DE1512398A1

DE1512398A1 - Flip-Flop-Schaltung und Zaehlschaltung

Info

Publication number: DE1512398A1
Application number: DE19671512398
Authority: DE
Inventors: Stanley Katz; Ahrons Richard Wilfred
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1966-03-14
Filing date: 1967-03-13
Publication date: 1969-10-23
Also published as: FR1513100A; DE1512398B2; US3322974A; GB1150127A

Description

RGA 56 858 - Ahrons and Katz
US-Ser.No. 534,058
Piled: March 14, I966

Radio Corporation of America, New York, N.Y., USA

Flip-flop-Schaltung und Zählschaltung.

Die Erfindung bezieht sich auf durch Auslöseimpulse zu betätigende Flip-flop-Schaltungen und Zählschaltungen und ist insbesondere für integrierte Schaltungen bestimmt.

Bei der Entwicklung der Technik der integrierten Schaltungen hat sich die Größe der verwendbaren Halbleiterscheiben allmählich vergrößert. Außerdem hat sich die Anzahl der Schaltelemente, die auf einer vorgegebenen Flächeneinheit der Halbleiterscheibe untergebracht werden können, infolge der Verkleinerung der einzelnen Schaltelemente vergrößert. Die Zahl der Einzelstromkreise, die auf einer Halbleiterscheibe fabrikatorisch untergebracht werden können, hat sich daher beträchtlich vermehren lassen. Beispielsweise kann eine Halbleiterscheibe, welche einen bistabilen Kreis enthielt durch eine einzige Halbleiterscheibe ersetzt werden, welche mehrere bistabile Kreise aufweist und sowohl als Verschiebungsregister wie als binärer Zähler verwendet werden. Durch die vorliegende Erfindung wird die Herstellung einer

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digitalen Schaltung ermöglicht, die sich für die Fabrikation von integrierten Schaltungen eignet.

Eine Ausfuhrungsform der Erfindung enthält eine durch Auflöseimpulse zu betätigende Flip-flop-Schaltung mit einem ersten und einem zweiten Inverter von den jede Eingangsseite mit der Ausgangsseite des anderen kreuzgekoppelt ist,und zwar mittels eines ersten und eines zweiten normalerweise aktiven Gatters, so daß die kreuzgekoppelten Inverter bistabil arbeiten können. Mittels des ersten Gatters wird normalerweise auch die Ausgangsseite des zweiten Inverters an die Eingangsseite eines dritten Inverters angeschlossen. Ein drittes normalerweise gesperrtes Gatter koppelt die Ausgangsseite des dritten Inverters mit der Eingangsseite des ersten Inverters. Durch Aktivierung des dritten Gatters und Sperrung des ersten und zweiten Gatters während einer Schaltpause kann die bistabile Schaltung bei jedem Auslöseimpuls zur Umschaltung zwischen ihren stabilen Betriebszuständen befähigt werden.

In der Zählschaltung gemäß der Erfindung enthält jede Stufe eine durch Impulse zu betätigende Flip-flop-Schaltung ähnlich der in dem vorstehenden Absatz erwähnten Schaltung. Das dritte normalerweise gesperrte Gatter jeder nachfolgenden Schaltung spricht auf die Ausgangsimpulse der ersten und zweiten Inverterschaltung der vorhergehenden Stufen an, so daß eine nachfolgende Stufe ihren Betriebszustand nur dann ändert, wenn an der Ausgangsseite des ersten und zweiten Inverters der entsprechenden vorhergehenden

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Stufe das gleiche binäre Signal auftritt.

In der Zeichnung sind gleiche Schaltelemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und es stellt dar:

Fig. 1 und 2 schematische Schaltbilder eines Inverters gemäß dem Stande der Technik,

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild eines Gatters entsprechend dem Stande der Technik,

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer durch Impulse auslösbaren Flip-flop-Schaltung und eines binären Zählers gemäß der Erfindung,

Fig. 5 ist ein Impulsdiagramm der Auslöseschaltung, der Steuersignale und der Ausgangssignale für die Flip-flop-Schaltung nach Fig. 4.

Die aktiven Elemente, die zur Realisierung der Erfindung in Aussicht genommen sind, sind vorzugsweise isolierte Feldeffekttransistoren, welche je zwei getrennte Elektroden (Quellenelektrode und Abzugselektrode) besitzen, welche einen Stromweg definieren und ferner eine Steuerelektrode oder Gitterelektrode zur Beeinflussung der Stromdurchlässigkeit des Stromweges. Solche Transistoren können entweder vom Anreicherungstyp oder vom Verarmungstyp sein. Der Anreicherungstyp ist für die vorliegende Erfindung von besonderem Interesse. Bei einem Anreicherungstransistor ist der Widerstand des Strompfades sehr hoch, wenn das Gitter und die Spannungsquelle auf dem gleichen Spannungswert

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sind. Ein Signal von geeigneter Polarität, welches zwischen dem Gitter und der Quellenelektrode auftritt, vermindert den Widerstand des Strompfades auf einen verhältnismäßig kleinen Wert.

