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Titel: Mit Konstantstrom schaltende Logikschaltung Die
hier vorliegende Erfindung befagt sich mit einer mit Konstantstrom schaltenden Logikschaltune;
sie befaßt sich insbesondere aber mit einer Logikschaltung, welche dadurch gekennzeichnet
ist, daß sie zur Eliminierung der Abhängigkeit von der Anschlußsnannung eines LOPikverStdrkerS
mit einem Vorspannungs- oder Steuerkreis versehen ist. nie Logikschaltung kann sehr
leicht in eine integrierte fialbleiterschaltunj- verwandelt werden und läRt sich
auch für die Verwendun@l in Elektronenrechnern anpassen.
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Für Elektronenrechner sind schon eine groPe Anzahl von Logikschaltungen
voreeschlagen worden. Unter ihnen hat eine stromschaltende Logikschaltung als eine
Ausführung, welche für sehr schnelle Datenverarbeitung Verwendung finden kann, viel
Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Bei dieser stromschaltenden Lo-il-.schaltung wird
die Datenverarbeitung oder der Logikvorgang dadurch bewerkstelligt, daß ein Transistor,
dem ein bestimmter @@chut@ll@,@er t zugeordnet ist, auf einen Transistor ein aus
den Ziffern "1" und "0" bestehendes Finp_angs-Bin@irsignal rcfialtet, und zwar derart,
daß die Ansprech- oder Schaltgeschrrindiakeit sehr @-roi5 3ird.
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Als ein Er=er,nis jüngster Entwicklungen eines integrierten trop:k:reines
oder einer integrierten Schaltung hat sich, auf deii i;lek tronenrechner bezogen,
immer mehr die Forderunc, nach eincer Lo<likschaltung mit kompakteren Abmessungen
und T.jeit schneller(.n `)ctialtgeschwin(.Jigkei ten herauskristalli @; fiert.
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In diesem Zusammenhang ist mit dem US Patent Mr. 3,25A,761 eine stromo:;chaltende
Logikschaltung, welche in eine int.egr,icrte
Schaltung verwandelt
worden ist, beschrieben worden. Mit diesem Patent wird ein Verfahren beschrieben,
welches eine Verringerung des Stromverbrauches und Ausgleich von Temperaturschwankungen
zuläßt, desgleichen auch Schwankungen in der Anschlußspannung, was zu Problemen
bei der Umwandlung der Logikschaltung in eine inteerierte Schaltung führen wird.
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Weil jedoch der Ausgleich von Schwankungen in der Anschlußspannung
und in der Temperatur unausweichlich direkt mit einer zuverlässigen Datenverarbeitung
oder Logikverarbeitung in Zusammenhan? steht, wird die Regelung oder die Kontrolle
bzw. die (bemiachune dieser @chilankungen sehr wichtig werden. Das aber bedeutet,
wenn eine Datenverarbeitung oder Logikverarbeitung unabhängig von der Spannung und
der Temperator durchgeführt werden könnte, es möglich wäre, eine aus einer Loc-ikschaltunabgewandelte
integrierte Schaltung in einem Elektronenrechner zu verwenden, und dies mit viel
größerer Zuverlxssickeit.
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Andererseits aber müssen da, @-ro Transistoren und @Jiderstände bei
der ltmviardlun^ e-ner Logikschaltung in eine integrierte 'Schaltung auf einer Platte
anF-:-3ordnet werden, verschiedene Konstruktionsbedingungen berücksichtigt werden.
Ist aber eine Logikschaltung beisuielsweise unter Verwendung von Transistoren der
gleichen Type als Funktionselemente hergestellt worden, c:ann kann er in einer bemerkenswert
leichten Weise zu einer integrierten Schaltung urgeformt oder umgearbeitet werden.
«enn es auch schwer sein wird, eine dderart hohe Prc":zi.sionsfertigung der zu einer
integrierten Schaltung gehörenden einzelnen Widerstände zu fordern, daß eine perfekte
Obereinstimmung in den absoluten Widerstandwerten dieser Widerstiinde gewährleistet
ist, so kann möglicherweise
doch ein auf diese Übereinstimmung bezogener
srilrbarer nrad einer relativen Präzision erwartet werden. Um es' mit anderen Worten
zu sagen: bei den gleichen gegebenen Uiderstandswerten brauchen nur Widerstände
der gleiche Abriessunp und ('ri)!-e auf dem gleichen Plättchen angeordnet zu werden.
