DE1027724B

DE1027724B - Einrichtung mit einer Anzahl mittels Steuerimpulse gesteuerter elektrischer Speicherelemente

Info

Publication number: DE1027724B
Application number: DEN13039A
Authority: DE
Inventors: Heine Andries Rodrigue Miranda; Johannes Meyer Cluwen; Theodorus Johannes Tulp
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1955-12-07
Filing date: 1956-12-04
Publication date: 1958-04-10
Also published as: BE553184A; NL202653A; CH352002A; US3038084A; GB827666A; FR1166512A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung mit einer Anzahl mittels Steuerimpulse (Zeitimpulse) gesteuerter elektrischer Speicherelemente, bei der ein Gleichrichter von einem Steuerimpuls gesteuert wird, wodurch entsprechend dem Vorhandensein eines als Speichermerkmal fungierenden freien Ladungsinhaltes dieses Gleichrichters ein Stromimpuls erzeugt wird.

Diesen Einrichtungen haftet der Nachteil an, daß, obwohl von den Zeitimpulsen Energie geliefert wird für das Umkippen von dem einen in den anderen Speicherzustand, die Ableseimpulse immer eine kleinere Stromamplitüde als die sogenannten »Speicherimpulse« haben, mit denen die Speicherelemente in einen bestimmten Speicherzustand geführt werden können. Infolgedessen sind vielfach zusätzliche Verstärkerelemente bzw. Transformatoren erforderlich, z. B. wenn der erzeugte Ableseimpuls sofort als Speicherimpuls eines folgenden Speicherelementes verwendet werden soll, wie dies z. B. bei Verschiebungsregistern und Zählschaltungen elektrischer Rechenmaschinen der Fall ist.

Die Erfindung zielt auf eine Einrichtung ab, bei der beträchtliche Vorteile gegenüber bekannten Einrichtungen erhalten werden und die demgegenüber auf vollkommen verschiedenen Grundsätzen beruht. Sie weist das Merkmal auf, daß dieser Stromimpuls durch die Basis eines Transistors hindurchgeführt wird, und zwar in Reihe über einen diese Basis-Elektrode auf schwebendem Potential haltenden Gleichrichter gleicher Durchlaßrichtung wie die dieser Basis-Elektrode, wodurch ein ebenfalls als Speichermerkmal fungierender freier Ladungsinhalt in der entsprechenden Basis-Zone erzeugt wird, wobei der Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors von in anderen Zeitpunkten auftretenden Steuerimpulsen gespeist wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine beträchtliche Speicherung freier Ladungen in der Basis-Zone eines Transistors mit einem verhältnismäßig geringen Energie- und Stromaufwand erfolgen kann. Dieser Ladungsinhalt frei beweglicher Elektronen und Löcher wird eine verhältnismäßig lange Zeit, z. B. etwa 50 μ&βο, beibehalten, und zwar um so länger, je geringer die Rekombinationsgeschwindigkeit der Elektronen- und Löcherpaare in der Basis-Zone ist. Wird nun dem Kollektor eines Transistors mit einem solchen freien Ladungsinhalt in der Basis-Zone ein Steuerimpuls zugeführt, so wird der Transistor stromführend, aber nur zu einem sehr geringen Teil auf Kosten des freien Ladungsinhaltes in der Basis-Zone, weil der Emitter des Transistors während dieser Stromführung neue freie Ladungen in die Basis-Zone emittiert. Dieser Einrichtung mit einer Anzahl

mittels Steuerimpulse gesteuerter

elektrischer Speicherelemente

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 7. Dezember 1955

Heine Andries Rodrigues de Miranda,

Johannes Meyer Cluwen
und Theodorus Johannes TuIp,

Eindhoven (Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

»Ablesestromimpuls« ist also beträchtlich größer als der »Speicherstromimpuls«, mit dessen Hilfe der freie Ladungsinhalt in der Basis-Zone erzeugt wurde, wobei der Zeitabstand zwischen diesen zwei Impulsen durch die Rekombinationszeit der Elektronen- und Löcherpaare in der Basis-Zone beschränkt ist, also z. B. 50 μββΰ, was in der Praxis oft reichlich genügt. Um diese Wirkungen auszunutzen, soll sich die Basis-Elektrode aber insbesondere beim Auftreten des Steuerimpulses auf schwebendem Potential befinden, was durch den genannten Basis-Reihengleichrichter bewirkt wird. Die Kombination des Transistors mit einem Gleichrichter, in dem ebenfalls ein freier Ladungsinhalt als Speichermerkmal erzeugt wird, schafft dabei eine sehr einfache Einrichtung für das verfolgte Ziel.

