Schaltung zum Erzeugen von Ziffersignalen aus den Ziffern von Summanden und der Übertragsziffer von der Addition der Ziffern niedrigerer Stelle, welche Ziffersignale die Ziffer der Summe und die Übertragsziffer für die nächsthöhere Stelle darstellen Das Patent bezieht sich auf eine elektri- selie Schaltung, in welcher Transistoren ver- @vendet werden,
sowie auf eine Verwendung iiiehrerer solcher Schaltungen in einem Ad- dierwerk.
Es wird der Einfachheit halber angenom- iuen, dass alle nachstehend erwähnten Transi- storen vom n-T,yp sind; es, ist klar, wie die Schaltungen abgeändert werden müssen, wenn p-Transistoren verwendet. werden.
Der Transistor kann so hergestellt werden, (lass er auf ähnliche Weise wie eine Elektro- nenröhre arbeitet. Die Basis des Transistors entspricht der Kathode, der Kollektor der Anode und der Emitter dem Steuergitter.
l:in wichtiger Unterschied liegt in der Tat- sai-Ihe, dass es eher der Emitterstrom als die Emitterspannun,g ist, welche der Gitterspan nung der Röhre entsprechend angesehen wer den muss.
Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung zeigt eine Schar von Kennlinien eines Transi stors, wobei der Kollektorstrom i, als Ordi riate und das Kollektarpotential v, relativ zur Basis als Abszisse für verschiedene Werte des I"niitterstromes i0 aufgetragen ist. Jede Kenn linie hat einen steil ansteigenden. Teil P und einen verhältnismässig flachen Teil R, welche 'feile durch ein Knie verbunden sind. Es ist 7u beachten, dass der innere Widerstand des Transistors im obern Arbeitsbereich R klein ist.
Es ist ferner ersichtlich, da.ss die Kenn linien in Fig. 1 das Phänon Zen einer Strom verstärkung von i,, in bezug auf i, grösser als Eins darstellen.
Wenn es bei einer digitalen Rechenma- sc.hine .gewünscht wird, zwei Zahlen m1 addie ren, muss wenigstens ein Addierkreis vorge sehen sein, welcher zwei Ziffern A und B zusammen mit irgendeiner Übertragziffer CD addieren kann, die sich aus der Addition des Ziffernpaares der nächst niedrigen :Stelle er gab.
Der Addierkreis muss zwei Amsgänge haben, von welchen einer die Summe ;S der fraglichen Zifferstelle und der andere die Übertra,gziffer C bedeutet, die auf die nächst höhere .Stelle zu übertragen ist.
In dem Fall eines Addierkreises für im Dualsystem gege bene Summanden bestehen acht mögliche Kombinationen der Werte von A, B und CD, welche in vier Kategorien gruppiert werden können, welche die folgenden Werte von S und -C ereeben:
EMI0001.0070
Kombinationen <SEP> von <SEP> <I>A, <SEP> B</I> <SEP> Und <SEP> CD <SEP> <I>S <SEP> Ü</I>
<tb> <I>0+0+0</I> <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> <I>L <SEP> + <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 0 <SEP> (-O+L+0-O+O+L) <SEP> 1 <SEP> 0</I>
<tb> <I>L <SEP> + <SEP> L <SEP> + <SEP> 0 <SEP> (-O+L+L-L+O+L) <SEP> 0 <SEP> 1</I>
<tb> <I>L+L+L</I> <SEP> 1 <SEP> 1 Es sind Dual-Addierkreise bekannt, bei wel chen getrennte Signale, die A, B und CD dar stellen, drei getrennten Eingangsklemmen zu geführt werden, und logische Vorgänge wer den in den Kreisen ausgeführt, um die rich tigen Werte von S und C zu erhalten.
Es sind andere Dual.-Addierkreise bekannt, bei wel chen die Eingangssignale zuerst so umgeformt werden, dass sie ein einfaches Signal erzeu gen, welches eine von vier möglichen Grössen analog den vier erwähnten Kombinationen hat.
