DE1114342B

DE1114342B - Schaltungsanordnung zur Addition binaerer Signale

Info

Publication number: DE1114342B
Application number: DER27979A
Authority: DE
Inventors: Morton Herbert Lewin
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1959-05-28
Filing date: 1960-05-17
Publication date: 1961-09-28
Also published as: NL252051A; US3019981A; SE300718B; GB952610A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Addition binärer Signale, die Dioden mit negativem Widerstand, insbesondere Tunneldioden, enthält.

Eine Diode mit einem negativen Widerstand, wie eine Tunneldiode, besitzt eine Strom-Spannungs-Charakteristik mit einem steigenden Ast, der einem positiven Innenwiderstand entspricht, auf den ein fallender Ast entsprechend einem negativen Innenwiderstand folgt, an den sich wiederum ein steigender Ast mit positivem Widerstand anschließt. Solche Bauelemente sind beispielsweise unter dem Namen Tunneldioden bekannt. Es ist auch bekannt, Tunneldioden mit reellen Widerständen in Serie zu schalten.

Durch die Erfindung soll eine besonders einfache Schaltungsanordnung zur Addition von Binärzahlen angegeben werden, die solche Dioden mit negativem Widerstand enthält.

Eine Schaltungsanordnung zur Addition binärer Signale ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine Parallelschaltung, deren einer Zweig zwei in gleicher Polarität in Serie geschaltete Dioden, deren Kennlinien jeweils einen Bereich negativen Widerstandes umfaßt, und deren anderer Zweig eine mit einer Impedanz in Serie geschaltete, in der gleichen Richtung wie die beiden ersten Dioden gepolte dritte Diode, deren Kennlinie ebenfalls einen Bereich negativen Widerstandes umfaßt, enthält; ferner durch eine an die Parallelschaltung angeschlossene Betriebsstromquelle und durch eine Impedanzanordnung zur Zuführung von Eingangsimpulsen an die Parallelschaltung.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die oben angegebene Addierschaltung durch eine Schaltung zur Erzeugung eines Übertrags ergänzt werden, die gekennzeichnet ist durch eine vierte Diode, deren Kennlinie einen Bereich negativen Widerstandes umfaßt, durch eine mit der die Parallelschaltung speisenden Impulsquelle synchronisierte, zweite Impulsquelle; durch eine Impedanzanordnung, durch die die Eingangsimpulse für die Parallelschaltung der vierten Diode zuführbar sind, wobei die Schaltungsparameter und Impulsamplituden so gewählt sind, daß ein Betriebsstromimpuls und ein gleichzeitig auftretender Eingangsimpuls nicht ausreichen, die vierte Diode in den Bereich hoher Spannung zu schalten, während zwei oder drei gleichzeitig mit einem Betriebsstromimpuls auftretende Eingangsimpulse die vierte Diode in den Hochspannungsbereich zu schalten vermögen, so daß an der vierten Diode ein Übertragsignal abnehmbar ist.

Die Erfindung soll nun an Hand einer Addierschal-Schaltungsanordnung zur Addition
binärer Signale

Anmelder:

Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt, München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Mai 1959 (Nr. 816 479)

Morton Herbert Lewin, Princeton, N. J. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

tung näher erläutert werden, bei der die zu addierenden Binärzahlen die Form von Impulsen besitzen. In den Figuren bedeuten

Fig. 1, 2 und 5 vereinfachte Schaltschemata von Kreisen unter Verwendung von Tunneldioden zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 1 a eine Schnittansicht einer typischen Tunneldiode, wie sie für die vorliegende Erfindung Verwendung finden kann,

Fig. 2, 4 und 6 Diagramme, in denen die Strom-Spannungs-Kennlinien der Schaltungen nach Fig. 1, 3 und 5 dargestellt sind,

Fig. 7 ein Schaltbild eines Volladdierers gemäß der Erfindung und

Fig. 8 ein Diagramm mit bestimmten Strom-Span- -nungs-Kennlinien der Schaltung nach Fig. 7.