Die Erfindung wird an Hand der in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verwendung in einem Verschiebungsregister,

Fig. 2 zeigt eine Variante der Schaltung von Fig. 1, und

Fig. 3 stellt einen Ringzähler gemäß dem Schaltungsprinzip nach Fig. 1 dar.

709 959/135

Das Verschiebungsregister nach Fig. 1 enthält als Speicherelemente eine Anzahl p-n-p Transistoren 1, 2, 3 usw. und eine Anzahl Gleichrichter 4, 5 usw. Die Kollektor-Elektroden der Transistoren I₁2,3 werden mit negativen Zeitimpulsen K₁ gespeist; in anderen Zeitpunkten auftretende negative Zeitimpulse K₂ werden den Gleichrichtern 4, 5 zugeleitet. Diese Zeitimpulse werden von Generatoren mit einem vernachlässigbaren inneren Widerstand geliefert.

Die Einrichtung eignet sich somit als Verschiebungsregister. Wird der Basis des Transistors 1 der Reihe nach entsprechend einer bestimmten Kodierung in Reihenfolge gegebenenfalls ein freier Ladungs-5 inhalt aufgedrückt, so wird dieses Signal infolge der Zeitimpulse zu den folgenden Speicherelementen weiterrücken. Auch kann gewünschtenfalls entsprechend einer bestimmten Kodierung z. B. den Basis-Elektroden einer Anzahl Transistoren zugleich ein

Eine Speisespannungsquelle, die gewöhnlich bei i₀ freier Ladungsinhalt aufgedrückt werden, z. B.

Transistor-Schaltungsanordnungen zur Verwendung dadurch, daß den betreffenden Basis-Elektroden ein

negativer Impuls zugeführt wird. Das in dieser Weise in das Register eingegangene Signal rückt nach dem Auftreten eines jeden Zeitimpulses um ein Speicher

kommt, fehlt hierbei.

Die Emitter der Transistoren I₁2, 3 liegen über Widerstände 6, 7, 8 an Erde. Weiter sind sie über

Widerstände 9,10 mit dem einen Pol der Gleich- i₅ element weiter auf.
richter 4, 5 verbunden, zu deren anderem Pol der Hierbei ist angenommen, daß der freie Ladungs-

Zeitimpuls K₂ geführt wird. Der Verbindungspunkt inhalt eines jeden Transistors bzw. Gleichrichters des Widerstanides 9 mit dem' Gleichrichter 4 führt über bereits im Zeitabstand zwischen zwei einem Speichereinien Gleichrichter 11 zur Basis des Transistors 2; der element zugeführten Zeitimpulsen verschwunden ist. Verbiniduiijgspunikt des Widerstandes 10 mit dem Gleich- 20 Dies würde für die Transistoren bedeuten, daß richter 5 führt über einen, Gleichrichter 12 zur Basis dieser Zeitabstand annähernd der genannten Rekomdets Transistors 3. Die Durchlaßrichtung· der Gleich- binationszeit der Elektronen- und Löcherpaare in der richter 11 und 12 entspricht dabei derjenigen der Basis-Zone entsprechen sollte. Oft ist es aber Basis-Elektroden der Transistoren 2 bzw. 3. erwünscht, diesen freien Ladungsinhalt bereits früher

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: 25 aufzuheben. Zu diesem Zweck können innerhalb der

