DE1159504B - Logische Schaltungsanordnung, die fuer mindestens zwei verschiedene Werte eines Eingangssignals zwei diskrete Werte eines Ausgangssignals liefert, mit Tunneldioden und Transistoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine logische Schaltungsanordnung, die für mindestens zwei verschiedene Werte eines Eingangssignals zwei diskrete Werte eines Ausgangssignals liefert und die Tunneldioden und Transistoren enthält.

Logische Schaltungen in Rechenmaschinen enthalten häufig Transistoren. Die Binärziffern Null und Eins werden dabei durch verschiedene Ausgangsspannungen oder Ausgangsströme der Transistoren dargestellt. Transistoren, insbesondere preiswerte Typen, besitzen in der Praxis jedoch im allgemeinen den Nachteil, daß die Arbeitsweise stark von der Temperatur und von Änderungen von Schaltungselementen abhängt. Solche Änderungen sind höchst unerwünscht, da sie bei Hintereinanderschaltung mehrerer Stufen so weit verstärkt werden können, daß unter Umständen fehlerhafte Ausgangssignale entstehen. Bei hohen Strömen wird die Arbeitsgeschwindigkeit von Transistoren außerdem bekanntlich durch Speichereffekte begrenzt, und man muß daher eine Aussteuerung ins Sättigungsgebiet vermeiden, wenn hohe Arbeitsgeschwindigkeiten gefordert werden.

Es sind auch schon logische Schaltungsanordnungen unter Verwendung von Tunneldioden bekannt. Bei solchen Tunneldiodenschaltungen nutzt man die Eigenschaft der Tunneldiode aus, daß bei geeigneter Vorspannung nur in einem sogenannten Niederspannungsbereich oder unteren Arbeitsbereich, der einem ersten Ast positiven Widerstandes der Kennlinie entspricht, und in einem bei nennenswert höheren Spannungen liegenden zweiten Arbeitsbereich, dem sogenannten Hochspannungsbereich, der einem zweiten Ast positiven Widerstandes der Tunneldiode entspricht, stabile Arbeitspunkte möglich sind. In dem zwischen den beiden genannten Arbeitsbereichen liegenden Bereich hat die Kennlinie einen negativen differentiellen Widerstand, und bei geeigneter Vorspannung existiert in diesem Bereich kein stabiler Arbeitspunkt, so daß der Arbeitspunkt bei entsprechenden Änderungen des die Tunneldiode durchfließenden Stromes rasch vom Niederspannungsbereich in den Hochspannungsbereich springt und umgekehrt.

Es ist außerdem eine Schaltungsanordnung zum Durchschalten einer Wechselspannung oder von Impulsen vorgeschlagen worden, die einen Transistor und eine Tunneldiode enthält. Diese Schaltungsanordnung kann durch Schaltimpulse zwischen zwei Betriebszuständen umgeschaltet werden, im ersten Betriebszustand ist der Transistor gesperrt, wohingegen er im zweiten Betriebszustand so vorgespannt ist, daß er die über einen Transformator oder einen Kondensator zugeführten Wechselspannungs- oder Impuls-Logische Schaltungsanordnung,

die für mindestens zwei verschiedene Werte eines Eingangssignals zwei diskrete Werte

eines Ausgangssignals liefert,
mit Tunneldioden und Transistoren

Anmelder:
Radio Corporation of America,

New York, N. Y. (V. St. A.)

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

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Januar 1960 (Nr. 3604)

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

signale durchläßt und dabei verstärkt. Ganz abgesehen davon, daß diese vorgeschlagene Schaltungsanordnung nicht Ausgangssignale liefert, die nur zwei diskrete Werte annehmen können, besitzt sie auch den Nachteil, daß eine Aussteuerung des Transistors in den Sättigungsbereich möglich ist, so daß unerwünschte Speichereffekte auftreten können.