Fig. 1 zeigt eine Halbleiterdiode 10 mit einer Anode 12, die über ein Strommeßinstrument 13 mit dem positiven Pol einer eine einstellbare Spannung liefernden Batterie verbunden ist, deren negativer Pol an Masse liegt. Die Kathode 16 der Halbleiterdiode 10 ist gleichfalls geerdet. Die Diode wird auf diese Weise in Durchlaßrichtung vorgespannt. Die Batteriespannung wird durch ein an die Klemmen der Batterie 14 angeschlossenes Voltmeter 15 gemessen.

In Fig. 1 a ist eine typische Tunneldiode im Schnitt dargestellt, die folgenderweise hergestellt werden kann: Ein Einkristall aus N-Germanium wird so mit

109 690/183

3 4

Arsen dotiert, daß sich eine Donatorkonzentration Fig. 3 zeigt dieselbe Tunneldiode 10 in Serie mit von 4 · 10¹⁹ cm-³ ergibt. Die Dotierung kann durch einem kleinen Widerstand 24. Die Serienschaltung ist in der Halbleitertechnik übliche Verfahren erfolgen, über das Strommeßinstrument 13 mit einer spannungsz. B. durch Ziehen eines Kristalls aus einer Genua- veränderlichen Batterie 14 so verbunden, daß die niumschmelze, die die erforderliche Arsenkonzentra- 5 Diode wieder in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Die tion enthält. Aus dem Kristall wird eine Scheibe 19 Vorspannung wird durch das parallel zur Batterie 14 entlang der 111-Ebene geschnitten, d.h. in einer geschaltete Voltmeter 15 gemessen. Der Wert des Wi-Ebene, die senkrecht zu der 111-Achse des Kristalls· derstandes 24 ist ungefähr gleich dem Wert des negaliegt. Die Scheibe 19 wird auf ungefähr 50 μ einer tiven Widerstandes gewählt, der der Neigung des üblichen Ätzlösung abgeätzt. Anschließend wird sie io Teiles 22 der Kennlinie im größten Teil des Bereiches unter Verwendung eines üblichen Blei-Zinn-Arsen- 20 entspricht. Die Kennlinie für die Schaltung nach Lotes mit einer Hauptfläche auf einen Nickelstreifen Fig. 3 erhält man durch Änderung der Spannung an 21 gelötet, wobei sich zwischen der Scheibe 19 und der Diode und dem in Serie geschalteten Widerstand dem Streifen 21 ein ohmscher Kontakt ergibt. Der und durch Messung der Ströme und Spannungen, die Nickelstreifen 21 dient als Basiszuleitung. Ein Dotie- 15 durch die Meßinstrumente 13 und 15 angezeigt werrungskügelchen 23 von etwa 125 μ Durchmesser, das den. Die resultierende Kennlinie 26 ist in Fig. 4 darzu 99 Gewichtsprozent aus Indium, 0,5% aus Zink gestellt. Durch den zusätzlichen Serienwiderstand 24 und 0,5% aus Gallium besteht, wird mit einer ge- wird die anfängliche Neigung der Kurve 26 erhöht, ringen Menge eines üblichen Flußmittels auf die frei- und der Teil negativen Widerstandes der Kennlinie liegende Oberfläche 25 der Germaniumscheibe 19 ge- 20 wird auf kleine Segmente in der Nähe der Umkehrbracht und dann in einer Atmosphäre trockenen punkte der Kurve beschränkt.
Wasserstoffs für 1 Minute auf 450° C erhitzt, so daß Fig. 5 zeigt eine Schaltung, in der zwei Tunneldas Kügelchen mit der freien Oberfläche 25 der dioden 30 und 36 in derselben Polung in Serie geScheibe 19 verschmilzt, anschließend wird rasch ge- schaltet und in Durchlaßrichtung durch die spankühlt. Bei dem Legierungsvorgang wird die Einheit 25 nungsveränderliche Batterie 14 vorgespannt sind. Die so schnell wie möglich erhitzt und wieder abgekühlt, Anode38 der Tunneldiode 36 ist also mit derKathode so daß sich ein sehr scharfer P-N-Übergang 27 er- 34 der Tunneldiode 30 verbunden. Die Anode 32 der gibt. Abschließend wird die Einheit 5 Sekunden in Tunneldiode 30 ist über das Strommeßinstrument 13 eine langsame Jodidätzlösung getaucht und in destil- mit dem positiven Pol der Batterie 14 verbunden, die liertem Wasser gewaschen. Eine geeignete langsame 30 Kathode 40 der Tunneldiode 36 ist an den negativen Jodidätzlösung läßt sich durch Mischen eines Trop- Pol der Batterie angeschlossen,
fens einer Lösung aus 0,55 gKaliumjodid und 100 cm³ Fig. 6 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie der Wasser in 10 cm³ einer Lösung aus 600 cm³ konzen- Schaltung nach Fig. 5. Wenn die Tunneldioden 30 trierter Salpetersäure, 300 cm³ konzentrierter Essig- und 36 genau identisch sind, erhält man eine Kennsäure und 100 cm³ Flußsäure herstellen. Wenn die 35 linie mit Bereichen 72 und 74 positiven Widerstandes Einheit bei nicht so hohen Frequenzen verwendet und einen Bereich 64 negativen Widerstandes, der gewerden soll, kann an der Dotierungspille ein An- strichelt dazwischen eingezeichnet ist. In der Praxis schlußdraht angelötet werden, für höhere Frequenzen besitzt die Kurve jedoch Bereiche72,73 und 74 posiempfiehlt sich eine Anschlußleitung niederer Impe- tiven Widerstandes, zwischen denen Bereiche 75 und danz. In einer 50-Ohm-Leitung kann die Einheit vom 40 76 negativen Widerstandes liegen. Die Kennlinie be-Niederspannungszustand in einen Hochspannungszu- sitzt also zwei Maxima 60 und 62. Keruilinien dieser stand oder von dem Hochspannungszustand in den Art erhält man bei Serienschaltung zweier Dioden 30 Niederspannungszustand in weniger als 2 nsec umge- und 36, die nicht genau identisch sind, eine Diode schaltet werden. gelangt dann immer eher als die andere in den Be-

