DE1119568B - Bistabile Speichereinheit mit zwei ferroelektrischen Elementen - Google Patents

Description

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ANMELDETAG: 16. APRIL 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 14. DEZEMBER 1961

Die Erfindung betrifft Datenspeichervorrichtungen und deren Verwendung in Schieberegistern und im besonderen solche Speichervorrichtungen, die Bauteile vom sogenannten »Solid-state«-Typ benutzen.

Schiebe-, Zahl-, Speicher- und andere logische Schaltungsanordnungen sind bereits bekannt und haben beispielsweise in Rechenanlagen und Datenverarbeitungssystemen große Bedeutung erlangt. In der vorliegenden Erfindung sind solche Schaltungen insofern weiterentwickelt, als in ihnen »Solid-state«- Elemente, wie beispielsweise ferroelektrische, elektrolumineszierende und photoleitende Elemente, verwendet werden. Die photoleitenden Elemente, deren Widerstand sich je nach der Stärke der Bestrahlung mit bestimmten Wellenlängen, denen sie ausgesetzt werden, verändert, dienen in den Schaltungen als Schaltelemente und sind mit den elektrolumineszierenden Zellen optisch gekoppelt. Letztere können wahlweise erregt werden, so daß sie eine entsprechende Strahlung hervorbringen und die photoleitenden ZeI- ao len aus einem hochohmigen in einen niederohmigen Zustand versetzen. Die elektrolumineszierenden Elemente ihrerseits werden durch die ferroelektrischen Elemente gesteuert, die wahlweise so polarisiert werden können, daß sie die Erregung der elektrolumineszierenden Elemente durch eine Wechselspannung entweder zulassen oder nicht. Die ferroelektrischen und die elektrolumineszierenden Elemente eignen sich sehr gut zur Verwendung in ein und derselben Schaltung, da beide auf kapazitiver Grundlage arbeiten und die ferroelektrischen Elemente die von den elektrolumineszierenden Elementen benötigten hohen Erregungsspannungen aushalten.

Die grundlegende Speichervorrichtung der Erfindung, aus der Schieberegister, Zähler usw. aufgebaut werden können, enthält zwei mit einem elektrolumineszierenden Element in Reihe geschaltete ferroelektrische Elemente. Die Polarisation der ferroelektrischen Elemente kann durch Anlegen geeigneter Potentiale an die Schaltung gesteuert werden. Die Polarisation dieser Elemente in Beziehung zueinander bestimmt ihre wirksame äquivalente Kapazität. Diese bildet zusammen mit der Kapazität des elektrolumineszierenden Elementes einen kapazitiven Spannungsteiler, so daß, wenn sich bei Anlegen eines Potentials an die Schaltung die ferroelektrischen Elemente in dem einen Polarisationszustand befinden, nur ein geringer Spannungsabfall an dem elektrolumineszierenden Element erfolgt und dadurch eine Erregung desselben verhindert wird, während, wenn die ferroelektrischen Elemente den anderen Po'arisationszustand einnehmen, ein großer Spannungsabfall an Bistabile Speichereinheit
mit zwei ferroelektrischen Elementen

Anmelder:

The National Cash Register Company,
Dayton, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr. A. Stappert, Rechtsanwalt,
Düsseldorf, Feldstr. 80

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. April 1958 (Nr. 729 023)

dem elektrolumineszierenden Element auftritt, der das letztere erregt, so daß es Strahlungen aussendet und so eine optisch gekoppelte Photozelle in einen niederohmigen Zustand versetzt.

Speichervorrichtungen, die zwei ferroelektrische Elemente verwenden, sind beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 2 695 396 vom 23. November 1954 bekannt. Dieses ältere Recht behandelt jedoch nicht die Verwendung von ferroelektrischen Elementen in Kombination mit einem elektrolumineszierenden Element, das sehr gut für Sichtanzeige und andere Ausgangszwecke Verwendung finden kann und sich auch bestens für eine optische Kopplung mit photoleitenden Mitteln zur Steuerung weiterer Geräte eignet. Dies ermöglicht es, die einzelnen Speichervorrichtungen voneinander elektrisch zu isolieren und trotzdem arbeitsmäßig so miteinander zu koppeln, daß sie Schieberegister, Ringzähler usw. bilden.

Da ferroelektrische Stoffe rechteckige Hysteresisschleifen mit zwei remanenten elektrischen Ladungs (Q)- oder Polarisationszuständen besitzen, in denen die Zelle im wesentlichen eine Ladungssättigung zeigt, sind diese Elemente bistabil und eignen sich daher sehr gut für Speicherzwecke. Die vorher beschriebenen einzelnen Speichervorrichtungen können somit vorteilhaft in Schieberegistern, Ringzählern usw. verwendet werden, in denen der Zustand der ferroelektrischen Elemente so lange beibehalten wird,

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bis er sich bei Anlegen entsprechender elektrischer Impulse ändert.

Demgemäß geht die Erfindung aus von einer bistabilen Speichereinheit mit zwei ferroelektrischen Elementen und einem elektrolumineszierenden Element und ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ferroelektrischen Elemente mit mindestens einem ersten elektrolumineszierenden Element in Reihe geschaltet sind, daß das erste elektrolumineszierende Element beim Anlegen einer Lesespannung an die genannte Reihenschaltung nur bei gleichsinniger Polarisation der beiden ferroelektrischen Elemente zum Strahlen angeregt wird und daß mittels dieser Strahlung mindestens ein photoleitendes Element gesteuert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines einzelnen Speicherelementes, das gemäß der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde,

Fig. 2 und 3 Hysteresisschleifen für in Fig. 1 gezeigte ferroelektrische Elemente, die zur Darstellung der Polarisationsbedingungen dieser Elemente dienen,

Fig. 4 ein Schaltbild eines Elemente nach Fig. 1 verwendenden Schieberegisters,

Fig. 5 Wellenformen an verschiedenen Punkten der Schieberegisterschaltung nach Fig. 4 mit den zeitlichen Zusammenhängen zwischen diesen Wellenformen,

Fig. 6 ein Schaltbild eines Elemente nach Fig. 1 verwendenden Ringzählers und

Fig. 7 ein Schaltbild eines solche Elemente verwendenden Schieberegisters, das sowohl vorwärts als auch rückwärts schreiten kann.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Datenspeichervorrichtung gezeigt, die zwei ferroelektrische Elemente 20 und 21 enthält, die als Kondensatoren mit einem ferroelektrischen Material, z. B. Bariumtitanat, als Dielektrikum abgebildet sind.

Bariumtitanat gehört einer Gruppe von Stoffen an, die allgemein Ferroelektrika genannt werden und im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleifen besitzen. In den Fig. 2 und 3 sind solche Hysteresisschleifen für Bariumtitanatkristalle der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Art gezeigt, wobei die senkrechte Achse die dielektrische Verschiebung oder den Polarisationsgrad und die waagerechte Achse die an die Klemmen der ferroelektrischen Elemente angelegte Spannung darstellen, die proportional der elektrischen Feldstärke ist.

Die Hysteresisschleifen für die ferroelektrischen Elemente 20 und 21 sind in Fig. 2 abgebildet, wo eine Schleife 22 dem Element 20 und eine Schleife 23 dem Element 21 zugeordnet ist. Die Punkte α und b der Schleifen bezeichnen die quasistabilen Polarisationszustände. Werden die ferroelektrischen Elemente durch Anlegen eines entsprechenden elektrischen Feldes an deren Klemmen in einen der beiden Zustände gebracht, so verharren sie in diesem längere Zeit, ohne daß Energie von einer äußeren Quelle zur Aufrechterhaltung des Feldes nachgeführt wird.

Die in Fig. 3 gezeigten beiden Schleifen stellen die resultierenden Hysteresisschleifen dar, die sich bei der Kombination zweier ferroelektrischer Elemente 20 und 21 bei verschiedenen Polarisationsbedingungen ergeben. Sind beide Elemente in derselben Richtung polarisiert, so erhält man eine Schleife 24 (Fig. 3), in der die Punkte c und d die quasistabilen Polarisationszustände darstellen. Ist jedoch die Polarisation der beiden Elemente entgegengesetzt gerichtet, so ergibt sich eine Schleife 25 mit den quasistabilen Polarisationszuständen bei e und /.

S Die Steilheit der Hysteresisschleifen in Fig. 3 ist proportional der wirksamen resultierenden Kapazität der Kombination aus den beiden ferroelektrischen Elementen 20 und 21. Daraus ergibt sich, daß die Polarisationsänderung beim Wechsel von c nach d

ίο auf der Schleife 24 wesentlich größer ist als die Polarisationsänderung beim Wechsel von e nach / auf der Schleife 25. Somit haben die beiden Elemente 20 und 21, wenn sie in derselben Richtung polarisiert sind, wie durch Schleife 24 dargestellt, eine wesentlich größere wirksame Kapazität, als wenn sie, wie durch Schleife 25 gezeigt, entgegengesetzt polarisiert sind. Dieses Phänomen wird bei der einfachen, aber wirksamen, in Fig. 1 abgebildeten Speichervorrichtung verwendet.