Das vorliegende Patent betrifft eine Schal tung zum Erzeugen von Ziffersignalen aus den Ziffern A und B von Summanden und der Übertra.gsziffer von der Addition der Zif fern niedrigerer Stelle, welche Ziffersignale die Ziffer der Summe und die Übertragsziffer CD der nächst höheren Stelle darstellen.
Die Schaltung gemäss der Erfindung zeichnet. sieh aus durch einen ersten und zweiten Transistor, deren Einitter parallel an eine Eingangsklemme angeschlossen sind, durch Mittel, um dieser Klemme verschie dene Ströme<I>10,</I> Il, 12 oder 13 (Wabe' Ik>Ii, wenn k <I>> l)</I> zuzuführen, je nachdem, ob <I>A + B +</I> @CD den.
Wert 0, 1, 2 bzw. 3 hat, durch Mittel, tim die Basis des ersten Transi stors auf einem solchen Potential zu halten, d,ass sich dieser Transistor in dem gesperrten Zustand befindet, wenn immer der Eingangs strom den Wert 10 hat, durch Mittel, um die Basis des zweiten Transistors auf einem Po tential über dem der Basis des ersten Transi stors zu halten, wenn immer der Eingangs strom den Wert 10 hat, und, durch Mittel zur Entnahme von im wesentlichen konstanten Strömen von den Kollektoren der Transisto ren und zur Zuführung eines im wesentlichen konstanten Stromes zur Basis des zweiten. Transistors,
wobei die Ströme derart sind, dass der Kollekto.rstrom des ersten Transistors grösser als 1l-Io ist, der Kollektorstrom minus dem Basisstrom des zweiten Transistors grösser ah- I2-Io ist, und die Summe der Koll.ektorströme minus die Basisströme grö sser als I3 Io ist, das Ganze derart, dass, wenn der zur Eingangsklemme zugeführte Strom den Wert 1o hat, beide Transistoren in gesperrtem Zustand sind, wenn er den Wert .
h hat, der erste Transistor in leitendem und der zweite in gesperrtem Zustand ist, wenn er den Weit. 12 hat, der erste Transistor in gesperrtem und der zweite in leitendem Zu stand ist, und wenn er den Wert 13 hat, beide Transistoren in leitendem Zustand sind.
Der Strom 10, der dem Nullwert von .1 + B + CD entspricht, kann zweckmässig Null fgemaclit werden.
Die Erfindungen werden an Hand der bei liegenden Zeichnung beispielsweise erläutert. Fig. 1. (schon erwähnt) zeigt eine Kenn- liniensehar eines Transistors.
Fig. 2 zeigt einen Dual-Addierkreis. Fig. <B>2,1</B> und 2B sind Diagramme, welche die Wirkungsweise des Kreises der Fig. 2 ver anschaulichen, und Fig. 3 zeigt einen Kreis, bei welchem die in dein Kreis der Fig. 2 erzeugte Übertrags- ziffer dein A ddierkreis zugeführt wird, wel cher der nächst höheren Zifferstel.le zugeord net ist.
Der Kreis der Fig. 2 weist zwei Transisto ren T1 und 7'.. auf, von welchen jeder aus einer Schicht G1 oder CT2 aus halbleitendem Material, z. B.
Germanium, :einer Emitter- elektrode El bzw. E2, einer Kollektorelek- trode Cl <I>bzw.</I> C2 und einer Basiselektrode B1 bzw. B2 besteht.
Die verschiedenen Elektroden sind, wie ge zeigt, mit Dioden verbunden. Diese Dioden sind hier und in der ganzen Zeichnung der Einfachheit halber als Röhrendioden ,gezeigt, obschon sie auch Kristalldioden sein können. Ihre Funktion besteht darin, die Spannungen an den Elektroden, mit welchen sie verbun den sind, zli begrenzen. Die Spannungsquel len sind durch Spannungswerte, wie 100 V, angedeutet und sind von im wesentlichen konstantem Potential.