Fig. 2 zeigt eine Strom-Spannungs-Kennlinie 18, 45 reich negativen Widerstandes. In anderen Worten ge~ wie sie für eine in Durchlaßrichtung vorgespannte sagt, springt die Diode mit dem niedrigeren Strom-Tunneldiode typisch ist, wie sie oben beschrieben werten entsprechendem Maximum vom Niederspanwurde, wenn sie in der Schaltung nach Fig. 1 ge- nungs- in den Hochspannungszustand um, wenn der schaltet ist und in der vorliegenden Erfindung Ver- Durchlaßstrom auf einen Wert erhöht wird, der gewendung findet. Die Kennlinie 18 enthält einen Teil 50 ringfügig größer ist als das niedrigeren Strömen entnegativen Widerstandes zwischen zwei Bereichen sprechende Strommaximum 60 bzw. 62, während die positiven Widerstandes. Die zwei Bereiche positiven andere Diode im Niederspannungszustand verbleibt. Widerstandes liegen in verschiedenen Spannungs- Das Diodenpaar arbeitet dann im Bereich 73 posibereichen, der eine in einem höheren, der andere in tiven Widerstandes. Wird der Strom weiter auf einen einem niederen. Beide Bereiche entsprechen stabilen 55 Wert geringfügig größer als das höheren Strömen Arbeitsbedingungen. Beim Arbeiten der Diode im entsprechende Strommaximum 60 bzw. 62 erhöht, so positiven Widerstandsbereich niedrigerer Spannung springt auch die andere Diode in denHochspannungssoll vom »Niederspannungszustand« und beim Ar- zustand, und das Diodenpaar arbeitet dann im Bebeiten in dem positiven Widerstandsbereich höherer reich 74 positiven Widerstandes. Da es praktisch unSpannung vom »Hochspannungszustand« gesprochen 60 möglich ist, Tunneldioden mit genau gleichen Kennwerden. Diese Art von Diode soll hier als »Tunnel- linien herzustellen, erhält man in der Praxis immer diode« bezeichnet werden. Tunneldioden sind auch solche Kennlinien. Diese zwei Maxima aufweisende unter dem Namen »Dener-Dioden« bekannt. Kennlinie wird für die Zwecke der vorliegenden Er-

Fig. 2 zeigt die Spannung an der Tunneldiode 10 findung nutzbar gemacht. Unter Verwendung der in der Schaltung nach Fig. 1 als Funktion des Dioden- 65 Tunneldiodenschaltung mit der in Fig. 4 dargestellten Stroms. Der Bereich zwischen den gestrichelten Linien Kennlinie und der zwei Maxima aufweisenden Kenn-20 in Fig. 2 enthält einen Teil 22 der Kennlinie 18, linie nach Fig. 6 läßt sich ein Volladdierkreis herder einem negativen Innenwiderstand entspricht. stellen.