Die vorliegende Erfindung betrifft im Gegensatz dazu eine logische Schaltungsanordnung, die für mindestens zwei verschiedene Werte eines Eingangssignals zwei diskrete Werte eines Ausgangssignals liefert, unter Verwendung von Tunneldioden und/oder Transistoren mit Emitter, Basis und Kollektor. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Transistors mit einem relativ kleinen Scheinwiderstand verbunden ist und daß die Tunneldiode parallel zu der aus dem Scheinwiderstand und der Basis-Emitter-Diode des Transistors gebildeten Reihenschaltung liegt und im selben Sinne wie die Basis-Emitter-Diode gepolt ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Tunneldiode eine in gleicher Richtung gepolte zweite Tunneldiode in Reihe geschaltet, und diese Reihenschaltung ist an eine Quelle konstanter Spannung angeschlossen, die so gewählt ist, daß die eine Diode

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den Betriebszustand hoher Spannung und die andere Diode den Betriebszustand niederer Spannung annimmt. Die Basis des Transistors ist dabei mit dem Verbindungspunkt der beiden Tunneldioden verbunden.

Die Erfindung soll nun in Verbindung mit der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Transistorschaltung;

Fig. 2 zeigt den Kollektorstrom in Abhängigkeit von der Spannung zwischen Kollektor und Emitter für den Transistor in Fig. !,wobei den verschiedenen Kurven verschiedene Eingangsströme, d. h. in diesem Fall verschiedene Basisströme zugeordnet sind;

Fig. 3 ist ein Schaltbild eines Transistors und einer Diode mit negativem Widerstandsast, die mit der Basis des Transistors verbunden ist;

Fig. 4 zeigt die Kollektorströme in Abhängigkeit von der Spannung zwischen Emitter und Kollektor der Schaltung nach Fig. 3, wobei den verschiedenen Kurven verschiedene Eingangsströme zugeordnet sind; Fig. 5 ist ein Schaltbild eines Transistors mit Tunneldiode gemäß der Erfindung;

Fig. 6 zeigt den Kollektorstrom in Abhängigkeit von der Spannung am Kollektor für die Schaltung nach Fig. 5. Auch hier entspricht den verschiedenen Kurven jeweils ein verschiedener Eingangsstrom;

Fig. 7 ist ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 zeigt den Verlauf des Kollektorstromes in Abhängigkeit von dem Basisstrom für die Schaltung nach Fig. 7;

Fig. 9 ist ein charakteristischer Verlauf des Stromes in Abhängigkeit von der Spannung für eine Tunneldiode;

Fig. 10 zeigt den Verlauf des Eingangsstromes in Abhängigkeit von dem Kollektorstrom für die Schaltung nach Fig. 11;

Fig. 11 ist ein Blockschaltbild für eine andere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 und 13 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 11;

Fig. 14 ist ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 15 ein Blockschaltbild einer logischen Schaltung gemäß der Erfindung.

In allen Figuren der Zeichnung sind miteinander übereinstimmende Schaltelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Schaltung nach Fig. 1 enthält einen gewöhnlichen npn-Transistor. Jede der Kurven in Fig. 2 wurde dadurch erhalten, daß man den Basisstrom I_in konstant hielt und die Kollektorspannung veränderte. Man sieht, daß schon bei sehr kleinen Werten des Eingangsstromes der Ausgangsstrom I_c fließt. Diese Ausgangsströme unterliegen jedoch Schwankungen in Abhängigkeit von der Außentemperatur und in Abhängigkeit von den Größen der Schaltelemente und diese in elektronischen Rechenmaschinen unter Umständen störenden Schwankungen sollen, wie oben bereits erwähnt, vermieden werden.