Ein isolierter Feldeffekttransistor kann entweder vom p-Typus oder vom η-Typus sein, je nachdem welchen Leitungstyp der Halbleiterkörper besitzt. Ein p-Transistor ist ein Schaltelement» in welchem die Majoritätsträger Löcher sind, während ein n-Transistor ein Schaltelement ist, in welchem die Majoritätsträger Elektronen sind.

In Pig. 1 und 2 sind zwei Inverter gemäß dem Stande der Technik dargestellt, welche als durch Impulse auslösbare Flipflop-Schaltung und als Zählschaltung für die Erfindung benutzt werden können. Obgleich auch andere Inverterschaltungen zur Herstellung von Flip-flop-Schaltungen und Zählschaltungen nach der Erfindung als diskrete Schaltelemente benutzt werden können, sind die dargestellten Inverterschaltungen besonders gut für integrierte Schaltungen geeignet, welche verschiedene Flip-flops enthalten, die für den Betrieb als Zähler zusammengeschaltet sind.

In Fig. 1 ist ein Inverter von komplementärer Symmetrie gemäß dem Stande der Technik als p-Transistor 1 und n-Transistor veranschaulicht. Die Gitterelektroden Ig und 2g liegen gemeinsam an einer Eingangsklemme 5. Die Abzugselektroden Id und 2d liegen gemeinsam an einer Ausgangsklemme 4. Die Quellenelektrode Is ist an die positive Klemme einer durch eine Batterie 15 dargestellten Speisespannung angeschlossen, während deren negative Klemme ge-

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erdet ist. Die Batterie 15 möge eine Spannung von V Volt besitzen. Die Quellenelektrode 2s ist ebenfalls geerdet.

Die Eingangsklemme 3 und die Ausgangsklemme 4 sind außerdem noch über eine Eingangskapazität C* und eine Ausgangskapazität Ct verbunden, von denen jede nach Erde führt. Die Eingangskapazität C^ stellt die Eingangskapazität der beiden Transistoren 1 und 2 dar. Die Belastungskapazität C_L gibt in der Hauptsache die Eingangskapazität der anderen Transistoren, welche von dem Inverter gesteuert werden, wieder.

Wie bereits oben bemerkt, sind die Transistoren in Fig. 1 vom Anreicherungstyp. Wenn also die Eingangsspannung 6 das Potential +V aufweist, besitzt der Strompfad von der Quellenelektrode zur Abzugselektrode des n-Transistors 2 einen geringen Widerstand, so daß die Kapazität Cj. auf die Spannung 0 aufgeladen wird. Wenn andererseits die Eingangsspannung 6 die Größe hat, weist der Strompfad des n-Transistors 2 einen hohen Widerstand auf und der Strompfad des p-Transistors 1 hat einen verhältnismäßig kleinen Widerstand, so daß die Belastungskapazität C_T praktisch auf die Spannung +V^ Volt aufgeladen wird.

Li O

Die komplementäre Symmetrie des oben beschriebenen Inverters hat den Vorteil einer geringen LeistungsabfUhrung im stationären Zustand. Diese geringe Leistungsabführung wird hauptsächlich dadurch erreicht, weil der p-Transistor stromdurchlässig ist, während der η-Transistor undurchlässig ist und umgekehrt. Die Belastungskapazität C, hat daher eine Ladung von entweder 0 Volt

Xj

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oder +V_Q Volt. Ein geringer Leistungsbetrag geht im stationären Zustand infolge des geringen Stromabflusses von der Quellenelektro· de nach der Abflußelektrode eines gesperrten Transistors verloren. Jedoch ist dieser Verluststrom verhältnismäßig klein, so daß die Leistungsabführung im stationären Zustand vernachlässigbar ist. Der einzige Zeitpunkt, in welchem eine erhebliche Leistung von dem komplementären Inverter abgeführt wird, ist der Zeitpunkt der Umschaltung. Wegen des geringen Leistungsverlustes eignet sich der komplementäre Inverter für integrierte Schaltungspakete mit vielen Einzelelementen.

In Fig. 2 ist ein anderer Inverter gemäß dem Stande der Technik dargestellt, der zwei n-Transistoren 8 und 9 besitzt, wobei der Transistor 9 die Belastung für den Transistor 8 darstellt. Zu diesem Zweck ist die Gitterelektrode 9g und die Abflußelektrode 9d gemeinsam mit der positiven Klemme einer Batterie 15 verbunden, deren negative Klemme geerdet ist. Die Batterie 15 möge eine Spannung von V_Q Volt haben. Die Quellenelektrode 9s ist an die Ausgangsklemme 4 angeschlossen.

Die Ausgangsklemme 4 ist ferner mit der Abzugselektrode 8d des Transistors 8 verbunden. Die Quellenelektrode 8s liegt an Erde. Die Gitterelektrode 8g liegt an der lingangsklemme 3.

