den Schaltkreisen auftretende Verlustleistung
und die damit verbundene Erwärmung Grenzen gesetzt, bzw. man kann die einzelnen
Schaltkreise nicht beliebig eng zusammenbauen, da die Wärme durch die die Schaltkreise
umströmende Luft abgeführt werden muß. Die Verlustleistung setzt also der Packungsdichte
Grenzen.
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Bei bestimmten Systemen von logischen Schaltkreisen, z. B. bei der
NAND- oder bei der NOR-Technik, aber auch bei Flip-Flop-Stufen, ist im Betriebsbereitschaftszustand
ein Teil der aktiven Bauelemente leitend gesteuert, so daß auch während dieser Zeit
Leistung verbraucht wird. Ein solches logisches Netzwerk unterscheidet sich also
grundsätzlich von den klassischen Relais-Netzwerken, bei denen man bestrebt ist,
sie so auszulegen, daß sie im Betriebsbereitschaftszustand keine Leistung verbrauchen.
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Nun gibt es Anwendungen dieser logischen Schaltungen, bei denen die
Betriebsbereitschaftszeiten einen wesentlich größeren Teil der Einschaltzeit ausmachen
als die Betriebszeit, beispielsweise bei den obenerwähnten Vermittlungseinrichtungen,
bei Satelliten usw.
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Um in diesem Fall die Verlustleistung während der Betriebsbereitschaftszeit
herabzusetzen, sind aus dem Stand der Technik hauptsächlich zwei Lösungen bekanntgeworden,
und zwar erstens die An- und Abschaltung der gesamten Versorgungsspannung (bzw.
nur der Anodenspannung bei Funksprechgeräten) und zweitens - die Verwendung von
komplementären Transistoren bei Flip-Flops. Bei der ersten Maßnahme ergibt sich
der Nachteil, daß die Zeiten zum Wiederherstellen des gewünschten Ausgangsschaltzustandes
abgewartet werden müssen, bis die Signale angelegt werden können, während die Verwendung
komplementärer Transistoren aus Preisgründen im allgemeinen nicht möglich ist.
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Mit der Erfindung wird eine Schaltungsweise angegeben, die ebenfalls
eine Herabsetzung der Verlustleistung während der Betriebsbereitschaft ermöglicht
und bei der die Zeiten zum Wiederherstellen des Ausgangsschaltzustandes nicht mehr
auftreten.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustleistung
erzeugenden Laststromkreise der im Betriebsbereitschaftszustand leitend gesteuerten
Schaltkreise nur im Betriebszustand und die anderen Schaltkreise dauernd mit der
Speisespannungsquelle verbunden sind.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher
erläutert.
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Es zeigt F i g. 1 eine Kette aus Umkehrstufen und Torschaltungen,
F i g. 2 eine Flip-Flop-Schaltung.
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Wie bereits oben angedeutet, besteht die Erfindung darin, daß man
Verlustleistung dadurch einspart, daß während der Betriebsbereitschaftszeit diejenigen
Verbraucher abgeschaltet werden, die zur Aufrechterhaltung des Betriebsbereitschaftszustandes
nicht erforderlich sind.
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Bei der in F i g. 1 gezeigten Schaltung handelt es sich um eine Kette
von hintereinandergeschalteten Umkehrstufen mit den Transistoren T 1... T
3, zwischen denen sich je Torschaltungen D11, D12, Dl:;; D,21, D22, D2;1;
D31, D32, Das befinden. Die im Betriebsbereitschaftszustand leitend gesteuerten
Transistoren T 1... T 3 sind schraffiert gezeichnet. Bei einem logischen
Netzwerk, von dem F i g. 1 nur einen kleinen typischen Teil zeigt, durchläuft ein
Signalpfad vielfältig verknüpft eine Reihe von Stufen. In jeder Stufe erfolgt eine
Umkehrung der Signale, so daß abwechselnd leitende und gesperrte Umkehrstufen durchlaufen
werden. Bei Ansteuerung des logischen Netzwerks mit den Eingangsinformationen verändert
sich in Abhängigkeit von den Eingangsinformationen und den logischen Verknüpfungen
der Schaltzustand einer Anzahl der Umkehrstufen. Man kann annehmen, daß die Anzahl
der leitend gesteuerten Umkehrstufen im Betriebsbereitschaftszustand und im Betriebszustand
etwa gleich ist.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, wird der größte Teil der Leistung in
beiden Zuständen in den Kollektorarbeitswiderständen R0, R13, R,3, R33, die gleichzeitig
Bestandteil der Torschaltungen sind, verbraucht.
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Die Arbeitswiderstände der im Betriebsbereitschaftszustand nicht leitend
gesteuerten Transistoren (nur T 2 ist gezeigt) sind fest mit der Spannung
+ U2
verbunden, während die Arbeitswiderstände der im Betriebsbereitschaftszustand
leitend gesteuerten Transistoren T 1 und T 3 über einen Schalter S
1 an der Spannung +U2 liegen. Dieser Schalter S1 wird von einer Steuereinrichtung
St in Abhängigkeit von den Informationssignalen E geöffnet bzw. geschlossen.
Sind keine Informationssignale E vorhanden, dann ist der SchalterSl geöffnet bzw.
umgekehrt. Bei geöffnetem Schalter S1 sind durch diese Schaltmaßnahmen zwar die
Arbeitswiderstände der leitend gesteuerten Transistoren abgeschaltet, die Eingangspotentiale,
d. h. die Steuersignale dieser Transistoren, sind nach wie vor vorhanden. Der Schaltzustand
bleibt also auch ohne nennenswerten Leistungsverbrauch erhalten, und beim Schließen
des Schalters S2 stellt sich sofort derselbe Zustand wie vor dem Öffnen dieses Schalters
ein.
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Es ist leicht einzusehen, welche Vorteile die erfindungsgemäße Schaltungsweise
hat. Bei einer Betriebszeit von z. B. 20% der Einschaltzeit ergibt sich für das
angegebene Schaltungsbeispiel gegenüber der seitherigen Schaltungsart eine Einsparung
von 80% der Leistung. Dementsprechend ist die Wärmeentwicklung
geringer,
und die Schaltkreise können dichter gepackt werden.
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F i g. 2 zeigt die Anwendung des gleichen Prinzips auf eine Flip-Flop-Schaltung,
die allgemein bekannt ist und deshalb nicht näher erläutert wird. Die Arbeitswiderstände
der Transistoren T 4 und T 5 sind mit R 4 und R 5 bezeichnet. Zur
Unterbrechung der Speisespannung zu dem im Betriebsbereitschaftszustand leitenden
Transistor ist in Analogie zu Schalter S 1 (F i g. 1) der Schalter S 2 vorgesehen,
der auf ähnliche Weise wie der Schalter S 1 gesteuert wird.
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Zur Abschaltung der Speisespannung wählt man vorzugsweise einen Transistor
komplementären Typs gegen die in der logischen Verknüpfung verwendeten Transistoren.
Zur Sperrung dieses Transistors kann man z. B. eine besondere Sperrspannungsquelle
oder einen Spannungsabfall an einer im Emitterkreis liegenden Diode verwenden.