Die Schaltung nach Fig. 3 enthält einen Transistor wie in Fig. 1 und zusätzlich eine Diode 10 mit negativem Widerstandsast zwischen der Basis 12 und dem Emitter 14 des Transistors. Die Diode 10 in Fig. 3 ist eine Tunneldiode. Die Kennlinie einer derartigen Diode besitzt zwei Äste mit positivem Widerstand und einen Ast mit negativem Widerstand zwischen den beiden ersterwähnten Ästen. Beim Betrieb mit einer Belastung mit annähernd konstantem Strom hat eine derartige Diode auf jedem der positiven Widerstandsäste einen stabilen Betriebspunkt. Wenn die Diode mit niedriger Spannung betrieben wird und ein ausreichender Durchlaßstrom zugeführt wird, geht die Diode schnell in den stabilen Betriebspunkt auf dem anderen positiven Widerstandast, d. h. in den stabilen Betriebspunkt hoher Spannung über. Umgekehrt wird, wenn man in diesem letzteren stabilen Betriebspunkt den Strom durch die Diode genügend verkleinert, wieder schnell der Betriebspunkt auf dem ersten positiven Widerstandsast, d. h. der Betriebspunkt niedrigerer Spannung erreicht.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 3 ist in Fig. 4 dargestellt. Es sei angenommen, daß die betreffende Diode 10 einen Höckerstrom von etwa 100 Mikroampere besitzen möge. Wenn also ein Strom von mehr als 100 Mikroampere der Diode zugeführt wird, so schaltet diese von ihrem Betriebspunkt niedrigerer Spannung auf ihren Betriebspunkt höherer Spannung über. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, durchsetzt bei 0 Mikroampere, bei 40 Mikroampere und bei 80 Mikroampere praktisch der ganze Eingangsstrom die Tunneldiode, und es fließt praktisch kein Strom von der Basis 12 zum Emitter 14 durch den Transistor. Der Strom I_c vom Emitter zum Kollektor bleibt also gemäß Kurve 16 annähernd konstant und ist sehr klein. Wenn jedoch der Eingangsstrom den Höckerstrom der Tunneldiode überschreitet, geht der Betriebspunkt der Diode schnell von ihrem Punkt mit niedrigerer Spannung auf ihren Punkt mit höherer Spannung über. Die maximale Spannung an der Diode kann in ihrem Betriebspunkt niedrigerer Spannung von der Größenordnung von etwa 50 Millivolt sein. Wenn die Diode in ihrem Betriebszustand höherer Spannung übergeht, möge die Diodenspannung einen Wert von 400 Millivolt annehmen. Bei diesem höheren Spannungswert liegt zwischen Emitter und Basis des Transistors eine Durchlaßspannung, und es fließt ein erheblicher Strom zwischen Emitter und Kollektor, wie durch die Kurve 18 angedeutet. Bei einer weiteren Zunahme des Eingangsstromes nimmt der Strom zwischen Emitter und Kollektor zu, wie durch die Kurven 20, 22 usw. angedeutet. Die Diode bewirkt keine Begrenzung des maximalen Stromes durch den Transistor und der Transistor kann seinen Sättigungszustand erreichen, was, wie oben bereits erwähnt, zu einer unerwünschten Verkleinerung der Arbeitsgeschwindigkeit führen kann.

Der Unterschied zwischen der Schaltung nach Fig. 5 und derjenigen nach Fig. 3 besteht nun darin, daß ein kleiner Widerstand R_E in Reihe mit dem Emitter 14 geschaltet ist. Die Größe dieses Widerstandes R_E kann zwischen 10 und 50 Ohm betragen.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 5 besteht gemäß Fig. 6 darin, daß für kleine Werte des Eingangsstromes die Tunneldiode 10 in ihrem unteren Betriebszustand bleibt und die Kurve 24 durchlaufen wird. Wenn der Höckerstrom der Tunneldiode überschritten wird, springt der Arbeitspunkt in den Betriebszustand höherer Spannung über, und es gilt die Kurve 26. Die Spannung V₁ zwischen der Basis und Erde bleibt dann im Betriebszustand höherer Spannung der Tunneldiode annähernd konstant und beträgt etwa 400 Millivolt. Die Diode bewirkt also, daß

