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Schieberegister mit Tunneldioden
Schieberegister mit Tunneldioden gemäss der Erfindung sind insbesondere als Doppelrichtungs-Regi- ster fur Rechenmaschinen geeignet. Ein solches Register bildet üblicherweise einen wesentlichen Teil der arithmetischen Einheiten, gegebenenfalls der Steuerrechenwerke u. dgl. Die Tunneldioden, oder auch
Esaki-Dioden genannt, sind im wesentlichen Zweipol-Halbleiterelemente, bei welchen beiderseits des P - N Überganges absichtlich eine geeignete Konzentration von Verunreinigungen ausgebildet ist. Da- durch erzielt man nachstehenden bedeutenden technischen Effekt : Wenn die positive Spannung am P - N Übergang erhöht wird. so steigt der Strom vorerst bis zu einem gewissen lokalen Maximum .
Bei der weiteren Erhöhung dieser positiven Spannung beginnt jedoch der Strom zu sinken und dies bis zu einem lokalen Minimum ly, worauf-bei sich dauernd vergrössernder positiver Spannung Vd - eine weitere Erhöhung des Stromes eintritt.
Die Tunneldiode weist daher zwischen dem lokalen Maximum Ip und dem lokalen Minimum IV einen negativen Widerstand auf. Wird daher die Tunneldiode in Serie mit dem Widerstand R geschaltet (welcher in Fig. 1 durch die Gerade R dargestellt wird und der grösser ist als der negative Widerstand der Tunneldiode), so hat diese Tunneldiode zwei stabile Arbeitspunkte A und B, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Alle diese Tatsachen sind aus der Fachliteratur über Tunneldioden bekannt.
Bei dem Schieberegister gemäss der Erfindung werden einige Paare von Tunneldioden verwendet und das Wesen der Erfindung liegt darin, dass die gemeinsamen Verbindungen dieser Paare miteinander über Widerständeverbunden sind, wobei an die gemeinsame Verbindung jedes dritten Paares ein weiterer Widerstand angeschlossen ist, welcher sodann mit der zugehörigen Eingangsklemme in Verbindung steht, die zum Einfuhren und Lesen der im Register gelagerten Informationen dient.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt die Kennlinie der Tunneldiode und des eingeschalteten Serienwiderstandes. Fig. 2 veranschaulicht das Schema eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, bei welchem die Speisung mittels gleichmässig abwechselnder dreiphasiger Impulse erfolgt. Fig. 3 zeigt das Diagramm des zeitlichen Verlaufes dieser Impulse, welche mit U., U, und Ut bezeichnet sind bzw. der Impulse U, die durch zeitliche Inversion aus den Impulsen U, gebildet werden.
Fig. 4 veranschaulicht das Diagramm des zeitlichen Verlaufes der Impulse UA und Uss hinter Toren sowie auch den Verlauf der Spannung Uc am Kollektor des Transistors 60 und dies bei der Ankunft des Schiebeimpulses SH und für die Verschiebung des Registerinhaltes in der Vorwärtsrichtung.
Fig. 5 ist ein ähnliches Diagramm, jedoch für die Verschiebung des Registerinhaltes in der Rückwärtsrichtung. Durch den Pfeil P ist in beiden Diagrammen der zeitliche Augenblick bezeichnet, in welchem die Sperre 62 geöffnet wird, u. zw. durch den Schiebeimpuls SH, Fig. 6 zeigt die Schaltung mit einer Elektronenröhre in Kombination mit einer transformatorischen Kopplung, Fig. 7 veranschaulicht die Schaltung mit einem Transistor in Kombination mit einer transformatorischen Kopplung. Fig. 8 zeigt die Schaltung mit einer Kondensatorkopplung und mit einem Eingangswiderstand.
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23 und 24, 25 und 26 sowie auch die allfällige Fortsetzung 31 und 32..... Wie aus dem Schema in Fig. 2 ersichtlich ist, sind je drei Diodenpaare zu einer Gruppe zusammengestellt. In jedem Paar sind die Tunneldioden derart in Serie geschaltet, dass stets eine Diode (z.
B. die Diode 1) den Arbeitswiderstand der
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zweiten Diode (z. B. der Diode 2) bildet. Zwischen alle Paare der derart verbundenen Tunneldioden sind sodann die Kopplungswiderstände 8, 9. 10 bzw. 28, 29,30 bzw. 38..... usw. geschaltet.
Zwischen den einzelnen Gruppen der Tunneldioden sind die Eilgangsklemmen 71, 171, 271, 371... angeordnet ; an jede von ihnen ist je ein geeigneter Eingangswiderstand 7. 17, 27,37 usw. angeschlos- sen.