Die Einitter der zwei Transistoren sind parallel an eine Eingangsklen.me Q geschal tet, welche ihrerseits parallel an die Kathoden der rechtsseitigen Dioden D7, Do und D11 von drei Doppeldiodendurchlasskreisen ge- selialtet sind.
Die Kathoden der linksseitigen Dioden D6, D8 und Dio dieser Diodenpaare sind an Eingangsleiter angeschlossen, auf welche Potentiale angelegt sind, welche für clie Ziffern .1, B bzw. CD kennzeichnend sind, in dem Sinn, dass ein Potential von -2 V oder weniger für den Zifferwert 0 kennzeich nend ist, während. ein Potential von +2 V oder mehr für den Zifferwert 1 kennzeich nend ist.
Die Anoden aller Dioden D6 D11 sind an eine Spannungsquelle von +100 V über Widerstände so angeschlossen, dass ein Strom von 2 mA auf irgendeinem Leiter oder mehreren Leitern fliesst, auf welchen das vinein Zifferwert 0 entsprechende Potential. übertragen wird.
Wenn anderseits ein dem Zifferwert 1 entsprechendes Potential auf irgendeinen der Leiter übertragen wird, wird die Diode in dem entsprechenden Leiter ge sperrt und ein Strom 2 mA (Il) wird der Eingangsklemme Q zugeführt;
in gleicher \'eise wird, wenn ein solches Potential auf irgend zwei oder alle drei Leiter übertragen wird, ein Strom. von 4 mA (I2) oder 6mA (I3) der Klemme Q zugeführt, während, wenn ein einem Zifferwert 0 entsprechendes Potential auf alle drei Leiter übertragen wird, Null strom (1o) der Klemme Q zugeführt wird. Da sich das Potential des Punktes Q im Ver hältnis zur Speisespannung von 100 V nur sehr wenig ändert, so: werden auch die Speise ströme von 2, 4 und 6 m;A nur wenig ver ändert.
Solange kein Strom den Emittern der Transistoren T,, und<I>T2</I> über die Klemme Q zugeführt wird, bleiben beide Transistoren in nesperrtem Zustand, wobei nur der kleine Sperrstrom von der Basis zum Kollektor fliesst. Beim Transistor T1 wird dieser Strom dureli die Diode Dl zugeführt und hält die Basis auf Erdpotential.
In dem Fall von T2 wird der Sperrstrom von<B>42</B> (welcher Strom 1,,2 wesentlich grösser als der Sperrstrom ist) abgezweigt, wobei der übrige Teil von 1u2 durch D2 fliesst und somit die Basis auf einem Potential von +1 V hält. Die Kollek- torpotentia.le werden beide durch die Dioden D i bzw. D5 auf -12 V gehalten. Wenn: nun ein dem Zifferwert 1 entspre chendes Potential auf einen der Eingangs leiter, z. B.
A, übertragen wird, so, wird das Anodenpotential der Diode D6 in diesem Lei ter bestrebt sein, anzusteigen. Es nimmt die Anode der zugehörigen an den Punkt Q an geschlossenen Diode D7 mit sich, so dass der Emitter El auf ein Potential oberhalb der Basis B1 ansteigt, Emitterstrom fliessen und die Diode D7 leiten wird.
Die Anodenspan nung<I>von</I> D7 wird durch den Spannungsab fall in ihrem Zuführleiter tief gehalten, so dass D6 gesperrt. und ein Strom von 2 mA nach E1 über Punkt Q fliessen wird. Der Transistor T1 wird somit leitend, vorausge- setzt, da.ss die Stromverstärkung am Knie der entsprechenden i,/v,-Kennlinie theoretisch grösser als 1 bzw. praktisch grösser als etwa. 1,25 ist.
Das Potential von Cl wird daher von -12 V gegen das Basispotential anstei- gen. Dieses wird durch den in D1 fliessenden Strom auf Null gehalten, welcher den Wert Iol Il = 0,5 mA hat, da der Kollektorstrom gleich der Summe des Emitter- und des Basis stromes ist.
In gleicher Weise wird :das Poten tial von El und daher von E2 auch auf nahezu, null Volt .gehalten, so dass T2 ausge- schaltet bleibt.
Wenn, statt dessen, ein dem Zifferwert 1 entsprechendes Potential auf zwei Leiter, z. B. A und B, ;gleichzeitig übertragen wird, werden beide Dioden D7 und D9 leitend, so dass ein höherer Strom an die Klemme Q fliessen wird. Der Transistor T1 ist nicht fähig, diesen erhöhten Strom zu absorbieren, so da.ss sein Emitter El auf eine höhere Span nung ansteigen wird.
Er nimmt den Emittier -des Transistors T2 mit, bis eine solche Span nung erreicht ist, dass E2 in bezug auf B2 positiv ist, so dass auch die .Sperrung :des Transistors T2 aufgehoben wird. Hierdurch fällt von C2 aus das Potential von B2, bis es durch die Diode Da auf -1 V gehalten wird. Da in dem leitenden Zustand .die Elektroden des Transistors tatsächlich miteinander ver bunden sind, so fällt das Potential von. E2 und somit von El auch auf -1 V, so dass T1 gesperrt ist.
Dies erfolgt in einem sehr kurzen Zeitraum nach Beginn der 4-mA-Zuführung zu Klemme Q. Dieser ganze Strom fliesst nun nach E2 und bewirkt, dass T2 in den untern Arbeitsbereich (P, Fig. 1) kommt, wobei die Bedingung durch den in D3 fliessenden Strom stabil gehalten wird, welcher den Wert (,C2-,b2)-,2 = 0,<B>2</B>5 mA haben wird. Das Potential von C2 ist von -12 auf -1 V an gestiegen, während dasjenige von C1 von +1 auf -12 V gefallen ist.
Wenn der an der Quelle Q verfügbare Strom durch ein dem Zifferwert 1 entspre- ehendes Potential an allen drei Leitern 6 mA gemacht ist, ist der Vorgang wieder der glei che, ausgenommen,, dass nun ein Überschuss von Strom über ('C2-Ib2) besteht, welcher bewirkt., dass das Potential von T2 ansteigt, so dass D3 sperrt.
Wenn das Potential von E2 und damit von Ei Null übersteigt, wird der Transistor TI leitend und der am Emitter E1 verfügbare Strom von 1,75 mA ist genügend, um zu bewirken, da.ss der Transistor in den untern Arbeitsbereich kommt. Dieser Zustand wird durch den Strom in D1 stabil gehalten, welcher den Wert hat (41 + 42)-I3 = 0,75 mA. Die Potentiale von -C1 und von C2 sind nun wieder im wesentlichen auf Null an gestiegen.
Fig. 2A zeigt die Veränderung der Poten tiale von C1 (vollen Linien) und C2 (gestri- ehelte Linien) als eine Funktion des den Emittern zugeführten Stromes. Es :ist er sichtlich, dass die Zustandsänderungen in der Mitte zwischen den Stromwerten auftreten, welche mit. den vier möglichen Eingängen übereinstimmen. Die Änderungen sind um kehrbar.
Fig. 2B zeigt die Veränderungen der Kol- lektorpotentiale mit der Zeit, wenn ein. 5--#vli- krosekun:den-Stromimpuls auf die Klemme Q übertragen wird, wobei der .Strom, den Wert <I>h</I> bei (a), I1 bei<I>(b),</I> 12 bei (c) und 13 bei (d) hat.
Es ist aus diesem Diagramm ersichtlich,, dass die Potentiale an den in Fig. 2 mit S und C markierten Leitern mit den richtigen, oben angegebenen Zifferwerten übereinstim men, vorausgesetzt, da.ss der kurzzeitige Im puls, der an S auftritt, wenn ein .Strom<B><U>1.</U></B> übertragen wird, vernachlässigt werden kann, wie es gewöhnlich der Fall ist.