die Basis des Transistors auf der Spannung V₁ gegenüber Erde festgehalten wird. Der Emitterstrom, der dann fließt, bewirkt, daß das Produkt I_CR_E (d. h. der Spannungsabfall an dem Widerstand R_E) zuzüglich V_eb (d. h. die Spannung zwischen Emitter und Basis der Diode) gleich der Spannung V₁ ist. Bei einer Zunahme des Eingangsstromes I_1n wird die Spannung V₁ nicht merklich geändert, da der Emitterstrom I_e und daher auch der Kollektorstrom I₁. annähernd konstant

rechten ansteigenden Ast in Fig. 9 vom Punkt e auf den Punkt c zurück. Wenn der Strom jedoch auf einen kleineren Wert, als er dem Punkt c entspricht, vermindert wird, geht die Diode sprunghaft von 5 ihrem Betriebszustand höherer Spannung auf einen Arbeitspunkt niedrigerer Spannung, nämlich auf den Arbeitspunkt / in Fig. 9 über. Der Übergang vom Punkt e auf den Punkt c in Fig. 9 entspricht dem Ast 35 zwischen den Punkten 33 und 31 in Fig. 8. Der

bleiben. Gemäß Fig. 6 nimmt der Eingangsstrom I_1n io Übergang vom Punkt c auf den Punkt / entspricht von 120 Mikroampere auf 240 Mikroampere zu. Der dem Übergang 35, 31 in Fig. 8. Ausgangsstrom I_c des Transistors bleibt jedoch an- In der Hysteresisschleifenfläche 31, 32, 33, 35 sind

nähernd konstant. Bei einer geeigneten Wahl der zwei verschiedene Ausgangsgrößen für eine gegebene Größen der Schaltelemente kann man erreichen, daß Eingangsgröße möglich. Für einen gegebenen Eindie Kurven 26 bis 26« einander nahe benachbart i₅ gangsstrom I_y in Fig. 8 existieren nämlich zwei versind. Je größer der Widerstand R_E ist, um so kleiner schiedene Ausgangsströme /_t. _l und /_c2. Eine derartige werden die Abstände zwischen den Kurven 26 bis Betriebsweise ist jedoch in denjenigen Fällen uner-26 η und zwischen den Kurven 24 und 26 und umge- wünscht, in denen eine gegebene Eingangsgröße einkehrt. Die Wahl von R_E hängt in der Praxis von den deutig eine bestimmte Ausgangsgröße zur Folge jeweils verlangten Eigenschaften der Schaltung ab. 20 haben muß, also beispielsweise in kombinierten Bei einer speziellen Schaltung mit einer Tunneldiode logischen Schaltungen, wie beispielsweise in somit 1 Milliampere Höckerstrom wurde beispielsweise genannten Und-Schaltungen, in sogenannten Oderein Widerstand R_E von 22 Ohm benutzt und bei einer Schaltungen, in Addier-Schaltungen usw. Für deranderen Schaltung mit einer Tunneldiode von 2 Muli- artige Schaltungen muß vielmehr die Hysteresisfläche ampere Höckerstrom ein Widerstand R_E von 10 Ohm. 25 auf Null verkleinert werden, d. h. an Stelle des Kur-Wenn man nun annimmt, daß der Kollektor 28 venverlaufs in Fig. 8 muß ein Kurvenverlauf, wie er über einen Belastungswiderstand R_c gemäß Fig. 7 an in Fig. 10 dargestellt ist, treten, eine positive Spannung angeschlossen ist und wenn Die Schaltung nach Fig. 11 zeigt einen Verlauf des