Die Eingangsklemae 3 und die Ausgangsklemme 4- sind weiterhin mit Erde über eine Bingangskapazität C_1n und eine Ausgangskapazität C_T verbunden, wie in Fig. 2 durch punktiert gezeichnete Verbindungslinien angedeutet ist. Die Eingangskapazität C_1n stellt

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die Eingangskapazität des Transistors 8 dar, während die Belastungskapazität C-r die Eingangskapazität von weiteren seitens des Inverters gesteuerten Transistoren darstellt.

Beide Transistoren 8 und 9 sind vom Anreicherungstyp. Wegen der gemeinsamen Verbindung der Gitterelektrode 9g und der Abzugselektrode 9d mit der positiven Klemme der Batterie|l5 ist der Transistor 9 stets so vorgespannt, daß er stromdurchlässig ist, so daß sein Strompfad einen verhältnismäßig kleinen Widerstand aufweist. Wenn die Eingangsspannung 6 den Potentialwert 0 Volt aufweist, besitzt der Strompfad des n-Transistors 8 einen hohen Widerstand. Ein konventioneller Strom fließt von der positiven Klemme der Batterie über den Strompfad des Transistors 9 und lädt die Belastungskapazität C₁. auf praktisch V, Volt auf. Wenn

Jj O

andererseits die Eingangsspannung den Spannungswert +V_Q Volt aufweist, ist der Leitungspfad des n-Transistors 6 von geringem Widerstand. In diesem letzteren Falle fliegt strom in konventioneller Richtung von der positiven Klemme der Batterie 1⁽3 über den Leitungspfad beider Transistoren 8 und 9 nach Erde. Wegen des geringen Widerstandes des Transistors 8, hat die Belastungskapazität C_L dann eine Ladung von 0 Volt.

Es sei bemerkt, daß die n-Transistoren 8 und 9 auch als p-Transistoren ausgeführt werden können, wenn die Polarität der Batterie 15 umgekehrt wird.

Ein Gatter gemäß dem Stande der Technik ist in Fig. 5 als n-Feldeffekttransistor 40 dargestellt mit einer Gitterelektrode 4J,

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die mit einer Klemme 44 verbunden ist, welcher ihrerseits ein Steuersignal mit einem Potentialwert von entweder 0 oder +V Volt zugeführt wird. Der Transistor 40 ist mit seiner Ausgangselektrode 41 an eine Belastungskapazität C_T an der Ausgangsklemme 45 angeschlossen. Die andere der beiden Transistorelektroden liegt an einer Signalquelle 46. Die Signalquelle 46 ist als Beispiel als Antriebsschalter mit einem Schaltarm 47 dargestellt, der entweder auf eine Klemme 48 oder auf eine Klemme 49 umgelegt werden kann. Die Klemme 48 liegt unmittelbar an Erde und die Klemme 49 an dem positiven Pol einer Batterie 50* deren negativer Pol geerdet ist. Je nach der Einstellung des Schaltarms 47 kann die Signalspannung entweder den Wert des Erdpotential oder an Potential von +V Volt besitzen, wenn V der Spannungswert der Batterie 50 ist.

Ein Feldeffekttransistor wie der Transistor 40 kann Strom in beiden Richtungen zwischen der Quellenelektrode und der Abzugselektrode leiten. Bei einem η-Transistor ist die Quellenelektrode im allgemeinen diejenige Elektrode, von welcher Strom im konventionellen Stromsinne abgenommen wird. Die Elektrode kann, wie weiter unten noch erläutert werden wird, als Quellenelektrode für den einen Wert der Eingangsspannung und als Abzugselektrode für den anderen Wert der Eingangsspannung betrachtet werden.

Pur den Betrieb des Übertragungsgatters sei angenommen, daß die Kapazität C_T anfänglich auf die eingetragene Polarität

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aufgeladen worden sei. Es sei ferner angenommen, daß der bewegliche Schaltarm auf die Erdklemme 48 umgelegt worden sei. Der Transistor 40 ist gesperrt, wenn sein Gitter an Erde liegt. Wenn die Steuerspannung an der Gitterelektrode 4j5 dann auf +V Volt übergeht, wird der Transistor 40 stromdurchlässig. Bei den angegebenen Spannungen arbeitet der Transistor 40 als Transistor mit geerdeter Quellenelektrode, wobei die Elektrode 42 die Quellenelektrode und die Elektrode 41 die Abzugselektrode sind. Da die Quellenelektrode unmittelbar geerdet ist, liegt eine konstante Potentialdifferenz von V Volt zwischen der Quellenelektrode 42 und der Gitterelektrode 43 und der Transistor ist also im Sinne eines geringen Widerstandes, d.h. einer guten Leitfähigkeit seines Strompfades vorgespannt, solange die Eingangsspannung und die Gitterspannung die genannten Werte beibehalten. Die Belastungskapazität C_T kann vollständig über den Strompfad des Transistors 40 entladen werden, so daß die Spannung an der Ausgangsklerame auf Erdpotential übergeht.