Die ferroelektrischen Elemente 20 und 21 sind, wie Fig. 1 zeigt, in eine Schaltung eingebaut, bei der eine Wechselstromquelle 26, ein Schalter 27, ein elektrolumineszierendes Element 28, ein Widerstand 29 in Reihe an ein Grundbezugspotential 30, z. B. Erde, gelegt sind. Das elektrolumineszierende Element 28 ist ähnlich den beiden ferroelektrischen Elementen als Kondensator abgebildet. Dabei wird als Dielektrikum mit Kupferhalogenid aktiviertes Zinksulfid verwendet, obwohl auch jedes andere Material mit geeigneten elektrolumineszierenden Eigenschaften benutzt werden kann. Wie allgemein bekannt, besitzen elektrolumineszierende Stoffe die Eigenschaft, Strahlung auszusenden, sobald sie durch ein angelegtes elektrisches Potential oder Feld erregt werden. Bei den meisten elektrolumineszierenden Stoffen kommt diese Eigenschaft bei Erregung durch Wechselstrom am besten zum Vorschein, obgleich auch elektrolumineszierende Stoffe bekannt sind, die auf Gleichstrom ansprechen.

Die Schaltung nach Fig. 1 enthält weiterhin einen Widerstand 31, der sich von einem Punkt 32 nach Erde erstreckt; außerdem liegen zwei Batterien oder andere passende Gleichstromquellen 33 und 34 in Stromkreisen, welche von Erde über Schalter 35 und 36 zu den Punkten 37 und 38 führen, wobei der Punkt 37 zwischen den ferroelektrischen Elementen 20 und 21 und der Punkt 38 zwischen dem ferroelektrischen Element 21 und dem elektrolumineszierenden Element 28 liegt. Die Batterie 34 besitzt eine ungefähr doppelte Spannung der Batterie 33.

Ein weiterer Stromkreis erstreckt sich zwischen den Klemmen 39 und 40 und besteht aus einem mit einer Photozelle 42 in Reihe geschalteten Widerstand 41. Wie bekannt, besitzen photoleitende Stoffe die Eigenschaft, ihren elektrischen Widerstand infolge Änderungen der Strahlung von bestimmter, auf sie einfallender Wellenlänge zu ändern. Bei den hier Verwendung findenden Photozellen wird Cadmiumsulfid benutzt, das einen hohen elektrisehen Widerstand aufweist, wenn keine Bestrahlung geeigneter Wellenlänge stattfindet, und das bei Bestrahlung einen relativ niedrigen Widerstand annimmt. An die Klemmen 39 und 40 kann eine geeignete Stromquelle angeschlossen werden. Zusätzliche Klemmen 43 und 44, die an den beiden Enden des Widerstandes 41 angebracht sind, erleichtern die Messung des Spannungsabfalls an dem genannten Widerstand, der groß ist, wenn die Photozelle 42 be-

leuchtet wird und sich im niederohmigen Zustand befindet, und der relativ gering ist, wenn sich die Photozelle 42 im hochohmigen Zustand befindet.

Eine gestrichelte Linie 45 zeigt die optische Kopplung zwischen dem elektrolumineszierenden Element 28 und der Photozelle 42 an. Die Bestrahlung der Zelle 42 erfolgt somit durch Erregung des elektrolumineszierenden Elementes 28.

Die beiden ferroelektrischen Elemente 20 und 21 können, wie durch Pfeile in Fig. 1 angezeigt, durch Schließen der Schalter 35 oder 36 entgegengesetzt bzw. gleichpolarisiert werden. Wie erwähnt, liegen diese Schalter in den Stromkreisen der Batterien 33 und 34, wobei die Spannung der Batterie 33 größer als die Sättigungsspannung der Elemente 20 und 21 ist und die Spannung der Batterie 34 das Doppelte betragen soll. Die Schalter 35 und 36 können von einer beliebigen passenden Art sein und sollen in geöffnetem Zustand einen hohen Widerstand besitzen und schnell geschlossen werden können. Eine Photozelle 42 ist, wie noch näher erläutert wird, für diesen Zweck besonders geeignet.

Eine binäre Information kann durch die Polarisationsbedingung der Elemente 20 und 21 zueinander dargestellt werden. In der vorliegenden Beschreibung sei eine binäre »1« in der Kombination der Elemente 20 und 21 gespeichert, wenn diese gleichpolarisiert sind; sie sollen eine binäre »0« enthalten, wenn die Polarisation entgegengesetzt erfolgte. Die Speicherung wird durch die Betätigung der Schalter 35 und 36 in einer nun zu beschreibenden Art bewirkt.

Eine binäre »1« wird durch Schließen des Schalters 36 gespeichert, wobei durch die Batterie 34 ein Potential von mindestens dem Zweifachen der Sättigungsspannung an die Elemente 20 und 21 gelegt wird. Da die Richtung des Potentials für beide Elemente 20 und 21 die gleiche ist, erfolgt die Polarisation in derselben Richtung, so daß eine »1« in der in Fig. 1 dargestellten Speichervorrichtung gespeichert wird.

Eine binäre »0« wird durch Schließen des Schalters 35 gespeichert, wobei der Schalter 36 geöffnet bleibt. Hierdurch wird ein Potential von mindestens der Sättigungsspannung der Elemente 20 und 21 an Punkt 37 zwischen diesen Elementen gelegt. Von hier aus läuft der Stromkreis in zwei verschiedenen Richtungen auf zwei verschiedenen, jeweils ein ferroelektrisches Element enthaltenden Wegen nach Erde. Das Ergebnis ist die entgegengesetzte Polarisation der Elemente 20 und 21, d. h. die Speicherung einer »0«.

Zur Ablesung der Speichervorrichtung wird der Schalter 27 geschlossen und eine Wechselspannung von der Quelle 26 an die Speicherschaltung gelegt. Der Schalter 27 kann von der Art der Schalter 35 und 36 sein.

Ist in den ferroelektrischen Elementen 20 und 21 eine binäre »0« gespeichert, so stellen diese Elemente zusammen eine niedrige Kapazität dar, die sich aus der Steilheit der Schleife 25 zwischen e und / in Fig. 3 ergibt. Daraus folgt ein hoher kapazitiver Blindwiderstand aus der Gleichung:

Xc =

2 π/C '

worin X_e den kapazitiven Blindwiderstand, / die Frequenz, C die Kapazität bedeutet.

Da, wie erwähnt, die Elemente 20 und 21 in Kombination mit dem elektrolumineszierenden Element 28 arbeiten und einen kapazitiven Spannungsteiler bilden, ergibt die hohe Impedanz (kapazitiver Blindwiderstand) der Elemente 20 und 21 infolge ihrer niedrigen resultierenden Kapazität (ungefähr 10 pF) bei entgegengesetzter Polarisation einen großen Spannungsabfall an diesen Elementen und einen kleinen Spannungsabfall am elektrolumineszierenden Element 28, das in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einer Kapazität von 200 pF gewählt wurde. Dieser geringe Spannungsabfall genügt nicht, um das Element 28 zur Strahlung zu erregen. Bei geschlossenem Schalter 27 ergibt sich somit für die Ablesung der Speichervorrichtung nach Fig. 1 bei eingespeicherter »0« infolge der ungenügenden Erregung des elektrolumineszierenden Elementes 28 keine Strahlung.

Andererseits sind die ferroelektrischen Elemente 20 und 21 gleichpolarisiert, wenn eine »1« gespeichert wurde; sie stellen somit eine relativ hohe Kapazität dar, wie auch die Steilheit der Schleife 24 zwischen c und d in Fig. 3 zeigt. Somit ergibt sich gemäß der oben angeführten Gleichung ein relativ niedriger kapazitiver Blindwiderstand, so daß an den ferroelektrischen Elementen ein relativ niedriger Spannungsabfall auftritt.

Wird nun der Schalter 27 geschlossen und dadurch Wechselspannung an die mit einer »1« beaufschlagte Speichervorrichtung gelegt, so entsteht bei dem aus den Elementen 20 und 21 und dem elektrolumineszierenden Element 28 gebildeten Spannungsteiler an den genannten Elementen 20 und 21 ein geringer und an dem Element 28 ein relativ hoher Spannungsabfall. Dadurch wird das Element 28 erregt oder aktiviert und sendet Strahlung aus. Das optische Ausgangssignal des elektrolumineszierenden Elementes 28 kann in verschiedener Weise Verwendung finden. Da es in Form einer Strahlung auftritt, kann es zur Sichtanzeige des Speicherinhalts benutzt werden. Auch kann die Strahlung einen photographischen Filmstreifen belichten und so auf diesen den Inhalt des Speichers aufzeichnen.

