Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik wie viele Transistoren braucht ein D-FF


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von chris_ (Gast)


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Ich würde gerne wissen, wie viele Transistoren ein für ein 
flankengetriggertes D-Flip-Flop gebraucht werden.

Hat jemand eine Ahnung? Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Text:

: Gesperrt durch Moderator
von John D. (Gast)


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Die Antwort ist leicht zu bestimmen. Aber das ist wohl eine 
Schulaufgabe?

Ansonsten hättest du irgendeine Zusatzinfo gegeben. Bspw. welche 
Technologie, willst du wirklich das Minimum wissen, oder die 
üblicherweise genutzte Zahl und: wozu beötigst du diese Zahl?

von Armin_KA (Gast)


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von klingel (Gast)


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chris_ schrieb:
> Ich würde gerne wissen, wie viele Transistoren ein für ein
> flankengetriggertes D-Flip-Flop gebraucht werden.

25 dürften ausreichen.

>
> Hat jemand eine Ahnung? Screenshots im PNG- oder
> GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
> Text:

Ja, das wußte ich aber schon.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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von Peter D. (peda)


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Früher war man sparsamer.
Ein Teiler 2:1 brauchte 2 Transistoren, ein Dezimalzähler 8.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Peter Dannegger schrieb:
> Ein Teiler 2:1 brauchte 2 Transistoren

Das ist aber ein RS-Flipflop, kein D-Flipflop.

Außerdem nicht komplementär (CMOS), sonst bräuchte auch das schon vier.
Der offensichtliche Nachteil dieser „sparsamen“ Variante sollte dir
klar sein. ;-)

: Bearbeitet durch Moderator
von Peter D. (peda)


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Jörg Wunsch schrieb:
> Der offensichtliche Nachteil dieser „sparsamen“ Variante sollte dir
> klar sein. ;-)

Welcher Nachteil, die konnten damals schon bis 5MHz teilen.

von Helmut L. (helmi1)


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http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74s74.pdf

Hier sogar mit Schaltplan des Flipflops auf Seite 3.
Nur nachzaehlen must du selber.

von chris_ (Gast)


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Peter Dannegger (peda)
>Früher war man sparsamer.
>Ein Teiler 2:1 brauchte 2 Transistoren, ein Dezimalzähler 8.

Oh, das kling hoch interessant. Hast Du da einen Schaltplan?

Lothar Miller (lkmiller)
>Die Inder schaffen das mit 6:
>http://www.ijarcce.com/upload/2014/march/IJARCCE2C...
Mich erstaunt ja schon der Transistorcount von 6 im indischen Artikel. 
Von einer "GDI" Technik habe ich vorher noch nie etwas gehört.

Jörg Wunsch (dl8dtl)
> Außerdem nicht komplementär (CMOS),
Ich bin noch unentschieden ob CMOS, Bipolar, push/pull oder ohne. Erst 
einmal interessiert mich die minimale Anzahl um zu sehen, was möglich 
ist.

von Peter D. (peda)


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chris_ schrieb:
> Oh, das kling hoch interessant. Hast Du da einen Schaltplan?

Vom Prinzip her ist es diese Schaltung:

http://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/tim17.gif?81223b

Um daraus einen D-FF zu machen, müßte man die beiden 220k an D bzw. /D 
anschließen.
Hat man kein /D, braucht man noch einen 3. Transistor als Inverter.

Um damit in den MHz-Bereich zu kommen, muß man die Widerstände stark 
verringen und die Basisentladewiderstände nicht mit GND, sondern mit 
-UBB verbinden.

: Bearbeitet durch User
von mse2 (Gast)


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Jörg Wunsch schrieb:
> Peter Dannegger schrieb:
>> Ein Teiler 2:1 brauchte 2 Transistoren
>
> Das ist aber ein RS-Flipflop, kein D-Flipflop.
>
> Außerdem nicht komplementär (CMOS), sonst bräuchte auch das schon vier.
> Der offensichtliche Nachteil dieser „sparsamen“ Variante sollte dir
> klar sein. ;-)
Neenee, ich denke er meint zumindest ein Toggle-Flipflop. Das kann man 
mit nur zwei Transistoren aufbauen. Allerdings braucht man dann noch ein 
Netzwerk auf Widerständen, Kondensatoren und zwei Dioden.
Ist also auch nicht wirklich bauteilesparend.

von chris_ (Gast)


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Peter Dannegger (peda)
>Vom Prinzip her ist es diese Schaltung:
>http://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/tim1...

Danke dafür. Damit kann man vermutlich einen Binärzähler bauen. 
Allerdings müsste man noch eine "Impulsformungsstufe" dazwischen 
schalten um für die nächste Stufe aus dem statischen Signal wieder einen 
Impuls zu kriegen. Ich vermute das man das mit RC-Hochpass und noch 
einem Transistor hin bekommen könne. Damit wäre für einen Binärzähler 3 
Transistoren pro Bit notwendig.

mse2 (Gast)
>Neenee, ich denke er meint zumindest ein Toggle-Flipflop. Das kann man
>mit nur zwei Transistoren aufbauen. Allerdings braucht man dann noch ein
>Netzwerk auf Widerständen, Kondensatoren und zwei Dioden.
>Ist also auch nicht wirklich bauteilesparend.