Wenn die Steuerspannung an der Gitterelektrode 45 von +V_Q Volt auf Erdpotential übergeht, wird der Transistor 40 stromundurchlässig und die Belastungskapazität bleibt ungeladen.

Es sei nunmehr angenommen, daß der Schaltarm 47 auf die Klemme 49 umgelegt werden möge, so daß die Eingangsspannung +V_Q Volt beträgt. Wenn die Steuerspannung an der Gitterelektrode 4j wieder auf +V_Q Volt übergeht, so existiert eine Potentialdifferena von V₀ Volt zwischen der Gitterelektrode 4j5 und der

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Elektrode 41, so daß die Elektrode 41 nunmehr die Quellenelektrode ist. Der Transistor 40 arbeitet nun in Quellenfolgeschaltung. Der Strom fließt von der positiven Klemme der Batterie 50 über den Strompfad des Transistors 40 zu der Lastkapazität C,. Diese

JLj

Lastkapazität CL. wird auf einen Wert von V - V_T aufgeladen, wobei Vm der Schwellenwert für die Stromdurchlässigkeit des Transistors ist. Die Schwellenspannung V_T ist normalerweise klein zu der Eingangsspannung V_, so daß die Kapazität C_T praktisch auf V_n Volt

O Li O

aufgeladen wird.

In Fig. 4 ist eine durch Impulse auslösbare Plip-flop-Schaltung gemäß der Erfindung in einem mehrstufigen binären Zähler dargestellt, von welchem nur die erste und zweite Stufe in Pig. veranschaulicht sind. Die erste Stufe enthält vier Gatter 60, 70, 80 und 90 und drei Inverter 10, 20 und 30, wobei die Schaltungsausführung praktisch identisch mit derjenigen in Fig. 1 ist. Die Wahl der Fig. 1 zur Erklärung der Flip-flop-Schaltung und des Zählers gemäß der Erfindung ist willkürlich und es könnte die Erfindung ebenso gut an Hand der Fig. 2 oder an Hand irgendeines anderen Inverters erläutert werden. Gleiche Schaltelemente der drei Inverter sind mit Bezugszeichen versehen, von welchen die Zehnerstelle den betreffenden Inverter bedeutet, in welchem sich das betreffende Schaltelement befindet, und in welchen die Einerstelle das betreffende Schaltelement in Übereinstimmung mit Flg. 1 bedeutet. Ebenso entsprechen die Gatter 60, 70, 80 und 90 dem Gatter-Transistor 40 in Fig. 5.

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Die Inverter 10, 20 und 30 sind über Gatter-Transistoren 60, 70, 80 und 90 miteinander verbunden. Die Inverter 20 und 50 sind kreuzgekoppelt in demjenigen Sinne, daß die Ausgangsseite jedes Inverters mit der Eingangsseite des anderen Inverters über den Leitungspfad eines Transistors 60 bzw. 70 für den Betrieb als bistabiles Paar angeschlossen ist. Zu diesem Zweck ist der Leitungspfad des Transistors 60 zwischen der Ausgangsseite 24 und der Eingangsseite 33 und der Leitungspfad des Transistors zwischen der Ausgangsseite 34 unojder Eingangsseite 23 eingeschaltet. Die Ausgangsseite y\ liegt ferner über den Leitungspfad des Transistors 80 an der Eingangsseite 13 des Inverters Der Inverter 10 kann als Eingangsinverter zu dem bistabilen Paar, welches durch die Inverter 20 und 30 dargestellt wird, angesehen werden. Die Ausgangsseite 14 des Inverters 10 ist mit der Eingangsseite 23 des Inverters 20 über den Leitungspfad des Transistors 90 verbunden.

Die Gitterelektrode 63 des Transistors 60 liegt an einer Klemme 56, welcher ein Steuersignal 0. zugeführt wird. Die Gitterelektroden 73 und 83 der Transistoren 70 und 80 sind an eine Klemme 57 angeschlossen, welcher ein Steuersignal 0_ß zugeführt wird. Die Gitterelektrode 93 des Transistors 90 liegt an einer Klemme 55* welcher Auslösesignale T zugeführt werden. Die Quellenelektroden der p-Transistoren in jedem Inverter sind an eine gemeinsame Klemme 5^ angeschlossen, welcher eine Speisespannung von +V_Q Volt zugeführt wird. Die Quellenelektroden

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der η-Transistoren jenes Inverters sind gemeinsam an eine Erdklerame 58 angeschlossen.