In Fig. 7 ist eine Volladdierschaltung gemäß der Erfindung dargestellt. Die Schaltung enthält vier Tunneldioden, drei davon befinden sich in einem ersten Teil der Schaltung, der einen Summenausgang liefert, und eine weitere Tunneldiode findet in einem zweiten Teil der Schaltung Verwendung, die den Ubertragsausgang abgibt. Der Teil der Schaltung, der zur Erzeugung des Summenausgangssignals dient, enthält in einem Stromzweig einer Parallelschaltung die zwei in Serie geschaltete Tunneldioden 30 und 36 und im anderen Zweig der Parallelschaltung eine Tunneldiode 42 in Serie mit einem Widerstand 48. Die zwei Parallelzweige der Schaltung und ihre Kennlinien entsprechen den Schaltungen nach Fig. 3 bzw. 5 mit der Ausnahme der Stromversorgung. Bei der Schaltung nach Fig. 7 wirken die beiden Tunneldioden 30 und 36 zusammen als Arbeitsimpedanz für die Tunneldiode 42 und den in Serie geschalteten Widerstand 48. Bei der Schaltung nach Fig. 7 ist die Anode 38 der Tunneldiode 36 direkt mit der Kathode 34 der Tunneldiode 30 verbunden. Weiterhin sind die Anoden 32 und 44 der Tunneldioden 30 und 42 direkt an den Verbindungspunkt 51 angeschlossen. Die Kathode 46 der Tunneldiode 42 ist über einen Widerstand 48 an Masse angeschlossen, die Kathode 40 der Tunneldiode 36 liegt ebenfalls an Masse. Eine Ausgangsklemme 45 ist mit dem heißen Ende des Widerstandes 48, also der Verbindung der Kathode 46 der Tunneldiode 42 mit dem Widerstand 48 verbunden. Das an der Äusgangsklemme 45 entstehende Summensignal kann direkt weiterverwendet werden, es kann auch anderen logischen Schaltungen zugeführt werden oder auch beides. An Stelle der in den vorhergehenden Schaltungen dargestellten Batteriestromquellen zeigt Fig. 7 eine Impulsstromquelle 50. Die Impulsstromquelle 50 liefert an dem gemeinsamen Verbindungspunkt 51 Speisestromimpulse einer Form, wie sie beispielsweise bei 52 dargestellt ist. Da Tunneldioden niederohmige Bauelemente sind, findet als Stromquelle 50 vorzugsweise eine einen konstanten Strom liefernde Stromquelle Verwendung. Wenn die Addierschaltung mit anderen logischen Kreisen hintereinandergeschaltet werden soll, die ebenfalls Tunneldioden enthalten, können außerdem Maßnahmen getroffen werden, die gewährleisten, daß die Binärsignale nur in der gewünschten Richtung übertragen werden. So kann beispielsweise eine Klemme sowohl als Eingang als auch als Ausgang dienen, während die Schaltung Mittel enthält, die gewährleisten, daß die Binärsignale gerichtet vom Ausgang eines solchen Kreises zum Eingang eines anderen Kreises übertragen werden. Eine Möglichkeit die Übertragungsrichtung festzulegen, besteht darin, Eingang und Ausgang funktionsmäßig zeitlich zu trennen, indem man eine abwechselnde Speisung vorsieht. Dementsprechend findet an Stelle der Batteriestromversorgung der vorher beschriebenen Schaltungen eine Impulsstromversorgung Verwendung.