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Die hier vorliegende Erfindung zielt deshalb darauf ab, eine stromschaltende
Logiksehaltunz zu schaffen, welche sich für die Verwendung in einer integrierten
Halbleiterschaltung gut anpassen läßt, wobei die. integrierte Schaltung in der Lage
ist, die Schwankungen in der Anschlußspannung und in der Temperatur zuverlässig
zu @ompen@3ieren oder auszugleichen. Die hier vorliegende Erfindung zielt zum anderen
darauf ab, eine zuverlässige Datenverarbeitung oder hogikverarbeitung dadurch zu
gewährleisten, daR ein `schwellwert eingestellt wird, der gegenüber den Schwankungen
in der AnschluPsrannung und in der Temperatur immer stabil ist.
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Ein wiederum anderes Ziel der hier vorliecenden Friindung ist die
Kompensation oder der Ausgleich in der r'ateneingal)c, welcher dadurch bewerkstelligt
wird, da:' eweils eir.c schaltung und eine Steuerschaltung aus einer Peihe vcn Schaltelementen
oder Funktionselementen, welch. die gleicher. elektrischen Eigenschaften aufweisen,
rerrestellt Dadurch wird aber die Umwandlung der Lorikschaltun:: in eine integrierte
Schaltung erleichtert.
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Ein weiteres Ziel der hier vorliegenden #rfindunr ist die Verringerung
der Schwankungen beirr. Ausranessienal, :selche dadurch herbeigeführt wird, das=
ein gemeinsamer 7-ri.tterstror:, dieser aber in konstanter Forrr, flie4en kann,
wodurch Umwandlung einer Logikschaltung in eine irterrierte r-chaltung leicht durchgeführt
werden kann.
Eine Eigenschaft oder ein Kennzeichen der hier vorliegenden
Erfindung ist darin begründet.,.daß die für die Umwandlung einer Logikschaltung
in eine integrierte -Schaltung am besten geeigneten Stromkreiselemente:aus Transistoren
und Widerständen bestehen.
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Eine andere Eigenschaft der hier vorliegenden Erfindung lie^t darin,
daß ein zu einem Spannunpsvergleicher gehörender Transistor einen Schwellwert aufweist,
welcher unabhC"nFiF von den Schwankungen in der Anschlußspannung und den Schwankungen
in der Temperatur arbeitet, und daß einem in einer Konstantstromauelle verwendeten
Transistor eine Steuerspannung aufredriickt Tjird, welche in der :Lage ist, die
TEmneratur-schwarkuraen auszugleichen.
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Eine wiederum. andere Eigenschaft der hier vorliegenden Erfinc:un@7
liegt darin begründet, daf- aus Bauelementen, welche die gleichen elektrischen Eigenschaften
haben wie jene der Lorikschaltung, ein Steuerkreis geschaffen wird, welcher eine
Steuersrannun- sowohl an den Schwellwert. als auch an die Konstantstrorouelle legt.
Diese
und andere Eigenschaften der hier vorliegenden Erfindung sind besser zu verstehen,
wenn die nachstehend gegebene Beschreibung und die dieser Patentschrift beiliegenden
Zeiehnungen,zu Hilfe genommen werden: Im einzelnen ist: Fig. 1 ein.Stromlaufplan
für eine stromschaltende Loprikschältung, welche gemäß einer in den Rahmen der hier
vorliegenden Ausführung des Erfindungsgegenstandes in eine integrierte Schaltung
umgewandelt worden ist.
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Fig. 2 ein Stromlaufplan für eine stromschaltende Logikschaltuna einer
anderen Ausführung des Erfindungsgezenstanden, bei dem das Eingangsgitter aus einem
Verstärker in ivmitterschalturi, besteht.
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Fig. 3 eine schematische Darstellung einer im Rahmen der hier vorliegenden
Erfindung verwendeten Diodenkonstruktion.
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Fic?.. l+a,Fig,4b- lind Fig. 4 c gehen ieweils die Konstruktion eines
Steuerkreises wieder, dabei zeigen a und b Steuerkreise, welche zu FiF: 1 gehören,
und c einen Steuerkreis, welcher Fig. 2 zugeordnet ist.
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F@.g. 5 eine Dar: tellung des Spännungstlbersetzungsverhhltnisses
in Kennlinienform. Dies Verhältnis für den Fall, daß ein konventioneller Steuerkreis
verwendet wird. Z,ii erkennen sind bemerkenswerte Schwankungen im Schwellwert gegenüber
den Schwankungen in den Anschlußsnannung.