Das wären aber immer noch deutlich weniger Bauteile als in dem oben von 
Helmut verlinkten

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74s74.pdf

von Stefan F. (Gast)


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Es geht mit 4 Transistoren, wenn man es in DTL Technik macht.

http://www.bisonacademy.com/ECE321/Lectures/28%20DTL%20Logic.pdf
Seite 3

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Peter Dannegger schrieb:
>> Der offensichtliche Nachteil dieser „sparsamen“ Variante sollte dir
>> klar sein. ;-)
>
> Welcher Nachteil

Der statische Stromverbrauch.

Durch die Verdoppelung der Transistoranzahl (CMOS) sinkt er auf 0.

von chris_ (Gast)


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tefan Us (stefanus)
>Es geht mit 4 Transistoren, wenn man es in DTL Technik macht.
>http://www.bisonacademy.com/ECE321/Lectures/28%20D...

Das Flip-Flop auf Seite 3 ist aber ein Takzustandgesteuertes FF und 
damit nicht direkt für einen Zähler verwendbar.

Aus 
http://de.wikipedia.org/wiki/Flipflop#Taktzustands-_und_taktflankengesteuerte_Flipflops 
:

"Einfache taktzustandsgesteuerte Flipflops reagieren während der 
gesamten aktiven Taktphase auf die Eingangssignale und reichen deren 
Änderungen zum Ausgang durch. Solche transparenten taktpegelgesteuerten 
Bausteine sind nicht direkt rückkopplungsfähig. Es ist zu beachten, dass 
man vor allem in der englischsprachigen Literatur diese transparenten 
Flipflops als Latch (was übersetzt „Riegel“ oder „Verriegelung“ 
bedeutet), bezeichnet."

von Stefan F. (Gast)


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>  ist aber ein Takzustandgesteuertes FF

Oh ja, ich hatte nicht berücksichtigt, dass ein flankengetriggertes 
Flipflop gefragt war.

von Helmut L. (helmi1)


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chris_ schrieb:
> Das wären aber immer noch deutlich weniger Bauteile als in dem oben von
> Helmut verlinkten

Transistoren brauchen auf einem Chip weniger Platz als Widerstaemde. 
Auch geht es darum das die Flipflops schnell werden. Das braucht halt 
mehr Transistoren.

von chris_ (Gast)


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In meiner LT-Spice-Simulation toggled nichts. Hat jemand eine Idee?

von chris_ (Gast)


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Hier noch die Schaltung.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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chris_ schrieb:
> In meiner LT-Spice-Simulation toggled nichts. Hat jemand eine Idee?

Ja :)

Nimm "richtige" Transistoren und Dioden (z.B. BC547C und 1N4148), dann
toggelt die Schaltung.

Um Das Flipflop gleich zu Beginn in einen stabilen Zustand kippen zu
lassen, gibst du den beiden Kondensatoren per IC eine leicht voneinander
abweichend initiale Spannung (bspw. 0 und 1µV) vor.

: Bearbeitet durch Moderator
von markus (Gast)


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>ALso anstatt ein paaar transistoren zu nutzen

Oder noch besser: gleich ein anderes Hobby suchen, dann braucht man sich 
gar nicht mit Transistoren zu beschäftigen.

von chris_ (Gast)


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>Nimm "richtige" Transistoren und Dioden (z.B. BC547C und 1N4148), dann
>toggelt die Schaltung.

Danke, jetzt funktioniert's. Du hast die C-Versionen der Transistoren 
vorgeschlagen. Ich nehme an, wegen der hohen Stromverstärkung?

von chris_ (Gast)


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Wenn ich die Pulsbreite auf 3us und die Wiederholrate auf 10us stelle, 
funktioniert das FF gerade noch so.
Damit ist also eine Schaltfrequenz von 100kHz trotz der hohen 
Widerstände möglich.

von genialererfinder (Gast)


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chris_ schrieb:
> Ich würde gerne wissen, wie viele Transistoren ein für ein
> flankengetriggertes D-Flip-Flop gebraucht werden.

Es ist leider nicht ganz klar worauf die Frage zielt, diskreter oder 
integrierter Aufbau, Rahmenbedingungen und Anforderungen wie 
Stromverbrauch, Ausgangslast, Flankensteilheit...

Wenn es um diskreten Aufbau mit möglichst wenig Transistoren geht (warum 
auch immer man daran heute Interesse haben sollte...),dann schaut man 
sich am besten Schaltpläne von Rechnern an, die gebaut wurden als 
Transistoren mit die teuersten Bauelemente waren.

In dem PDF www.cs.ubc.ca/~hilpert/eec/calctd/Canon161.pdf von dieser 
Seite: http://www.cs.ubc.ca/~hilpert/eec/calcs/Canon161.html findet sich 
der reverse engineerte Plan eines solchen Rechners.