Die zu addierenden Eingangssignale werden durch drei Eingangswiderstände 54, 56 und 58 zugeführt, die mit einem Anschluß am Verbindungspunkt 51 der Anoden der Tunneldioden 30 und 42 angeschlossen sind. Die anderen Enden der Eingangswiderstände führen zu Klemmen 61, 63 und 65, denen impulsförmige Binärsignale, wie sie bei 66, 68 und 70 gezeigt sind, zugeführt werden. Das Auftreten eines Impulses 66, 68 oder 70 entspricht der Binärziffer 1, das Fehlen eines Impulses entspricht der Binärziffer 0.

Die Schaltung zur Erzeugung des Übertragssignals enthält eine weitere Tunneldiode 80 mit einer Anode 82 und einer Kathode 84. Die Kathode 84 liegt an Masse, der Anode 82 werden über drei weitere Eingangswiderstände 86, 88 und 90 binäre Eingangssignale zugeführt. Die Widerstände 86, 88 und 90 sind jeweils mit einem Anschluß gemeinsam an die Anode 82 und mit den anderen Anschlüssen jeweils an die Eingangsklemmen 61, 63 und 65 angeschlossen. Die ίο binären Eingangssignale werden also gleichzeitig der Summenschaltung und der Übertragsschaltung zugeführt. Das Übertragssignal kann an der Klemme 92 abgenommen werden, die mit der Anode 82 der Tunneldiode 80 verbunden ist. Das Übertragssignal wird normalerweise einer weiteren Addierschaltung zugeführt und nicht direkt verwendet. Impulsförmige Speisesignale, wie sie bei 94 dargestellt sind, liefert ein Impulsgenerator 86, der mit der Anode 82 der Tunneldiode 80 verbunden ist. Die Impulsquelle 96 ao kann wie die Impulsquelle 50 beschaffen sein, die oben erwähnt wurde, beide arbeiten synchron.

In der Praxis sind beide Energiequellen 50 und 96 in einer gemeinsamen Spannungsquelle enthalten, die in bekannter Weise so ausgebildet ist, daß zwei Kreise mit Energie versorgt werden können.

Um die Arbeitsweise der in Fig. 7 dargestellten Schaltung besser verstehen zu können, soll zuerst auf das in Fig. 8 dargestellte Diagramm eingegangen werden, das die Kennlinien der zwei Parallelzweige der Schaltung nach Fig. 7 zeigt. Die Kurve 100 stellt die Kennlinie der Serienschaltung aus der Tunneldiode 42 und dem Widerstand 48 dar, wie sie vorher in Fig. 4 beschrieben worden war. Die Kurve 102 entspricht der Kennlinie der zwei in Serie geschalteten Tunneldioden 30 und 36, die nun in der Schaltung als Arbeitsimpedanz für die Tunneldiode 42 und den Serienwiderstand 48 arbeiten. Dementsprechend ist in Fig. 8 die Kurve 102 invertiert und in senkrechter Richtung verschoben im Vergleich zu ihrer Lage in dem Diagramm nach Fig. 6. Diese Transposition der Kurve 102 entspricht der, die man erhält, wenn man eine Widerstandsgerade in ein Vakuumröhrenkennlinienfeld einzeichnet. Der Schnittpunkt 104 der Kurve 102 mit der Stromachse hängt von der Amplitude der Stromversorgungsimpulse 52 ab. Die Amplitude der Stromversorgungsimpulse wird so eingestellt, daß zwischen den Kurven 100 und 102 vier stabile Schnittpunkte 106, 108, 110 und 112 entstehen. Die Amplitude der Stromversorgungsimpulse kann durch innerhalb des Generators 50 enthaltene Mittel einregelbar sein. Die Schnittpunkte sind stabil, wenn sie im positiven Widerstandsbereich beider Kurven 100 und 102 liegen. Schnittpunkte im Bereich negativer Widerstände sind instabil. Bereiche positiven Wider-Standes sind solche Bereiche der in Fig. 4 und 6 dargestellten Kennlinien, in denen die Neigung positiv ist. Bei der Betrachtung der Arbeitsweise der Schaltung soll zuerst auf den Teil eingegangen werden, der das Summenausgangssignal liefert. In Abwesenheit der Speiseimpulse und der binären Eingangssignale sind die Ströme und Spannungen in der Addierschaltung Null. Der Arbeitspunkt entspricht dann dem Punkt 114 im Ursprungspunkt des Diagramms in Fig. 8. Nun wird ein Speiseimpuls 52 zusammen mit den binären Eingangssignalen zugeführt. Sind alle drei binären Eingangssignale gleich Null, d. h. daß an den Eingangsklemmen 61, 63 und 65 keine Impulse auftreten, so wandert der Arbeitspunkt der Schaltung