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Fig; 6 * Kennlinien der Eingangseigenschaften und der Ausgangseigenschaften
bei einer Logikschaltung gemäß Fig. 2 der hier vorliegenden Erfindung. Diese Kennlinien
geben-zu erkennen, daß der Schwellwert gegenüber den
Schwankungen
in der Anschlußspannung keine wesentlichen Schwankungen aufweist.
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Mit Fig. 1 wird die Konstruktion einer in den Rahmen der hier vorliegenden
Erfindung fallenden und in eine integrierte Schaltung umgewandelte Logikschaltung
wiedergegeben. Die Eingangsstufe besteht aus den Transistoren 20, 21, 22 und 23,
wobei die Kollektorelektroden und die Emitterelektroden eines jeden dieser Transistoren
miteinander verbunden sind. Die Kollektoreelektroden sind gemeinsam über einen Widerstand
24 mit einem Leiter 26 verbunden, welcher seinersetis wiederum an Erde 25 liegt.
Die Emitterelektrode eines als Spannungsvert--leicher verwendeten Transistors 27
- dieser Transistor hat seine eigene Spannung mit-jener der vorerwähnten Transistoren
20, 21, 22 und 23, diese Transistoren als Gruppe, zu vergleichen und liegt mit seiner
Basiselektrode eines Transistors 28 geschaltet, auf die auch die Emitterelektroden
j4ner Transistoren 20, 21, 22 und 23 geschaltet sind, Die Emitterelektrode
des Transistors 28 wiederum ist über einen Widerstand 29 auf einen Liter 31 geschaltet,
welcher seinerseits wiederum mit der auf geschalteten ne?ativen Gleichspannung 30
in Verbindung steht. Die positive Seite der negativen SDannungzuführun¢'30 ist über
die Erde und das Erdunaspotential 25 geerdet. Die Kollektorelektrode des als Spannungsver@leicher
arbeitenden Transistors 27 ist über einen Widerstand 32 auf einen Leiter 26 Feschaltet.
Auf der anderen Seite besteht ein der Koordinierung der Eingangsspannungen und der
Ausgangsspannungen dienender Verstärker in Emitterschaltune aus den Transistoren
33 und 34. Die Basiselektrode des Taansistors 33 ist auf die Kollektorelektrode
des Transistors 27 geschaltet. Die Kollektorelektrode des Transistors 33 ist mit
dem Leiter 26 verbunden und dessen Emitterelektrode über einen Widerstand 35 mit
einem Leiter 31 so daß ein Ausgangssignal 36 an der Emitterelektrode
-des
Transistors 34 ist auf die Kollektorelektroden der bereits genannten Transistoren
20,-21, 22 und 23 geschaltet: Die Kollektorelektrode des Transistors 34 ist mit
dem Leiter 26 verbunden, während seine Emitterelektrode über einen Widerstand-37
mit dem Leiter 31 in Verbindung steht und von der Emitterelektrode des Transistors
34 ein Ausgangssignal 38 abgenommen werden kann.
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Nachstehend soll nun die Schaltweise einer in der vorerwähnten Weise
konstruierten stromschaltenden L(Dgikschaltunp beschrieben werden. Es sei angenommen,
daß die Basiselektroden der Transistoren 20, 21, 22 und 23, welche eine Eingangsstufe
bilden, jeweils die Eingangsgrößen A1, A2, A3 und A4 aufeeschalter-erhalten; es
sei angenommen, daß an der Basiselektrode des Transistors 27 eine-Vorspannung in
der Höhe des Schwellwertes liegt, und der Transistor 27 als Eingangsbedinzung eingeschaltet
ist.-Wenn zumindest einer der-Eingangsspannungen Al, A2, A3 und A4 einen "hohen
Wert" erreicht, dann wird der Transistor 27 ausgeschaltet, wobei--dann der gemeinsame
Emitterstrom, welcher bis dahin durch die-Widerstände 32 und 39 geflossen ist, in
der erwähnten Reiehnfolge durch die Widerstände 24 und 29 fliest. Ist von
dem Ausgang die Rede, dann f4llt der AuSPdn2 36 auf-einen "geringen Wert" ab, wenn
der Transistor 27 "im Einschaltzustand" belassen wird, während andererseits der
Ausgann i 38 auf. einen "hohen *'ert" anFteigt, weil es in @@,'iderstand 24 nicht
zu einem Spannungsabfall kommt: Wird auf der anderen Seite aber der Transistor-27
"ausgeschalter""dann kommt es im Widerstand 32 zu keinem Spannungsabfall, so daß
der. Ausgang 36 auf einen "hohen Wert" ansteigt, c-ic hrend der -Ausgang
38 auf einen "geringen '.Wert" abfällt.