Die Speise-Gleichspannung UDC ist an die Klemme 65 angeschlossen und von dieser wird sie über einen Arbeitswiderstand 61 einerseits dem Kollektor des Transistors 60 zugeführt, anderseits über den
Knotenpunkt 66 allen ersten Tunneldioden l, 11, 21. 31 jeder Gruppe. Alle zweiten Tunneldioden 3, 13,
23, jeder Gruppe sind an den gemeinsamen Knotenpunkt 68 angeschlossen. Die dritten Tunneldioden 5,
15,25 jeder Gruppe sind in ähnlicher Weise an den gemeinsamen Knotenpunkt 67 angeschlossen. Alle gegenüberliegenden Tunneldioden 2. 4, 6 bzw. 12, 14,16 bzw. 22,24, 26 bzw. 32..... usw. jeder
Gruppe sind geerdet bzw. an einen gemeinsamen Nulleiter angeschlossen.
Der Emitter des Transistors 60 ist geerdet und seine Basis ist an den Ausgang des Koinzidenztores 62 angeschlossen ; an den einen Eingang dieses Tores 62 sind die invertierten Impulse Us angeschlossen, sein zweiter Eingang ist mit der Klemme 74 verbunden, welcher die Schiebeimpulse SH zugeführt wer- den.
An den Knotenpunkt 68 sind zwei Koinzidenztore 53 und 52 parallelgeschaltet ; an den Knotenpunkt
67 sind zwei weitere Koinzidenztore 51 und 50 geschaltet-gleichfalls parallel.
Die einen Eingänge der Tore 50,51, 52 und 53 werden individuell an die Klemmen 70, 71,72 und
73 angeschlossen. Der zweite Eingang. des Tores 50 ist mit der Klemme 73 verbunden. der zweite Eingang des Tores 51 mit der Klemme 72, der zweite Eingang des Tores 52 mit der Klemme 70 und schliesslich der zweite Eingang des Tores 53 mit der Klemme 71.
Der Klemme 73 wird der Spannungsimpuls Ul der ersten Phase zugeführt, der Klemme 72 sodann der Spannungsimpuls U der zweiten Phase. Der Klemme 71 werden die Impulse F zugeführt, welche den Be- fehl zur Verschiebung des Registerinhaltes in der Vorwärtsrichtung erteilen ; die Impulse B, welche den Befehl zur Verschiebung des Inhaltes des Schieberegisters in der Rückwärtsrichtung erteilen, werden der Klemme 70 zugeführt.
Für die Funktion des verschiebbaren Registers gemäss der Erfindung ist stets ein Paar von Tunneldioden entscheidend, welche - wie bereits erwähnt-derart in Serie geschaltet sind, dass die eine Diode den Arbeitswiderstand der zweiten Diode bildet. Bei geeigneter Wahl der Speisespannung und der Kennlinien der verwendeten Tunneldioden kann erzielt werden, dass das angeführte Paar zwei stabile Zustände hat ; die eine Tunneldiode arbeitet im Bereich mit einer kleinen Spannung (Zustand A), die zweite Tunneldiode dagegen mit einer grossen Spannung (Zustand B). Mit Rücksicht auf die Serienschaltung der beiden Dioden ist der durch sie fliessende Strom gleich.
Die Bestimmung derjenigen Diode, welche mit kleiner Spannung arbeiten soll (Zustand A), wobei die andere Diode mit grosser Spannung arbeitet (Zustand B), erfolgt durch einen kleinen Hilfsstrom, welcher über einen Widerstand (z. B. über den Widerstand 7) der gemeinsamen Verbindung des Tunneldiodenpaares (z. B. 1 und 2) zugeführt wird. Dieser Hilfsstrom wird allerdings noch vorher zugeführt, bevor noch die dreiphasige. Speisespannung an die Tunneldiode angelegt wird.
Entsprechend dem Sinn des Hilfsstromes wird nach der Zuschaltung der Speisespannung die eine Diode in den Zustand B gekippt, die andere verbleibt im Zustand A. Diese Zustände bleiben ohne Rücksicht darauf erhalten, ob es sodann zu einer Änderung des Hilfsstromes kommt-allerdings unter der Voraussetzung, dass sein Wert eine bestimmte kritische Grenze nicht überschreitet. Üblicherweise pflegt diese kritische Grenze grössenordnungsmässig um vieles höher zu sein als der Hilfsstrom, welcher beim Anschluss der Speisespannung die oben angeführten Zustände der Tunneldioden bestimmt.