Der stationäre Betrieb der Flip-flop-Schaltung ist dadurch definiert, daß das Auslösesignal T 0 Volt beträgt und die Steuersignale 0. und 0_ß beide +V Volt betragen. Diese Bedingungen gelten kurz vor dem Zeitpunkt t, in der Kurvenverlaufdarstellung nach Fig. 5. Dabei kann die Flip-flop-Schaltung sich in einer ihrer beiden stabilen Zustände befinden. Im ersten stabilen Zustand haben die Ausgangssignale Q und ξ an den Ausgangsklemmen 34 und 24 die Größe 0 Volt bzw. +V_Q Volt. Wenn die Steuersignale 0. und 0_ß die Größe +V Volt besitzen, wird der Gatter-Transistor 60 aktiviert und arbeitet nach Art der Quellenfolgeschaltung, so daß die Eingangskapazität des Inverters eine Ladung von +V Volt annimmt. Bei einer Größe des Steuersignals 0_B von +V Volt werden die Gatter-Transistoren 70 und 80 ebenfalls aktiviert, so daß die Eingangskapazität der Inverter IO und 20 auf 0 Volt geladen wird. Die Gatter 60 und 70 bewirken also, daß die bistabilen Inverter 20 und 30 in ihrem ersten stabilen Betriebszustand festgehalten werden. Ferner befindet sich die Ausgangsklemme 14 des Eingangsinverters IO praktisch auf +V Volt. Im stationären Zustand ist die Ausgangsklemme 14 wegen des Gatter-Transistors 20 von der Eingangsklemme 23 des Inverters 20 isoliert, da das Auslösesignal T eine Größe von 0 Volt hat.

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Im zweiten stabilen Zustand haben die Ausgangssignale Q und Q" die Größe +V_Q Volt bzw. 0 Volt. Das Gatter 60 bewirkt, daß die Eingangskapazität des Inverters 30 eine Ladungvon 0 Volt annimmt, während die Gatter-Transistoren 70 und 8o nach Art der Quellenfolgeschaltung arbeiten, so daß die Eingangskapazitäten der Inverter 10 und 20 eine Ladung von +V besitzen. Die Gatter-Transistoren 60 und 70 halten die bistabilen Inverter wieder in ihrem zweiten stabilen Zustand fest. Die Ausgangsklemme 14 des Eingangsinverters befindet sich auf 0 Volt und ist wieder wegen des Abtrenntransistors 90 von der Eingangsklemme 23 des Inverters 20 isoliert.

Im folgenden wird nunmehr die Wirkungsweise der durch Impulse auslösbaren Flipflop-Schaltung für die Auslösesignale beschrieben. Es sei angenommen, daß kurz vor dem Zeitpunkt t-^ die Flip-flop-Schaltung sich in ihrem ersten stabilen Zustand befindet, in welchem die Ausgangssignale Q und φ Werte von 0 Volt bzw. +V Volt besitzen. Im Zeitpunkt t^ tritt an der Gitterelektrode 93 des Gatter-Transistors 90 ein Auslösesignal T mit einer Spannung von +V_Q Volt auf, so daß der Transistor nach Art einer Quellenfolgeschaltung arbeitet und die Eingangskapazität des Inverters 20 auf +V_o Volt auflädt. Während die Eingangskapazität des Inverters 20 geladen wird, geht die Inverter-Ausgangsklemme 24 von Volt auf 0 Volt über.

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Im Zeitpunkt t, ändern sich die Steuersignale 0. und 0„ auf O Volt und sperren die Gatter-Transistoren 60, 70 und 80. Der gesperrte Transistor 60 isoliert die Eingangskapazität des Inverters 30, so daß diese die Signaländerung an der Ausgangsklenr 24 des Inverters 20 nicht mitmachen kann. Der große Widerstand, welcher in dem Strompfad des Transistors 60 auftritt, verhindert also eine Entladung der Eingangskapazität des Inverters 30. Diese Isolierung wird zeitlich durch den Leckstrom des Transistors begrenzt. Dieser Leckstrora kann in der Fabrikation beeinflußt werden, so daß die Zeitkonstanten der angeschlossenen Kreise groß gegenüber den Umsehaltzeiten der Inverter sind. Der Auslöseimpuls und der Steuerimpuls 0. enden im Zeitpunkt t_g, was eine Periodendauer größer als die Umschaltzeit des Inverters 20 ergibt, jedoch erheblich kleiner als die Zeltkonstante infolge des Leckstromes des Abtrenntransistors 60.

Im Zeitpunkt t_g kehrt das Auslösesignal auf den Spannungswert 0 Volt zurück und sperrt dadurch den Transistor 90 und das Steuersignal 0. nimmt einen Wert von +V Volt an und aktiviert dadurch den Transistor 60. In diesem Zeitpunkt entlädt das Gatter 6o die Eingangskapazität des Inverters 30 auf praktisch 0 Volt. Während der Entladung dieser Singangskapazität ändert sich das Ausgangssignal Q an der Klemme 34 von 0 Volt auf +V_Q Volt in Zeitpunkt t-*. Das Steuersignal 0_D bleibt bei 0 Volt, so daß die Transistoren 70 und 80 die Signaländerung an der Ausgangsklemme 34 des Inverters 30 von den Eingangskapazitäten der

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Inverter 10 und 20 fernhalten. Somit wird wegen der Sperrung im Zeitintervall t₂ bis t, die Flip-flop-Schaltung dauernd in ihrem zweiten stabilen Zustand festgehalten.