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Die zuvor erwähnten Schaltvorgänge können auch durch die nachstehend
geeeb.enen Logikgleichungen wiedergegeben werden:
Wird der Ausgang?
36 durch Xo wiedergegeben, dann ist: Oder-(OR)-Schaltung: X0 = A1 + A2@+ A4 Wird
der Ausgang 38 durch XN wiedergegeben, dann ist: Nicht-Oder (NOR) -Schaltung: XN.=.
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A1 + A2 + A3 + A4 _- X0 Nun soll der Steuerkreis beschrieben werden,
welcher auf die Basiselektrode des als Snannungsvergleichers verwendeten Transistors
27 eine Schwellwertspannung schaltet und auf die Basiselektrode des Transistors
28, der eine Konstantströmqueääe bildet, eine Vorspannung oder Steuerspannung. Eine
zwischen den Leitern 26 und 31 aufgedrückte Anschlußsnannung oder iJetzüpannung
wird von den in Peihe geschalteten Widerst<Inden 39, 40 und 41 sowie von den
Dioden 42 und 43 aufgenommen. 7,u den Widerständen 39 und 40 ist eine Diode 44 parallel
geschaltet, und der Knotenpunkt zwischen den Widerst,'Inden 39 und 40 ist mit der
Basiselektrode eines Transistors 45 verbunden. Die Kollektorelektrode des Transistors
45 ist auf den Leiter 26 geschaltet, während dessen Emitterelektrode zur Bildung
eines Verstärkers in Emitterschaltung über einen Widerstand 46 mit dem Leiter 31
verbunden ist. Die Emitterelektrode des Transistors 45 ist auf die hapiselektrode
eines als Spannungsveraleicher verwendeten Transistors 27 .geschaltet, und zwar
derart, daß die zuvor erwähnte Basiselektrode eine Steuerspannung oder Vorspannung
in Höhe des Schwellwertes aufgeschaltet erhält. Der zwischem dem Widerstand 41 und
der Diode 42 liegende Knotenpunkt ist mit der Basiselektrode Ces eine Konstantstromquelle
bildenden Transistors 28 verbunden, .und zwar. derart, da!#, diese zuvor erwähnte
Basiselektrode eine cteuerspannunfi oder eine Vorspannunp aufge-
schaltet
erhält.
Die vorerwähnten Dioden 42, 43 und 44 kommen jeweils dadurch
zustande, daß die Basiselektroden und die Kollektorelektroden von Transistoren,
welehe.die gleichen elektrischen Eigenschaften wie die im Rahmen der hier vorliegenden
Erfindring und mit Fig. 3 gezeigten Transistoren haben: Die zwischen der Basiselektrode
und der Emitterelektrode des hier verweh deren Transistors aufgedrückte wird mit
dem Formelzeichen VBG gekennzeichnet. Es sei nun angenommen, daß die Widerstände
39 und 40 die gleichen Widerstandswerte gegenüber dem wirksammn Widerstand der Diode
44 einen genügend großen Gesamtwiderstand haben, so daß der wirksame Widerstand
dieser Diode vernachlässigt werden kann. Daraus folgt dann, daß an der Basiselektrode
des Transistors 45 ein Potential von - 1/2 V BE ansteht, und das der Schwellwert
an der Emitterelektrode des Transistors 45 - 3/2 V BE beträgt: Auf der anderen Seite
wird bei Aüfschältunu, einer durch das Formelzeichen V FE Bekennzeichneten ne,7ativen
Gleichspannung 30 der Snannunewert der Dioden 42 und 43 gleich VEE + 2V BE. Dieses
Potential wird als Steuerspannung oder als Vorsnannuna auf die Basiselektrode des
Transistors 28: geschaltet. Damit aber liegt der Widerstand 29 an einer Spannung
V B£, so daß der durch diesen Uiderstand 29 fließende gemeinsame Emitterstrom von
den Schwankungen in der Anschlußspannung oder in der Netzsnannung unabhIngia ist:
Das aber bedeutet, daß der durch die Widerstände 24 oder 32 fließende und die Schaltung
herbeiführende Strom dann gleich dem gemeinsamen Emitterstrom wird, wenn für den
im Rahmen der hier vorliegenden Erfindun7 verwendeten Transistor eine genügend große
Verstärkung ß zugestanden wird, so daß der Ausgang oder das Ausgangs- . signäl von
den Schwankungen in der Anschlußspannung oder in dFyr Netzspannung nicht beeinflußt
wird. Auch durch Temperaturänderungen verursachte Schwankungen im Arbeiten des Transistors
28 werden von den Dioden 42 und 43 kompensiert oder ausgeglichen werden.