Angenommen, daß in der Basis-Zone des Tran- genannten Zeitabstände positive Radier- oder Löschsistors 1 ein freier Ladungsinhalt erzeugt worden ist, impulse über Trenngleichrichter zu den Basis-Elekz. B. dadurch, daß die Basis kurzzeitig negativ in troden der Transistoren geführt werden. Um dies zu bezug auf den Emitter gemacht wird, so wird im bewirken, werden die Rückflanken der Zeitimpulse Augenblick, in dem der Zeitimpuls K₁ auftritt, ein 30 K₁ mittels eines differenzierenden Netzwerkes 15, 16 Strom von dem Emitter .zum Kollektor durchgelas- in positive Impulse umgewandelt, die über die sen. Dieser Strom erzeugt am Emitter-Widerstand 6 Gleichrichter 17, 18 und 19 diesen freien Ladungseinen Spannungsabfall, der über den Widerstand 9 inhalt in den Transistoren unterdrücken. In bezog einen Stromimpuls durch den Gleichrichter 4 bewirkt. auf den freien Ladungsinhalt der Gleichrichter 4 Dieser Gleichrichter 4 ist ein Kristallgleichrichter 35 und 5 besteht das Erfordernis seiner Löschung in aus solchem halbleitendem Material, in dem beim viel geringerem Maße, weil beim Auftreten des Zeit-Stromdurchgang ein freier Ladungsinhalt erzeugt impulses K₂ dieser freie Ladungsinhalt sowieso bewird. Im Augenblick, in dem der Zeitimpuls K₂ auf- reits im wesentlichen verbraucht wird.
tritt, dessen Richtung der Durchlaßrichtung des Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 enthält wieder

Gleichrichters 4 entgegengesetzt ist, wird dieser freie 40 als Speicherelemente eine Anzahl Transistoren 21,22 Ladungsinhalt trotzdem einen Stromdurchgang er- und eine Anzahl Gleichrichter 23, 24. Die Kollekmöglichen, so daß über den Gleichrichter 11 ein toren der Transistoren 21 und 22 liegen an Erde, trad Stromimpuls durch die Basis-Kollektor-Strecke des über Trennwiderstände 25, 26 wird den Emittern der Transistors 2 zur Erde geführt wird. Der Gleichrich- Transistoren 21, 22 ein Zeitimpuls K₁ zugeführt. Die ter 11 ermöglicht es dabei, daß nach Ablauf des Zeit- 45 Gleichrichter 23 bzw. 24 liegen in Reihe mit Trennimpulses K₂ die Basis des Transistors 2 ein weit- widerständen 27 bzw. 28 zwischen den Emittern der gehend beliebiges negatives Potential anzunehmen Transistoren 21 bzw. 22 und Erde; dem Verbinvermag, mit anderen Worten, sich auf schwebendem dungspunkt des Widerstandes 27 und des Gleichrich-Potential befindet. ters 23 bzw. 28 und 24 werden Zeitimpulse K₂ über

Dieser Stromimpuls erzeugt in der Basis einen 50 Trennwiderstände 29 bzw. 30 zugeleitet. Dieser Verfreien Ladungsinhalt, der wieder im Augenblick, in bindungspunkt ist weiter über einen Trennwiderstand dem der Zeitimpuls K₁ auftritt, infolge des dann 31 und einen Gleichrichter 32 mit der Basis des erzeugten Spannungsabfalles am Widerstand 7 einen Transistors 22 verbunden. Die Durchlaßrichtung des Strom durch den Gleichrichter 5 fließen läßt, in dem Gleichrichters 32 ist dabei die gleiche wie die der somit wieder ein freier Ladungsinhalt erzeugt wird, 55 Basis des Transistors 22. Die Widerstände 29 und 31 Dieser wird seinerseits beim Auftreten des Zeit- und der Zeitimpuls K₂ sind zweckmäßig beträchtlich

impulses K₂ wieder Strom durchlassen und also einen freien Ladungsinhalt in der Basis des Transistors 3 erzeugen usw. Der als positives Speichermerkmal fungierende freie Ladungsinhalt der Transistoren 60 1,2,3 bzw. Gleichrichter 4,5 wird somit nach jedem Zeitimpuls dem folgenden Speicherelement weitergegeben, d. h. von dem Transistor 1 zum Gleichrichter 4, von da an zum Transistor 2 usw. Hätte der

größer als die Widerstände 25 und 27 bzw. der Zeitimpuls K₁.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende:
Angenommen, daß in der Basis des Transistors 21
ein freier Ladungsinhalt erzeugt worden 'ist, z. B.
dadurch, daß diese Basis kurzzeitig negativ in bezug
auf seinen Kollektor (Erde) gemacht wird, so wird
beim Auftreten des Zeitimpulses K₁ der Transistor 21