Im Zeitpunkt t, werden durch die Rückkehr des Steuersignals 0_B auf dem Spannungswert +V_Q Volt die Gatter-Transistoren 70 und 80 aktiviert und arbeiten nach Art der Quellenfolgeschaltung, so daß die Eingangskapazität des Inverters 10 auf +V Volt geladen wird und die Ladung der Eingangskapazität des Inverters 20 auf praktisch +V Volt festgehalten wird. Durch den ersten Auslöseimpuls wird also die Flip-flop-Schaltung im Intervall t^ bis t, aus ihrem ersten stabilen Zustand in ihren zweiten stabilen Zustand überführt.

Der nächste Auslöseimpuls zwischen den Zeitpunkten t^ und t^ bewirkt in ähnlicher Weise die Rückführung der Flip-flop-Schaltung aus ihrem zweiten stabilen Zustand in ihren ersten stabilen Zustand. Zu diesem Zweck wird der Transistor 90 aktiviert und entlädt die Eingangskapazität des Inverters 20 auf 0 Volt. Das Ausgangssignal § an der Inverter-Ausgangsklemrae 24 geht von 0 Volt auf +V₀ Volt über. Der Abtrenntransistor 60 hält wieder die Signaländerung an der Ausgangsklemme 24 von der Eingangskapazität des Inverters JO fern. Während der Verriegelungsdauer im Intervall von t_c bis t/r wird der Transistor 60 aktiviert und lädt die 5 ο

Eingangskapazität des Inverters 50 auf praktisch +V_Q Volt auf. Im Zeitpunkt tg kehrt das Steuersignal 0g auf +V_Q Volt zurück,

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so daß die Transistoren 70 und 8o die Eingangskapazität des Inverters 10 entladen können und den entladenen Zustand der Eingangskapazität des Inverters 20 aufrechterhalten.

Der nächste Auslöseimpuls schaltet die Flip-flop-Schaltung in der gleichen Weise um, wie der erste Auslöseimpuls, der während des SchaltIntervalls von t, bis t, zugeführt wurde. Der nächste Auslöseimpuls schaltet wieder die Flip-flop-Schaltung in der gleichen Weise um wie die zweiten Auslöseimpulse, welche im Zeitintervall von t,- bis tx- zugeführt wurden.

Die oben beschriebene durch Impulse auslösbare Flip-flop-Schaltung kann als binärer Zähler verwendet werden. Wenn beispielsweise die Bits "1" und "0" willkürlich den Spannungswerten +V Volt bzw. 0 Volt zugeordnet werden, liefern die Ausgangssignale Q und ζ der Flip-flop-Schaltung einen Bit "lⁿ bei aufeinanderfolgender Auslöseimpulsen. Das Ausgangs signal φ hat also als Ergebnis von zwei zugeführten Auslöseimpulsen den binären Wert "1".

Wie in Fig. 4 dargestellt, ist die durch Impulse auslösbare Flip-flop-Schaltung die erste Stufe eines mehrstufigen binären Zählers. Die zweite dargestellte Stufe des Zählers stimmt mit der ersten Stufe weitgehend überein und es sind daher für ihre Schaltelemente auch die gleichen Bezugszeichen jeweils unter Zusatz des Buchstabens a verwendet worden. Wie in der Flip-flop-Schaltung der ersten Stufe sind die Inverter 10a, 20a und JOa

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zwischen die Versorgungsspannung und Erde, d.h. zwischen die Klemmen 54 und 58 eingeschaltet. Auch die Gitterelektrode 63a liegt an der Steuerimpulsleitung a, welche von der Klemme 56 nach rechts verläuft, während die Gitterelektroden 73a und 83a an die Steuerimpulsleitung b angeschlossen sind, die von der Klemme 57 nach rechts verläuft. Diese Steuerimpulsleitungen und die Ausgangsleitungen der zweiten Stufe, die mit Qa und §a bezeichnet sind führen zu den weiteren Stufen des Zählers.

Die zweite Stufe und alle darauffolgenden Stufen unterscheiden sich von der ersten Plip-flop-Stufe darin, daß der Gatter-Transistor 90 durch zwei Gatter-Transistoren 90a und 100a ersetzt ist, deren Strompfade in Reihe zwischen der Ausgangsklemme 14a des Inverters 10a und der Eingangsklemme 23a des Inverters 20a liegen. Die Gitterelektroden 93a und 103a empfangen die Ausgangssignale Q bzw. φ der ersten Plip-flop-Stufe.

