DE1947651B2 - Monostable flip-flop with two gates and RC circuit - has emitter follower output allowing long delay times - Google Patents
Monostable flip-flop with two gates and RC circuit - has emitter follower output allowing long delay timesInfo
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Abstract
Description
Gegenstand der Erfindung ist eine monostabile Kippschaltung mit in einem weiten Bereich veränderbarer Verzögerungszeit, die aus zwei hintereinandergeschalteten Gatterschaltgliedern einer logischen Schaltkreisfamilie unter Verwendung eines extern zwischen die beiden Gatterschallglieder eingeschalteten RC-Glicdes und einer Rückführung des Ausgangssignals an den einen Eingang des ersten Gatterschaltgliedes aufgebaut ist.The object of the invention is a monostable multivibrator with a delay time that can be varied over a wide range, which is made up of two series-connected gate switching elements of a logic circuit family using an RC element connected externally between the two gate sounding elements and a return of the output signal to one input of the first gate switching element.
Zur Realisierung logischer Schaltungen bedient man sich in der Datentechnik im zunehmenden Maße monolitisch integrierter logischer Komponenten.For the implementation of logic circuits, data technology is increasingly being used monolithically integrated logical components.
Fine der dabei zur Anwendung gelangenden logischen Schaltkreisfainilien ist die Tiansistor-Transistor-Logik, TTL-Technik genannt. Diese Technik besitzt die Vorzüge, daß sie gegenüber anderen Prinzipien sehr preisgünstig in den Komponenten ist. eine große Störsicherheit besitzt und eine große Umschaltgeschwindigkeit aufweist. Beim Aufbau einer monostabilen Kippschaltung mit logischen Komponenten einer Schallkrcisfamilie wird extern an die Gatterschallglicclcr ein ftC-Glicd angeschaltet. Dabei stellt sich heraus, daß der in der logischen »O«-Lage geringe Eingangswiderstand der Gatterschaltglieder hinderlich ist. wenn große Verzögerungszeiten gewünscht werden. Da man aber andererseits innerhalb einer mit logischen Komponenten einer Schaltkreisfamilie realisierten Schaltung nicht ohne Schwierigkeiten auf relativ langsame und aufwendige, da mit konventionellen Einzelbauteilen aufgebaute, Zeitglieder zurückgreifen kann, besteht der Wunsch, das bereits bekannte Prinzip zur Bildung einer monostabilen Kippschaltung aus zwei Gattern und einem zusätzlichen zeitbestimmenden WC-Glied so abzuändern, daß auch große Verzögerungszeiten zu realisieren sind. One of the logical circuit components used is the transistor transistor logic, Called TTL technology. This technique has the advantages of being very much over other principles is inexpensive in terms of components. a great immunity to interference and has a high switching speed. When building a monostable Toggle switching with logical components of a sound circuit family is sent externally to the gate sound circuit an ftC-Glicd switched on. It turns out that the in the logical "O" position is small Input resistance of the gate switching elements is a hindrance. if long delay times are required. On the other hand, since one realized within one with logical components of a circuit family Circuit not without difficulties on relatively slow and complex, since with conventional Individual components can fall back on timing elements, there is a desire to use the already known principle to form a monostable trigger circuit from two gates and an additional time-determining WC element to be changed in such a way that long delay times can also be implemented.
Die Lösung besteht darin, daß zwischen dem WC-Glied und dem Eingang des zweiten Gatterschaltgliedes ein Impedanzwandler mit hohem Eingangswiderstand und mit niedrigem Ausgangswiderstand eingeschaltet ist, daß der Eingang des Impedanzwandlers parallel zum Widerstand des /?C-Gliedes angeordnet ist und daß die Ausgangselektrode des Impedanzwandlers an dem einen Eingang des zweiten Gatterschaltgliedes und über einen Widerstand an der Betriebsspannung anliegt.The solution is that between the WC element and the input of the second gate switching element an impedance converter with high input resistance and with low output resistance is switched on, that the input of the impedance converter is arranged parallel to the resistance of the /? C element and that the output electrode of the impedance converter is at one input of the second gate switching element and connected to the operating voltage via a resistor.