Eine weitere Möglichkeit der Strahlungsausnutzung ist in Fig. 1 gezeigt, wo die Photozelle 42 optisch mit dem elektrolumineszierenden Element 28 gekoppelt ist. Der Widerstand 41 und die ZeUe 42 dienen gemäß den veränderlichen Widerstandseigenschaften der Photozelle 42 als veränderlicher Spannungsteiler. Bei Strahlungsabgabe durch das elektrolumineszierende Element 28 entlang des optischen Pfades 45 fällt die Strahlung auf die Photozelle 42, deren Widerstand plötzlich auf einen niedrigen Wert sinkt. Somit ergibt sich ein großer Spannungsabfall an den Klemmen 43 und 44. Ist andererseits eine »0« gespeichert, so tritt infolge eines durch Schließen des Schalters 27 ausgelösten Lesesignals keine Strahlung auf, so daß der Widerstand der Zelle 42 groß bleibt und der Spannungsabfall am Widerstand 41 sehr gering ist. An die Klemmen 43 und 44 kann ein geeignetes Instrument angeschlossen werden, wobei die Größe der gemessenen Spannung zur Anzeige des Inhalts der Speichervorrichtung während eines Lesevorgangs dient. Natürlich stellen die erwähnten Ausgangsmittel lediglich wenige von vielen Beispielen dar, deren Entwicklung einem Fachmann keine Schwierigkeiten bereitet.

So bestände die Möglichkeit, die Photozelle 42 in einem weiteren Speicher oder eine andere logische Vorrichtung einzubauen; z. B. könnte eine solche Zelle als einer der Schalter 27, 35 oder 36 in einem weiteren Speicher dienen.

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Eine Anzahl einzelner Speichervorrichtungen nach 67 zu einem Punkt 71 zwischen den Elementen 63 Fig. 1 kann zu einem in Fig. 4 abgebildeten Schiebe- und 64 jedes Speichers in dem Register geführt, register zusammengesetzt werden, bei dem die einzel- Ebenso liegt eine Photozelle 74 an dem gemeinsamen nen Vorrichtungen durch optische Kopplungen, wie Leiter 68 und einem Punkt 73 zwischen den Elemenz. B. 45 bei Fig. 1, verbunden werden. Es zeigt sich, 5 ten 64 und 65 jedes Speichers des Registers,
daß die Verwendung der optischen Kopplung zwi- Ein elektrolumineszierendes Element 75 liegt zwischen den Bausteinen einer Vorrichtung zu einem sehen dem gemeinsamen A-Eingangsleiter 55 und Schieberegister viele Vorteile mit sich bringt, z. B. die Erde und ist mit den Photozellen 72 aller B-Speicher Vermeidung von Kriechströmen, Verwendung ver- der Stufen 05 bis 85 des Registers optisch gekoppelt, schiedener Schaltungsparameter in verschiedenen io Falls erwünscht, können zur optischen Kopplung der Teilen der Vorrichtung, geringer Leistungsaufwand, Photozellen 72 der genannten .B-Speicher auch mehr geringere Abnutzung der Bauteile usw. ebenso geschaltete elektrolumineszierende Elemente

Das in Fig. 4 gezeigte Schieberegister kann aus 75 verwendet werden.

beliebig vielen Sufen, z. B. zehn, bestehen. Es sind Ein weiteres elektrolumineszierendes Element 76 jedoch nur vier Stufen 05, 15, 85 und 95 gezeigt. 15 ist zwischen den gemeinsamen B-Eingangsleiter 56 Die Stufen 25 bis 75, die in der Zeichnung der Deut- und Erde geschaltet und ist mit den Photozellen 72 lichkeit halber und zur Vermeidung von Wieder- der ^4-Speicher der Stufen 05 bis 9 S optisch geholungen ausgelassen wurden, sind mit der Stufe 85 koppelt. Auch hier kann zur Erleichterung der optiidentisch. Jede Stufe 05 bis 85 enthält zwei mit A sehen Kopplung mehr als ein elektrolumineszierendes und B bezeichnete Speichervorrichtungen, im folgen- 20 Element 56 vorgesehen werden,
den kurz A- bzw. B-Speicher genannt, während die Die verschiedenen Bauteile des Schieberegisters Stufe 95 aus noch zu erläuternden Gründen nur einen nach Fig. 4 sind so angeordnet, daß das elektro-A-Speicher aufweist. Die A -Speicher können in den lumineszierende Element 65 jedes B-Speichers mit Registern als Speicher- und Lesevorrichtungen be- der Photozelle 74 des nachfolgenden ^-Speichers trachtet werden, während die B-Speicher normaler- 25 optisch gekoppelt ist.

weise nur Übertragungsfunktionen ausüben, auf Es folgt nun eine Beschreibung der Arbeitsweise

Wunsch jedoch auch zur Speicherung und Ablesung des Schieberegisters nach Fig. 4. Zuerst sei ange-

Verwendung finden. nommen, daß die Elemente 63 und 64 in den Spei-

Sämtliche A -Speicher sind mit einem gemeinsamen ehern aller Stufen 05 bis 9 S zur Speicherung einer Eingangsleiter 55 verbunden, sämtliche B-Speicher 30 »0« entgegengesetzt polarisiert sind. Der Rechteckanalog an einen gemeinsamen Eingangsleiter 56 ge- generator 59 und der Sinusoszillator 60 sind normalerlegt. Die beiden Eingangsleiter dienen zur Übertragung weise dauernd in Betrieb, so daß eine Impulsreihe von Schiebeimpulsen von Schiebeimpulsgattern 57 mit den bei 61 und 62 in Fig. 5 gezeigten Wellen- und 58 an die A- und B-Speicher. Die an den Ein- formen durch die Gatter 57 und 58 auf den gemeingangsleiter 55 gelegten Schiebeimpulse werden auch, 35 samen A- und B-Eingangsleitern 55 bzw. 56 erzeugt, wie noch beschrieben wird, als Leseimpulse verwen- den einzelnen A- und B-Speichern der verschiedenen det. Die Gatter 57 und 58 kombinieren die elektri- Stufen zugeführt und außerdem zur Erregung der sehen Signale eines Rechteckgenerators 59 und eines elektrolumineszierenden Elemente 75 und 76 ver-Sinusoszillators 60 zur Erzeugung von Schiebe- wendet wird. Es sei daran erinnert, daß diese EIeimpulsen der gewünschten Wellenform. Das Gatter 57 40 mente mit den Photozellen 72 der B- bzw. A -Speicher läßt nur während der positiven Ausschläge, das Gat- elektrisch gekoppelt sind, so daß die genannten Zellen ter 58 nur während negativer Ausschläge der Recht- als Schalter in den Stromkreisen von dem Gleicheckwellen des Rechteckgenerators 59 Signale hin- stromleiter 67 zu Punkt 71 jedes Speichers dienen, durch. Die resultierenden, durch die Gatter 57 und 58 Diese Anordnung erlaubt die regelmäßige Abgabe erzeugten Wellenformen zur Übertragung über die 45 von Tastimpulsen, die mit Rückstellimpulsen bezeichgemeinsamen Eingangsleiter 55 und 56 an die A- net seien, bei 77 und 78 in Fig. 5 gezeigte Wellen- und B-Speicher des Schieberegisters und ihre zeit- formen aufweisen und über Punkt 71 an die A- bzw. liehen Beziehungen zueinander sind durch die Wellen- B-Speicher angelegt werden. Eine Betrachtung der formen 61 und 62 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß Fig. 5 ergibt, daß die ^-Rückstellimpulse gleichzeitig jeder Schiebeimpuls der Wellenformen 61 und 62 50 mit den B-Schiebeimpulsen und die B-Rückstellin Wirklichkeit aus mehreren Perioden der durch den impulse gleichzeitig mit den A -Schiebe- und Lese-Sinusoszillator 60 erzeugten Sinuswelle besteht. impulsen getastet werden. Dies folgt aus der Schal-

Jeder A- und B-Speicher der Stufen 05 bis 85 tung des elektrolumineszierenden Elementes 75, das

und der A -Speicher der Stufe 95 des Schieberegisters mit den Zellen 72 der B-Speicher optisch und dem

besitzen einen der Speichervorrichtung in Fig. 1 55 gemeinsamen .4-Eingangsleiter 55 elektrisch gekop-

gleichenden Aufbau. Sie enthalten zwei ferroelek- pelt ist, und aus der gleichen Verbindung des elektro-

trische Elemente 63 und 64, ein elektrolumineszieren- lumineszierenden Elementes 76 mit dem gemein-

des Element 65 und einen Widerstand 66, die alle samen B-Eingangsleiter 56.