der Kollektorstrom als Funktion des Eingangsstro- Ausgangsstromes abhängig vom Eingangsstrom gemes /,·„ aufgetragen wird, so erhält man die Kurve 30 maß Fig. 10. Die Schaltung nach Fig. 11 enthält nach Fig. 8. Ein wesentlicher Vorteil dieser Schaltung einen npn-Transistor 36 mit einer Basiselektrode 38, und der im folgenden noch zu beschreibenden Schal- einem Emitter 40 und einem Kollektor 42. Es sei tungen besteht darin, daß der Transistor bei einer jedoch darauf hingewiesen, daß bei der Schaltung Zunahme des Eingangsstromes nicht in seinen Sät- nach Fig. 11 und bei den übrigen dargestellten Schaltigungszustand ausgesteuert wird und daher keine 35 tungen an Stelle eines npn-Transistors auch ein pnp-Speichereffekte im Transistor auftreten können, Transistor treten kann, vorausgesetzt, daß die Polariwelche die Ansprechgeschwindigkeit vermindern täten der Spannungen entsprechend gewählt werden könnten. und ebenfalls die Durchlaßrichtung der Tunneldioden

Wenn im Betrieb der Eingangsstrom I_1n in der umgekehrt wird. Der Kollektor 42 in Fig. 11 ist über Durchlaßrichtung vergrößert wird, so wird die Kurve 40 einen Widerstand 44 an eine positive Spannungsquelle in Fig. 8 in der Reihenfolge der Äste 30, 31, 32, 33, angeschlossen. Der Emitter 40 liegt über einen Wider-34 durchlaufen. Wenn der Eingangsstrom sodann stand 48 an Erde. Zwischen einer Quelle 54 konwieder verkleinert wird, wird die Kurve in Fig. 8 in stanten Stromes und Erde liegen zwei Tunneldioden der Reihenfolge der Äste 34, 33, 35, 31, 30 durch- 50 und 52. Der Verbindungspunkt 56 dieser beiden laufen. Die somit auftretende Hysteresiskurve kann 45 Tunneldioden ist mit der Basiselektrode 38 verbunden, an Hand der Fig. 9 erläutert werden, welche eine Der Eingangsklemme 58 kann ein Stromimpuls aus charakteristische Strom-Spannungskurve für die Tun- einer Quelle konstanten Stromes zugeführt werden, neldiode 10 enthält. Der Betriebspunkt niedrigerer Zwischen der Eingangsklemme 58 und dem Verbin-Spannung der Tunneldiode liegt auf dem Ast ab und dungspunkt 56 der beiden Tunneldioden liegt ein der Betriebspunkt höherer Spannung auf dem Ast cd. 50 Widerstand 60.

Es sei angenommen, daß die Tunneldiode sich an- Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 11 soll

fänglich in ihrem Betriebspunkt niedrigerer Spannung an Hand der Fig. 12 und 13 erläutert werden. In befindet. Es sei ferner angenommen, daß der Ein- Fig. 12 bedeutet die ausgezogene Kurve 62 die Stromgangsstrom von einer Stromquelle konstanten Stro- Spannungskurve für die Tunneldiode 52 allein. Die mes geliefert werde. Bei einer Zunahme des Ein- 55 punktierte Kurve 64 zeigt den Verlauf des Basisstrogangsstromes bewegt sich der Betriebspunkt der mes abhängig von der Basisspannung an der Basis-Tunneldiode auf dem linken positiven Ast vom elektrode des Transistors 36, wobei die dem Tran-Punkt α zum Punkt b. Wenn der Eingangsstrom nur sistor zugeführte Spannung ohne die Tunneldiode in wenig über den Punkt b hinaus gesteigert wird, der Basiszuleitung dargestellt ist. Die zusammenspringt der Betriebspunkt vom Punkt b auf einen 60 gesetzte Stromspannungskurve der Tunneldiode 52 Punkt e, d. h., die Diode geht von ihrem Betriebs- parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 36 zustand niedrigerer Spannung sprungweise in ihren ist durch die Kurve 66, 67, 68, 69 dargestellt. Betriebszustand höherer Spannung über. Der Punkt e Nunmehr sei die Fig. 13 betrachtet. Diese bezieht