Die neue Schaltung besitzt den Vorteil, daß die Verzögerungszeit leicht durch Verändern des Widerstandes des RCGliedes eingestellt wird, ohne daß ein Einfluß auf die Flankensteilheit der Ausgangsimpulse feststellbar ist. Die monostabile Kippschaltung ermöglicht Verzögerungszeiten von über einer Minute. Die Erholzeit bis zur Wiederbereitschaft ist sehr klein. Die Schaltung besitzt einen verbesserten Schutz des Eingangs des Gatterschaltgliedes gegen negative Spannungsspitzen während des Umschaltvorgangs, hervorgerufen durch die Kondensatorumladungen. Die monostabil Kippschaltung kann auch bei großen Verzögerungszeiten über den zweiten Eingang des zweiten Gattergliedes einfach eingestellt werden, so daß entweder ein Ansprechen der Kippschaltung verhindert wird oder die Kippschaltung vor dem Ende der Verzögerungszeit in die Ruhestellung zurückkehrt.The new circuit has the advantage that the delay time can be easily changed by changing the resistance of the RC element is set without affecting the edge steepness of the output pulses is detectable. The monostable multivibrator enables delay times of over one minute. the The recovery time to readiness is very short. The circuit has an improved protection of the input the gate switching element against negative voltage peaks during the switching process, caused by the capacitor charge reversal. The monostable multivibrator can also be used with long delay times can be easily set via the second input of the second gate element, so that either the triggering of the trigger circuit is prevented or the trigger circuit is prevented before the end of the delay time returns to the rest position.
Einzelheiten der Erfindung werden an Hand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, erläutert.Details of the invention are based on an embodiment that is shown in the figures, explained.
F i g. 1 zeigt eine bekannte monostabile Kippschaltung in einer Schaltkreistechnik.F i g. 1 shows a known one-shot multivibrator in circuit technology.
F i g. 2 zeigt die neue monostabile Kippschaltung.F i g. 2 shows the new monostable multivibrator.
Im stabilen Zustand der monostabilen Kippschaltung in F i g. 1 liegt am Eingang Ei des Gatterschaltgliedes G 1 die hohe Spannung »L« an. Da der Kondensator C die beiden Schaltgliedcr Gi und Gl voneinander trennt, wird der Eingang 4 des zweiten Schaltgliedes G 2 über den Widerstand R mit der niedrigen Spannung »0« verbunden. Bei den beiden Gatterschallglicdcrn handelt es sich um NAND-Glieder. Am Rückstelleingang El des Gattergliedes Gl liegt der Spannungswerl »Im an. Am Ausgang A des Gattergliedes Gl entsteht daher die Spannung »L«. Diese wird an den Eingang 2 des Gattergliedes G I zurückgeführt. An den Eingängen des Gattergliedes liegt somit die Spannung »L« und daher am Ausgang 3 die Spannung »0«. Gelangt an den Eingang El kurzzeitig ein Steuerimpuls mit der Spannung »0«, so springt die Spannung am Ausgang 3 auf den Wert »/.«. Über den Kondensator C'wird diese Spannung »L« sofort an den Eingang 4 des /.weiten Gattergliedes Gl gebracht, so daß auch die Spannung am Ausgang A auf den Wert »0« geht. Durch die Rückführung von A nach 2 wird dieser Zustand auch nach dem Ende des kurzzeitig an C! anliegenden negativen Impulses aufrecht erhalten. Erst wenn der Kondensator C vom Ausgang 3 des Gatterschallgliedes G 1 über den Widerstand R soweit auf-In the stable state of the monostable multivibrator in FIG. 1, the high voltage "L" is present at the input Ei of the gate switching element G 1. Since the capacitor C separates the two switching elements Gi and Gl from one another, the input 4 of the second switching element G 2 is connected to the low voltage "0" via the resistor R. The two gate sound elements are NAND elements. The voltage value »Im is applied to the reset input El of the gate element Gl. The voltage "L" therefore arises at the output A of the gate element Gl. This is fed back to the input 2 of the gate element G I. The voltage “L” is thus applied to the inputs of the gate element and therefore the voltage “0” is applied to output 3. If a control pulse with the voltage "0" is briefly applied to input El, the voltage at output 3 jumps to the value "/.". This voltage "L" is immediately applied to the input 4 of the second gate element Gl via the capacitor C ', so that the voltage at the output A also goes to the value "0". By returning from A to 2, this state is also briefly transferred to C! sustained negative impulse. Only when the capacitor C from the output 3 of the gate sound element G 1 via the resistor R so far