Die zweite Plip-flop-Stufe arbeitet ähnlich wie die erste Flip-flop-Stufe. Jedoch kann die zweite Plip-flop-Stufe nur dann ausgelöst werden, wenn beide Ausgangssignale Q und φ die Größe +V Volt haben, so daß beide Gatter 90a und 100a zur Ladung bzw. Entladung der Eingangskapazität des Inverters 20a befähigt werden. Die zweite Stufe kann also nur ausgelöst werden, wenn die beiden Ausgangssignale Q und 5 der ersten Stufe die gleiche binäre Bedeutung haben. Diese Bedingung ist nur während jedes zweiten Schaltintervalles erfüllt. Es sei angenommen, daß die Ausgangssignale Qa und §a der zweiten Stufe anfänglich die

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Werte O Volt bzw. +V Volt besitzen. Die Ausgangssignale Q und Q* haben während des ersten UmschaltIntervalls zwischen t, und t, nicht beide die Größe +V Volt. Während des nächsten Umschaltintervalles zwischen t^ bis tg haben beide Signale Q und Q" eine Größe von +V Volt, so daß die Gatter 90a und 100a in der zweiten Flip-flop-Stufe diese zweite Plip-flop-Stufe umschalten können. Die Ausgangssignale Q, und Q" der ersten Stufe nehmen nicht wieder gleichzeitig die Größe +V Volt an, bis der vierte Auslöseimpuls der ersten Stufe zugeführt wird. Daher tritt am Ausgang der zweiten Stufe nur bei jedem vierten zugeführten Auslöseimpuls ein Ausgangssignal Qa und Qa von +V_Q Volt auf.

Im Vorstehenden sind also eine durch Impulse auslösbare Flip-flop-Schaltung und ein binärer Zähler beschrieben, welche isolierte Peldeffeicttransistoren verwenden. Wie bereits oben bemerkt, können auch andere Inverter als die dargestellten Inverter von komplementärer Symmetrie in der Flip-flop-Schaltung benutzt werden. Außerdem können die Gatter auch in Form von p-Transistoren statt in Form von η-Transistoren verwendet werden, sofern geeignete Werte von Auslösesignalen T und Steuersignalen 0_A und 0_ß vorliegen.

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Claims

Patent an s ρ r U c h e

1.) Durch Impulse auslösebare Flip-flop-Schaltung, gekennzeichnet durch einen ersten, einen zweiten und einen dritten Inverter mit jeweils Eingangsklemme und Ausgangsklemme, durch ein erstes normalerweise aktives Gatter zur Kopplung der Ausgangsseite des dritten Inverters mit der Eingangsseite des ersten und zweiten Inverters, durch ein normalerweise aktives Gatter zur Kopplung der Ausgangsseite des zweiten Inverters mit der Eingangsseite des dritten Inverters, so daß der zweite und dritte Inverter als bistabiles Paar arbeiten können, durch ein normalerweise gesperrtes Gatter zur Kopplung der Ausgangsseite des ersten Inverters mit der Eingangsseite des zweiten Inverters, durch eine Auslösesignalquelle zur Aktivierung des dritten Gatters für einen Teil eines SchaltIntervalls und durch eine Steuersignalquelle zur Sperrung des zweiten Gatters, wenn das dritte Gatter für wenigstens einen Teil des erwähnten Schaltintervalls aktiviert ist, und zur Sperrung des ersten Gatters für die ganze Dauer des erwähnten Schaltintervalls, so da8 das bistabile Inverterpaar aus dem einen seiner stabilen Zustände in den zweiten stabilen Zustand umgeschaltet wird.

2.) Flip-flop-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gatter einen ersten und einen zweiten Feldeffekttransistor enthält, daß der Strompfad des ersten Transistors zwischen die Ausgangsseite des dritten

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Inverters und die Eingangsseite des ersten Inverters geschaltet ist und daß der Strompfad des zweiten Transistors zwischen die Ausgangsseite des dritten Inverters und die Eingangsseite des ersten Inverters geschaltet ist, wobei die Steuersignalquelle in den Strompfaden einen hohen Widerstand für die ganze Dauer der Umschaltintervalle hervorruft.

3>.) Flip-flop-Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite und dritte Gatter einen dritten bzw. einen vierten Feldeffekttransistor enthält, daß der Strompfad des dritten Feldeffekttranistors zwischen die Ausgangsseite des zweiten Inverters und die Eingangsseite des dritten Inverters geschaltet ist und der Strompfad des vierten Feldeffekttransistors zwischen die Ausgangsseite des ersten Inverters und die Eingangsseite des zweiten Inverters geschaltet ist und daß die Steuersignalquelle in dem Strompfad des dritten Transistors einen hohen Widerstand während des erwähnten Teiles des Umschaltintervalles hervorruft und die Auslösesignalquelle in dem Strompfad des vierten Transistors einen niedrigen Widerstand während des erwähnten Teiles des UmsehaltIntervalls hervorruft.