zwischen den gemeinsamen Eingangsleiter 55 oder 56 Es zeigt sich, daß, wenn sämtliche Speicher auf

und ein Bezugspotential, z. B. Erde, geschaltet sind. 60 »0« gestellt sind, die regelmäßig getasteten Schiebe-

Zur Polarisation der ferroelektrischen Elemente 63 und Rückstellimpulse kein Ausgangssignal an irgend-

und 64 gemäß der in dem Register einzuspeichernden einem der elektrolumineszierenden Elemente 65 der

Information sind zwei gemeinsame Leiter 67 und 68 verschiedenen Stufen hervorrufen. Dies ist richtig,

mit Klemmen 69 bzw. 70 vorgesehen. Eine die Sätti- da die an Punkt 71 der A- und B-Speicher angelegten

gungsspannung der ferroelektrischen Elemente 63 65 Rückstellimpulse die relative Polarisationsrichtung

und 64 übersteigendes Potential liegt an Klemme 69, der Elemente 63 und 64 in den Speichern nicht än-

ein Potential mit der doppelten Größe an Klemme 70. dem und diese Elemente im Zustand entgegenge-

Eine Photozelle 72 ist von dem gemeinsamen Leiter setzter Polarisation zueinander bleiben. Somit ist, wie

schon erwähnt, die effektive Kapazität der Elemente 63 und 64, zusammen betrachtet, niedrig und der Spannungsabfall an den genannten Elementen hoch, sobald ein Schiebeimpuls an die Speicher gelegt wird. Daraus folgt, daß an keinem der elektrolumineszierenden Elemente 65 ein ausreichender Spannungsabfall zur Erregung der Elemente vorhanden ist. Es entsteht kein optisches Ausgangssignal, und keine der Photozellen 74 wird bestrahlt.

Es sei nun angenommen, daß ein optischer Eingangsimpuls an die mit dem /!-Speicher der Stufe 05 des Schieberegisters verknüpfte Photozelle 74 gelangt. Der zeitliche Verlauf dieses Impulses in bezug auf die anderen an das Schieberegister angelegten Impulse ist in Fig. 5 gezeigt, worin die Wellenform 79 die an Punkt 73 angelegten, vom Eingangsleiter 68 kommenden Impulse darstellt, während eine Wellenform 80 die an Punkt 73 der ß-Speicher angelegten, vom Eingangsleiter 18 über die mit den genannten ß-Speichern verknüpften Photozellen 74 kommenden Impulse charakterisiert. Es sei daran erinnert, daß auf dem gemeinsamen Eingangsleiter 68 das doppelte Gleichstrompotential des gemeinsamen Leiters 67 liegt. Fällt ein optischer Eingangsimpuls auf die Photozelle 74, so sinkt deren Widerstand, so daß ein höheres Potential an Punkt 73 des Speichers gelangt. Die Impulse der Wellenformen 79 und 80 sind gestrichelt gezeichnet, da ,sie an die verschiedenen Speicher des Schieberegisters nur zu bestimmten Zeiten angelegt werden und nicht, wie die Impulse der Wellenformen 61, 62, 77 undi 78, regelmäßig wiederkehren.

Wird durch die Bestrahlung der Photozelle 74 des /!-Speichers der Stufe 05 ein Impuls an Punkt 73 zugeführt, so ändert sich die Polarisationsrichtung des ferroelektrischen Elementes 64, so daß die Elemente 63 und 64 nun gleichpolarisiert sind, so daß eine »1« in den A -Speicher der Stufe 05 eingespeichert ist. Sobald die nächste Schiebe- und Leseimpulsgruppe von Gatter 57 über den gemeinsamen Leiter 55 diesen Speicher erreicht, wird die wirksame Impedanz der Elemente 63 und 64 und damit der Spannungsabfall relativ niedrig, und es entsteht ein hoher Spannungsabfall an dem elektrolumineszierenden Element 65, so daß dieses Element erregt wird und ein optisches Ausgangssignal vom /!-Speicher der Stufe 05 abgibt.

Dieses optische Signal fällt auf die Photozelle 74 des .B-Speichers derselben Stufe, so daß an den Punkt 73 des genannten B-Speichers ein Impuls angelegt wird. Die Elemente 63 und 64 dieses Speichers werden dadurch gleichpclarisiert und somit die vorher in dem /!-Speicher gespeicherte »1« in den B-Speicher übertragen. Bei der nächsten Impulsgruppe, die vom Z?-Gatter über den gemeinsamen Leiter 56 an den J5-Speicher der Stufe 05 gelangt, erfolgt die Erregung des elektrolumineszierenden Elementes 65 dieser Stufe, und es entsteht ein optisches Ausgangssignal in der im Zusammenhang mit Element 65 des A -Speichers schon beschriebenen Weise.

Gleichzeitig wird, wie aus Fig. 5 ersichtlich, ein Rückstellimpuls der Wellenform 77 an Punkt 71 des A -Speichers gelegt. Da an Punkt 73 kein durch einen optischen Eingangsimpuls an der Photozelle 74 hervorgerufener Impuls vorhanden ist, wird durch den genannten Rückstellimpuls die Polarisationsrichtung der ferroelektrischen Elemente wieder umgeschaltet, so daß sie in Bezug zueinander entgegengesetzte Polarisation annehmen und damit eine »0« speichern.

Die Strahlung des elektrolumineszierenden Elementes 65 des .B-Speichers der Stufe 05 fällt auf die dem /!-Speicher der Stufe 15 zugeordnete Photozelle 74, so daß sich ein Impuls an dem entsprechenden Punkt 73 ergibt, der die Polarisation der ferroelektrischen Elemente 63 und 64 des /!-Speichers der Stufe 15 in die gleiche Richtung bringt und somit eine »1« speichert. Die nächste an den /!-Speicher von dem ^4-Gatter 57 über den gemeinsamen Leiter 55 angelegte Impulsgruppe bringt in dem elektrolumineszierenden Element 65 des /!-Speichers ein optisches Ausgangssignal hervor. Gleichzeitig wird durch einen an Punkt 71 des ^-Speichers der Stufe 05 angelegten Rückstellimpuls dieser Speicher auf »0« gestellt.

Die im Zusammenhang mit den ersten beiden Stufen des Schieberegisters beschriebene Impulsübertragung setzt sich fort, wobei die ursprünglich in dem ^(-Speicher der Stufe 05 eingespeicherte »1« stufenweise durch das ganze Schieberegister geschoben wird, bis sie die letzte Stufe 95 erreicht, die nur aus einem /!-Speicher besteht. Ein ß-Speicher ist nicht erforderlich, da keine Verschiebung in einer weitere Stufe, sondern nur eine Ablesung stattfindet. Diese Ablesung erfolgt mittels des optischen Ausgangssignals des elektrolumineszierenden Elementes 65 des /!-Speichers der Stufe 95. Das entstehende optische Ausgangssignal kann beliebig verwendet werden, so z. B. als Eingangssignal zu einem weiteren Baustein des Systems, zur Sichtanzeige u. a. In derselben Weise können auch die optischen Ausgangssignale der elektrolumineszierenden Elemente in den /!-Speichern der Zwischenstufen Verwendung finden. Ebenso können natürlich auch die optischen Ausgangssignale der elektrolumineszierenden Elemente 65 der B-Stufen benutzt werden, denn die /!-Speicher werden lediglich zu Beschreibungszwecken in dieser Erfindung als Lesemittel vorgesehen.

Während ein Eingangssignal für das Schieberegister im vorhergehenden nur der Photozelle 74 des A-Speichers der Stufe 05 zugeführt wurde, ist es klar, daß auch eine vielstellige Zahl in dem Schieberegister durch gleichzeitiges Anlegen von Eingangssignalen an verschiedene von entsprechenden Photozellen 74 in gewünschten Stufen eingespeichert werden kann. Das Register schiebt dann die so eingespeicherte Zahl in die nachfolgenden Stufen, und die Ablesung kann entweder in paralleler Form gleichzeitig an den verschiedenen Stufen erfolgen, nachdem eine gewünschte Anzahl von Verschiebungen ausgeführt wurde; sie kann aber auch in Serie am Ausgang des elektrolumineszierenden Elementes €5 der letzten Stufe 9-S des Schieberegisters geschehen. Hierdurch wird ein einfaches, aber wirksames Schieberegister vorgesehen, bei dem sowohl die Eingabe als auch die Ausgabe entweder in Serie oder parallel mittels optischer Impulse erfolgen kann.