Wie
schon zuvor beschrieben ist der Schwellwert, der an der Basiselektrode des Transistors
27 gelegt ist, gleich einer Spannung von -2/3 V BE. Wenn auf der anderen Seite diese
Spannungswerte aber den Logikeingängen "0" und "l!' entsprechen, dann sind
diese auf die Werte -2V BE und -V BE eingestellt und werden auf diesen Werten gehalten.
Was die Temperaturänderungen betrifft, so sind die Schwankungen in der Diode 44
und im Transistor 45 auf jene im Transistor 27 angepaßt, so daß es möglich ist,
diese Schwankungen auf der Schwellwertebene zu kompensieren oder auszugleichen.
Wenn die Spannungen der Loaikeingangssi?nale den Wert -V BE erhalten, wenn die Logikumschaltung
auf den Wert VP. festgelegt ist, wobei der Schwellwert einen im wesentlichen in
der Mitte liegenden Punkt einnehmen kann, und wenn die Steuerkreise aus Transistoren
hergestellt worden sind, welche die gleichen Eigenschaften wie die Transistoren
der Logikschaltung haben, dann wird eine zuverlässige Kompensation oder ein zuverlässiger
Ausgleich in den Schwankungen der Anschlußsapnnung oder der Netzspannung und denen
der TXmperatur dadurch gewährleistet sein, daß eine Schwellwertsnannunp von -2/3V
BE erreicht wird.
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Der am Ausgang 36 vorhandene Spannungswert ist gleich der Summe aus
der Addition eines Spannungsabfalles am Widerstand 32. Der am Ausgang-,38 vorhandene
Spannungswert i.sthingegen gleich der Summe aus der Addition eines Spannungsabfalles
am @liderstand 24. Werden nun die Werte für die Lopik-"0"' an den Ausgängen 36 und
38 jeweils mit den Formelzeichen VO und VN gekennzeichnet, der gemeinsame Emitterstrom
alit dem Formelzeichen IRO und die Widerstandswerte der Widerstände 29, 24 und 32
jeweils mit den Formelzeichen R0, R1 und R2, dann können die nachstehend gegebenen
Gleichungen aufgestellt werden:
Um den Logik-"0"-taert des Ausgangsgleich dem Logik-"0"-Wert (-2VBE) des Eingangs
zu machen, müßte die Gleichung R0 = VN = -2V BE aufgestellt, werden.
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Zur Erfüllung der zuvor erwähnten Bedinrunp ist die Aufstellung einer
Gleichung RO = R1 = R2 erforderlich. Dies ist für eine integrierte iialbleterschaltunp
besonders günstig. Um es anders zu sagen, vom Standpunkt der Fertigunc? der zu einer
integrierten Schaltung gehörenden Widerstände aus betrachtet kann allgemein angenommen
werden, daß die Präzision in Bezug auf die absoluten Widerstandswerte dieser Widerstände
nicht völlig zufriedenstellend ist, daß aber die Möglichkeit besteht, die relative
Genauiqkeit spürbar zu verbessern und daR, wenn das Verhältnis der absoluten Widerstandswerte
der ieweiligen Widerstände annähernd gleich 1 ist, es leichter sein wird, eine integrierte
Schaltung herzustellen. Um eine integrierte Halbleiterschaltung zu erhalten, welche
die Schwankun¢en in der AnschlußsaDnnung oder Netzsnannun-: und in der Temperatur
zuverlässig kompensiert und: ausrleich±, ist es nur erforderlich, Widerstände der
gleichen Form und Abmessung auf die gleiche Platte zu montieren, wobei natürlich
die Voraussetzüna gilt, daß diese Widerstände die gleichen Widerstandswerte haben.