Auf Seite 5 ist der Aufbau der FlipFlops dargestellt.
Diese bestehen also grundsätzlich aus 2 Transistoren, ob daraus dann ein 
RS, D, T, JK -FF wird, bestimmt allein die Eingangsbeschaltung.
Bei den Transistoren handelt es sich offenbar um den Germaniumtyp 
2SB329.

von chris_ (Gast)


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genialererfinder (Gast)
>Wenn es um diskreten Aufbau mit möglichst wenig Transistoren geht (warum
>auch immer man daran heute Interesse haben sollte...),dann schaut man
>sich am besten Schaltpläne von Rechnern an, die gebaut wurden als
>Transistoren mit die teuersten Bauelemente waren.

Seht gut. Ich glaube das sind auch die Schaltungen, die Peter oben 
gemeint hat.
Ich kannte diese stark reduzierten Schaltungen nicht und finde es sehr 
interessant. Ich beschäftige mich auch ein wenig mit Retro-Comuputing 
und diese Prinzipien scheinen ja in Vergessenheit zu geraten. Man kann 
aber immer noch etwas davon lernen.

von Schlaumeier :P (Gast)


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nimm einfach einen IC hust ^^

von Helmut S. (helmuts)


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> Seht gut. Ich glaube das sind auch die Schaltungen, die Peter oben
> gemeint hat.

Superlösung. Nur 2 Transistoren und 14 weitere Bauteile die größer als 
die 2 Transistoren sind.  Also das geht vom Fächenbedarf her höchstens 
als 16 Transistor FF durch.

von Helmut L. (helmi1)


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Helmut S. schrieb:
> Superlösung. Nur 2 Transistoren und 14 weitere Bauteile die größer als
> die 2 Transistoren sind.

Wir sparen Bauteile, kostes was es wolle.

von chris_ (Gast)


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Transistor Computer sind nicht tot ;-)
http://megaprocessor.com/progress.html

von Henrik H. (Firma: TU Chemnitz) (heha)


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Wie man auch an der Antwort mit „Historische FF“ sieht, gab es früher 
kein D-Flipflop. Ein Grund liegt darin, dass es — unter der Maßgabe, 
Transistoren zu sparen — leichter ist, ein J-K-Flipflop mit einander 
invertierten Signalen an J und K zu speisen und das Quellsignal, was ja 
zumeist aus einem anderen Flipflop kommt, gefälligst mit zwei Drähten 
anzuschließen. Notfalls mit zwei kombinatorischen Logiken; Dioden 
waren billiger.

Aus einem J-K-Flipflop entsteht ein D-Flipflop durch Invertieren des 
Eingangssignals D und Bereitstellung als K (und J = D ohne 
Invertierung). Also ein dritter Transistor zum Invertieren, um die 
ursprüngliche Frage zu beantworten.

Die Ausführungen mit dem Toggle-Flipflop = Frequenzteiler und deren 
LTSpice-Simulation zeigen, wie früher Digitaluhren (bspw. mit 
Nixieröhren) gebaut wurden; es ging im Transistorzeitalter mit 
überschaubarem Aufwand auch ohne Schaltkreise, und war durchaus 
sparsamer als eine Lösung mit dem (damals bereits ziemlich schnellen) 
D-Flipflop-IC SN7474, sowohl bei den Kosten als auch beim 
Energieverbrauch.

Ein Grundsatz zum Merken: Ein (statisches) Speicherelement baucht IMMER 
(mindestens) zwei Transistoren oder Röhrentrioden und war in der 
Vergangenheit wahnsinnig aufwändig und teuer, verglichen mit einem 
Radioempfänger, wo man pro Verstärkerstufe nur ein derartiges Bauelement 
braucht. Einen Thyristor kann man sich als Schaltung aus npn- und 
pnp-Transistor vorstellen und ist daher ebenfalls als Speicher 
brauchbar, aber schwierig zu toggeln. Tunneldioden und andere Zweipole 
mit einem Abschnitt mit negativem differenziellen Widerstand (das ist 
letztlich entscheidend, da sich so zwei Arbeitspunkte einstellen können) 
sind ebenso wie Thyristoren als Speicher brauchbar, da ist es bei der 
Theorie geblieben.

Alle weiteren Implementierungen mit mehr Transistoren dienen der 
Vereinfachung der Integration und der Senkung des Energieverbrauchs, 
bezogen auf die maximale Taktfrequenz. Und da Energie sparen wichtig 
ist, nimmt man dafür heutzutage nur noch integrierte Schaltkreise.

: Bearbeitet durch User
von Axel S. (a-za-z0-9)


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Nach über 8 Jahren?

von Enrico E. (pussy_brauser)


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mse2 schrieb:
> Neenee, ich denke er meint zumindest ein Toggle-Flipflop. Das kann man
> mit nur zwei Transistoren aufbauen.

Ein Transistor genügt auch schon.

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