zum Punkt 106, wo er stabil ruht. Bei diesem Arbeitspunkt sind die drei Dioden 30, 36 und 42 in ihren Niederspannungszuständen, die Spannung an der Verbindung 51 ist verhältnismäßig niedrig, ebenso der durch den Arbeitswiderstand 48 fließende Strom, so daß auch an der Summenausgangsklemme 45 eine verhältnismäßig niedere Spannung auftritt, d. h. der Ausgang Null. Bei Beendigung des Speiseimpulses werden die Ströme und Spannungen in der Schaltung wieder Null, und der Arbeitspunkt kehrt zum Ursprung 114 zurück.

Wenn der Addierschaltung nun wieder ein Speiseimpuls zugeführt wird und das eine der drei Eingangssignale eine binäre Eins darstellt, während die beiden anderen Null sind, tritt ein zusätzlicher Eingangsstrom infolge dieser binären Eins auf, der die Lastkurve-102 kurzzeitig um einen genügenden Betrag vertikal verschiebt, so daß der Schnittpunkt nicht langer bei 106 liegt, sondern am Punkt 108. Wie aus der Figur ersichtlich ist, befindet sich beim Arbeitspunkt 108 eine der Dioden 30 oder 36 im Niederspannungszustand, während sich die andere im Hochspannungszustand befindet und die Diode 42 im Niederspannungszustand verbleibt. Es tritt daher an der Verbindung 51 eine verhältnismäßig hohe Spannung auf, der Spannungsabfall an der Diode 42 ist verhältnismäßig klein, und durch den Arbeitswiderstand 48 und die Diode 42 fließt ein verhältnismäßig hoher Strom, so daß eine verhältnismäßig hohe Ausgangsspannung oder eine binäre Eins an der Ausgangsklemme 45 auftritt. Bei Beendigung des Speiseimpulses und des binären Eingangssignals kehrt der Arbeitspunkt wieder zum Ursprung 114 zurück.

Wenn nun gleichzeitig mit dem Speiseimpuls an zwei Eingängen eine binäre Eins auftritt, während der dritte Eingang Null ist, ist genügend Eingangsstrom vorhanden, um die Lastkurve 102 momentan vertikal um eine genügende Strecke zu verschieben, um den stabilen Arbeitspunkt von 114 nach 110 zu verschieben. Das heißt, daß die Arbeitskurve 102 senkrecht um eine genügende Strecke gehoben wird, daß die Schnittpunkte 106 und 108 nicht mehr vorhanden sind und der erste stabile Schnittpunkt der Punkt 110 ist. Anders gesagt, ist beim Arbeitspunkt 110 eine der Dioden 30 oder 36 im Niederspannungszustand und die andere im Hochspannungszustand, die Diode 42 ist jedoch in den Hochspannungszustand 100 umgeschaltet. Wenn die Diode 42 in den Hochspannungszustand umspringt, steigt ihre Spannung, während die Spannung am Widerstand 48 abfällt, wobei die Ausgangsklemme 45 eine niedrige Spannung annimmt, was einer Null des Summenausgangssignals entspricht. Beim Verschwinden der Speiseimpulse und der Eingangssignale wandert der Arbeitspunkt wieder zum Ursprung 114 zurück

