DE2019804C3 - Monolithisch integrierbare monostabile Kippschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine monolithisch integrierbare monostabile Kippschaltung entsprechenddem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

ίο Eine solche Schaltung ist in der US-PS 34 84 624 beschrieben. Sie hat gegenüber den nach dem Prinzip der Eccles-Jordan-Schaltung aufgebauten monostabilen Kippschaltungen den Vorteil der Unempfindlichkeit gegen auf die Versorgungsleitungen gelangende Störimpulse sowie den Vorteil, daß die Erho!ungszeit 2 '.vischen zwei von der Schaltung gelieferten Sekundärimpulsen im Vergleich zu den anderen bekannten monostabüen Kippschaltungen sehr kurz ist. Eine aus der DE-PS 12 57 833 bekannte monostabile Kippschaltung ist ebenfalls aus einer unter Verwendung einer Verzögerungsstufe rückgekoppelten bistabilen Kippstufe aufgebaut Jedoch weicht die Art der Rückkopplung bei den Anordnungen gemäß dieser Vorveröffentlichung gegenüber der im vorliegenden Fall zu verwendenden Rückkopplung ab.

Nachteilig für die monostabüen Kippschaltungen der in der US-PS 34 84 624 und der DE-PS 12 57 833 beschriebenen Art ist die Tatsache, daß der die bistabile Kippstufe triggernde, d. h. an ihren ersten Signaleingang

jo zu legende Schaltimpuls kürzer als die Schaltzeit der durch die bistabile Kippstufe mit Rückkopplung gegebenen monostabilen Kippschaltung sein muß, damit sich nicht der Einfluß unterschiedlich langer Schaltimpulse auf die Länge der gelieferten Sekundärimpulse bemerkbar macht. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Eingangsschaltung zu schaffen, die für die bekannten monostabüen Kippschaltungen kurze Eingangsimpulse liefert und einen monolithischen Schaltungsaufbau, der mit geringem Aufwand realisierbar ist, ermöglicht.

Sie wird auf die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebene Weise gelöst.

Die der bistabilen Kippstufe vorgeschalteten Schaltungsteile einer erfindungsgemäßen monostabüen Kippschaltung bilden einen Impulsformer, der die an den Eingang der Schaltung angelegten Schaltimpulse beliebiger Gestalt und Länge so umformt und an den ersten Eingang der bistabilen Kippstufe legt, daß die Schaltimpulse keinen Einfluß auf die Länge der Sekundärimpulse nehmen können. Außerdem sind gegenüber den nach dem Eccles-Jordan-Prinzip aufgebauten monostabüen Kippschaltungen die durch eine Schaltung nach der US-PS 34 84 624 gegebenen Vorteile gesichert und bei Anwendung einer Ausgestaltung gemäß dem Patentanspruch 2 weiter ausgebaut.

Schaltungsmäßig stellt der Impulsformer eine monostabile Kippstufe nach dem Eccles-Jordan-Prinzip dar, bei der jedoch im Gegensatz zu den bekannten Eccles-Jordanschaltungen kein Kondensator vorgese-

bo hen sondern ausschließlich die Kapazität einer Diode ausgenutzt ist.

Gegenüber Rauschspitzen in der Versorgungsspannung unempfindliche monostabile Kippschaltungen sind auch in den Literaturstellen »IBM Techn. Disci. Bull.« 11,

b-> No. 4 (Sept. 1968). S. 371/372 und »IBM Techn. Discl. Bull.« Il, No. 5 (Oct. 1968), S. 528 beschrieben. Bei diesen Kippschaltungen ist der Signalcingang unter Verwendung eines Eingangswiderstandes mit der Basis eines

mit seinem Emitter auf Masse liegenden ersten npn-Transistors verbunden. Der über einen ersten Lastwiderstand an der Versorgungsspannung liegende Kollektor des ersten npn-Transistors ist über einen Kondensator mit der Anode einer Diode und die Kathode dieser Diode ist mit der Basis eines zweiten npn-Transistors verbunden. Zwischen den Kondensator und die Diode ist das eine Ende eines zweiten Lastwiderstandes geschaltet, dessen anderes Ende mit der Versorgunssspannung verbunden ist. Der mit ι ο seinem Emitter ebenfalls auf Masse liegende zweite npn-Transistor ist mit seinem Kollektor über einen dirtten Lastwiderstand mit der Versorgungsspannung und über einen Widerstand mit der Basis des ersten npn-Transistors verbunden. Der Kollektor des zweiten npn-Transistors ist der Signaleingang. Die Rauschunempfindlichkeit wird durch eine zwischen dem Kollektor des ersten npn-Transistors und dem ersten Lastwiderstand liegende Diode bzw. durch einen zwischen den Kollektor des ersten npn-Transistors und die Basis des zweiten npn-Transistors geschalteten Widerstand bewirkt Diese bekannten Kippschaltungen, verwenden, wie auch die aus der DE-AS 12 Z- 889 und der Literaturstelle »Radio-Mentor« (1969) 8, S. 545, bekannten monostabilen Kippschaltungen, bei denen i^r> ebenfalls Dioden vorgesehen sind, einen Kondensator als zeitbestimmendes Glied.

Die zwischen dem Signaleingang und dem ersten Eingang der bistabilen Kippstufe bei einer monostabilen Kippschaltung gemäß der Erfindung vorgesehene und als Impulsformer wirkende Eingangsstufe erhält ihre Störsicherheit, indem die dynamische Rückkopplung zwischen dem Kollektor ihres ersten npn-Transistors und der Basis ihres zweiten npn-Transistors ausschließlich durch eine Diode gegeben ist Diese Diode ist im Ruhezustand leitend. Störungen durch Spannungsimpulse in der Versorgungsspannung sind dadurch unwirksam. Erst beim Anlegen eines Schaltimpulses am Eingang des Impulsformers wird die Diode aufgrund der angegebenen Schaltung gesperrt und wirkt als Kapazitat.

Die von einer monolithisch integrierbaren Diode gelieferte Kapazität ist erfahrungsgemäß ausreichend, um im Verband mit den übrigen integrierten Schaltungsteilen des Impulsformers den für die Ansteuerung der nachfolgenden bistabilen Kippstufe erforderlichen Impuls zu liefern. Dies gilt vor allem, wenn die bistabile Kippstufe als Flip-Flop ausgebildet ist, das bekanntlich durch sehr kurze Impulse gekippt werden kann. Die Dauer des von der monostabilen Kippschaltung gemäß der Erfindung gelieferten <md am ersten Ausgang der bistabilen Kippstufe abgegebenen Sekundärimpulses ist hingegen du.ch deren Rückkopplung festgelegt.

Die aus den Ansprüchen 1 und 2 ersichtliche Ausbildung des Zeitgliedes, d. h. des /?C-Gliedes und des μ diesen steuernden Transistors sowie des Differenzverstärkers und dessen Rückkopplung auf den zweiten Eingang der bistabilen Kippstufe, haben eine Reihe von Vorteilen, die zwar zum Teil aus der obengenannten US-PS bekannt sind, die jedoch der Vollständigkeit t>o halber hier aufgeführt werden sollen:

I. Der Kondensator des zeitbestimmenden RC-GWcdes liegt an einer Seite auf Bezugspotential und wird nur in einer Richtung aufgeladen. Dadurch μ können auch gjpolte Kondensatoren verwendet werden, wodurch sich für die Dauer der Sekundärimpulse ein weiterer V jriationsbereich ergibt.

2. Der Kondensator des zeitbestimmenden RC'Gliedes findet bei seiner Entladung im wesentlichen nur den Bahnwiderstand der Emitter-Kcliektorstrecke des Transistors vor dem Zeitglied vor. Dadurch wird die sogenannte Totzeit, d. i. die Zeit, die nach dem Ende eines Impulses verstreichen muß, bis ein erneutes Auslösen eines Sekundärimpulses möglich ist, extrem klein gehalten.

3. Die Störsicherheit des die bistabile Kippstufe enthaltenden Ausgangsteiles der monostabilen Kippschaltung gemäß der Erfindung wird dadurch erreicht, daß der Kondensator des zeitbestimmenden ÄC-Gliedes durch den leitenden Transistor vor dem Zeitglied kurzgeschlossen ist und praktisch mit beiden Anschlüssen auf Bezugspotential liegt. Damit liegt auch der erste Eingang des Differenzverstärkers auf Bezugspotential, also weit unter der Ansprechschwelle, da am zweiten Eingang des Differenzverstärkers über den ohmschen Spannungsteiler eine relativ hohe Spannung steht und er nur anspricht, wenn beide EKangsspannungen gleich sind.

4. Da der Transistor vor dem Zeitglied auch im leitenden Zustand noch eine Restspannung in der Kollektor-Emitterstrecke aufweist, wird die Spannung, die am ersten Eingang des Differenzverstärkers in bezug auf das Bezugspotential aus dem soeben genannten Grund verbleibt, über den zweiten Eingang des Differenzverstärkers kompensiert. Dies geschieht durch »Hochlegen« des Fußpunktes des ohmschen Spannungsteilers, an dessen Teilerpunkt der zweite Eingang des Differenzverstärkers angeschlossen ist, über den im Anspruch 2 genannten weiteren Transistor. Dieser Transistor ist — vor allem bei monolithischer Realisierung der Schaltung — dem Transistor vor dem Zeitglied im Aufbau und in der Entstehungsgeschichte gleich. Sein Emitter liegt auf Bezugspotential, sein Kollektor am Fußpunkt der ohrrschen Spannungsteilers und seine Basis über einen ohmschen Widerstand am ersten Betriebspotential. Da dieser Transistor in jedem Fall leitend ist, sind beide Eingänge des Differenzverstärker im Ruhezustand der bistabilen Kippstufe im wesentlichen um die gleiche Restspannung angehoben.

Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der Figur, in der die entsprechende Schaltung gezeichnet ist, erläutert.

Als bistabile Kippstufe ist ein ÄS-Flip-Flop 16 mit den beiden Eingängen Sund Λ und den beiden Ausgängen Q und ζϊ vorgesehen. Über den Eingang S wird das Flip-Flop 16 »gestellt«, über den Ausgang R »rückgestellt«. Der Ausgang Q führt das Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung, also die Sekundärimpulse, während der Ausgang ^das invertierte Signal führt. An den Ausgang ζ? ist ein Zeitglied angeschlossen, das aus dem im Anspruch 2 an erster Stelle genannten Transistor 1, also einem npn-Transistor, aus einem Kondensator 2 und aus einem ohmschen Widerstand 3 besteht. Die Basis dieses npn-Transistors 1 liegt am Ausgang Q des Flip-Flops 16 und sein Emitter am Bezugspotential. Der Kondensator 2 liegt einerseits auf Bezugspotenial und andererseits über den ohmschen Widerstand 3 auf dem ersten Betriebspotcntial. Der Kollektor des Transistors 1 liegt am Verbindungspunkt des Kondensators 2 mit dem ohmschen Widerstand 3 des Zeitglieds. Mit dem Zeitglied ist ein Differenzver-

stärker 4 mit zwei Eingängen dergestalt verbunden, daß an den einen Eingang der Kollektor des Transistors 1 angeschossen ist. Der andere Eingang des Differenz-Verstärkers 4 liegt ?ni feilcrpunkt eines aus den ohmschen Widerständen 5 und 6 bestehenden Spanniingsteilers. der einerseits am ersten Betriebspotential liegt und andererseits an seinem Fußpunkt über die Kollcktor-Eniitter.slrecke des im Anspruch 2 genannten weiteren npn-Transislors mit dem Bezugspotenlial verbunden ist. Die Basis dieses weiteren npn-Transislors 7 ist über einen ohmschen Widerstand 18 an das erste Betriebspotential + gelegt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 4 ist mit dem Eingang R des Flip-Flops 16 verbunden.

Vor dem Flip-Flop 16 ist nun die nach dem Prinzip der Eccles-Jordan-Schaltungen aufgebaute monostabil und als Impulsformer wirksame Kippstufe vorgesehen.

Sie besteht aus den beiden im Kennzeichen des Anspruchs I aufgeführten an erster Stelle genannten ιιμπ-Τΐ ΗΐίΜΜυιen, nämlich dem ersten npu-TiaiiMsiur S und dem zweiten npn-Transistor 9 aus den vier — ebenfalls im Anspruch I aufgeführten — ohmschen Widerständen IO bis 13 und einer Diode 14. Die Basis des ersten Transistors 8 liegt einerseits über einen Vorwiderstand 15 am Signaleingang Λ der Gesamtschaltung und ist andererseits mit dem einen Anschluß eines Rückkopplungswiderstands 10 verbunden. Die Emitter der beiden Transistoren 8 und 9 liegen auf Bezugspotential, also Masse, und ihre Kollektoren über je einen Lastwiderstand 11 bzw. 13 am ersten Betriebspotential +. Die Veioindung der Basis des ersten Transistors 8 über den genannten ohmschen Rückkopplungswiderstand 10 mit dem Kollektor des zweiten Transistors 9 dient der dynamischen Rückkopplung des zweiten Transistors 9. Die Steuerung des zweiten Transistors 9 durch den Kollektor des ersten Transistors 8 erfolgt über die Diode 14, deren Anode am Kollektor des ersten Transistors 8 und deren Kathode sowohl mit der Basis des zweiten Transistors 9 verbunden als auch über den ohmschen Widerstand 12 an das erste Betriebspotential + gelegt ist. Der Kollektor des zweiten npn-Transistors 9 liegt am Fingang Sdes Flip-Flops 16.

Die Wirkungsweise der Schaltung ergibt sich wie folgt: Der Ausgang Q des Flip-Flops 16 liegt im

Ruhezustand auf dem Pegel »0«. Beim Eintreffen eines positiven Impulses am Eingang A der monostabilen Kippstufe erzeugt der Impulsformer, der. wie beschrieben, durch die Verwendung der Diode 14 slörsicher arbeilet, einen kurzen Impuls für den Eingang S des Flip-Flops 16. so daß dieses gestellt wird. Damit führt der Ausgang Q dann den Pegel und damit das Signal »1«. Gleichzeitig führt dann der Ausgang ζ) das Signal »0« und sperrt dadurch den Transistor 1, der im Ruhezusland des Flip-Flops 16 leitend war und den Kondensator 2 kurzgeschlossen hatte. Der Kondensator 2 lädt sich nun über den ohmschen Widerstand 3 auf. Die Aufladungszeit läßt sich durch Dimensionierung des durch den Widerstand 3 und den Kondensator 2 gebildeten /?C-Gliedes genau einstellen. Der Transistor 7 ist ständig leitend. Am zweiten Eingang des Differenzverstärkers 4 liegt eine Spannung entsprechend dem Teilerverhältnis des ohmschen Spannungsteilers. Wenn die Spannung am Kondensator 2, d. h. die

Spannung aiii ci'Sicii iZiiigaiig ueä DiffcrCTi/.verSiärkc-iS

4 gleich der am anderen Eingang liegenden Spannung geworden ist, stellt der Differenzverstärker 4 das Flip-Flop 16 über dessen Eingang R wieder in den Ausgangszusland zurück. Damit führt der Ausgang Q wieder das Signal »0« und der Ausgang Q das Signal »I«. Damit wird der Transistor 1 wieder leitend und der Kondensator 2 entladen.

Die Impulsdauer am Ausgang <?des Flip-Flops 16 und danri.'- am Ausgang der Gesamtschaltung erscheinenden Sekundärimpulse wird durch die Dimensionierung des flC-Gliedes und des ohmschen Spannungsteilers bestimmt. Das Teilerverhältnis des ohmschen Spannungsteilers läßt sich auch bei einer monolithisch integrierten Realisierung mit völlig ausreichender Genauigkeit realisieren und einstellen. Die beiden Transistoren 1 und 7 sind dann von gleicher Beschaffenheit und Entstehungsgeschichte. Dadurch sind ihre Restspannungen nahezu gleich. Beide Eingänge des Differenzverstärkers 4 sind bei leitendem Zustand der beiden Transistoren 1 und 7 um diese Restspannung in gleicher Weise angehoben. Es ist damit eine hohe Genauigkeit der Dauer der einzelnen Sekundärimpulse gegeben. Fertigungsstreuungen und Temperaturschwankungen sind dadurch ausgeglichen. Insbesondere als IC ist die erfindungsgemäße Schaltung universell anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Palentansprüche:

1. Monolithisch integrierbare monostabile Kippschaltung mit einem durch Schaltimpulse zu beaufschlagenden Signaleingang und einem die in der Kippschaltung erzeugten Sekundärimpulse liefernden Signalausgang sowie mit einem Eingang für ein erstes Betriebspotential und einem Eingang für ein als Bezugspotential (Masse) dienendes zweites Betriebspotential, bei der eine zwei Signaleingänge und zwei Signalausgänge aufweisende bistabile Kippstufe vorgesehen und an ihrem ersten Eingang durch Schaltimpulse beaufschlagt ist, bei der der erste Ausgang der bistabilen Kippstufe den die Sekundärimpulse liefernden Signalausgang bildet und der zweite Ausgang der bistabilen Kippstufe über ein RC-G\\ed auf den einen Eingang eines Differenzverstärkers und über den Differenzverstärker auf den zweiten Eingang der bistabilen Kippstufe geschaltet ist, bei der außerdem das RC-GWsd durch, die Reihenschaltung eines Widerstandes mit einem Kondensator gegeben ist und bei der schließlich die Verbindung zwischen dem zweiten Ausgang der bistabilen Kippstufe und dem /?C-Glied durch einen Transistor in Emitterschaltung gegeben ist, dessen Kollektor über den Teilerpunkt des RC-Gliedes an den einen Eingang des am anderen Eingang über den Teilerpunkt eines ohmschen Spannungsteilers gesteuerten Differenzverstärkers gelegt und dessen Basis mit dem zweiten Ausgang der bistabilen Kippstufe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Signaleingang (A) der monostabilen Kippschaltung einerseits über einen Rückkoppltingswiderstand (10) an den ersten Eingang (S) der bistaLJen Kippstufe (16) gelegt, andererseits mit der Basis eines mit seinem Emitter am Bezugspotential (Masse) liegenden ersten Transistors (8) verbunden ist, daß dabei der über einen ersten Lastwiderstand (11) am ersten Betriebspotential ( + ) liegende Kollektor des ersten Transistors (8) außerdem mit der Anode einer Diode (14) und die Kathode dieser Diode (14) einerseits mit der Basis eines zweiten Transistors (9) verbunden und andererseits über einen zweiten Lastwiderstand (12) an das erste Betriebspotential ( + ) geschaltet ist, daß ferner die beiden Transistoren (8, 9) vom gleichen Typ sind und daß schließlich der mit seinem Emitter ebenfalls am Bezugspotential liegende zweite Transistor (9) mit seinem Kollektor über einen dritten Lastwiderstand (13) mit dem ersten Betriebspotential ( + ) verbunden und außerdem unmittelbar an den ersten Eingang (S) der bistabilen Kippstufe (16) gelegt ist.

2. Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den zweiten Ausgang (Q) der bistabilen Kippstufe (16) beaufschlagte Transistor (1) vom selben Typ wie die beiden vom Signaleingang (A) gesteuerten Transistoren (8,9) ist und daß der ohmsche Spannungsteiler (5, 6) einerseits durch das erste Betriebspotential ( + ) beaufschlagt und andererseits mit dem Kollektor eines weiteren Transistors (7) vom gleichen Typ verbunden ist, dessen Emitter am Bezugspotential und dessen Basis über einen weiteren Widerstand (18) am ersten Betriebspotential ( + ) liegt.

3. Kippschaltung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signaleingang (A) über einen Vorwiderstand (IS) an die Basis des ersten Transistors gelegt ist