Transistor 1 keinen freien Ladungsinhalt, so würde 65 einen Strom durchlassen, so daß der Kreis mit dem

auch dieses negative Speichermerkmal nach jedem Widerstand 27 und dem Gleichrichter 23 praktisch

Zeitimpuls weitergegeben worden sein, d. h. daß dann kurzgeschlossen wird. Der Gleichrichter 23 erhält

auch kein freier Ladungsinhalt im Gleichrichter 4, in somit einen praktisch vernachlässigbaren freien

der Basis-Zone des Transistors 2 usw. erzeugt wor- Ladungsinhalt. Beim Auftreten des Zeitimpulses K2

den wäre. 70 wird nun der Gleichrichter 23 im wesentlichen keinen

Strom durchlassen, so daß ein beträchtlicher Teil des Stromes durch den Widerstand 31 und den Gleichrichter 32 zur Basis des Transistors 22 fließt. In dieser Weise wird in dieser Basis wieder ein freier Ladungsinhalt erzeugt, usw. Hätte dagegen der Transistor 21 anfänglich keinen freien Ladungsinhalt, so würde der Strom des Zeitimpulses K₁ gezwungen, den Widerstand 27 und den Gleichrichter 23 zu durchfließen, wodurch in diesem Gleichrichter 23 ein freier Ladungsinhalt erzeugt wird. Infolgedessen wird beim Auftreten des Zeitimpulses K_t der Strotnweg über den Widerstand 31 und den Gleichrichter 32 durch den vom Gleichrichter 23 durchgelassenen Strom praktisch kurzgeschlossen, so daß auch in der Basis das Transistors 22 kein freier Ladiungsinhalt erzeugt wird.

Die Schaltungsanordnungen nach den Fig. 1 und 2 können durch Kopplung des Ausgangs mit dem Eingang in einen Ringzähler umgewandelt werden. Ein sehr einfaches Beispiel eines solchen Ringzählers oder eines Kippschaltelementes mit nur einem Transistor ist in Fig. 3 dargestellt. Es besitzt einen Transistor 31, dessen Emitter über einen Widerstand 32 an Erde liegt; dem Kollektor wird ein Zeitimpuls K₁ zugeführt. Der Emitter des Transistors 31 ist weiter gewünschtenfalls über einen Trennwiderstand 33 mit der einen Elektrode eines Gleichrichters 34 einer Art verbunden, bei der ein freier Ladungsinhalt erzeugt werden kann. Dem anderen Pol des Gleichrichters 34 werden Zeitimpulse K₂ zugeführt, deren Polarität der Durchlaßrichtung des Gleichrichters 34 entgegengesetzt ist. Der Verbindungspunkt des Widerstandes 33 und des Gleichrichters 34 ist über einen Gleichrichter 35 mit der Basis des Transistors 31 verbunden.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende:

Angenommen, daß der Basis des Transistors 31 ein freier Ladungsinhalt aufgedrückt worden ist, so wird beim Auftreten des Zeitimpulses K₁ ein Spannungsabfall am Emitter-Widerstand 32 erzeugt werden, der über den Widerstand 33 einen freien Ladungsinhalt im Gleichrichter 34 bewirkt. Beim Auftreten des Zeitimpulses K₂ wird dann vom Gleichrichter 34 ein Strom durchgelassen, der über den Trenngleichrichter 35 einen freien Ladungsinhalt in der Basis des Transistors 31 erzeugt. Der Transistor 31 und der Gleichrichter 34 erhalten somit abwechselnd einen freien Ladungsinhalt. Hätten sie anfänglich keinen freien Ladungsinhalt, so würde beim Auftreten der Zeitimpulse auch kein Strom fließen, so daß die Schaltung gesperrt wäre.