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Ein Steuerkreis kann auch in Obereinstimmung mit anderen Ausführungen
des Erfindunaszerrenstandes konstruiert werden. Ausfi:hrungsbeisriele dazu sind
mit Fig. 4 ä und 4 b gegeben. Nach Fic-. 4a wird eine zwischen den Leitern 26 und
31 aufgedrückte Anschlu-,nan;h;nr.oder "etzsarnnung von
den in
Reihe geschalteten Widerständen 47, 48 und 49 aufgenommen, desgleichen auch von
den Dioden 50 und 5;1. Weiterhin sind die Dioden 52, 53 und 54 zu den Widerständen
47 und 48, welche den gleichen Widerstandwert haben., parallelgeschaltet, wobei
von einem zwischen den vorerwähnten Widerständen liegenden Knotenpunkt oder Verzweigungspunkt
55 aus eine Schwellwer-Spannung von--3/2 V BE abgenommen werden kann. Von einem
zwischen dem Widerstand 49 und der Diode 50 liegenden Knotenpunkt oder Verzwiigungspunkt
56 aus kann auch .eine Steuerspannung oder Vorspannung von VEE + 2V BE für eine
Konstantstromquelle entnommen werden.
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Die Ut rig. 4b wiedergegebene Steuerschaltung ist anders als die,
welche mit Fig. 4a wiedergegeben ist. In diesem Fall wird eine zwischen den Leitern
26 und 31 aufgedrückte Anschlußspannung oder Netzspannung von den in Reihe geschalteten
Widerständen 57, 58 und 59 sowie von den Dioden 60, 61 und 62 aufgenommen. Parallel
zu den Widerständen 57 und 58 ist eine Diode 63 geschaltet, und der Knotenpunkt
oder Verzweigungspunkt zwischen den Widerständen 57 und 58 ist auf die Basiselektrode
des Transistors 64 geführt. Die Basiselektrode des Transistors 65 ist auf den zwischen
dem Widerstand 59 und der Diode 60 liegenden Verzweigungspunkt oder Knotenpunkt
geschaltet, während die Emitterelektrode dieses Transistors mit dem Leiter 31 in
Verbindung steht. Von der Emitterelektrode des Transistors 64 aus wird einer Anschlußklemme
66 eine Schwellwertspannung von -3/2 V BE aufgedrückt, während von der Emitterelektrode
des Transistvrs 65 aus die Anschlußklemme 67 an eine Vorspannung oder Steuerspannung
von VEE + 2V BE gelegt wird, und zwar derart, wie eine Vorspannung auf eine Konstantstromquelle
geschaltet wird.
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Wie bereits zuvor beschrieben, haben die zu einem Steuerkreis gehörenden
Dioden die gleichen Eigenschaften wie die
die zu einer Logikschaltung
gehörenden und mit Fig. 3 wiedergegebenen Transistoren. Im Rahmen der hier vorliegenden
Erfindung werden zudem auch Transistoren verwendet, welche die gleichen Eigenschaften
haben, so daß, wenn eine Steuerspannurig oder Vorspannung von solchen Transistoren
aufgeschaltet wird, desgleichen auch von derartigen Dioden, dann die Schwellwert-Spannung
den Wert von -3/2 V BE annimmt, während die Konstantstromquelle eine Vorspannung
von VE.E + 2 V BE hat. Aus diesem Grunde wird die Arbeitsweise der in: den Rahmen
der hier vorliegenden Erfindung fallenden Logikschaltung in keiner Weise von den
Schwankungen in der Anschlußspannung oder Netzspannung beeinflußt, die hier verwendeten
Bauelemente, weil sie die gleichen Eigenschaften haben, kompensieren vielmehr auch
die Temperaturschwankungen untereinander.
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Mit Fit: 2 wird der Stromlaufplan einer in den Rahmen der hier vorliegenden
Erfindung fallenden anderen Ausführung des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben.
Der Unterschied zu der mit .Fit. 1 dargestellten Logikschaltung liegt darin, daß
bei der Ausführung nach Fig. 1 die Eingangsstufe aus Verstärkern in Emitterschaltung
besteht,-und daß sich dadurch auch der Schwellwert entsprechend verschiebt.
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Die Eingangsstufe besteht aus den Transistoren 101, 102, 103 und 104.