Dieser unechte Impuls kann ganz beseitigt werden., indem die Anordnung so ist, dass das, Emitterpotential auf einen Wert ansteigen wird, der passend ist, und T2 leitend zu machen, bevor das Po tential von C1 der Emitterspannung erheblich nachfolgen kann, welch letztere ungefähr 0,25 Mikrosekunden dauern kann. Obschon in diesem Beispiel 5 -.;#likrosekiinden-Impu lse an den Eingangsleitern benutzt werden, so dass der Kreis in einen Ruhezustand mit beiden Transistoren in gesperrtem.
Zustand zurück kehrt, ist es offensichtlich möglich, verlän gerte Steuersignale den Eingangsleitern so zuzuführen, dass der Kreis in dem Zustand bleibt, in welehen er durch eine Kombination von Eingängen eingestellt worden ist, bis eine neue Kombination von Signalen übertra gen wird.
Änderungen in dem verfügbaren Strom am Punkt Q infolge Änderungen in der Signalkombination an den Eingangslei tern werden offenbar den Kreis von einem Zustand in einen andern umwandeln entspre chend den Summen und Übertrag -\Ver- ten, die den neuen Kombinationen der an den Eingangsleitern auftretenden Ziffersignalen entsprechen.
Der Ausgang bei C muss normalerweise dem Eingangsleiter 'CD des Addierkreises zu geführt werden, welcher dem Zifferort der nächst höheren Stelle zugehört, oder über einen Verzögei2in-skreis zum Leiter CD der Fig. 'zurück. Mittel, um den Ausgang bei C auf die richtige Spannung zu bringen, um dies zti bewirken, sind in Fig. 3 bezeigt. Diese Figur zeigt den Kollektor C des Transistors T2 einer Stufe über eine Diode D12 gekoppelt. mit dem CD-Eingang der nächsten Stufe.
Der CD-Eingang der nächsten Stufe wird von der Verbindung zweier Widerstände abge nommen, die eine Potentiometerkette von der l.00 V positiven Quelle zu einer Vorspannung von -3 V über eine weitere Diode Dia bil den. Wenn der Transistor<I>T2</I> der ersten Stufe in gesperrtem Zustand ist, befindet sich der Kollektor C auf -12 V, so dass D5 und D12 leitend sind, während D13 gesperrt ist.
Dies erzeugt ein negatives Potential von -2 V an ("D, so. d:a.ss D10 auch leiten wird. Wenn T2 in leitendem Zustand ist, steigt der Kollektor auf -1 V oder Erdpotential an, so dass D5 und,<I>Die</I> gesperrt sind, Dia leiten und das Potential an CD auf +2 V ansteigen wird. Damit ist das Potential an :CD als Eingang zum Leiter CD der nächsten Stufe geeignet.
Ein Addierwerk kann somit vorgesehen sein, in welchem eine Stufe, wie die in Fig. 2 und 3 dargestellte, jeder Ziffer einer Mehr zifferzahl zugeordnet ist, so dass Signale, wel- ehe alle Ziffern; von zwei zu addierendeuMehr- zifferzahlen darstellen, parallel den betref- fenden Stufen zugeführt werden können, wo bei die Eingänge zu jeder Stufe die entspre chenden Ziffern der zwei Zahlen und einem L\bertrag -E, 'ingang von der vorhergehenden Stufe sind.
Es ist klar, dass die in der Zeichnung ge zeigten Stromwerte als Beispiele angegeben sind. So kann z. B. ein Transistor, der einen verhältnismässig hohen Wert des Sperrstro- tnes hat, einen ,höheren Wert von Iu2, z. B.
mA, erfordern, in welchem Fall die andern Ströme entsprechend abgestuft sind. In glei cher Weise können die Hochspannungsquellen verschiedene Werte haben und können in ge wissen Fällen so niedrig sein wie 50 V.