4.) Flip-flop-Schaltung nach Anspruch jj# dadurch gekennzeichnet , daß Jeder der Feldeffekttransistoren eine Gitterelektrode zur Steuerung der Leitfähigkeit des betreffenden Strompfades besitzt, und daß die Gitterelektrode des vierten Feldeffekttransistors an die Auslösesignalquelle und die übrigen Gitterelektroden an die Steuersignalquelle angeschlossen sind.

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5.) Flip-flop-Schaltung nach Anspruoh 4, dadurch gekennzeichnet « dal alle Inverter komplementär· Feldeffekttransistoren enthalten.

6.) Fllp-flop-Sohaltung nach Anspruoh 4, dadurch g e -kennzeichnet« dai 3·ά·τ Inverter einen Feldeffekttransistor zur Inversion und einen Belastungsfeldeffekttransistor des gleichen Leitungstype enthält.

7.) Mehrstufiger Zähler, in welche» jede Stufe eine Fllp-flop-Schaltung nach Anspruoh 1 enthält, dadurch gekennzeichnet« dal die AuslBsesignalquelle der zweiten Stufe aus der Ausgangsseite des sweiten und dritten Inverters der ersten Flip-flop-atufe besteht.

8.) Zähler naoh Anspruoh 6« dadurch gekennzeichnet, dal in der ersten Stufe das dritte Gatter einen Feldeffekttransistor enthält« dessen Stroapfad zwischen die Ausgangeseite des ersten Inverters und die Eingangsseite des zweiten Inverters geschaltet ist und eine an die Aual9sei«pulesjuelle angeschlossen·· Oitter besitzt« dal in der zweiten Stufe das dritte Oatter zwei Feldeffekttransistoren enthält« deren Stroepfade in Rein· zueinander und swlaohen die Ausgangsseite des ersten Inverters und dl· Bingangsseite des sweiten Inverters geschaltet sind und dai dl··· beiden Feldeffekttransistoren je eine emitterelektrode besitzen, welche an dl· Auagangsseiten des ersten Inverters, des zweite» Inverter· und dee dritten Inverters angesohloseen sind.

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9.) Schalt unge anordnung nach Anspruoh 5, dadurch g · -lcinniiiohnit , dai di· Auslttseelgnalquelle einen Auslöseimpuls während dts erwähnten Teiles de· UmsehaltIntervall· an die Gitterelektrode des vierten Feldeffekttransistors liefert« daf die Steuersignalquelle einen ersten Steuerimpuls an die Oitterelektroden des ersten und des «weiten Feldeffekttransistor· und einen «weiten Steuerimpuls an die Gitterelektrode des dritten Feldeffekttransistors während des erwHhnten Umsohaltintervalles liefert» und dal die Dauer des ersten Steuerimpulses sioh über die ganze Dauer des Umsohaltintervalles erstreokt, während die Dauer des aweiten Steuerimpulses nur den erwähnten Teil der Dauer des Umschaltintervallea umfait.

10.) Zähler in Kombination mit einer Quelle digitaler Signale, welche während der Umschaltintervalle eine erste binäre Bedeutung haben und in der Zwischenzeit eine zweite binäre Bedeutung haben« dadurch gekennzeichnet, das der Zähler aus einer vorhergehenden und einer nachfolgenden bistabilen Stufe besteht, von denen jede eine Eingangsklemme und swel Ausgangsklemmen besitzt, dafi die Ausgangsklemmen der erwähnten vorhergehenden Stufe an die lingangaklemmen der nachfolgenden Stuf« angeschlossen sind, dal die erwähnten digitalen Signale an der Blngangsselte der vorhergehenden Stufe liegen und dal Steuersignale zur Aktivierung der vorhergehenden Stufe zwecke Umechaltung zwischen ihren stabilen Zuständen vorhanden sind, dal beide Ausgangsklemmen 4er vorhergehenden Stuf· temporär dl· erwähnte

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erste binäre Bedeutung für einen Teil jede* zweiten Sohaltintervalls besitzen, während dessen die vorhergehende Stufe ihren Betriebszustand ändert, dafl die Steuersignale weiterhin die nachfolgende Stufe befähigen, von ihrem einen stabilen Betriebszustand in ihren anderen überzugehen, wenn die Ausgangseignale der vorhergehenden Stufe temporär beide die erwähnte erste binäre Bedeutung besitzen.

11.) Zähler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dafl die vorhergehende Stufe die erste Zählerstufe 1st und ihre Elngangsklemne an die digitale Signalquelle angeschlossen ist, so dafl die erste Stufe bei jedem digitalen Signal der ersten binären Bedeutung ihren Betriebszustand wechselt, so dafl auf der Ausgangeseite dieser ersten Stufe während abwechselnder SohaltIntervalIe Signale der erwähnten ersten !binären Bedeutung auftreten, dafl die erwähnte nachfolgende Stufe die zweite Zählerstuf· ist, so dafl die zweite Stufe ihren Betriebszustand während abwechselnder Schaltintervalle ändert, wenn an der Ausgangsseite der ersten Stufe temporär Signale der erwähnten ersten binären Bedeutung auftreten.

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