Wenn schließlich an alle drei Eingangsklemmen 61, 63 und 65 eine Eins auftritt, was durch die Impulse 66, 68 und 70 dargestellt ist, während gleichzeitig ein Speiseimpuls von der Impulsquelle 50 geliefert wird, fließt genügend Strom durch die zwei in Serie geschaltete Tunneldioden 30 und 36, um die Lastkurve 102 in senkrechter Richtung so weit zu verschieben, daß der einzige stabile Arbeitspunkt nun bei 112 liegt. Bei diesem Arbeitspunkt befinden sich alle Dioden 30, 36 und 42 im Hochspannungszustand, die Spannung an der Klemme 51 steigt und ebenso der Strom durch den Widerstand 48 und damit der Spannungsabfall. Das Summenausgangssignal der Klemme 45 entspricht nun wieder einer binären Eins. Nach Beendigung der Eingangs- und Speisesignale kehrt die Schaltung wieder zum Punkt 114 zurück. Der Arbeitspunkt der Schaltung geht im Betrieb also immer vom Punkt 114 aus, und die Speiseimpulse und die binären Eingangssignale steuern die Zahl der stabilen Schnittpunkte zwischen der Lastkurve 102 und der Kennlinie 100.

Die Arbeitsweise der Schaltung kann tabellarisch ίο folgendermaßen ausgedrückt werden:

Anzahl der »!«-Eingangssignale

0
1

2
3

Summenausgang

0
1
0
1

_aQ Die Schaltung ist also als Volladdierer brauchbar. Die dem die Summe liefernden Teil der Schaltung zugeführten Eingangssignale werden gleichzeitig auch dem den Übertrag liefernden Teil der Schaltung zugeführt. Die Übertragssohaltung ist so ausgebildet,

_ag daß am Ausgang eine Eins auftritt, wenn die Anzahl der binären Eingänge zwei oder größer ist. Wenn also an den Eingängen nur eine einzige binäre Eins auftritt, verbleibt die Diode 80 in ihrem Niederspannungszustand, und der Übertragskreis liefert als Ausgangssignal eine binäre Null; wenn an den Eingängen gleichzeitig zwei oder drei Eingangssignale auftreten, die einer binären Eins entsprechen, so haben diese eine ausreichende Amplitude, um die Diode in ihrem Hochspannungszustand umzuschalten, und der Übertragsausgang ist dann eine binäre Eins,

Die Funktion der Übertragsschaltung soll in Verbindung mit Fig. 2 erläutert werden. Die Kurve 18 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie der Tunneldiode 80. Da eine einen konstanten Strom liefernde Impulsquelle 96 verwendet wird, ist die Lastlinie 120 praktisch waagerecht und schneidet die Kurve 118 in drei Punkten, nämlich 122, 124 und 126. Die Arbeitspunkte 122 und 126 liegen im Bereich positiven Widerstandes der Kurve 18 und sind daher stabil, während der Arbeitspunkt 124 in einem Bereich negativen Widerstandes liegt und instabil ist.

Bei entsprechender Bemessung der Amplitude der Speiseimpulse arbeitet der Kreis bei Lieferung der gewünschten Übertragssignale als Kegelschaltung.

Wenn kein Speiseimpuls oder binäre Eingangsimpulse zugeführt werden, befindet sich der Arbeitspunkt im Ursprung 130 des Diagramms nach Fig. 2. Wird der Tunneldiode 80 ein Speiseimpuls von der Impulsquelle 96 zugeführt und sind gleichzeitig die den Eingangsklemmen 61, 63 und 65 zugeführten binären Signale Null, so stellt sich der stabile Arbeitspunkt 122 ein. An diesem Punkt ist die Spannung am Übertragsausgang verhältnismäßig niedrig, was einer binären Null als Übertrag entspricht. Nach Beendigung des Speiseimpulses kehrt die Schaltung zum Punkt 130 zurück.

Wenn nur einer der Eingangsklemmen eine binäre Eins gleichzeitig mit einem Speiseimpuls zugeführt wird und zur Tunneldiode 80 gelangt, so verschiebt sich die Lastlinie 126 kurzzeitig nach oben, jedoch zu wenig, um das Maximum der Kurve 18 zu erreichen. Die Ausgangsspannung an der Übertragsausgangsklemme 92 bleibt daher weiterhin verhältnismäßig

niedrig, was wieder einer binären Null entspricht. Nach Beendigung des Speiseimpulses und des binären Eingangsimpulses kehrt der Arbeitspunkt der Übertragsschaltung wieder zum Punkt 130 zurück.