Diesen Zuständen kann eine numerische oder logische Bedeutung beigemessenwerden, so dass solche Paare von Tunneldioden als Bauelemente auch für das erfindungsgemässe Schieberegister angewendet werden können.
Die Schaltung und Anordnung des Schieberegisters gemäss der Erfindung ermöglicht die Durchführung nachstehender dreier Vorgänge :
A : Das Eintragen der Informationen in das Schieberegister.
B : Die Verschiebung des Registerinhaltes in der Vorwärtsrichtung, d. i. z. B. die grössenordnungsmässige Erhöhung des Wertes seines Inhaltes.
C : Die Verschiebung des Registerinhaltes in der Rückwärtsrichtung, d. i. z. B. die grössenordnungs- mässige Verminderung des Wertes seines Inhaltes.
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tels der Tore 50, 51, 52, 53 und 62, in welchen die entsprechenden Koinzidenzen verwirklicht werden, realisieren sich die angeführten Vorgänge folgendermassen :
Beim Einbringen der Informationen werden die entsprechenden Spannungen, welche die Träger dieser
Informationen bilden, den Klemmen 71,171, 271, 371.... zugeführt. Der Schiebeimpuls SH wird dem Tor 62 zugeführt, welches dadurch geöffnet wird und den invertierten Impuls Us auf die Basis des Tran- sistors 60 durchlässt.
Dadurch wird der Transistor 60 während der Dauer des invertierten Impulses U ge- sättigt und infolgedessen verschwindet auch im Knotenpunkt 66 die Gleichspannung UC. Infolgedessen wird der sogenannte "vorhergehende Zustand" bei allen ersten Paaren der Tunneldioden 1 und 2,11 und
12,21 und 22,31 und 32 in allen Gruppen dieser Dioden aufgehoben.
Sobald der invertierte Impuls U verschwindet, hört der Stromfluss durch den Transistor 60 auf, im
Knotenpunkt 66 erscheint neuerlich die Gleichspannung Uc und alle oben erwähnten ersten Tunneldioden- paare werden in solche Zustände versetzt. welche den Spannungen an den Klemmen 71,171, 271,
371.... entsprechen. Dadurch ist das Einbringen der Information beendet und die ersten Tunneldioden- paare verbleiben in den Zuständen A oder B. Die derart eingebrachte Information kann an den Klemmen
71, 171, 271,371 abgelesen werden, wo die Grössen der einzelnen SpannungenmitBezug auf diegemein- same Erdungsleitung im entsprechenden ersten Tunneldiodenpaar in jeder Gruppe die Zustände A oder B induzieren.
Die Verschiebung des Registerinhaltes in der Vorwärtsrichtung :
Die Impulse F für diese Verschiebung werden der Klemme 71 zugeführt, wobei der Klemme 74 der
Schiebeimpuls Su zugeführt wird. Dadurch werden sowohl die Tore 51 und 53, als auch das Tor 62 geöff- net. In den Knotenpunkten 68, 67 und 66 erscheinen daher die Spannungsimpulse UA, UB und UC ; die zeitliche Folge dieser Impulse, welche für die Verschiebung in der Vorwärtsrichtung entscheidend ist. zeigt die Fig. 4. Durch den Spannungsimpuls der ersten Phase der pulsierenden Speisespannung UA wer- den alle zweiten Paare der Tunneldioden 3 und 4, 13 und 14, 23 und 24 derart erregt, dass sie in die- selben Zustände versetzt werden wie die ersten Paare der Tunneldioden 1 und 2,11 und 12,21 und 22 usw.
Dies bedeutet, dass über die Kopplungswiderstände 8, 18, 28 usw. die Information um einen Schritt in der Vorwärtsrichtung übertragen wird, d. i. in der Richtung nach rechts in Fig. 2. Durch den Span- nungsimpuls der zweiten Phase der pulsierenden Spannung UB werden alle dritten Paare der Tunneldioden
5 und 6,15 und 16, 25 und 26 derart erregt, dass sie in die gleichen Zustände versetzt werden wie die zweiten Paare der Tunneldioden 3 und 4, 13 und 14,23 und 24. Dies bedeutet, dass über die Kopplungs- widerstände 9, 19, 29 die Information um einen weiteren Schritt vorwärts übertragen wird, d. i. weiter in der Richtung nach rechts.