Ein in Fig. 6 gezeigter Ringzähler ist aus denselben, in Fig. 1 gezeigten Speichervorrichtungen zusammengesetzt, wie sie auch in dem Schieberegister nach Fig. 4 benutzt wurden. Der Aufbau des Ringzählers gleicht im wesentlichen dem des Schieberegisters. So kann dieser ebenso aus beliebig vielen Stufen bestehen, von denen drei, QC, IC und 9C, gezeigt sind.

Jede Stufe, auch die letzte, des Ringzählers nach Fig. 6 enthält zwei Speicher A und B. Die letzte Stufe9C enthält deswegen beide Speicher/! und B,

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weil sie mit der ersten Stufe OC, wie bei Ringzählern üblich, gekoppelt ist. Sämtliche A -Speicher sind an einen gemeinsamen Leiter 90, sämtliche .B-Speicher an einen gemeinsamen Leiter 91 angeschlossen. Diese gemeinsamen Leiter 90 und 91 dienen zum Anlegen der Schiebeimpulse von Schiebeimpuisgattern 92 und 93 an die A- bzw. B-Speicher. Die Gatter 92 und 93 kombinieren die elektrischen Signale eines Rechteckgenerators 94 und eines Sinusoszillators 95 zu Schiebeimpulsen der gewünschten Wellenform. Wie bei den durch die Gatter 57 und 58 in Fig. 4 erzeugten A- und B-Schiebeimpulsen ist das Gatter 92 dazu bestimmt, während der positiven Halbwellen, und das Gatter 93, während der negativen Halbwellen des Rechteckgenerators 94 Signale durchzulassen. Die resultierenden Wellenformen gleichen den in Fig. 5 abgebildeten Wellenformen 61 und 62. Wie nachfolgend noch gezeigt, dient der Ringzähler zur Verschiebung einer gespeicherten »1« von einer Stufe zur nächsten während jeder vollständigen Periode der von dem Rechteckgenerator 94 abgegebenen Rechteckwelle. Somit zählt der Ringzähler für jede positive Rechteckhalbwelle um »1« weiter, was durch äußere Steuermittel 89 gesteuert werden kann, so daß Rechteckwellen nur infolge eines Eingangssignals von einem anderen Baustein des Systems, in dem der Ringzähler eingebaut ist, zur Zählung dieser Eingangssignale erzeugt werden, andererseits kann der Ringzähler auch dauernd arbeiten und zu bestimmten Zeiten seine Stellung abgelesen werden.

Sämtliche A- und B-Speicher der Stufen OC bis 9 C des Ringzählers sind nach Fig. 1 aufgebaut und enthalten zwei ferroelektrische Elemente 96 und 97, ein elektrolumineszierendes Element 98 und einen Widerstand 99. Diese Bausteine sind an gemeinsame Eingangsleiter 90 oder 91 und an ein Bezugspotential, z. B. Erde, angeschlossen. Zur Polarisation der ferroelektrischen Elemente 96 und 97 sind gemeinsame Eingangsleiter 100 und 101 mit Klemmen 102 bzw.

103 vorgesehen. Ein Potential, größer als die Sättigungsspannung der ferroelektrischen Elemente 96 und 97, ist an die Klemme 102 und ein doppelt so großes Potential an die Klemme 103 gelegt. Vor dem gemeinsamen Leiter 100 liegt eine Photozelle 104 an einem Punkt 105 zwischen den Elementen 96 und 97 jedes Speichers. Ebenso ist eine Photozelle 106 zwischen dem gemeinsamen Leiter 101 und einem Punkt 107 zwischen den Elementen 97 und 98 jedes Speichers eingefügt. Elektrolumineszierende Elemente 108 und 109 sind zur Übertragung von Rückstellimpulsen an die B- und /ί-Speicher mit den A- und B-Eingangsleitern 90 und 91 verbunden und mit der Photozelle

104 der A- und B-Speicher jeder Stufe des Ringzählers optisch gekoppelt.

Die verschiedenen Bauteile des Ringzählers nach Fig. 6 sind so angeordnet, daß die Photozelle jedes B-Speichers mit dem elektrolumineszierenden Element 98 des A -Speichers derselben Stufe und das elektrolumineszierende Element 98 jedes B-Speichers mit der Photozelle 106 des nächsten ^4-Speichers optisch gekoppelt sind.

Die Arbeitsweise des in Fig. 6 gezeigten Ringzählers stimmt mit der des Schieberegisters nach Fig. 4 darin überein, daß eine in einem der Speicher einer Zählerstufe gespeicherte »1« mittels auf einanderfolgender A- und B-Schiebeimpulse durch die A- und B-Speicher der folgenden Zählerstufen geschoben wird, wobei Rückstellimpulse den Speicher, aus dem die »1« herausgeschoben wurde, nach der Verschiebung in »0«-Lage zurückbringen. Wie schon erwähnt, unterscheidet sich der Ringzähler von dem Schieberegister dadurch, daß in der Stufe 9 C des Zählers auch ein B-Speicher vorgesehen ist. Eine in dem A -Speicher der Stufe 9 C des Zählers gespeicherte »1« wird durch die nächsten Schiebeimpulse in den B-Speicher dieser Stufe gebracht und nicht, wie bei dem Schieberegister nach Fig. 4, nur ein Ausgangssignal erzeugt. Das elektrolumineszierende Element 98 des B-Speichers der Stufe 9 C des Zählers ist mit der Photozelle 106 des /!-Speichers der Zählerstufe OC optisch gekoppelt, so daß der folgende Schiebeimpuls die in dem B-Speicher der Stufe 9 C gespeicherte »1« in den A-Speicher der Zählstufe OC zurückschiebt. Somit zeigt sich, daß die aufeinanderfolgenden Schiebeimpulse eine in dem Zählring gespeicherte »1« von Stelle zu Stelle weiterschieben, so daß die Impulse durch Bestimmen der Stellung der gespeicherten »1« in dem Ring gezählt werden können. Es ist klar, daß eine Übertragungsvorrichtung dazu dienen kann, eine »1« zu einem gleichen Ring höheren Stellenwerts jedesmal dann hinzuzuzählen, wenn der Zählring von Stufe 9 C nach Stufe OC läuft. Da die Kopplung zwischen diesen beiden Stufen auf optischer Grundlage beruht, ist es äußerst einfach, eine zusätzliche Photozelle in optischer Kopplung mit dem elektrolumineszierenden Element 98 des B-Speichers der Stufe 9 C anzuordnen, so daß diese Photozelle nach jedem vollständigen Zyklus des Zählringes die Übertragung eines Impulses zu dem Ring nächsthöheren Stellenwerts oder zu einer anderen Vorrichtung bewirkt.

Gewöhnlich wird der Ring so eingestellt, daß eine »1« in dem A-Speicher der Stufe OC und eine »0« in sämtlichen anderen Speichern des Ringes eingeschrieben sind. Die in der Stufe OC gespeicherte »1« läuft dann infolge der an die gemeinsamen Leiter 90 und 91 angelegten Impulse in der beschriebenen Weise durch den Ring.

Zur Löschung des Ringzählers nach Fig. 6 können verschiedene Methoden Verwendung finden. So werden z. B. normale Rückstellimpulse zu aufeinanderfolgenden Impulszeiten der Photozelle 104 sämtlicher Speicher von elektrolumineszierenden Elementen 108 und 109 zugeführt, wobei jedoch die sonst geschlossenen beiden Schalter 110 und 111 in den gemeinsamen Leitern 90 und 91 geöffnet sind und die Schiebeimpulse von den Speichern A und B sämtlicher Zählerstufen abhalten. Weiterhin kann kurzzeitig die Spannungszuführung an der Klemme 103 während des Schiebevorganges unterbrochen werden, was die Verschiebung der gespeicherten »1« in den nächsten Speicher verhindert. Weitere Möglichkeiten können leicht von einem Fachmann entwickelt werden.

Nach der Löschung des Zählringes, bei der sämtliche Speicher auf »0« gestellt wurden, bewirkt ein optischer Eingangsimpuls an der Photozelle 106 des A -Speichers der Stufe OC die Speicherung einer »1« in diesem Speicher, so daß der Ring in die Anfangslage gestellt ist.

Mittels der Erfindung läßt sich somit ein Ringzähler herstellen, der einfach und wirksam in Aufbau und Arbeitsweise ist und bei dem das optische Ausgangssignal der elektrolumineszierenden Elemente 98 der A- und B-Speicher der verschiedenen Stufen zur Anzeige der Stellung verwendet werden kann, in welcher der Ring zu einer beliebigen Zeit steht.