Die Kollektorelektroden dieser Transistoren sind auf einen Leiter 105 geführt, welcher
seinerseits wiederum am Erungspotential 106 liegt: Die Emitterelektroden der Transistoren
101, 102 und 104 sind gemeinsam auf die Basiselektrode eines Transistors 107 geschaltet,
während die Emitterelektroden über den Widerstand 140 auf den Leiter 113 geführt
sind. Die Kollektorelektrode des Transistors 107 ist über einen Widerstand
108 auf einen Leiter 105 geführt. Die Basiselektrode des Transistors 103,
welcher im Zusammenwirken mit dem Transistor 107 den
Schaltvorgang
durchführt, ist an eine Schwellwer-Spannung gelegt, der Kollektor des Transistors
109 ist über den Widerstand 110 auf den Leiter 105 geschaltet, während seine Emitterelektrode
gemeinsam mit der Emitterelektrode des Transistors 107 auf die Kollektorelektrode
eines Transistors 111 geschaltet ist. Die Emitterelektrode des Transistors 111 ist
über einen Widerstand 112 fließenden Emitterstrom in einen Konstantstrom umformt.
Der Leiter 113 ist an eine negative Gleichspannung 114 gelegt, dessen positive Seite
über das Erdungspotential geerdet wird.
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Auf der anderen Seite ist die Kollektorelektrodedes Transistors 109
auf die Basiselektrode eines Transistors 115, welcher einen Verstärker in Emitterschaltung
bildet, geschaltet. Die Kollektorelektrode des Transistors 115 ist mit dem Leiter
105 verbunden, während dessen Emitterelektrode über einen Widerstand 116 auf einen
Leiter 113 geführt ist, wobei von der-Emitterelektrode des Transistors 115 ein Ausgangssignal
117 ausgeht. Darüber hinaus ist die Kollektorelektrode des Transistors 107 auf die
Basiselektrode des Transistors 107 auf die Basiselektrode eines einen Verstärker
in Emitterschaltung bildenden Transistors 118 geschalter. Die Kollektroelektrode,
des Transistors 118 ist mit dem Leiter 105 verbunden, während dessen Emitterelektrode
über einen Widerstand 119 auf den Leiter 113 geführt ist, wobei von der Emitterelektrode
des Transistors 118 ein Ausgangssignal 120 ausgeht.
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Auf die Basiselektroden der Eingangsstufentransistoren 101, 102, 103
und 104 werden Eingangssignale mit Spannungswerten von -2V BE und -V BEI welche
den Logikwerten "0" und "1l` entsprechen - diese haben eine Logikumschaltung von
V BE P'-. schaltet. Die Transistoren 107 und 109 werden zur Durchführung eines Schaltvorganges
veranlaßt. In diesem `all bilden die Eingangsstufentransistoren 101, 102, 103 und
104 jeweils
einen Verstärker in Emitterschaltung, so daß
ein Schwellwert erforderlich ist, der um den Wert von V BE
verschoben wurde.
Das aber bedeutet, daß die Basiselek-
trode des Transistors 109 an eine
Steuerspannung oder an eine Vorspannung von -5/2V BE gelegt ist.
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Die Steuerspannung oder Vorspannung wird erhalten, wenn
die
zwischen den Leitern 105 und 113 aufgedrückte Anschlußspannung
oder Netzspannung von der Reihenschaltung
aus der Diode 121 und den Widerständen
123, 124 und 125
sowie den Dioden 126 und 127 aufgenommen wird. Im
Gegen-
satz zu der Logikschaltung nach Fig. 1 wird von der Diode
121
die Kompensation oder der Ausgleich durch Schwellwcs verschiebung bei
den Eingangsstufenverstärkern in Emitte#-schaltung herbeigeführt. Parallel
zu den Widerständen 122
und 123 ist die Diode 127 geschaltet, und der zwischen
den
Widerständen 122 und 123 liegende Knotenpunkt oder Verzweigungspunkt ist auf
die Basiselektrode des Transistors
128 geführt. Die Kollektorelektrode
des Transistors 128
ist mit dem Leiter 105 verbunden, während dessen
Emitterelektrode über dem Widerstand 129 auf den Leiter 113 geführt
ist.
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Wenn die Widerstände
122 und 123 den gleichen Widerstands-
wert
haben,Ider insgesamt größer ist als der der Dioden,
dann wird auf die Emitterelektrode
des Transistors 128
eventuell eine Steuerspannung oder eine Vorspannung von
-5/2V BE
geschaltet werden. Die Verbindung der Emitterelektrode
des Transistors 128 mit der Basiselektrode des Transis-
tors 109 macht
es möglich, daß die Vorspannung oder Steuerspannung -5/2VBE als Schwellwert aufgeschaltet
werden kann. Ler zwischen der Diode 125 und dem Widerstand 124 befind-
| @Cnotenpunkt oder Verzweicunpspunkt ist auf die Basis |
| y- ''ngis ßrs 13.1 geführt und versorgt auf diese Weise |
die Konstantstromquelle mit einer Steuerspannung oder' mit einer
Vorspannung von VEE + 2V BE. Damit aber macht die Logikschaltung nach rig. 2 gleich
der nach Fig. 1 eine.Logikoperation möglich, welche von Schwankungen der Anschlußspannung
oder in der Netzspännung sowie von Schwankungen in der Temperatur nicht beeinflußt
wird. Der Stromkreis oder die Schaltung nach Fig. 2, bei der die Eigangsstufe aus
Verstärkern in Emitterschalter besteht, ermöglicht ein schnelleres Ansprechen auf
die Eingangssignale. Denn bei einer Umwandlung, einer Logikschaltunr in eine integrierte
Schaltung werden die Kolleketorele,.ztroden der zur Schaltung gehörenden Bauelemente
direkt geerdet, so daß die Kollektorkapazitjt der Kollektorelektroden die Arbeitsweise
der Eingangssignale, wie dies.bei der Logikschaltung nach rig. 1 geschieht, nicht
beeinflußt. . Das liegt darin begründet, daß es im Falle der Schaltung nach rip.
1 zu einer Zeitverzögerung.kommt, und zwar wegen der auf den Kollektorschichten
vorhandenen Kapazität, wohingegen im Falle einer Schaltung nach rig. 2 dieser Nachteil
dadurch aufgehoben wird, daß die Kollektorelektroden der Transistoren 101, 102,
103 und 104 an Erdungspotential gelegt sind. Durch diese Maßnahme aber kann die
Kollektorfläche des Transistors 107 so klein wie die des Transistors 109 gehalten
werden, was gleichzeitig dann aber auch zu einer spürbar kleineren Zeitkonstante
führt. .
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Der mit rig. 4c wiedergegebene Steuerkreis ist eine andere ;. Ausführung
des mit Fig. 2 wiedergegebenen Steuerkreises.
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Die zwischen den Leitern 105 und 113 aufpedrückteA Anschlußspannung
oder Neztspannung wird von den Dioden 130, 131 und 132, einem Widerstand 133 sowie
von den Dioden 134 und 135 aufgenommen, wobei alle vorgenannten Stromkreiselemente
in Reihe aufgeschaltet sind. Die Widerstände 136 und 137
haben
den gleichen Widerstandswert, welcher viel größer als der der Diode 132 ist. Auf
den zwischen den Widerständen 136 und 137 liegenden Knotenpunkt oder Verzwiigungspunkt
136 wird eine Schwellwertspannung von -5/2V E3 geschaltet, während der zwischen
den Diode 134 und dem Widerstand 133 liegende Knotenpunkt oder Verzweigungspunkt
an einer Steuerspannung oder Vorspannung von VEE + 2V BE liegt.
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Fig. 5 zeigt das Ansprechen der Ausgangssignale auf die Eingangsdignale
nach dem Entfernen der Diode 127 aus der Logikschaltung nach Fig. 2: Jetzt ändern
sich die Werte beim Schwellwert, wenn'sich gegenüber den OR-Ausgängen und NOR-Ausgängen
die AnSChlußSDannung oder Netzspannung von -4V bis -6V verändert. Wie aus den Werten
zu erkennen ist, verändert sich der Schwellwert dabei bis zu einer Größe von 0,32
V. Es ist auch zu erkennen, daß sich der Schwellwert bezogen auf die Linie V in
= V aus da merklich verändert, wo der Wert von V in gleich dem von V aus ist.
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Mig Fig. 6 wird das Ansprechen der Ausgänge auf die Eingänge einer
mit Fig. 2 dargestellten stromschaltenden Logikschaltung wiedergegeben. Wie bei
Fig. 5 verhindert sich gegenüber den OR-Ausgängen und den NOR-Ausgängen die Anschlußs$annung
oder Netzspannung um -4V bis -6V. Diese Schaltungsanordnung verringert aber die
Veränderungen im Schwellwert auf ungefähr 0,0.) V. Derartige pnderungen sind in
Bezug auf die Linie V in = V aus im wesentlichen vernachlässigb ar, wodurch gleichzeitig
auch der Geräuschpegel spürbar verbessert wird.