Zu dieser Zeit gelangt auch der invertierte Impuls Us auf den Transistor 60, wodurch-wie bereits früher beschrieben wurde, diejenigen Informationen ausgelöscht werden, welche ursprünglich in die er- sten Paare der Tunneldioden 1 und 2,11 und 12,22 und 23,31 und 32 usw. eingetragen wurden. Nach dem Erlöschen des invertierten Impulses U werden diese Paare der Tunneldioden 1 und 2 usw., welche über die Widerstände 10, 20, 30 usw. mit den dritten Paaren der Tunneldioden 5 und 6 usw. verbunden sind, in den Zustand eingestellt, in welchem sich diese dritten Paare der Tunneldioden vor dem Erlöschen des Impulses UB befanden.
In drei Schritten wird daher die gegebene Information vom ersten Paar der Tunneldioden 1 und 2 der ersten Gruppe in das erste Paar der Tunneldioden 11 und 12 der zweiten Gruppe übertragen. Eine andere Information, welche sich in diesem ersten Paar der Tunneldioden 11 und 12 der zweiten Gruppe befand, wird gleichzeitig in das erste Paar der Tunneldioden 21 und 22 der dritten Gruppe usw. übertragen. Diese Übertragungen erfolgen in der Vorwärtsrichtung, in Fig. 2 daher nach rechts.
Verschiebung des Registerinhaltes in der Rückwärtsrichtung :
Die Impulse B für diese Verschiebung werden der Klemme 70 zugeführt, wobei der Klemme 74 der
Schiebeimpuls Sil zugeführt wird. Dadurch werden sowohl die Tore 50 und 52 als auch das Tor 62 geöffnet. In ähnlicher Weise wie im vorhergehenden Falle erscheinen abermals in den Knotenpunkten 68,67 und 66 die Spannungsimpulse UA, UB und UC. allerdings ist die zeitliche Folge der SpannungsimpulseUA und UB nunmehr - im Vergleich mit der zeitlichen Folge für die Vorwärtsbewegung-umgekehrt, wie Fig. 5 zeigt. Infolgedessen schreitet nunmehr die Information im Register in entgegengesetzter Richtung fort, d. i. von rechts nach links.
Für die Funktion des Schieberegisters gemäss der Erfindung ist die Type des Transistors 60 nicht entscheidend. Es kann ein Transistor sowohl von der Type N - P - N, als auch ein Transistor von der Type
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- N - P1. Schieberegister mit Tunneldioden, unter Verwendung einiger Gruppen von Tunneldiodenpaaren, wobei jede Gruppe drei Paare dieser Tunneldioden enthält und zur Speisung des verschiebbarenRegisters dreiphasige, zeitlich gleichmässig verteilte Impulse verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsamen Verbindungen der einzelnen Paare von Tunneldioden (l und 2, 3 und 4,5 und 6, 11 und 12, 13 und 14, 15 und 16.... usw. ) miteinander über Widerstände 8,9, 10, 18,19, 20.... usw.
) verbunden sind, wobei an die gemeinsamen Verbindungen zwischen den einzelnen Gruppen der Tunneldiodenpaare über Widerstände (17, 27, 37.... usw. ) die entsprechenden Eingangsklemmen (171, 271, 37l... usw. ) zum Eintragen der Informationen in das Register und zu ihrer Rücklesung angeschlossen sind, wobei weiters die erste Eingangsklemme (71) über einen Widerstand (7) mit der gemeinsamen Verbindung des ersten Tunneldiodenpaares (1 und 2) der ersten Gruppe verbunden ist, wobei in den einzelnen Gruppen alle ersten Paare der Tunneldioden (1 und 2, 11 und 12, 21 und 22.... usw.) an einen ersten Knotenpunkt (66) angeschlossen sind, alle zweiten Paare der Tunneldioden (3 und 4,13 und 14,23 und 24) an einen zweiten Knotenpunkt (68) und alle dritten Paare der Tunneldioden (5 und 6,15 und 16,25 und 26....
usw.) an einen dritten Knotenpunkt (67), wobei der erste Knotenpunkt (66) über einen Arbeitswiderstand (61) an eine Quelle konstanter Gleichspannung (Ujy) angeschlossen ist, deren Zuführung zum ersten Knotenpunkt (66) über ein Koinzidenztor (62) gesteuert wird, welcher einerseits der Impuls (SH) für
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zweier weiterer Koinzidenztore (50 und 51) angeschlossen ist, wobei weiters die einen Impulse (Ul) aus den dreiphasigen Speiseimpulsen parallel zwei Koinzidenztoren (50 und 53) zugeführt werden, die zweiten Impulse (U2) den weiteren zwei Koinzidenztoren (52 und 51), wobei der Impuls (F) für die Vorwärtsverschiebung den einen Koinzidenztoren (51 und 53) zugeführt wird, während der Impuls (B) den zweiten Koinzidenztoren (50 und 52) zugeführt wird.