geladen ist, daß die Schwellspannung am Eingang 4 des Gauers G 2 unterschritten wird, springt die Spannung am Ausgang A wieder auf den Wert »Lh zurück. Ober den Eingang 2 wird auch der Ausgang 3 des Gatters C 1 wieder auf den Spannungswert »0« geschaltet. Die Dauer des am Eingang El anliegenden Steuerimpulses ist so klein zu wählen, daß auch an E1 wieder die Spannung »Z.« liegt, wenn am Eingang 2 die Spannung »L« eintrifft. Nach der Entladung des Kondensator C über den Widerstand R ist der ursprüngliche stabile Zustand ;o der Schaltung wieder hergestellt. Es besteht noch die Möglichkeit, die monostabile Kippschaltung über den Rückstelleingang £2 zu steuern und zwar derart, daß ein Spannungs'vert angelegt wird, der abwechselnd die Werte »0« und »i.« annimmt. Liegt für die Zeitdauer des neg.-uiven Auslösesignals an der Klemme Ei gleichzeitig am Eingang E2 die Spannung »0« an, so wird ein Ansprechen der monostabilen Kippschaltung verhindert und am Ausgang A erscheint weiterhin das Potential »L«. Durch das Anlegen des Potentials »0« während der Verzögerungszeit, also nachdem die monostabile Kippschaltung durch einen negativen Impuls am Eingang Ei angesprochen hat, wird die Schaltung unmittelbar in die Ruhestellung zurückgesteuert, so daß am Ausgang A wieder der Spannungswert »L« entsteht.is loaded so that the threshold voltage at input 4 of Gauer G 2 is undershot, the voltage at output A jumps back to the value »Lh . Output 3 of gate C 1 is also switched back to voltage value "0" via input 2. The duration of the control pulse applied to input El should be selected to be so short that voltage "Z." is also applied to E 1 again when voltage "L" arrives at input 2. After the discharge of the capacitor C through the resistor R , the original stable state is restored; o the circuit is restored. It is also possible to control the monostable multivibrator via the reset input £ 2 in such a way that a voltage value is applied which alternately assumes the values "0" and "i.". If the voltage "0" is simultaneously applied to input E2 for the duration of the negative-uive trigger signal at terminal Ei , the monostable multivibrator is prevented from responding and the potential "L" continues to appear at output A. By applying the potential "0" during the delay time, i.e. after the monostable multivibrator has responded by a negative pulse at input Ei , the circuit is immediately returned to the rest position, so that the voltage value "L" is again generated at output A.
Bei der in F i g. 1 gezeigten Schaltung führen die Umladevorgänge am Kondensator C dazu, daß die Eingangsspannung für das Gatterschaltglied G 2 unter 0 Volt absinkt und somit die Gefahr eines pn-Durchbruchs für die Eingangsschaltung des Gatters G 2 besteht. Die mit dieser Schaltung erreichten Verzögerungszeiten sind begrenzt. So darf der Widerstand R nicht zu groß gewählt werden, da der Eingangsstrom der Gatterschallglieder beim Spannungswert »0« groß ist. Der Widerstand kann nicht beliebig erhöht werden, da ansonsten der Störabstand der Schaltung verringert wird. Auch der Kondensator darf nicht beliebig groß gewählt werden, da ansonsten der Umladestrom nicht aufgebracht werden kann. Die maximal erreichbaren Verzögerungszeiten sind daher mit 1 Sekunde begrenzt. In the case of the FIG. 1, the charge reversal processes at the capacitor C lead to the input voltage for the gate switching element G 2 falling below 0 volts and thus the risk of a pn breakdown for the input circuit of the gate G 2 . The delay times achieved with this circuit are limited. The resistance R must not be selected too high, since the input current of the gate sound elements is high at the voltage value "0". The resistance cannot be increased arbitrarily, otherwise the signal-to-noise ratio of the circuit is reduced. The capacitor must not be of any size either, since otherwise the charge reversal cannot be applied. The maximum achievable delay times are therefore limited to 1 second.
Die F i g. 2 zeigt die monostabile Kippschaltung gemäß der Erfindung. Der zwischen das zeitbestimmende /?C-Glied und dem Eingang 4 des Gatterschaltgliedes G 2 geschaltete pnp-Emitterfolger T\ sorgt für eine Entkopplung. Der Widerstand R wird in dieser Schaltung nur vom Ladestrom des Kondensators C durchflossen, da der Basisstrom des Transistors 7"1 vernachläßigt werden kann, so lange die Spannung am Eingang 4 des Gatters G" 2 die Schwelle für das Potential »0« noch nicht überschritten hat und wenn der EmitterThe F i g. 2 shows the monostable multivibrator according to the invention. The pnp emitter follower T \ connected between the time-determining /? C element and the input 4 of the gate switching element G 2 ensures decoupling. In this circuit, resistor R is only traversed by the charging current of capacitor C , since the base current of transistor 7 "1 can be neglected as long as the voltage at input 4 of gate G" 2 has not yet exceeded the threshold for potential "0" has and if the emitter
widerstand Re hinreichend groß gewählt wird. Für den Widerstand R erhält man die obere Grenze, wenn man berücksichtigt, daß der Strom am Gattereingang 4 im Zus'.and »0« den Basisstrom des Transistors Ti bestimmt, der über den Widerstand R abgeleitet werden muß. Da zu diesem Zeitpunkt die Verzögerungszeit der monostabilen Kippschaltung bereits abgelaufen ist. bedeutet dies keine unmittelbare Einschränkung in der Wahl der Zeitkonstante. Der Transistor T\ in der Anordnung nach F i g. 2 übernimmt neben der beschriebenen Entkopplung auch das Abtrennen der nach F i g. 1 für das Galterschaltglied schädlichen negativen Impulsspitzen bei den Umladevorgängen des Kondensators, indem die Basis-Kollektor-Diode leitend wird. Das Potential des mit dem Gatter verbundenen Emitters sinkt dabei nicht unter das Potential des Kollektors ab. womit eine völlige Abtrennung der Schaltspitze möglich ist. Ein den Strom der Basis-Kollektor-Strecke begrenzender Widerstand r kann zwischen dem Kondensator C und dem Basisanschluß eingefügt werden, ohne daß dadurch die Schal'.vorgänge ungünstig beeinflußt werden. resistance Re is chosen to be sufficiently large. The upper limit is obtained for the resistor R if one takes into account that the current at the gate input 4 in the context of "0" determines the base current of the transistor Ti , which must be derived via the resistor R. Since at this point in time the delay time of the monostable multivibrator has already expired. this does not mean any immediate restriction in the choice of the time constant. The transistor T \ in the arrangement according to FIG. In addition to the described decoupling, 2 also takes over the separation of the according to FIG. 1 negative pulse peaks harmful to the Galter switching element during the charge reversal processes of the capacitor, in that the base-collector diode becomes conductive. The potential of the emitter connected to the gate does not drop below the potential of the collector. with which a complete separation of the switching tip is possible. A resistor r limiting the current in the base-collector path can be inserted between the capacitor C and the base connection without the switching processes being adversely affected.
Die monostabile Kippschaltung gemäß der Erfindung bietet damit die Möglichkeit, das zeitbestimmende ßC-Produkt um den Faktor der Gleichstromverstärkung gegenüber der bekannten Anordnung zu vergrößern. An Stelle des pnp-Emiiterfolgers kann auch eine andere Schaltungskonfiguration treten, die bei einem hohen Eingangswiderstand einen niedrigen Ausgangswiderstand liefert. So eignet sich jeder Impedanzwandler, der einen hohen Eingangswiderstand und einen niedrigen Ausgangswiderstand besitzt. Verwendbar ist beispielsweise die Darlington-Emitterfolger-Schaltung auch in einer Form bei der durch abwechslungsweise Verwendung von pnp- und npn-Transistoren die Spannungen über die pn-Übcrgänge kompensiert werden und Feldeffekttransistoren. Bei letzteren wird wegen dss außerordentlich hohen Eingangswiderstandes der Ladevorgang vom nachfolgenden Gattereingang praktisch völlig entkoppelt. Durch die Verwendung von zweistufigen Impcdanzwandlern, die mit Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps (pnp/npn) ausgestattet sind, wird eine Kompensation der Temperatureinflüsse erreicht, so daß die monostabile Kippschaltung auch hohen Ansprüchen an die Temperaturkonstanz genügt.The monostable multivibrator according to the invention thus offers the possibility of the time-determining ßC product by the factor of the direct current gain to enlarge compared to the known arrangement. Instead of the pnp emitter a different circuit configuration occurs, which has a low input resistance when the input resistance is high Output resistance supplies. So any impedance converter that has a high input resistance is suitable and has a low output resistance. The Darlington emitter follower circuit, for example, can be used also in a form with the alternating use of pnp and npn transistors, the voltages across the pn junctions be compensated and field effect transistors. In the case of the latter, because of the dss, it becomes extraordinarily high Input resistance, the charging process is practically completely decoupled from the subsequent gate input. By using two-stage impedance converters with transistors of different conductivity types (pnp / npn), a compensation of the temperature influences is achieved, see above that the monostable multivibrator also meets high demands on the temperature constancy.
Für den Aufbau der monostabilen Kippschaltung sind nicht ausschließlich NAND-Gatter erforderlich. So kann beispielsweise eine monostabile Kippschaltung mit zwei NOR-Gattern oder einem UND-Gatter und einem ODER-Gatter aufgebaut werden.NAND gates are not exclusively required for the construction of the monostable multivibrator. So can, for example, be a monostable multivibrator with two NOR gates or one AND gate and an OR gate.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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