Fig. 7 zeigt ein Schieberegister, das in gewisser Hinsicht dem Schieberegister nach Fig. 4 gleicht, bei dem es jedoch möglich ist, eine Verschiebung in beiden Richtungen durchzuführen. Dies ergibt sich durch die Verwendung von zusätzlichen optisch gekoppelten Paaren aus elektrolumineszierenden Elementen und Photozellen. Wie das Schieberegister nach Fig. 4 und der Ringzähler nach Fig. 6 kann das Schieberegister nach Fig. 7 beliebig viele Stufen aufweisen, von denen jedoch nur drei, und zwar OSR, 8SR und 9 SR, gezeigt sind. Die ausgelassenen Stufen ISR bis 757? gleichen der Stufe 8SR. Jede Stufe OSR bis 8SR enthält zwei Speicher C und D. Die Stufe 9SR enthält aus noch zu beschreibenden Gründen nur einen C-Speicher. Die C-Speicher können als Speicher und Lesevorrichtungen betrachtet werden, während die D-Speicher im allgemeinen nur Übertragungsfunktionen ausüben, jedoch auf Wunsch auch zu Speicher- und Lesezwecken benutzt werden können.

Alle C-Speicher sind an einen gemeinsamen Eingangsleiter 120, alle D-Speicher an einen gemeinsamen Eingangsleiter 121 angeschlossen. Die beiden Eingangsleiter 120 und 121 dienen zur Übertragung der Schiebeimpulse von den Schiebeimpulsgattern 122 und 123 zu den C- bzw. D-Speichern. Die an den C-Eingangsleiter 120 gelegten Schiebeimpulse stellen, wie noch beschrieben wird, Leseimpulse dar. Die Gatter 122 und 123 dienen zum Kombinieren der elektrischen Signale eines Rechteckgenerators 124 und eines Sinusoszillators 125, wobei Schiebeimpulse mit gewünschter Wellenform entstehen. Das Gatter 122 läßt nur während der positiven Halbwellen, das Gatter 123 nur während der negativen Halbwellen der vom Rechteckgenerator 124 erzeugten Rechteckwellen Signale hindurch. Diese Wellenformen und ihre zeitliche Beziehung zueinander stimmen mit den Wellenformen 61 und 62 in Fig. 5 überein.

Sämtliche C- und D-Speicher der Stufen OSR bis 9SR besitzen den gleichen Aufbau und erstrecken sich zwischen den gemeinsamen Eingangsleitern 120 und 121 und einem Bezugspotential, z. B. Erde. Zwei ferröelektrische Elemente 126 und 127 liegen in Reihe zu einem Parallelnetzwerk aus zwei Teilen, wobei der Unke Teil eine Photozelle 128 in Serie mit einem elektrolumineszierenden Element 130 und der rechte Teil eine Photozelle 129 in Serie mit einem elektrolumineszierenden Element 131 umfaßt. Ein Widerstand 132 verbindet das Parallelnetzwerk mit Erde.

Weiterhin sind zur Polarisation der ferroelektrischen Elemente 126 und 127 gemäß der in dem Register zu speichernden Information zwei gemeinsame Eingangsleiter 133 und 134 mit Klemmen 135 bzw. 136 vorgesehen. Ein Potential größer als die Sättigungsspannung der ferroelektrischen Elemente 126 und 127 liegt an der Klemme 135 und ein Potential von der doppelten Größe an Klemme 136. Von dem gemeinsamen Eingangsleiter 133 liegt eine Photozelle 138 an einem Punkt 137 zwischen den Elementen

126 und 127 jedes Registerspeichers. In ähnlicher Weise ist eine parallele Kombination von Photozellen 140 und 141 zwischen einem gemeinsamen Leiter 134 und einem Punkt 139 zwischen dem Element

127 und dem Parallelnetzwerk eingefügt. Ein elektrolumineszierendes Element 142 ist an den gemeinsamen Eingangsleiter 120 und Erde angeschlossen und so angeordnet, daß eine optische Kopplung mit den Photozellen 138 jedes D-Speichers aller Stufen OSR bis 8SR des Registers besteht. Auch hier können zur optischen Kopplung der Zellen mehr als ein elektrolumineszierendes Element 142 verwendet werden. Ein elektrolumineszierendes Element 143 liegt zwischen dem gemeinsamen D-Eingangsleiter 121 und Erde und ist optisch mit den Photozellen 138 der C-Speicher der Stufen OSR bis 9SR gekoppelt.

Elektrolumineszierende Elemente 130 und 131 jedes C- und D-Speichers jeder Stufe des Schieberegisters sind in bezug auf die Photozellen 140 und 141 so angeordnet, daß das elektrolumineszierende Element 130 jedes Speichers mit der Photozelle 140 des vorhergehenden oder links liegenden Speichers und jedes elektrolumineszierende Element 131 mit der Photozelle 141 des nächsthöheren oder rechts liegenden Speichers in optischer Kopplung steht. Diese Anordnung gewährleistet, daß, wenn die entsprechenden Photozellen 129 unter geeigneten Bedingungen die Erregung der elektrolumineszierenden Elemente 131 durch Schiebeimpulse ermöglichen, eine Vorwärts- oder Rechtsverschiebung des Schieberegisters erfolgt, während, wenn die Photozellen 129 ausgeschaltet sind, es die Zellen 128 ermöglichen, daß die elektrolumineszierenden Elemente 130 unter geeigneten Bedingungen durch Schiebeimpulse erregt werden, eine Rück- oder Linksverschiebung des Schieberegisters erfolgt.

Zwei weitere elektrolumineszierende Elemente 144 und 145 sind über Schalter 146 und 147 an den gemeinsamen Leiter 120 und ebenso zwei zusätzliche elektrolumineszierende Elemente 148 und 149 über Schalter 150 und 151 an den gemeinsamen Leiter 121 und Erde gelegt. Die beiden Schalter 146 und 147 sind z.B. durch eine Führung 152 so miteinander verkoppelt, daß, wenn der eine Schalter geöffnet, der andere geschlossen ist. Die Schalter 150 und 151 sind ähnlich durch eine Führung 153 verbunden. Die beiden Führungen 152 und 153 sind wiederum durch ein Glied 154 gekoppelt, das von Hand betätigt werden kann, so daß bei offenen Schaltern 147 und 151 die Schalter 146 und 150 geschlossen sind, und umgekehrt. Die durch die Führungen 152 und 153 gesteuerten Schalter dienen zur Bestimmung der Schrittrichtung des Schieberegisters nach Fig. 7. Die elektrolumineszierenden Elemente 144 und 148 sind mit den Photozellen 129 der C- bzw. D-Speicher der verschiedenen Stufen des Schieberegisters optisch gekoppelt, während die elektrolumineszierenden Elemente 145 und 149 mit den Photozellen 128 der C- und D-Speicher in optischer Kopplung stehen. Es zeigt sich somit, daß bei geschlossenen Schaltern 146 und 150 die elektrolumineszierenden Elemente 144 und 148 durch jeden an ihre entsprechenden Eingangsleiter 120 und 121 gelegten Impuls erregt werden und die Photozellen 129 der C- und D-Speicher des Registers bestrahlen, so daß die genannten Speicher von dem hochohmigen in den niederohmigen Zustand wechseln. Die Schalter 147 und 151 sind zu dem Zeitpunkt offen, so daß die elektrolumineszierenden Elemente

145 und 149 durch an den Leitern 120 und 121 angelegte Impulse nicht erregt werden und die Photozellen 128 der C- und D-Speicher der verschiedenen Stufen des Registers unbeleuchtet und deshalb im hochohmigen Zustand bleiben. Werden die Schalter

146 und 150 geöffnet, und damit die Schalter 147 und 151 geschlossen, so kehren sich die beschriebe-

nen Bedingungen um, und die Photozellen 128 gelangen in den beleuchteten niederohmigen Zustand, während die Photozellenl29 im unbeleuchteten hochohmigen Zustand verharren.

Die Arbeitsweise des Schieberegisters nach Fig. 7 stimmt mit der des Registers nach Fig. 4 im wesentlichen mit der Ausnahme überein, daß das Register nach Fig. 7 entweder vorwärts oder rückwärts schreiten kann. Diese Richtungssteuerung wird durch die Verwendung der elektrolumineszierenden Elemente 144, 145, 148 und 149 in Kombination mit den Photozellen 128 und 129 in einer nun zu beschreibenden Weise erreicht.

Es sei angenommen, daß die Elemente 126 und 127 in den C- und D-Speichern sämtlicher Stufen OSR bis 9SR zur Speicherung einer »0« entgegengesetzt polarisiert sind. Der Rechteckgenerator 124 und Sinusoszillator 125 sind normalerweise dauernd in Betrieb, so daß Impulsgruppen mit Wellenformen, die den Wellenformen 61 und 62 in Fig. 5 gleichen, durch die Gatter 122 und 123 auf den gemeinsamen C- und D-Eingangsleitern 120 bzw. 121 erzeugt werden. Diese Impulsgruppen werden den einzelnen C- und D-Speichern der verschiedenen Stufen zugeführt und dienen außerdem zur Erregung der elektrolumineszierenden Elemente 142 und 143 und ebenso entweder der beiden elektrolumineszierenden Elemente 144 und 148 oder der beiden elektrolumineszierenden Elemente 145 und 149.

Da die Elemente 142 und 143 mit den Photozellen 138 der D- bzw. C-Speicher optisch gekoppelt sind und diese Zellen als Schalter in den Stromkreisen dienen, die sich von dem gemeinsamen Gleichstromleiter 133 zu Punkt 137 der Speicher erstrecken, werden regelmäßig getastete Rückstellimpulse mit den in Fig. 5 bei 77 und 78 dargestellten Wellenformen bei Punkt 137 an die C- bzw. D-Speicher gelegt. Die C-Rückstellimpulse werden gleichzeitig mit den C-Schiebe- und Leseimpulsen getastet.

Wie bei dem Register nach Fig. 4 können die regelmäßig getasteten Schiebe- und Rückstellimpulse kein Ausgangssignal an einem der elekirolumineszierenden Elemente 130 oder 131 der verschiedenen Stufen erzeugen, wenn alle Speicher auf »0« gestellt sind. Dies ist durch die niedrige wirksame Kapazität der beiden zusammen betrachteten Elemente 126 und 127 und den hohen Spannungsabfall an diesen Elementen begründet welcher auftritt, sobald ein Schiebeimpuls an die Speicher gelegt wird. Somit reicht auch der an einem der elektrolumineszierenden Elemente 130 oder 131 liegende Spannungsabfall zur Erregung der genannten Elemente nicht aus, und es entsteht kein optisches Ausgangssignal zur Bestrahlung der Photozellen 140 oder 141.

Es soll nun eine »1« in die Stufe &SR des Schieberegisters nach Fig. 7 eingebracht und diese in die folgenden höheren Stufen des Registers nach rechts verschoben werden. Als Bedingung dafür gilt, daß die Schalter 146 und 150 geschlossen und die Schalter 147 und 151 geöffnet sein müssen. Dies wird durch die Betätigung der in Verbindung mit den Schaltern beschriebenen Schaltanordnung bewirkt. Sind die Schalter 146 und 150 geschlossen, so erfolgt die Erregung des elektrolumineszierenden Elementes 144 immer dann, wenn ein C-Schiebeimpuls an den gemeinsamen Leiter 120 angelegt wird. Es tritt dann eine Bestrahlung der Photozelle 129 jedes C-Speichers des Registers ein, so daß diese Zellen den niederohmigen Zustand annehmen. Beim Anlegen eines Schiebeimpulses an den gemeinsamen D-Eingangsleiter jedoch werden in ähnlicher Weise die Photozellen 129 der D-Speicher in den niederohmigen Zustand gebracht. Andererseits bleiben die Photozellen

128 sämtlicher Speicher des Registers im hochohmigen Zustand, da diese Zellen zu keinem Zeitpunkt dieses Vorganges bestrahlt werden, so daß eine Erregung der elektrolumineszierenden Elemente 130 der Speicher verhindert wird.

Zur Speicherung einer »1« in dem C-Speicher der Stufe OSR des Registers wird ein optischer Eingangsimpuls der Photozelle 141 dieses Speichers zugeführt. Der zeitliche Verlauf dieses Impulses in bezug auf die anderen an das Schieberegister angelegten Impulse gleicht dem in Fig. 5 gezeigten, wo die Wellenform 79 den Zeitverlauf der am Punkt 139 der C-Speicher über den gemeinsamen Eingangsleiter 134 angelegten Impulse darstellt, während die Wellenform 80 den zeitlichen Verlauf der über den gemeinsamen Eingangsleiter 134 an den Punkt 139 der D-Speicher angelegten Impulse veranschaulicht. Das Anlegen eines optischen Eingangsimpulses an die Photozelle 141 bewirkt, daß deren Widerstand plötzlich sinkt, so daß das an der Klemme 136 liegende Potential mit der doppelten Größe des an der Klemme 135 liegenden Potentials an den Punkt 139 des Speichers gelangt. Es erfolgt somit die Umkehrung der Polarisation des ferroelektrischen Elementes 127, so daß die Elemente 126 und 127 nunmehr gleichsinnig polarisiert sind und eine »1« im C-Speicher der Stufe OSR gespeichert ist. Wird diesem Speicher von dem C-Gatter 122 über den gemeinsamen Leiter 120 die nächste Schiebe- und Leseimpulsgrappe zugeführt, so sinkt die wirksame Impedanz der Kombination aus den beiden Elementen 126 und 127, der Spannungsabfall an diesen und der Widerstand der Phoiozelle

129 auf einen relativ niedrigen Wert, während der Widerstand der Photozelle 128 auf seinem hohen Wert bleibt. Unter diesen Bedingungen wird ein hoher Spannungsabfall an dem elektrolumineszierenden Element 131 erzeugt, so daß sich dieses Element erregt und ein optisches Ausgangssignal in der Stufe QSR hervorbringt.

Da die Photozelle 141 des D-Speichers der Stufe 052? des Registers mit dem elektrolumineszierenden Element 131 des C-Speichers der Stufe OSR optisch gekoppelt ist, bewirkt die durch die Erregung des genannten Elementes erzeugte Bestrahlung einen Widerstandsabfall in der Photozelle 141, so daß ein Impuls an Punkt 139 des D-Speichers der Stufe OSi? erscheint. Die Elemente 126 und 127 des D-Speichers werden dadurch gleichsinnig polarisiert und damit die in dem C-Speicher vorher gespeicherte »1« in den D-Speicher übertragen. Wenn nun die nächste Impulsgruppe von dem D-Gatter 123 über dea gemeinsamen Leiter 121 dem D-Speicher der Gruppe OSR zugsführt wird, erfolgt die Erregung des elektrolumineszierenden Elementes 131 dieser Stufe, so daß ein Ausgangssignal in der im Zusammenhang mit dem Element 131 des C-Speichers beschriebenen Weise erzeugt wird. Gleichzeitig wird infolge der Erregung des elektrolumineszierenden Elementes 143 ein Rückstellimpuls an den Punkt 137 des C-Speichers angelegt, der die Polarisationsrichtung der ferroelektrischen Elemente 126 und 127 des genannten Speichers umschaltet, so daß sie entgegengesetzt polarisiert sind und damit den Zustand »0« einnehmen.

DieAusgangsstrahlung des elektrolumineszierenden Elementes 131 des D-Speichers der Stufe OSR fällt auf die nicht gezeigte, mit dem C-Speicher der Stufe ISR verkoppelte Photozelle 141, so daß ein Impuls an den entsprechenden Punkt 139 des genannten Speichers gelangt und die ferroelektrischen Elemente 126 und 127 des C-Speichers der Stufe ISR eine gleichsinnige Polarisation erfahren, was die Speicherung einer »1« bewirkt. Die nächste von dem C-Gatter 122 über den gemeinsamen Leiter 120 an diesen Speicher angelegte Impulsgruppe bringt ein optisches Ausgangssignal des elektrolumineszierenden Elementes 131 dieses Speichers hervor, und gleichzeitig gelangt ein Rückstellimpuls zur »O«-Stellung des D-Speichers der Stufe OSR an dessen Punkt 137.

Die Impulsübertragung wird nun in der im Zusammenhang mit den ersten beiden Stufen des Schieberegisters der Fig. 7 beschriebenen Weise fortgesetzt und die ursprünglich in den C-Speicher der Stufe OSR eingegebene »1« vollständig Schritt für Schritt durch das Schieberegister bis zur letzten Stufe 9 SR hindurchgeschoben. Wie bei dem Register nach Fig. 4 besitzt diese Stufe nur einen C-Speicher, da lediglich eine Ablesung und keine Verschiebung stattfinden soll. Diese Ablesung erfolgt über das optische Ausgangssignal des elektrolumineszierenden Elementes 131 des C-Speichers der Stufe 9SR und kann beliebig Verwendung finden.

Ist verlangt, daß das Schieberegister nicht nach rechts, sondern nach links schreiten soll, so muß die Einstellung der Schalter 146, 147, 150 und 151 so geändert werden, daß bei geöffneten Schaltern 146 und 150 die Schalter 147 und 151 geschlossen sind. Die in einer der Stufen des Schieberegisters gespeicherte Information wird nun statt nach rechts nach links geschoben. Die Arbeitsweise des Registers bei einer Linksverschiebung gleicht der in Verbindung mit der Rechtsverschiebung beschriebenen, mit der Ausnahme, daß die Photozellen 129 während der Operation dunkel bleiben, wogegen die Zellen 128 bestrahlt werden und durch von den Gattern 122 und 123 über die Eingangsleiter 120 und 121 kommende und dann den elektrolumineszierenden Elementen 145 und 149 zugeführte Impulse einen niederohmigen Zustand annehmen. Nun dienen an Stelle der Elemente 131 die elektrolumineszierenden Elemente 130 zur Erzeugung von optischen Ausgangssignalen in den verschiedenen Speichern und bestrahlen die mit ihnen optisch gekoppelten Photozellen 140 der links von ihnen angeordneten Speicher, wodurch die Informationsübertragung in den genannten Speicher erfolgt. Sonst stimmt die Arbeitsweise des Schieberegisters nach Fig. 7 bei der Linksverschiebung mit der im Zusammenhang mit der Rechtsverschiebung beschriebenen überein.

Die optischen Ausgangssignale der elektrolumineszierenden Elemente 130 oder 131 können — je nach der Verschiebungsrichtung des Schieberegisters — in beliebiger Weise, z. B. zur Anzeige, zur Aufzeichnung oder zur Steuerung weiterer Systembausteine, Verwendung finden. Ebenso können Eingangssignale durch Anlegen optischer Impulse an die Photozellen 140 oder 141 der verschiedenen Stufen beliebigen Speichern des Registers zugeführt werden. Mit diesen Speichern ist somit die Möglichkeit gegeben, vielsteilige Zahlen entweder in Serie oder parallel einzuspeichern, in der einen oder der anderen Richtung zu verschieben und dann wiederum entweder parallel oder in Reihe abzulesen.

Ein Ausführungsbeispiel der Speichervorrichtung nach Fig. 1 enthält aus Bariumtitanatkristall bestehende ferroelektrische Elemente 20 und 21. Bei dem elektrolumineszierenden Element 28 ist zwischen zwei leitenden Platten mit Kupferhalogenid aktiviertes Zinksulfid eingelegt. Ein CadmiumsuMdkristall wird als Photozelle 42 verwendet. Die Widerstände 29 und 31 besitzen einen Wert von 100 bzw. 1 kOhm; die Spannung der Batterie 33 beläuft sich auf 22,5 Volt, die Spannung der Batterie 34 auf 45 Volt. Die Wechselstromquelle 26 arbeitet mit einer Spannung von 400 Volt/Spitze bei einer Frequenz von 1 bis 5 kHz. Zur Messung des Widerstandes der Photozelle 42 kann ein gewöhnliches Ohmmeter dienen. Dieselben Schaltungsparameter können auch in den Schieberegistern und dem Ringzähler Verwendung finden. Es sei bemerkt, daß die angegebenen Schaltungswerte lediglich der Veranschaulichung dienen und die Erfindung in keiner Weise begrenzen sollen, da die erfindungsgemäße Speichervorrichtung ohne weiteres auch mit anderen Schaltungswerten Anwendung finden kann.

Bei den Schaltungsvorrichtungen nach den Fig. 1, 4, 6 und 7 ist es von großem Vorteil, daß sie leicht und auch in großer Stückzahl einfach herzustellen sind. So können die beschriebenen Vorrichtungen z. B. so angefertigt werden, daß die verschiedenen Elemente in übereinanderliegenden Schichten angeordnet sind und diese einen lamellenförmigen Stapel bilden, der keine beweglichen Teile aufweist, sehr wenig Raum einnimmt und eine lange Lebensdauer gewährleistet.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Bistabile Speichereinheit mit zwei ferroelektrischen Elementen und einem elektrolumineszierenden Element, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ferroelektrischen Elemente (20, 21) mit mindestens einem ersten elektrolumineszierenden Element (28) in Reihe geschaltet sind, daß das erste elektrolumineszierende Element (28) beim Anlegen einer Lesespannung (26) an die genannte Reihenschaltung nur bei gleichsinniger Polarisation der beiden ferroelektrischen Elemente (20, 21) zum Strahlen angeregt wird und daß mittels dieser Strahlung mindestens ein photoleitendes Element (42) gesteuert wird.

2. Schieberegister mit mehreren aus jeweils zwei Speichereinheiten nach Anspruch 1 bestehenden Stufen, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd an die ersten (A) und die zweiten Speichereinheiten (B) aller Stufen (OC bis 9C) angelegte Tastimpulse die ersten elektrolumineszierenden Elemente (98) von ersten (A) bzw. zweiten Speichereinheiten (B) mit gleichsinnig polarisierten ferroelektrischen Elementenpaaren (96, 97) zum Strahlen anregen, daß die normalerweise gegen-' sinnig polarisierten ferroelektrischen Elementenpaare (96, 97) der jeweils nächsten Speichereinheiten (B bzw. A) durch eine über jeweils diesen Speichereinheiten zugehörige mit dem elektrolumineszierenden Element (98) der jeweils benachbarten Speichereinheit (A bzw. B) optisch

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gekoppelte photoleitende Elemente (106) angelegte Einstellspannung gleichsinnig polarisiert werden und daß eine synchron, jedoch in umgekehrter Reihenfolge zum Anlegen der genannten Tastimpulse den zweiten (B) bzw. ersten Speichereinheiten (A) aller Stufen (OC bis 9C) zugeführte Rückstellspannung die gleichsinnig polarisierten ferroelektrischen Elemente (96, 97) der erstgenannten Speichereinheiten (A bzw. B) in den gegensinnigen Polarisationszustand zurückstellt.

3. Schieberegister nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellspannung (103) über das bestrahlte entsprechende erste photoleitende Element (106) zwischen einem der ferroelektrischen Elemente (97) und dem ersten elektrolumineszierenden Element (98) und die Rückstellspannung über eines von jeweils allen Speichereinheiten (z. B. A) zugeordneten zweiten photoleitenden Elementen (104) zwischen den beiden ferroelektrischen Elementen (96, 97) angelegt wird.

4. Schieberegister nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an die ersten (A) bzw. zweiten Speichereinheiten (B) aller Stufen (OC bis 9C) angelegten Tastimpulse abwechselnd ein zweites (108) bzw. drittes elektrolumineszierendes Element (109) erregen, die mit den genannten zweiten photoleitenden Elementen (104) der zweiten (B) bzw. der ersten Speichereinheiten (A) aller Stufen (OC bis 9C) optisch gekoppelt sind, und daß die Rückstellspannung bei Bestrahlung der genannten zweiten photoleitenden Elemente (104) durch das zweite (108) bzw. dritte elektrolumineszierende Element (109) angelegt wird.

5. Schieberegister nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste elektrolumineszierende Element (98) der zweiten Speichereinheit der letzten Stufe (9C) des Registers mit dem der ersten Speichereinheit der ersten Stufe (OC) des Registers zugeordneten ersten photoleitenden EIement (106) optisch gekoppelt ist.

6. Schieberegister nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die aus jeweils zwei Speichereinheiten (A, B) bestehenden Stufen (05 bis 85) eine Ausgangsstufe (95) mit nur einer ersten Speichereinheit 04) angeordnet ist.

7. Schieberegister nach Anspruch 2 mit Verschiebung in beiden Richtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Reihenschaltung jeder Speichereinheit aus den beiden ferroelektrischen Elementen (126, 127) und zwei parallel geschalteten elektrolumineszierenden Elementen (130, 131) gebildet wird, von denen das erste (z.B. 130) mit einem jeweils der vorhergehenden Speichereinheit (z. B. D von 05R) zugeordneten photoleitenden Element (z.B. 140) und das zweite (131) mit einem jeweils der folgenden Speichereinheit (D von 15R) zugeordneten photoleitenden Element (141) optisch gekoppelt ist, und daß zur Verschiebung in der einen bzw. in der anderen Richtung die ersten (130) bzw. zweiten elektrolumineszierenden Elemente (131) aller Stufen erregbar gemacht werden.

8. Schieberegister nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten elektrolumineszierenden Elemente (130, 131) der Speichereinheiten (C, D) aller Stufen (05R bis 95R) über jeweils in Reihe zu diesen Elementen geschaltete photoleitende Elemente (128, 129) erregbar gemacht werden und daß die den ersten (130) bzw. zweiten elektrolumineszierenden Elementen (130) zugeordneten photoleitenden Elemente (128, 129) der ersten (C) und zweiten Speichereinheiten (D) mit mindestens zwei dritten (144, 145) bzw. vierten elektrolumineszierenden Elementen (148, 149) optisch gekoppelt sind, von denen für die Verschiebung in der einen bzw. anderen Richtung mindestens ein entsprechendes drittes und viertes abwechselnd mit Tastimpulsen beschickt werden.

9. Schieberegister nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die jeweils aus zwei Speichereinheiten (C, D) bestehenden Stufen (05R bis 85R) eine Ausgangsstufe (95R) mit nur einer ersten Speichereinheit (C) angeordnet ist.

10. Schieberegister nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Tastimpulse getastete Sinusschwingungen verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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