Neben den geschilderten Schichttransistoren, die nach der Polaritätsänderung sämtlicher Gleichrichter und sämtlicher Spannungen auch durch Transistoren von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp ersetzt werden können, kommen auch Transistoren von der Stromverstärkungsart (Kollektor - Emitter - Verstärkungsgrad größer als 1) in Betracht. Die Bedenken gegen Spitzenkontakt - Transistoren sind dabei viel weniger schwerwiegend als bei üblichen Kippschaltungen, weil der sie durchfließende Strom nach einem jeden Zeitimpuls wieder zu Null wird. Der Vorteil stromverstärkender Transistoren besteht in der hohen Schaltungsempfindlichkeit, weil die schwebende Basis bekanntlich eine starke Mitkopplung bewirkt und den Transistor dabei sinngemäß in ein bistabiles Kippschaltelement umwandelt.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung mit einer Anzahl mittels Steuerimpulse gesteuerter elektrischer Speicherelemente, bei der ein Gleichrichter von einem Steuerimpuls gesteuert wird, wodurch entsprechend dem Vorhandensein eines als Speichermerkmal fungierenden freien Ladungsinhaltes dieses Gleichrichters ein Stromimpuls erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Stromimpuls durch die Basis eines Transistors hindurchgeführt wird, und zwar in Reihe über einen diese Basis-Elektrode auf schwebendem Potential haltenden Gleichrichter (z. B. 11) gleicher Durchlaßrichtung wie die dieser Basis-Elektrode, wodurch ein ebenfalls als Speichermerkmal füngierender freier Ladungsinhalt in der entsprechenden Basis-Zone erzeugt wird, und daß der Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors von in anderen Zeitpunkten auftretenden Steuerimpulsen gespeist wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Transistors über einen Widerstand an Erde liegt und sein Kollektor von einem Steuerimpuls gespeist wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2 mit einem den Speichereffekt aufweisenden Gleichrichter und einem Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Gleichrichter (34), dem der über den Emitter-Widerstand (32) erzeugte Impuls zugeleitet wird, mit der Basis des Transistors über einen Gleichrichter (35) entgegengesetzter Durchlaßrichtung verbunden ist (Fig. 3).

4. Einrichtung nach Anspruch 2 mit einer Anzahl den Speichereffekt aufweisender Gleichrichter und Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Emitter-Widerstände (6, 7, 8) erzeugten Impulse diesen Gleichrichtern (4, 5) zugeleitet und die von diesen Gleichrichtern beim Auftreten des Steuerimpulses (K₂) durchgelassenen Stromimpulse über die Basis-Reihengleichrichiter (11, 12) den Basiis-Elektradm dier Transistoren (2, 3) zugeführt werden (Fig. 1).

5. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einer Anzahl den Speichereffekt aufweisender Gleichrichter und Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der Transistoren (21, 22) sowie der eine Pol dieser Gleichrichter (23, 24) an Erde liegen, daß der eine Steuerimpuls (K₁) den Emittern zugeführt wird und nur beim Fehlen eines freien Ladungsinhaltes in den Basis-Zonen der Transistoren einen den freien Ladungsinhalt erzeugenden Strom durch die aufeinanderfolgenden Gleichrichter (23, 24) erzeugt, während der andere Steuerimpuls (K₂) nur beim Fehlen eines freien Ladungsinhaltes in den Gleichrichtern (23, 24) einen den freien Ladungsinhalt erzeugenden Strom durch die Basis-Elektroden der aufeinanderfolgenden Transistoren erzeugt (Fig. 2).

6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf eines jeden Steuerimpulses bei einem Transistor zur Basis dieses Transistors ein den freien Ladungsinhalt vertreibender Löschimpuls zugeführt wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschimpuls mittels eines differenzierenden Netzwerkes aus dem Steuerimpuls abgeleitet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

■@ 7W 959/138 4.58.