Wenn der Tunneldiode gleichzeitig mit dem Speiseimpuls zwei oder mehr binäre Signale des Wertes Eins zugeführt werden, so fließt in der Tunneldiode genügend zusätzlicher Strom, um die Lastlinie 120 übei das Maximum der Kennlinie 18 zu verschieben, so daß der Arbeitspunkt schnell von einem Punkt im Niederspannungsbereich zu einem Arbeitspunkt im Hochspannungsbereich, etwa dem Punkt 126 springt. Der Punkt 126 entspricht einer hohen Ausgangsspannung am Übertragsausgang 92, was einer binären Eins als Übertragssignal entspricht. Bei der Beendigung des Speiseimpulses und des binären Eingangssignals kehrt der Arbeitspunkt wieder zum Punkt 130 zurück.

Nur wenn ein Speiseimpuls und zwei oder mehr binäre Eingangssignale des Wertes Eins der Tunneldiode 80 im Übertragskreis zugeführt werden, ist also ao das Übertragsausgangssignal eine binäre Eins, während es sonst einer binären Null entspricht. Der Volladdierer liefert also auch die richtigen Ubertragswerte.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zur Addition binärer Signale, gekennzeichnet durch eine Parallelschaltung, deren einer Zweig zwei in gleicher Polarität in Serie geschaltete Dioden (30, 36), deren Kennlinien jeweils einen Bereich negativen Widerstandes umfaßt, und deren anderer Zweig eine mit einer Impedanz (48) in Serie geschaltete, in der gleichen Richtung wie die beiden ersten Dioden gepolte dritte Diode, deren Kennlinie ebenfalls einen Bereich negativen Widerstandes umfaßt, enthält; ferner durch eine an die Parallelschaltung angeschlossene Betriebsstromquelle (50) und durch eine Impedanzanordnung (54, 56, 58) zur Zuführung von Eingangsimpulsen (66, 68, 70) an die Parallelschaltung.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsstromquelle (50) Impulse (52) liefert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsstromquelle einen hohen Innenwiderstand besitzt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der Betriebsstromimpulse (52) und der Eingangsimpulse (66, 68, 70) so gewählt sind, daß ein Betriebsstromimpuls allein nicht ausreicht, eine der Dioden in den Betriebsbereich hoher Spannung zu schalten, daß jedoch ein Betriebsstromimpuls und ein einziger Eingangsimpuls eine Diode im ersten Zweig in den Betriebsbereich hoher Spannung zu schalten vermag, daß ein Betriebsstromimpuls und zwei Eingangsimpulse eine Diode im ersten Parallelzweig und die Diode im zweiten Parallelzweig in den Betriebsbereich hoher Spannung zu schalten vermögen und daß ein Betriebsstromimpuls und drei Eingangsimpulse alle drei Dioden in den Bereich hoher Spannung schalten und daß zwischen der dritten Diode und dem Schaltungselement ein Ausgangssignal abnehmbar ist, das einem Summensignal eines Volladdierers entspricht.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der dritten Diode (44) in Serie geschaltete Schaltungselement (48) ein Widerstand ist, dessen Widerstandswert annähernd gleich dem negativen Widerstand der mit ihm in Serie geschalteten Diode ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden Tunneldioden sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Übertragsschaltung mit einer vierten Diode (80), deren Kennlinie einen Bereich negativen Widerstandes umfaßt, durch eine mit der die Parallelschaltung speisenden Impulsquelle (50) synchronisierte, zweite Impulsquelle (96); durch eine Impedanzanordnung (86, 88, 90), durch die die Eingangsimpulse für die Parallelschaltung der vierten Diode zuführbar sind, wobei die Schaltungsparameter und Impulsamplituden so gewählt sind, daß ein Betriebsstromimpuls (94) und ein gleichzeitig auftretender Eingangsimpuls nicht ausreichen, die vierte Diode in den Bereich hoher Spannung zu schalten, während zwei oder drei gleichzeitig mit einem Betriebsstromimpuls auftretende Eingangsimpulse die vierte Diode in den Hochspannungsbereich zu schalten vermögen, so daß an der vierten Diode ein Übertragssignal abnehmbar ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode eine Tunneldiode ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Elektronische Rundschau«, Nr. 2, 1959, S. 51 bis 54;

»Electronic Engineering«, Dezember 1956, S. 528; »Electronics«, 27. Februar 1959, S. 62/63.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen