DE1122576B

DE1122576B - Electronic circuit arrangement which provides an output signal of high amplitude when the input signal is within a certain amplitude range

Info

Publication number: DE1122576B
Application number: DER28193A
Authority: DE
Inventors: Morton Herbert Lewin
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1959-06-25
Filing date: 1960-06-23
Publication date: 1962-01-25
Also published as: NL253047A

Description

Elektronische Schaltungsanordnung, die ein Ausgangssignal hoher Amplitude liefert, wenn das Eingangssignal innerhalb eines bestimmten Amplitudenbereiches liegt Die Erfindung betrifft elektronische Schaltungen mit Dioden negativen Widerstandes, insbesondere für Einrichtungen zur elektronischen Datenverarbeitung.Electronic circuitry producing a high amplitude output signal delivers when the input signal is within a certain amplitude range The invention relates to electronic circuits with negative resistance diodes, in particular for devices for electronic data processing.

Logische Elemente sind Schaltungseinheiten, die in entsprechenden Rechensystemen die Funktion der Operatoren ausüben. Solche Elemente finden im weitesten Umfang in Einrichtungen zur elektronischen Datenverarbeitung Verwendung, wie z. B. Ziffernrechnern, Schaltsystemen usw. Für die gängigsten logischen Elemente haben sich Bezeichnungen wie »Oder-Schaltung, Und-Nicht-Schaltung, Nicht-Schaltung« usw. eingebürgert. Solche Schaltungen kann man unter Verwendung von Vakuumröhren, Transistoren oder Halbleiterdioden bauen. Die bekannten Schaltungen lassen jedoch immer Wünsche bezüglich Arbeitsgeschwindigkeit, Größe oder Aufwand offen, wenn sie für die derzeitigen Datenverarbeitungsanlagen verwendet werden sollen. Die obenerwähnten Probleme werden weitgehend gegenstandslos, wenn man Dioden mit negativer Widerstandscharakteristik verwendet. Wenn man logische Elemente mit solchen Dioden baut, erhält man schnelle, billige und zuverlässig arbeitende Schaltungen geringer Größe.Logical elements are circuit units that are in corresponding Computing systems exercise the function of operators. Such elements can be found in the broadest Scope of use in devices for electronic data processing, such as B. Digit calculators, switching systems, etc. For the most common logical elements Designations such as "or circuit, and-not circuit, non-circuit" etc. naturalized. Such circuits can be made using vacuum tubes, transistors or build semiconductor diodes. The known circuits, however, always leave something to be desired open with regard to speed of work, size or effort, if they are for the current one Data processing systems are to be used. The problems mentioned above will be largely irrelevant if one uses diodes with negative resistance characteristics used. If you build logic elements with such diodes, you get fast, cheap and reliable small sized circuits.

Durch die Erfindung sollen also schnell arbeitende logische Schaltungen angegeben werden, wie »Nicht-Schaltungen, Ausschließfich-Oder-Schaltungen und Tor-Schaltungen« (Gatter-Schaltungen) für Ziffernrechner oder andere ziffernmäßige Informationen verarbeitende Maschinen; die angegebenen Schaltungen sollen dabei schnell arbeiten, im Betrieb verläßlich sein und wenig Leistung benötigen.The invention is therefore intended to provide fast-working logic circuits can be specified, such as "non-switching, exclusive-or switching and gate switching" (Gate circuits) for digit calculators or other numerical information processing machines; the specified circuits should work quickly, be reliable in operation and require little power.

Eine Schaltungsanordnung, die bei einem Eingangssignal einer ersten, niedrigen Amplitude ein Ausgangssignal niedriger Amplitude, bei einem Eingangssignal einer zweiten, höheren Amplitude ein Ausgangssignal hoher Amplitude und bei einem Eingangssignal einer dritten, noch höheren Amplitude wieder ein Ausgangssignal niedrigerer Amplitude liefert, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Stromzweig einer zwei Stromzweige umfassenden Parallelschaltung eine Diode mit einer einen Bereich negativen Widerstandes umfassenden Kennlinie und ein zweiter Stromzweig der Parallelschaltung eine in der gleichen Richtung, wie die erste Diode gepolte und mit einer Impedanz in Serie geschaltete zweite Diode mit einer einen Bereich negativen Widerstandes umfassenden Kennlinie enthält und daß parallel zu der Parallelschaltung Eingangsklemmen und parallel zu der Impedanz Ausgangsklemmen geschaltet sind.A circuit arrangement which, upon an input signal of a first, low amplitude, a low amplitude output signal, given an input signal a second, higher amplitude, an output signal of high amplitude and at a Input signal of a third, even higher amplitude again a lower output signal Provides amplitude, is characterized according to the invention in that a first Current branch of a parallel circuit comprising two current branches, a diode with a a characteristic curve comprising an area of negative resistance and a second current branch of the parallel connection one polarized in the same direction as the first diode and a second diode connected in series with an impedance and having a one region Contains negative resistance comprehensive characteristic and that in parallel with the parallel connection Input terminals and output terminals are connected in parallel to the impedance.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Fig. 1 und 4 zeigen vereinfachte Schaltbilder von Kreisen mit Dioden negativer Widerstandscharakteristik; Fig. 2 und 5 zeigen die Spannungs-Strom-Kennlinie der in Fig. 1 und 4 dargestellten Schaltungen; Fig.3 zeigt eine Schnittansicht einer möglichen Form einer Diode mit negativer Widerstandscharakteristik; Fig. 6 zeigt ein Schaltbild eines Inverterkreises oder einer »Nicht-Schaltung« gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig.7 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie der Schaltung nach Fig. 6; Fig.8 zeigt ein Schaltbild einer symmetrischen Inverterschaltung oder »Nicht-Schaltung« gemäß der Erfindung; Fig.9 zeigt ein Schaltbild einer ausschließlichen »Oder-Schaltung« bzw. einer Tor-Schaltung; Fig. 10 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie der Schaltung nach Fig. 9, und Fig. 11 zeigt ein Schaltbild einer anderen Tor-Schaltung gemäß der Erfindung.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings. 1 and 4 show simplified circuit diagrams of circuits with diodes having negative resistance characteristics; FIGS. 2 and 5 show the voltage-current characteristics of the one shown in FIGS. 1 and 4 Circuits; Fig.3 shows a sectional view of a possible shape of a diode with negative resistance characteristic; Fig. 6 shows a circuit diagram of an inverter circuit or a "non-switching" according to an embodiment of the invention; Fig.7 shows the current-voltage characteristic of the circuit according to FIG. 6; Fig. 8 shows a circuit diagram a symmetrical inverter circuit or "non-circuit" according to the invention; 9 shows a circuit diagram of an exclusive "OR circuit" or a gate circuit; FIG. 10 shows the current-voltage characteristic curve of the circuit according to FIG. 9, and FIG. 11 shows a circuit diagram of another gate circuit according to the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung enthält eine Diode 10 mit negativer Widerstandskennlinie, deren Anode 12 über ein Strommeßinstrument 13 mit dem positiven Pol einer als Batterie 14 dargestellten veränderlichen Spannungsquelle verbunden ist, deren negativer Pol an Masse liegt. Die Kathode 16 der Diode 10 ist ebenfalls mit Masse verbunden, so däß der Stromkreis geschlossen ist. Zur Messung der an der Diode liegenden Spannung als Funktion des durch die Diode fließenden Stromes dient ein an die Batterie 14 angeschlossenes Voltmeter 15.The circuit shown in Fig. 1 contains a diode 10 with a negative resistance characteristic, the anode 12 of which is connected via a current measuring instrument 13 to the positive pole of a variable voltage source shown as a battery 14 , the negative pole of which is grounded. The cathode 16 of the diode 10 is also connected to ground, so that the circuit is closed. A voltmeter 15 connected to the battery 14 is used to measure the voltage across the diode as a function of the current flowing through the diode.

Fig. 2 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie 18 der in Durchlaßrichtung gepolten Diode 10 in Fig. 1, von der bei der vorliegenden Erfindung Gebrauch gemacht wird. Die in der in Fig. 1 dargestellten Schaltung gemessene Kennlinie 18 in Fig. 2 zeigt den Strom 1 durch die Tunneldiode 10 als Funktion der Spannung V. Der Teil 22 der Kurve 18 in dem Bereich zwischen den gestrichelten Linien 20 in Fig. 2 entspricht einem negativen Widerstand. Dieser Bereich 22 negativen Widerstandes liegt zwischen zwei Bereichen mit positivem Widerstand. Die zwei Arbeitsbereiche mit positivem Widerstand liegen in verschiedenen Spannungsgebieten, einem höheren und einem niedrigeren. Wenn die Diode also in dem einer niedrigeren Spannung entsprechenden Bereich positiven Widerstandes betrieben wird, beispielsweise im Schnittpunkt 162 der einem konstanten Strom entsprechenden Arbeitskennlinie 160 mit der Kurve 18, soll von einem Betrieb im »Niederspannungszustand« gesprochen werden, wenn die Diode dagegen in dem einer höheren Spannung entsprechenden Bereich positiven Widerstandes arbeitet, wie z. B. im Schnittpunkt 166 der Lastlinie 160 mit der Kurve 18, so soll von einem Betrieb in »Hochspannungszustand« gesprochen werden. Eine Halbleiterdiode mit einer solchen Kennlinie soll im folgenden als »Tunneldiode« bezeichnet werden.FIG. 2 shows the current-voltage characteristic 18 of the forward-biased diode 10 in FIG. 1, which is used in the present invention. The characteristic curve 18 measured in the circuit shown in FIG. 1 in FIG. 2 shows the current 1 through the tunnel diode 10 as a function of the voltage V. The part 22 of the curve 18 in the area between the dashed lines 20 in FIG. 2 corresponds to a negative resistance. This area 22 of negative resistance lies between two areas of positive resistance. The two working areas with positive resistance are in different voltage areas, one higher and one lower. If the diode is operated in the area of positive resistance corresponding to a lower voltage, for example at the intersection 162 of the working characteristic 160 corresponding to a constant current with curve 18, operation in the "low-voltage state" should be used when the diode is in the one higher voltage corresponding area of positive resistance works, such as. B. at the intersection 166 of the load line 160 with the curve 18, one should speak of an operation in the "high voltage state". A semiconductor diode with such a characteristic will be referred to below as a "tunnel diode".

Fig.3 zeigt eine Schnittansicht einer möglichen Ausführungsform einer Tunneldiode, die folgenderweise hergestellt werden kann: Ein Einkristall aus n-leitendem Germanium wird in bekannter Weise so mit Arsen dotiert, daß die Donatorkonzentration 4 - 1019 cm-3 beträgt. Der dotierte Einkristall kann beispielsweise durch Ziehen aus einer Schmelze gewonnen werden, die die erforderliche Arsenkonzentration im Germanium enthält. Aus dem Kristall wird eine Scheibe 19 längs der 111-Ebene geschnitten, d. h. längs einer Ebene, die senkrecht zur 111-Achse des Kristalls liegt. Die Scheibe 19 wird bis zu einer Dicke von etwa 50 w mittels einer geeigneten Ätzlösung abgeätzt. Eine Hauptfläche der Scheibe 19 wird mittels eines bekannten Blei-Zinn-Arsen-Lotes auf einen Nickelstreifen 21 gelötet, wobei ein nicht gleichrichtender Kontakt zwischen der Scheibe 19 und dem Streifen 21 entsteht. Der Nickelstreifen 21 dient gewünschtenfalls als Basisanschluß. Auf die freie Oberfläche 25 der Germaniumscheibe 19 wird ein im Durchmesser etwa 125 w messendes Kügelchen 23 aus 99 Gewichtsprozent Indium, 0,5 Gewichtsprozent Zink und 0,5 Gewichtsprozent Gallium gebracht und in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre ungefähr 1 Minute auf 450° C erhitzt, so daß ein Teil der Dotierungspille mit der Oberfläche 25 der Scheibe 19 verschmilzt, anschließend wird rasch abgekühlt. Beim Legieren wird die Einheit so schnell wie möglich erhitzt und wieder abgekühlt, so daß ein abrupter pn-Übergang 27 entsteht. Schließlich wird die Einheit noch 5 Sekunden in eine langsam wirkende Jodid-Atzlösung eingetaucht und in destilliertem Wasser gewaschen. Eine geeignete Jodid-Atzlösung kann man durch Mischen eines Tropfens einer Lösung von 0,55g KJ und 100 em3 H2 O mit 10 cm3 einer Lösung, die aus 600 cm3 konzentrierter Salpetersäure, 300 cm3 konzentrierter Essigsäure und 100 em3 konzentrierter Flußsäure hergestellt wurde. An der Dotierungspille kann eine Lötfahne angebracht werden, wenn die Einheit bei üblichen Frequenzen betrieben werden soll. Bei höheren Frequenzen empfiehlt es sich, einen Anschluß niedriger Impedanz zu verwenden. Die Einheit kann in einer 50-Ohm-Leitung in weniger als 2 Normalsekunden vom Niederspannungszustand in den Hochspannungszustand oder umgekehrt geschaltet werden. Tunneldioden sind auch in einem Artikel von L. E s a k i in Phys. Rev., 109 (l958), S. 603, beschrieben.3 shows a sectional view of a possible embodiment of a tunnel diode, which can be produced as follows: A single crystal of n-conducting germanium is doped with arsenic in a known manner in such a way that the donor concentration is 4-1019 cm-3. The doped single crystal can be obtained, for example, by pulling from a melt which contains the required arsenic concentration in the germanium. A disk 19 is cut from the crystal along the 111 plane, ie along a plane which is perpendicular to the 111 axis of the crystal. The disk 19 is etched off to a thickness of about 50 w by means of a suitable etching solution. A main surface of the disk 19 is soldered to a nickel strip 21 by means of a known lead-tin-arsenic solder, wherein a non-rectifying contact between the disc 19 and the strip 21 is formed. The nickel strip 21 serves, if desired, as a base connection. On the free surface 25 of the germanium disk 19, a bead 23 with a diameter of about 125 w and made of 99 percent by weight indium, 0.5 percent by weight zinc and 0.5 percent by weight gallium is placed and heated to 450 ° C. for about 1 minute in a dry hydrogen atmosphere, see above that part of the doping pill fuses with the surface 25 of the disk 19, followed by rapid cooling. During alloying, the unit is heated up and cooled down again as quickly as possible, so that an abrupt pn junction 27 arises. Finally, the unit is immersed in a slow-acting iodide etching solution for another 5 seconds and washed in distilled water. A suitable iodide etching solution can be obtained by mixing a drop of a solution of 0.55 g KI and 100 em3 H2 O with 10 cm3 of a solution made from 600 cm3 of concentrated nitric acid, 300 cm3 of concentrated acetic acid and 100 em3 of concentrated hydrofluoric acid. A soldering lug can be attached to the doping pill if the unit is to be operated at normal frequencies. At higher frequencies it is recommended to use a low impedance connector. The unit can be switched from the low voltage state to the high voltage state or vice versa in less than 2 standard seconds on a 50 ohm line. Tunnel diodes are also described in an article by L. E saki in Phys. Rev., 109 (1958), p. 603.

Bei der in Fig.4 dargestellten Schaltung ist die Tunneldiode 10 mit einem kleinen Widerstand 24 in Serie geschaltet, die Serienschaltung ist wieder über ein Strommeßinstrument 13 so an eine veränderliche Spannungsquelle 14 angeschlossen, daß die Tunneldiode in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Der Wert des Widerstandes 24 wird ungefähr gleich dem Mittelwert des negativen Widerstandes bemessen, der durch die Neigung des Teiles 22 der Kurve 18 im mittleren Teil des Bereiches 20 gegeben ist. Man erhält die Strom-Spannungs-Kennlinie der in Fig.4 dargestellten Schaltung durch Änderung der an der Diode liegenden Spannung und des Serienwiderstandes 24 und durch Messung des diese durchfließenden Stromes und der anliegenden Spannung, wie aus Fig.4 ersichtlich ist. Fig. 5 zeigt die sich ergebende Kurve. Der zusätzliche Serienwiderstand bewirkt eine Vergrößerung des anfänglich geneigt verlaufenden Teiles der Kurve 26, während der Teil negativen Widerstandes auf zwei kleine Abschnitte zusammenschrumpft, die in der Nähe der entsprechenden Extremwerte der Kurve liegen.In the circuit shown in Figure 4, the tunnel diode 10 is connected in series with a small resistor 24 , the series circuit is again connected via a current measuring instrument 13 to a variable voltage source 14 so that the tunnel diode is biased in the forward direction. The value of the resistor 24 is measured approximately equal to the mean value of the negative resistance which is given by the inclination of the part 22 of the curve 18 in the middle part of the area 20. The current-voltage characteristic curve of the circuit shown in FIG. 4 is obtained by changing the voltage applied to the diode and the series resistance 24 and by measuring the current flowing through it and the voltage applied, as can be seen from FIG. Fig. 5 shows the resulting curve. The additional series resistance causes an enlargement of the initially inclined part of the curve 26, while the negative resistance part shrinks to two small sections which lie in the vicinity of the corresponding extreme values of the curve.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Schaltung findet eine Kombination der in Fig. 1 und 2 dargestellten Schaltungen Verwendung, wobei ein Inverterkreis oder eine »Nicht-Schaltung« gemäß der Erfindung gebildet wird. Bei der in Fig. 6 dargestellten Inverterschaltung dient die Tunneldiode 10 als ein Element niederer Impedanz für eine zweite Tunneldiode 30 und den ihr zugeordneten Widerstand 36. Die Kathode 16 der Tunneldiode 10 ist direkt mit Masse verbunden, während die Kathode 34 der Tunneldiode 30 über einen Widerstand 36 an Masse liegt. Die Anoden beider Dioden 10 und 30 sind an einen gemeinsamen Punkt 40 angeschlossen, mit dem auch eine Quelle 42 für Signale zur Speisung der Schaltung angeschlossen ist. Eine Klemme eines Eingangswiderstandes 46 ist ebenfalls mit dem Punkt 40 verbunden, die andere Klemme des Widerstandes führt zu einer Signaleingangsklemme 48. Dieser Eingangsklemme wird ein binäres Eingangssignal, z. B. in Form der Impulse 50, zugeführt. Das Ausgangssignal des Inverters kann an einer Klemme 52 abgenommen werden, die mit dem heißen Ende des Widerstandes 36 verbunden ist.In the circuit shown in FIG. 6, a combination of the circuits shown in FIGS. 1 and 2 is used, an inverter circuit or a "non-circuit" being formed in accordance with the invention. In the inverter circuit shown in Fig. 6, the tunnel diode 10 serves as a low impedance element for a second tunnel diode 30 and its associated resistor 36. The cathode 16 of the tunnel diode 10 is directly connected to ground, while the cathode 34 of the tunnel diode 30 via a Resistor 36 is connected to ground. The anodes of both diodes 10 and 30 are connected to a common point 40 to which a source 42 for signals for feeding the circuit is also connected. One terminal of an input resistor 46 is also connected to point 40, the other terminal of the resistor leads to a signal input terminal 48. This input terminal is a binary input signal, e.g. B. in the form of pulses 50 supplied. The output signal of the inverter can be taken from a terminal 52 which is connected to the hot end of the resistor 36.

Bei der Schaltung nach Fig. 6 dient zur Stromversorgung an Stelle der in den bisher beschriebenen Schaltungen dargestellten Batterien eine Impulsquelle 42. Die zur Speisung dienenden Impulse 44 werden dem gemeinsamen Punkt 40 zugeführt. Da Tunneldioden niederohmig sind, wenn sie in Durchlaßrichtung vorgespannt werden, ist die Quelle 42 vorzugsweise hochohmig, d. h., sie liefert einen konstanten Strom. Wenn die in Fig. 6 dargestellte Inverterschaltung mit anderen, Tunneldioden enthaltenden Schaltungen in Kaskade geschaltet werden soll, werden zusätzlich Vorkehrungen getroffen, die gewährleisten, daß die binären Signale zwischen den Kreisen einer gewünschten Richtung übertragen werden. Da ein Anschluß der Tunneldiode sowohl als Eingangs- als auch als Ausgangsklemme dient, werden also Mittel vorgesehen, die der Schaltung eine Richtungsabhängigkeit verleihen, so daß die binären Signale vom Ausgang einer derartigen Schaltung zum Eingang einer folgenden Schaltung übertragen werden und nicht umgekehrt. Eine Möglichkeit, diese Richtungsabhängigkeit zu erreichen, besteht darin, durch eine zeitlich aufeinanderfolgende Speisung der Schaltung die Eingangs- und die Ausgangsfunktion zeitlich zu trennen. Daher wird auch an Stelle der anfänglich dargestellten Batterien zur Speisung der Schaltung eine Impulsquelle verwendet. Wie mit einer derartigen Impulsquelle eine gerichtete Signalfortpflanzung erreicht werden kann, wird an Hand der Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung klar werden.In the circuit according to FIG. 6, instead of the batteries shown in the circuits described above, a pulse source 42 serves for the power supply. The pulses 44 used for supply are fed to the common point 40 . Since tunnel diodes are low impedance when forward biased, the source 42 is preferably high impedance, that is, it supplies a constant current. If the inverter circuit shown in FIG. 6 is to be connected in cascade with other circuits containing tunnel diodes, additional precautions are taken to ensure that the binary signals are transmitted between the circles in a desired direction. Since one connection of the tunnel diode serves both as an input and an output terminal, means are provided which give the circuit a directional dependency so that the binary signals are transmitted from the output of such a circuit to the input of a subsequent circuit and not vice versa. One way of achieving this directional dependency is to temporally separate the input and output functions by feeding the circuit in succession. Therefore, instead of the batteries initially shown, a pulse source is used to power the circuit. How directed signal propagation can be achieved with such a pulse source will become clear from the explanation of the operation of the circuit.

Fig.7 zeigt ein Diagramm der Betriebskennlinien der zwei Zweige der in Fig. 6 dargestellten Schaltung. Die Kurven 60 und 62 in Fig. 7 entsprechen den Kurven 26 bzw. 18 der Fig. 2 und 5. Die Kurve 60 stellt die Strom-Spannungs-Kennlinie der Tunneldiode 30 und ihres Serienwiderstandes 36 dar, die Kurve 62 die Strom-Spannungs-Kennlinie der Tunneldiode 10, die als Arbeitsimpedanz der Schaltung arbeitet. Die Kurve 62 ist daher in Fig. 7 umgekehrt und in Ordinatenrichtung verschoben, verglichen mit ihrer Lage in Fig. 2. Diese Umlagerung der Kurve 62 entspricht beispielsweise der, die man erhält, wenn man eine Widerstandsgerade in das Kennlinienfeld einer Röhre einzeichnet.FIG. 7 shows a diagram of the operating characteristics of the two branches of the circuit shown in FIG. The curves 60 and 62 in Fig. 7 correspond to the curves 26 and 18 of Figs. 2 and 5. The curve 60 represents the current-voltage characteristic of the tunnel diode 30 and its series resistance 36, the curve 62 the current-voltage Characteristic curve of the tunnel diode 10, which works as the working impedance of the circuit. The curve 62 is therefore reversed in FIG. 7 and shifted in the ordinate direction compared to its position in FIG. 2. This rearrangement of the curve 62 corresponds, for example, to that obtained when a straight line of resistance is drawn in the characteristic field of a tube.

Die Kurve 62 schneidet die Stromachse im Punkt 64, dessen Lage von der Amplitude der Speiseimpulse 44 abhängt. Die Kurve 62 kann durch Änderung der Amplitude der die Schaltung speisenden Impulse in Vertikalrichtung verschoben werden, was die Art und Weise beeinflußt, wie sich die Kurven 60 und 62 schneiden. Die Einstellung der Amplitude der die Schaltung speisenden Impulse 44 kann durch irgendwelche geeigneten, jedoch nicht dargestellten Mittel erfolgen, die in der Impulsquelle 42 enthalten sein können. The curve 62 intersects the current axis at point 64, the position of which depends on the amplitude of the feed pulses 44. The curve 62 can be shifted vertically by changing the amplitude of the pulses feeding the circuit, which affects the way in which the curves 60 and 62 intersect. The amplitude of the pulses 44 feeding the circuit can be adjusted by any suitable, but not shown, means which can be contained in the pulse source 42.

Damit die Schaltung als Inverter arbeitet, wird die Amplitude der Speiseimpulse 44 so gewählt, daß sich die Kurven 62 und 60 nur in den beiden stabilen Schnittpunkten 66 und 68 schneiden. Die Schnittpunkte liegen in Kennlinienbereichen positiven Widerstandes und stellen daher stabile Arbeitspunkte dar. Bereiche positiven Widerstandes sind definitionsgemäß Bereiche der Kurven 18 und 26 in Fig. 2 und 5 mit positiver Neigung, wenn sie wie in diesen Figuren gezeichnet sind. In Bereichen negativen Widerstandes ist ein stabiler Betrieb nicht möglich. Der Schnittpunkt 66 entspricht einem Betriebszustand, in dem ein verhältnismäßig hoher Strom durch die Dioden 10 und 30 und den Widerstand 36 fließt, während der Schnittpunkt 68 einem Betriebszustand entspricht, bei dem ein verhältnismäßig niedriger Strom fließt. Wenn der Betriebszustand dem Arbeitspunkt 66 entspricht, erscheint demgemäß eine verhältnismäßig hohe Spannung am Widerstand 36. Eine hohe Ausgangsspannung entspricht einer bestimmten Binärziffer, beispielsweise einer binären Eins an der Ausgangsklemme 52. Im Arbeitspunkt 68 fließt nur ein verhältnismäßie niedriger Strom durch die Tunneldioden 10 und 30 sowie den Widerstand 36, die dabei entwickelte verhältnismäßig niedrige Spannung entspricht einer binären Null an der Ausgangsklemme 52.So that the circuit works as an inverter, the amplitude of the feed pulses 44 is selected so that the curves 62 and 60 only intersect at the two stable intersection points 66 and 68. The points of intersection lie in characteristic curve areas of positive resistance and therefore represent stable operating points. Areas of positive resistance are, by definition, areas of curves 18 and 26 in FIGS. 2 and 5 with a positive slope if they are drawn as shown in these figures. Stable operation is not possible in areas of negative resistance. The point of intersection 66 corresponds to an operating state in which a relatively high current flows through the diodes 10 and 30 and the resistor 36, while the point of intersection 68 corresponds to an operating state in which a relatively low current flows. If the operating state corresponds to the operating point 66, a relatively high voltage accordingly appears at the resistor 36. A high output voltage corresponds to a certain binary digit, for example a binary one at the output terminal 52. At the operating point 68, only a relatively low current flows through the tunnel diodes 10 and 30 and the resistor 36, the relatively low voltage developed in the process corresponds to a binary zero at the output terminal 52.

Wenn weder an der Klemme 48 ein Eingangssignal noch am Punkt 40 ein Speiseimpuls anliegt, ist der Betriebszustand der Schaltung durch den Punkt 71 im Ursprung des Diagramms in Fig. 7 gekennzeichnet. Es sei nun angenommen, daß dem Punkt 40 durch die Impulsquelle 42 ein Speiseimpuls 44 zugeführt wird. Ferner sei angenommen, daß gleichzeitig mit dem Speiseimpuls 44 ein einer binären Null entsprechendes Eingangssignal der Eingangsklemme 48 der Inverterschaltung zugeführt wird. Ein einer binären Null entsprechendes Eingangssignal ist entweder durch das völlige Fehlen eines Spannungsimpulses gekennzeichnet oder durch einen Spannungsimpuls, dessen Amplitude unterhalb eines gegebenen Wertes liegt. Unter diesen Voraussetzungen läuft der Arbeitspunkt schnell vom Punkt 71 zu dem stabilen Arbeitspunkt 66. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, befindet sich im Arbeitspunkt 66 die Diode 10 in ihrem Hochspannungszustand und die Diode 30 in ihrem Niederspannungszustand. Die Klemme 40 der Schaltung liegt daher auf einer verhältnismäßig hohen Spannung, durch die Tunneldiode 30 und den Widerstand 36 fließt ein verhältnismäßig hoher Strom, und am Widerstand 36 erscheint ein Spannungsimpuls verhältnismäßig hoher Amplitude, so daß an der Ausgangsklemme 52 ein einer binären Eins entsprechendes Ausgangssignal entsteht. Beim Aufhören des Eingangssignals und des Speiseimpulses bewegt sich der Arbeitspunkt rasch wieder zum Ursprung 71 zurück. Ein einer binären Null entsprechendes Eingangssignal liefert also ein einer binären Eins entsprechendes Ausgangssignal.If there is neither an input signal at terminal 48 nor a feed pulse at point 40 , the operating state of the circuit is indicated by point 71 at the origin of the diagram in FIG. It is now assumed that the point 40 is supplied with a feed pulse 44 by the pulse source 42. It is also assumed that, simultaneously with the feed pulse 44, an input signal corresponding to a binary zero is fed to the input terminal 48 of the inverter circuit. An input signal corresponding to a binary zero is characterized either by the complete absence of a voltage pulse or by a voltage pulse whose amplitude is below a given value. Under these conditions, the operating point runs rapidly from point 71 to stable operating point 66. As can be seen from FIG. 7, diode 10 is in its high-voltage state and diode 30 is in its low-voltage state at operating point 66. Terminal 40 of the circuit is therefore at a relatively high voltage, a relatively high current flows through tunnel diode 30 and resistor 36, and a voltage pulse of relatively high amplitude appears at resistor 36, so that an output signal corresponding to a binary one appears at output terminal 52 arises. When the input signal and the feed pulse cease, the operating point quickly moves back to the origin 71 . An input signal corresponding to a binary zero thus provides an output signal corresponding to a binary one.

Wird der Eingangsklemme 68 gleichzeitig mit einem Speiseimpuls 44 eine binäre Eins, wie z. B. ein Impuls 50 einer einen gegebenen Wert übersteigenden Amplitude zugeführt, so wird dem Verbindungspunkt 40 durch das der binären Eins entsprechende Eingangssignal zusätzlicher Strom zugeführt. Dieser zusätzliche Eingangsstrom verschiebt die Lastkurve 62 schnell in der Ordinatenrichtung in die gestrichelt eingezeichnete Lage 62', und der stabile Arbeitspunkt bewegt sich schnell vom Punkt 71 zum Punkt 70. Fig. 7 zeigt, daß beim Arbeitspunkt 70 die beiden Dioden 10 und 30 im Hochspannungszustand arbeiten. Die Spannung an der Klemme 40 ist etwas größer als die Spannung, die anliegt, wenn ein Speiseimpuls und ein einer binären Null entsprechendes Eingangssignal der Diode zugeführt werden. Wie Fig. 7 zeigt, ist jedoch beim Arbeitspunkt 70 der Strom durch den aus der Diode 30 und dem Ausgangswiderstand 36 bestehenden Zweig fließende Strom verhältnismäßig niedrig, so daß die Spannung an dem Widerstand, d. h. an der Klemme 52 und Masse, verhältnismäßig klein ist, was dem binären Signal Null entspricht. Beim Verschwinden des Eingangsimpulses und des Speiseimpulses läuft der Arbeitspunkt wieder zum Ursprung 71 zurück. Eine binäre Eins am Eingang liefert also eine binäre Null am Ausgang. Die Schaltung wirkt also als Inverter oder »Nicht-Schaltung«.If the input terminal 68 is simultaneously with a feed pulse 44 a binary one, such as. If, for example, a pulse 50 is supplied with an amplitude exceeding a given value, additional current is supplied to connection point 40 by the input signal corresponding to the binary one. This additional input current quickly shifts load curve 62 in the ordinate direction into position 62 ' shown in dashed lines, and the stable operating point moves quickly from point 71 to point 70. FIG. 7 shows that at operating point 70 the two diodes 10 and 30 are in the high voltage state work. The voltage at terminal 40 is slightly greater than the voltage that is present when a feed pulse and an input signal corresponding to a binary zero are fed to the diode. As FIG. 7 shows, however, at the operating point 70 the current through the branch consisting of the diode 30 and the output resistor 36 is relatively low, so that the voltage across the resistor, ie across the terminal 52 and ground, is relatively small, which corresponds to the binary signal zero. When the input pulse and the feed pulse disappear, the operating point runs back to the origin 71 . A binary one at the input therefore provides a binary zero at the output. The circuit thus acts as an inverter or "non-circuit".

Die in Fig. 6 dargestellte Schaltung kann als unsymmetrische Inverter bezeichnet werden. Ihr einwandfreies Arbeiten hängt von einer genauen Festlegung der Arbeitspunkte 66 und 68 ab. In Fig. 8 ist eine andere Inverterschaltung dargestellt, die als symmetrische Inverter bezeichnet werden kann. Diese symmetrische Inverterschaltung enthält zwei unsymmetrische Inverter nach Fig.6 und ist wesentlich weniger empfindlich gegen Verschiebungen im Arbeitspunkt infolge von Schwankungen der Amplitude des Speisesignals.The circuit shown in Fig. 6 can be referred to as a single-ended inverter. Your proper functioning depends on an exact definition of the working points 66 and 68 . Referring to Figure 8, there is shown another inverter circuit which may be referred to as a balanced inverter. This symmetrical inverter circuit contains two asymmetrical inverters according to FIG. 6 and is much less sensitive to shifts in the operating point as a result of fluctuations in the amplitude of the feed signal.

Die in Fig. 8 dargestellte Schaltung enthält zwei in Serie geschaltete einfache Inverterkreise mit nur einer einzigen Quelle 74 für Speiseimpulse; Eingang und Ausgang sind anders angeordnet. Die Quelle 74 liefert an einen Punkt 76 Signale konstanter Spannung, beispielsweise in Form des Impulszuges 75. An den Punkt 76 sind die Anoden 79 und 80 zweier Tunneldioden 77 bzw. 78 angeschlossen. Die Kathode 81 der Tunneldiode 77 ist mit einem anderen Punkt 82 verbunden, die Kathode 83 der Tunneldiode 78 liegt über einem Widerstand 84 an eben diesem Punkt 82. An den Punkt 82 und in Serie mit diesem Teil der Schaltung ist eine entsprechende zweite Schaltung angeschlossen, deren entsprechende Bauelemente mit gestrichenen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Kathode 81' und eine Klemme des Widerstandes 84' der zweiten Schaltung liegen an Masse. Binäre Eingangssignale werden einer Eingangsklemme 85 zugeführt, die über einen Widerstand 86 an dem Punkt 82 angeschlossen ist. An der nicht geerdeten Klemme des Widerstandes 84 kann ein Ausgangssignal über eine Klemme 87 abgenommen werden. An den Punkt 82 ist außerdem eine Bezugsstromquelle 88 angeschlossen. Die Stromquelle 88 kann hochohmig sein, d. h. einen konstanten Strom geeigneter Polarität an den Punkt 82 liefern. Der Bezugsstrom braucht nur dann zu fließen, wenn der Schaltung Eingangssignale zugeführt werden.The circuit shown in FIG. 8 contains two simple inverter circuits connected in series with only a single source 74 for supply pulses; Entrance and exit are arranged differently. The source 74 supplies signals of constant voltage to a point 76, for example in the form of the pulse train 75. The anodes 79 and 80 of two tunnel diodes 77 and 78 are connected to the point 76. The cathode 81 of the tunnel diode 77 is connected to another point 82 , the cathode 83 of the tunnel diode 78 lies via a resistor 84 at this point 82. A corresponding second circuit is connected to the point 82 and in series with this part of the circuit, the corresponding components of which are denoted by primed reference numerals. The cathode 81 'and one terminal of the resistor 84' of the second circuit are grounded. Binary input signals are fed to an input terminal 85 which is connected to point 82 via a resistor 86 . At the non-grounded terminal of the resistor 84 , an output signal can be picked up via a terminal 87. A reference current source 88 is also connected to point 82. The current source 88 can have a high resistance, ie it can supply a constant current of suitable polarity to the point 82. The reference current only needs to flow when input signals are supplied to the circuit.

Im Betrieb wird dem Punkt 76 der in Fig. 8 dargestellten symmetrischen Inverterschaltung ein impulsförmiges Speisesignal 75 zugeführt. Die einzelnen Eingangssignale werden der Klemme 85 gleichzeitig mit den Speiseimpulsen 75 zugeführt. Die umkehrende Funktion einer wie in Fig. 8 aufgebauten symmetrischen Inverterschaltung wird dadurch erreicht, daß man bewirkt, daß zum Punkt 82 ein Strom positiver Polarität fließt, wenn das Eingangssignal eine binäre Eins ist, während der Strom eine negative Polarität hat, wenn das Eingangssignal einer binären Null entspricht. Der dem Punkt 82 zugeführte Bezugsstrom hat daher negative Polarität. Ist das Eingangssignal beispielsweise ein einer binären Eins entsprechender positiver Impuls, so ist der in den Punkt ; 82 fließende resultierende Strom positiv, wenn der von der binären Eins herrührende Eingangsstrom amplitudenmäßig größer ist als der negative Bezugsstrom. Der resultierende positive Strom bewirkt, daß der Arbeitspunkt der mit gestrichenen Bezugszeichen bezeichneten unteren Hälfte der Schaltung zu einem Punkt wandert, der ein Ausgangssignal niederer Spannung an der Ausgangsklemme 87 entsprechend einer binären Null ergibt. Ist das Eingangssignal jedoch eine binäre Null, so ist die Polarität des zum Punkt 82 fließenden resultierenden Stromes negativ, so daß sich der Arbeitspunkt der unteren Hälfte der Schaltung so einstellt, daß an der Ausgangsklemme 87 eine hohe Spannung, d. h. eine binäre Eins, auftritt. Die gewünschte Umkehrung wird also auch bei der symmetrischen Inverterschaltung erreicht.During operation, a pulse-shaped feed signal 75 is fed to point 76 of the symmetrical inverter circuit shown in FIG. The individual input signals are fed to terminal 85 simultaneously with feed pulses 75 . The inverse function of a symmetrical inverter circuit constructed as shown in FIG. 8 is accomplished by causing a current of positive polarity to flow to point 82 when the input signal is a binary one and the current is of negative polarity when the input signal is one corresponds to binary zero. The reference current applied to point 82 therefore has negative polarity. If the input signal is, for example, a positive pulse corresponding to a binary one, then the in the point; 82 resulting current flowing positive if the input current resulting from the binary one is greater in amplitude than the negative reference current. The resultant positive current has the effect that the operating point of the lower half of the circuit denoted by the primed reference number moves to a point which results in an output signal of low voltage at the output terminal 87 corresponding to a binary zero. However, if the input signal is a binary zero, the polarity of the resulting current flowing to point 82 is negative, so that the operating point of the lower half of the circuit is set so that a high voltage, ie a binary one, occurs at output terminal 87. The desired inversion is thus also achieved with the symmetrical inverter circuit.

Die einseitig geerdete binäre Schaltung kann auch für zwei andere Arten logischer Elemente Verwendung finden, nämlich für eine ausschließliche »Oder-Schaltung« und für eine »Tor-Schaltung«.The single-ended binary circuit can also be used for two others Types of logical elements are used, namely for an exclusive "OR circuit" and for a "gate circuit".

Fig. 9 zeigt ein Schaltbild für eine ausschließliche Oder-Schaltung. Die Schaltung ist ähnlich der in Fig. 6 dargestellten Schaltung, sie enthält jedoch eine zusätzliche Eingangsklemme 102 und einen Widerstand 104 für ein zweites binäres Eingangssignal. Das zweite binäre Eingangssignal, das eine binäre Null oder eine binäre Eins wie der Impuls 100 sein kann, wird an die Klemme 102 von irgendeiner geeigneten, aber nicht dargestellten Quelle geliefert. Die zweite Eingangsklemme 102 ist über den Eingangswiderstand 104 mit dem Punkt 40 verbunden.9 shows a circuit diagram for an exclusive OR circuit. The circuit is similar to that shown in FIG. 6, but includes an additional input terminal 102 and a resistor 104 for a second binary input signal. The second binary input, which may be a binary zero or a binary one such as pulse 100 , is provided to terminal 102 from any suitable source, not shown. The second input terminal 102 is connected to the point 40 via the input resistor 104 .

Eine ausschließliche Oder-Schaltung, die manchmal auch als Antikoinzidenz-Schaltung bezeichnet wird, liefert ein Ausgangssignal, wenn einem der beiden der Eingänge ein Eingangssignal zugeführt wird; sie liefert jedoch kein Ausgangssignal, wenn keine Eingangsimpulse anliegen, und auch kein Ausgangssignal, wenn zwei Eingangsimpulse zugleich zugeführt werden.An exclusive OR circuit, sometimes called an anti-coincidence circuit is referred to, provides an output signal when either of the two inputs an input signal is supplied; however, it does not provide an output signal if No input pulses are present, and no output signal either if two input pulses are fed at the same time.

Die Kennlinie der in Fig. 9 gezeichneten Schaltung zeigt Fig. 10. Die Bedeutung der Kurven 60 und 62 in Fig. 10 wurde bereits in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben. Wie erwähnt, stellt die Kurve 60 die Kennlinie der Tunneldiode 30 und des mit dieser in Serie geschalteten Widerstandes 36 dar, während die Kurve 62 der Kennlinie der Tunneldiode 10 entspricht. Im Falle einer Antikoinzidenz-Schaltung wird die Amplitude der Speiseimpulse 44 so eingestellt, daß sich die Kurven 60 und 62 in drei stabilen Arbeitspunkten 110, 112 und 114 schneiden. Man beachte, daß die Inverterschaltung nach Fig. 6 nur zwei stabile Schnittpunkte benötigt, während bei der vorliegenden Schaltung drei solcher stabiler Arbeitspunkte gebraucht werden.The characteristic curve of the circuit shown in FIG. 9 is shown in FIG. 10. The meaning of curves 60 and 62 in FIG. 10 has already been described in connection with FIG. As mentioned, the curve 60 represents the characteristic curve of the tunnel diode 30 and the resistor 36 connected in series with it, while the curve 62 corresponds to the characteristic curve of the tunnel diode 10. In the case of an anti-coincidence circuit, the amplitude of the feed pulses 44 is set so that the curves 60 and 62 intersect at three stable operating points 110, 112 and 114. It should be noted that the inverter circuit according to FIG. 6 only requires two stable intersection points, while three such stable operating points are required in the present circuit.

In der Abwesenheit von Speisesignalen und Eingangssignalen liegt der Arbeitspunkt wieder im Ursprung 71 des Diagramms. Im Betrieb werden den Eingangsklemmen 48 und 102 binäre Eingangssignale zugeführt, gleichzeitig mit den Eingangssignalen liefert die Impulsquelle 42 Speiseimpulse 44 an den Punkt 40. Sind beide binäre Eingangssignale gleich Null, was bedeutet, daß entweder gar keine Eingangssignale vorhanden sind oder Eingangssignale einer Amplitude, die einen gegebenen Wert, der noch genauer definiert werden wird, nicht übersteigen, wandert der Arbeitspunkt vom Ursprung 71 zum Punkt 110. Im Punkt 110 befinden sich beide Dioden 10 und 30 im Niederspannungszustand, so daß die Spannung am Punkt 40 verhältnismäßig niedrig ist; der Strom durch die Diode 32 und den Widerstand 36 ist klein, und an der Ausgangsklemme 52 tritt eine verhältnismäßig niedrige Ausgangsspannung entsprechend einem ersten Betriebszustand der Schaltung auf. Bei der Beendigung der Eingangsimpulse und des Speiseimpulses kehrt der Arbeitspunkt sofort wieder zum Ursprung 71 zurück. Wenn nun mit einem dem Punkt 40 zugeführten Speiseimpuls 44 gleichzeitig einer der Eingangsimpulse einer binären Eins entspricht, während der andere Eingang eine binäre Null ist, fließt in den Punkt 40 infolge der binären Eins genügend Strom, um die Kurve 62 in Ordinatenrichtung in die gestrichelt gezeichnete Lage 62' zu verschieben, so daß kein dem Punkt 110 entsprechender Schnittpunkt mehr vorhanden ist. Der Arbeitspunkt der Schaltung läuft dann vom Punkt 71 unmittelbar zu dem stabilen Punkt 112'. Die Diode 10 hat beim Arbeitspunkt 112' ihren Hochspannungszustand angenommen, wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, während die Diode 30 in ihrem Niederspannungszustand verbleibt. Die Spannung am Punkt 40 steigt daher, der Strom durch die Diode 30 und den Widerstand 36 ist verhältnismäßig groß, und an der Klemme 52 erscheint eine verhältnismäßig hohe Spannung. Die gegebene Amplitude für das Vorhandensein zweier Eingangssignale wird also bestimmt durch die mögliche Verschiebung der Kurve 62 nach oben, bei der noch der untere linke Schnittpunkt vorhanden ist. Bei Beendigung der Eingangssignale und des Speiseimpulses läuft der Arbeitspunkt vom Punkt 112' zum Ursprung 71 zurück. Wenn sowohl der Klemme 48 als auch der Klemme 102 Eingangssignale in Form einer binären Eins zugeführt werden und gleichzeitig mit den Eingangsimpulsen dem Punkt 40 ein Speiseimpuls zugeführt wird, reicht der Strom aus, um die Kurve 62 in die strichpunktierte Lage 62" zu verschieben, bei der nur noch ein stabiler Schnittpunkt 114" vorhanden ist. Der Arbeitspunkt der Schaltung läuft also vom Punkt 71 sofort zum Punkt 114". Im Arbeitspunkt 114 ist der Strom durch die Diode 30 und den Widerstand 36 verhältnismäßig klein, entsprechend dem ersten Betriebszustand der Schaltung, und die Spannung an der Ausgangsklemme 52 ist verhältnismäßig niedrig. Beim Aufhören aller Signale kehrt der Arbeitspunkt wieder zum Ursprung 71 zurück.In the absence of feed signals and input signals, the operating point is again at the origin 71 of the diagram. In operation, binary input signals are fed to the input terminals 48 and 102 , and the pulse source 42 supplies feed pulses 44 to the point 40 at the same time as the input signals do not exceed a given value, which will be defined more precisely, the operating point migrates from the origin 71 to the point 110. At the point 110, both diodes 10 and 30 are in the low-voltage state, so that the voltage at the point 40 is relatively low; the current through the diode 32 and the resistor 36 is small, and a comparatively low output voltage occurs at the output terminal 52 in accordance with a first operating state of the circuit. When the input pulses and the feed pulse are terminated, the operating point immediately returns to the origin 71. If, with a feed pulse 44 supplied to point 40, one of the input pulses corresponds to a binary one while the other input is a binary zero, sufficient current flows into point 40 as a result of the binary one to move curve 62 in the ordinate direction into the dashed line To move position 62 ' so that there is no longer any intersection point corresponding to point 110. The operating point of the circuit then runs from point 71 directly to the stable point 112 '. The diode 10 has assumed its high-voltage state at the operating point 112 ' , as can be seen from FIG. 10, while the diode 30 remains in its low-voltage state. The voltage at point 40 therefore rises, the current through diode 30 and resistor 36 is relatively large, and a relatively high voltage appears at terminal 52. The given amplitude for the presence of two input signals is thus determined by the possible shift of the curve 62 upwards, at which the lower left intersection is still present. When the input signals and the feed pulse are terminated, the operating point runs back from point 112 'to origin 71. If both terminal 48 and terminal 102 are fed input signals in the form of a binary one and a feed pulse is fed to point 40 at the same time as the input pulses, the current is sufficient to shift curve 62 into dot-dash position 62 "at which only one stable intersection 114 ″ is present. The operating point of the circuit therefore runs immediately from point 71 to point 114 ". At operating point 114 , the current through diode 30 and resistor 36 is relatively small, corresponding to the first operating state of the circuit, and the voltage at output terminal 52 is relatively low. When all signals cease, the operating point returns to the origin 71 .

Eine verhältnismäßig hohe Spannung tritt an der Ausgangsklemme 52 also dann, und nur dann auf, wenn die zwei Eingangssignale verschieden sind. Sind beide Eingangssignale gleich, d. h. beide vorhanden oder abwesend, so liefert der Ausgang eine verhältnismäßig niedere Spannung. Eine hohe bzw. niedrige Spannung am Ausgang entspricht den Binärziffern Eins bzw. Null.A relatively high voltage occurs at the output terminal 52 then and only when the two input signals are different. If both input signals are the same, ie if both are present or absent, the output supplies a relatively low voltage. A high or low voltage at the output corresponds to the binary digits one or zero.

Die in Fig. 9 dargestellte Schaltung kann auch als Tor-Schaltung, Gatter oder Schleuse verwendet werden. Eine Tor-Schaltung ist eine Signalschleuse, bei der Signale an einer bestimmten Eingangsklemme, dem »Sperreingang« das Durchlaufen von Signalen verhindert, die irgendeiner oder mehreren der anderen Eingangsklemmen zugeführt werden. Mit anderen Worten entsteht bei der Zuführung von Signalen an eine der Eingangsklemmen nur dann ein Ausgangssignal, wenn zur gleichen Zeit am Sperreingang kein Signal anliegt, das den Durchtritt der Eingangssignale verhindert.The circuit shown in Fig. 9 can also be used as a gate circuit, Gate or lock can be used. A gate circuit is a signal lock, in the case of the signals at a certain input terminal, the »blocking input«, the passage of signals from any one or more of the other input terminals are fed. In other words, when signals are supplied, an arises one of the input terminals only has an output signal if at the same time on Blocking input there is no signal that prevents the passage of the input signals.

Bei der Schaltung nach Fig. 9 soll die Klemme 48 die Eingangsklemme und die Klemme 102 den Sperreingang darstellen. Bei der Tor-Schaltung liefert ein dem Sperreingang 102 zugeführtes Signal immer ein einer binären Null entsprechendes Signal am Ausgang 52. Wenn kein Sperrsignal vorhanden ist, d. h. wenn das Sperrsignal einer binären Null entspricht, ergibt eine der Eingangsklemme 48 zugeführte binäre Null bzw. Eins an der Ausgangsklemme ebenfalls eine Null bzw. eine Eins.In the circuit according to FIG. 9, terminal 48 should represent the input terminal and terminal 102 the blocking input. In the gate circuit, a signal fed to the blocking input 102 always supplies a signal corresponding to a binary zero at the output 52. If no blocking signal is present, ie if the blocking signal corresponds to a binary zero, a binary zero or one fed to the input terminal 48 results the output terminal also has a zero or one.

Die Arbeitsweise der Schaltung soll wieder in Verbindung mit Fig. 10 erläutert werden. Die Amplitude der Speiseimpulse 44 wird wieder so bemessen, daß drei stabile Arbeitspunkte 110, 112 und 114 vorhanden sind. Der Arbeitspunkt, den die Tor-Schaltung wirklich annimmt, wird bestimmt durch den resultierenden Wert des Speisesignals 44 und der der Eingangsklemme 48 und dem Sperreingang 102 zugeführten Signale. Im Betrieb wird die Schaltung so eingerichtet, daß beim Anliegen einer binären Null am Eingang 48 und eines gleichzeitigen Speiseimpulses am Punkt 40 nur so viel resultierender Strom vorhanden ist, daß der Arbeitspunkt vom Ursprung 71 zum Punkt 110 wandern kann. Beim Punkt 110 ist der durch den Arbeitswiderstand 36 fließende Strom verhältnismäßig klein, und an der Ausgangsklemme 52 erscheint daher eine binäre Null. Ein einer binären Null entsprechendes Eingangssignal liefert daher eine binäre Null an der Ausgangsklemme, wenn kein Sperrsignal anliegt.The mode of operation of the circuit will again be explained in connection with FIG. The amplitude of the feed pulses 44 is again dimensioned so that three stable operating points 110, 112 and 114 are present. The operating point that the gate circuit actually assumes is determined by the resulting value of the feed signal 44 and the signals fed to the input terminal 48 and the blocking input 102. In operation, the circuit is set up in such a way that when a binary zero is present at input 48 and a simultaneous feed pulse at point 40, there is only so much resulting current that the operating point can move from origin 71 to point 110 . At point 110 , the current flowing through the load resistor 36 is relatively small, and a binary zero therefore appears at the output terminal 52. An input signal corresponding to a binary zero therefore supplies a binary zero at the output terminal when there is no blocking signal.

Wenn der Eingangsklemme 48 ein einer binären Eins entsprechendes Signal zugeführt wird und gleichzeitig ein Speiseimpuls 44 am Punkt 40 erscheint, reicht der dem Punkt 40 zugeführte Strom aus, um die Kurve 62 in Ordinatenrichtung so weit zu verschieben, daß kein dem Punkt 110 entsprechender Schnittpunkt mehr existiert. Der stabile Arbeitspunkt liegt nun bei 112. Im Punkt 112 ist der Strom durch den Widerstand 36 verhältnismäßig hoch, und am Ausgang 52 erscheint daher eine binäre Eins. Ein einer binären Eins entsprechendes Eingangssignal liefert daher eine binäre Eins am Ausgang, wenn kein Sperrsignal vorhanden ist.If the input terminal 48 is supplied with a signal corresponding to a binary one and at the same time a feed pulse 44 appears at the point 40 , the current supplied to the point 40 is sufficient to shift the curve 62 in the ordinate direction so far that there is no longer an intersection corresponding to the point 110 exists. The stable operating point is now at 112. At point 112 the current through resistor 36 is relatively high, and a binary one therefore appears at output 52. An input signal corresponding to a binary one therefore supplies a binary one at the output if there is no blocking signal.

Wenn nun dem Sperreingang 102 ein Sperrimpuls 100 zugeführt wird, ist das an der Ausgangsklemme 52 auftretende Signal eine binäre Null, gleich, ob der Eingang eine binäre Null oder eine binäre Eins ist. Diese Sperrfunktion kann auf zweierlei Weise erreicht werden.If a blocking pulse 100 is now fed to the blocking input 102 , the signal appearing at the output terminal 52 is a binary zero, regardless of whether the input is a binary zero or a binary one. This locking function can be achieved in two ways.

Im ersten Falle kann die Amplitude des Sperrimpulses 100 so groß bemessen werden, daß ein dem Sperreingang 102 zugeführter Sperrimpuls den Arbeitspunkt der Schaltung immer zum Punkt 114 verschiebt, unabhängig davon, ob an der Eingangsklemme 48 eine binäre Null oder eine binäre Eins liegt. Das Sperrsignal wird mit anderen Worten genügend groß bemessen, daß es in Verbindung mit dem Speisestrom aus der Quelle 42 beide Dioden 10 und 30 in den Hochspannungszustand bringt. In diesem Falle entspricht das Ausgangssignal an .der Klemme 52 einer binären Null.In the first case, the amplitude of the blocking pulse 100 can be dimensioned so large that a blocking pulse fed to the blocking input 102 always shifts the operating point of the circuit to point 114 , regardless of whether there is a binary zero or a binary one at the input terminal 48. In other words, the blocking signal is dimensioned sufficiently large that, in conjunction with the feed current from the source 42, it brings both diodes 10 and 30 into the high-voltage state. In this case the output signal at terminal 52 corresponds to a binary zero.

Im anderen Falle ist die Amplitude des Sperrimpulses verhältnismäßig klein, und der Sperrimpuls verschiebt in Verbindung mit einem Speiseimpuls 44 und einem einer binären Null entsprechenden Eingangssignal den Arbeitspunkt vom Punkt 71 zu dem anderen Niederspannungsarbeitspunkt 110. Beim Punkt 110 entspricht das Ausgangssignal wieder einer binären Null. Der Sperrimpuls geringer Amplitude liefert jedoch in Verbindung mit einem Speiseimpuls 44 und einem einer binären Eins entsprechenden Eingangssignal genügend Strom an den Punkt 40, um die Schaltung vom Punkt 71 zum Arbeitspunkt 114" zu bringen. Der Arbeitspunkt 114" entspricht wieder einer binären Null als Ausgangssignal. Die Signalamplituden werden also so eingestellt, daß sich die Schaltung in Gegenwart eines Sperrimpulses nicht beim Punkt 112' stabilisieren kann, während in Abwesenheit eines Sperrimpulses ein einer binären Eins entsprechendes Eingangssignal in Verbindung mit einem Speiseimpuls den Arbeitspunkt der Schaltung im Punkt 112' stabilisiert. In beiden Fällen arbeitet die Schaltung also als steuerbare Signalschleuse.Otherwise, the amplitude of the blocking pulse is relatively small, and the blocking pulse, in conjunction with a feed pulse 44 and an input signal corresponding to a binary zero, shifts the operating point from point 71 to the other low-voltage operating point 110. At point 110 , the output signal again corresponds to a binary zero. The low-amplitude blocking pulse, however, in conjunction with a feed pulse 44 and an input signal corresponding to a binary one, supplies sufficient current to point 40 to bring the circuit from point 71 to operating point 114 " . Operating point 114" again corresponds to a binary zero as the output signal . The signal amplitudes are set so that the circuit cannot stabilize in the presence of a blocking pulse at point 112 ' , while in the absence of a blocking pulse an input signal corresponding to a binary one in conjunction with a feed pulse stabilizes the operating point of the circuit at point 112' . In both cases, the circuit works as a controllable signal lock.

Eine Signalschleuse für eine Mehrzahl von Eingangssignalen kann in der in Fig. 11 dargestellten Weise aufgebaut sein. Die in Fig.11 dargestellte Schaltung enthält einen Inverter, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, der jedoch so abgewandelt wurde, daß die drei getrennten Eingangssignale zuerst einer mit drei Eingängen versehenen »Und-Stufe« 119 zugeführt werden, deren Ausgang an den Punkt 40 der Tor-Schaltung angeschlossen ist.A signal lock for a plurality of input signals can be constructed in the manner shown in FIG. 11. The circuit shown in FIG. 11 contains an inverter as shown in FIG. 6, but which has been modified in such a way that the three separate input signals are first fed to an "AND stage" 119 provided with three inputs, the output of which is fed to the Point 40 of the gate circuit is connected.

Die Und-Schaltung 119 enthält eine Tunneldiode 120, deren Kathode 122 an Masse liegt, während die Anode 124 mit einer Betriebsstromquelle 126 verbunden ist. Die Betriebsstromquelle 126 liefert ein Impulssignal 128 synchron mit dem Impulssignal aus der Quelle 42. Die Synchronisation ist durch die Verbindung 129 zwischen den Quellen 42 und 126 versinnbildlicht.The AND circuit 119 contains a tunnel diode 120, the cathode 122 of which is connected to ground, while the anode 124 is connected to an operating current source 126. The operating current source 126 supplies a pulse signal 128 synchronous with the pulse signal from the source 42. The synchronization is symbolized by the connection 129 between the sources 42 and 126.

Die beiden Stromquellen 42 und 126 können von demselben Typ sein. Die drei binären Eingangssignale werden den drei Eingangsklemmen 130, 132 bzw. 134 zugeführt. Die Eingangsklemmen sind sämtlich über Widerstände 136, 138 bzw. 140 mit der Anode 124 der Tunneldiode 120 verbunden. Das Ausgangssignal von der Und-Stufe 119 wird über einen Widerstand 142 dem gemeinsamen Punkt 40 der Tor-Schaltung zugeführt.The two power sources 42 and 126 can be of the same type. The three binary input signals are fed to the three input terminals 130, 132 and 134 , respectively. The input terminals are all connected to the anode 124 of the tunnel diode 120 via resistors 136, 138 and 140 , respectively. The output signal from the AND stage 119 is fed to the common point 40 of the gate circuit via a resistor 142.

Die Arbeitsweise der Und-Stufe 119 soll in Verbindung mit Fig. 2 erläutert werden. Die Kurve 18 dieser Figur entspricht der Strom-Spannungs-Kennhnie der Tunneldiode 120. Wenn die Stromquelle 126 Speiseimpule praktisch konstanten Stroms an die Tunneldiode liefert, erhält man eine praktisch waagerechte Lastlinie 160, die die Kurve 18 in drei Punkten 162, 164 und 166 schneidet. Die Punkte 162 und 166 liegen in Bereichen positiven Widerstandes der Kurve 18 und sind daher stabil, während der Punkt 164 in einem Bereich negativen Widerstandes liegt und daher instabil ist.The operation of the AND stage 119 will be explained in connection with FIG. Curve 18 of this figure corresponds to the current-voltage characteristic of tunnel diode 120. When current source 126 supplies supply pulses of practically constant current to the tunnel diode, a practically horizontal load line 160 is obtained which intersects curve 18 at three points 162, 164 and 166 . Points 162 and 166 lie in areas of positive resistance of curve 18 and are therefore stable, while point 164 lies in an area of negative resistance and is therefore unstable.

Bei richtiger Bemessung der Amplitude der speisenden Signale arbeitet die Schaltung als Und-Schaltung. Wenn weder Speisesignale noch binäre Eingangssignale anliegen, befindet sich der Arbeitspunkt im Ursprung des in Fig. 2 dargestellten Diagramms. Wenn nur ein Speiseimpuls der Tunneldiode 120 von der Stromquelle 126 zugeführt wird, wandert der Arbeitspunkt rasch zum Punkt 162, was einem binären Ausgangssignal Null entspricht. Wenn jedoch binäre Eingangssignale allen Eingangsklemmen 130, 132 und 134 zugeführt werden, fließt durch die Tunneldiode 120 genügend zusätzlicher Eingangsstrom, um die Arbeitskennlinie 160 über das Maximum der Kurve 18 zu heben, was einen sofortigen übergang des Arbeitspunktes vom Punkt 162 zum Punkt 166 zur Folge hat. Man erhält dann von der Tunneldiode 120 ein einer binären Eins entsprechendes Ausgangssignal. Auf diese Weise ergibt sich die Und-Funktion.If the amplitude of the feeding signals is correctly dimensioned, the circuit works as an AND circuit. If neither feed signals nor binary input signals are present, the operating point is at the origin of the diagram shown in FIG. 2. If only one feed pulse is fed to the tunnel diode 120 from the current source 126 , the operating point moves quickly to the point 162, which corresponds to a binary output signal zero. However, if binary input signals are fed to all input terminals 130, 132 and 134 , enough additional input current flows through the tunnel diode 120 to raise the operating curve 160 above the maximum of curve 18 , which results in an immediate transition of the operating point from point 162 to point 166 Has. An output signal corresponding to a binary one is then obtained from the tunnel diode 120. This is how the AND function results.

Die Und-Schaltung liefert also an die Tor-Schaltung dann und nur dann ein Eingangssignal, wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt an den drei Eingangsklemmen 130, 132 und 134 eine einzelne binäre Eins auftritt. Das heißt, daß die Tunneldiode 120 der Und-Schaltung so betrieben wird, daß ein Speisesignal 128 von der Quelle 126 während der Anwesenheit der drei binären Eins-Eingangssignale zugeführt werden muß, um zu bewirken, daß dem Punkt 40 der Tor-Schaltung ein Ausgangssignal verhältnismäßig großer Amplitude zugeführt wird. In der Abwesenheit von einem oder mehreren der drei binären Eingangssignale liefert die Und-Schaltung 119 ein Signal verhältnismäßig kleiner Amplitude an den Punkt 40. Sonst entsprechen sich die Arbeitsweisen der Schaltungen nach Fig. 9 und 11.The AND circuit therefore delivers an input signal to the gate circuit if and only if a single binary one occurs at the three input terminals 130, 132 and 134 at a specific point in time. That is, the AND circuit tunnel diode 120 is operated so that a feed signal 128 must be supplied from source 126 during the presence of the three binary one inputs to cause point 40 of the gate circuit to have an output relatively large amplitude is supplied. In the absence of one or more of the three binary input signals, the AND circuit 119 delivers a signal of relatively small amplitude to the point 40. Otherwise, the modes of operation of the circuits according to FIGS. 9 and 11 are the same.

Eine Tor-Schaltung für eine Mehrzahl von Eingängen kann auch erhalten werden, indem man eine Und-Stufe und eine Nicht-Stufe, wie die Nicht-Stufe in Fig. 6, verwendet. Eine Tor-Schaltung entsteht nämlich, wenn man eine Nicht-Schaltung und eine Und-Schaltung so in Kaskade schaltet, daß das Ausgangssignal der Nicht-Schaltung den einen Eingang der Und-Schaltung liefert. In diesem Falle benötigt man getrennte Speisesignale für die Nicht-Schaltung und die Und-Schaltung. Diese Speisesignale werden gegeneinander versetzt. Der Nicht-Schaltungsteil der Schaltung wird dabei eine bestimmte Zeitspanne vor dem Und-Schaltungsteil gespeist. Die in Fig.ll dargestellte Tor-Schaltung hat andererseits den Vorzug, daß die Speisesignale beiden Teilen der Tor-Schaltung gleichzeitig zugeführt werden können, was die Stromversorgung vereinfacht.A gate circuit for a plurality of inputs can also be obtained by adding an AND stage and a non-stage, like the non-stage in Fig. 6, used. A gate circuit is created when you have a non-circuit and cascade an AND circuit so that the output of the non-circuit which supplies one input of the AND circuit. In this case you need separate ones Feed signals for the non-switching and the AND switching. These feed signals are offset against each other. The non-circuit part of the circuit is thereby fed a certain period of time before the AND circuit part. The one shown in Fig.ll Gate circuit on the other hand has the advantage that the feed signals both parts of the Gate circuit can be fed at the same time, which simplifies the power supply.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A circuit arrangement which provides an output signal of low amplitude for an input signal of a first, low amplitude, an output signal of high amplitude for an input signal of a second, higher amplitude and an output signal of low amplitude again for an input signal of a third, even higher amplitude, thereby characterized in that a first branch of a parallel circuit comprising two branches of current is a diode (10) with a characteristic curve comprising a range of negative resistance and a second branch of the parallel circuit is connected in series with one in the same direction as the first diode and with an impedance (36) a second diode (30) with a characteristic curve comprising a range of negative resistance and that input terminals (40 and ground) are connected in parallel with the parallel circuit and output terminals (52 and ground) are connected in parallel with the impedance.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the diode (10) in the first current branch is a tunnel diode.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the impedance is a resistor whose resistance value is approximately equal to the negative resistance of the diode (30) connected in series with it.

4th Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the diode (30) in the second circuit is a tunnel diode.

5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at the input terminals Impulses lie.

6. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the input terminals simultaneously have a plurality of input signals is fed.

7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized by a third diode (120) with a negative resistance characteristic, to which a feed signal (128) and a number of input signals (via the terminals 130, 132, 134) are fed in parallel, and by a connection between one Input terminal (40) of the parallel circuit and the third diode (Fig. 11). B.

Circuit arrangement according to Claim 7, characterized in that the parallel connection and synchronous pulses are supplied to the third diode for feeding (Fig. 11).

9. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that a second parallel circuit (77; 83, 84) is connected between an energy source (74) and a first parallel circuit (77 ';83', 84 ') and that a reference current source (88) is connected in parallel to the first parallel circuit.