entspricht einer Betriebsspannung von etwa 400 Milli- sich auf die Schaltung nach Fig. 11 mit dem Tranvolt. Der Übergang von b nach e in Fig. 9 ist in Fig. 8 65 sistor 36 und den beiden Tunneldioden 50 und 52. •der Übergang vom Punkt 32 auf den Punkt 33. Wenn Die Tunneldiode 50 ist als eine Belastung der Parnunmehr der Eingangsstrom des Transistors vermin- allelschaltung der Tunneldiode 52 und der Basisdert wird, bewegt sich der Betriebspunkt auf dem Emitter-Strecke des Transistors aufzufassen. Die

charakteristische Kurve des Stromes abhängig von der Spannung für die Tunneldiode 50, die als Belastung wirkt, ist die Kurve 70, 71, 72, 73, 74. Diese Kurve stimmt mit der Kurve 62 in Fig. 12 überein, ist jedoch dieser Kurve gegenüber derart aufgetragen, daß der Anfang der Belastungslinie im Punkt 70, d. h. bei 500 Millivolt liegt. Die Spannung von 500 Millivolt wird durch die Stromquelle 54 geliefert. Der Betriebszustand niedrigerer Spannung der Diode 50 wird durch den Ast 70, 71 und der Betriebszustand höherer Spannung durch den Ast 73, 74 in Fig. 13 dargestellt.

Die gesamte Stromspannungskurve ist durch die strichpunktierte Linie 75, 76, 77, 78 gegeben.

Im Betrieb wird durch die Spannung von 500 Mulivolt an der Serienschaltung der Dioden 50 und 52 eine dieser Dioden in ihren Betriebszustand höherer Spannung und die andere in ihren Betriebszustand tieferer Spannung gebracht. Solange der Eingangsstrom an der Klemme 58 Null ist, ergibt sich aus Fig. 13, daß lediglich ein Schnittpunkt zwischen der charakteristischen Kurve für die Tunneldiode 50 und der zusammengesetzten charakteristischen Kurve für die Diode 52 und die Entladungsstrecke des Transistors 38 bis 40 existiert. Dieser Schnittpunkt ist der Punkt 80, der dem tieferen Betriebszustand der Diode 52 und dem höheren Betriebszustand der Diode 50 entspricht. Der Schnittpunkt 81 liegt auf dem negativen Widerstandsast der Tunneldiode 50 entsteht ein stabiler Arbeitspunkt für den Niederspannungszustand der Diode 52 und den Hochspannungszustand der Diode 50. Dieser Eingangsstrom I_x ist in Fig. 10 dargestellt.

Eine geeignete Schaltung gemäß Fig. 11 kann die folgenden Schaltelemente enthalten:

Tunneldioden 50 und 52 Germaniumdioden

mit einem Höckerstrom von 2 Milliampere

Widerstand 48 10 Ohm

Widerstand 44 300 Ohm

Spannung 5+
(an der Klemme 46) .. 10 Volt

Die Schaltung nach Fig. 14 entspricht derjenigen nach Fig. 11, mit der Ausnahme, daß eine Quelle 84 konstanten Stromes an Stelle der Quelle 54 konstanter Spannung in Fig. 11 verwendet ist. Die Quelle konstanter Spannung wird jedoch durch eine Tunneldiode 86 gebildet, die durch einen seitens der Stromquelle 84 gelieferten Strom dauernd in ihrem Hochspannungszustand gehalten wird. Die Spannungen an den Tunneldioden 50' und 52' befinden sich stets auf solchen Werten, daß die eine dieser Dioden sich in ihrem Hochspannungszustand und die andere in ihrem Niederspannungszustand befindet. Gewünschtenfalls kann eine gewöhnliche Diode mit positivem Widerstand an Stelle der Tunneldiode 86 eingeschal-

und ist unstabil. Also nimmt, wenn die Schaltung das 30 tet werden, um eine Quelle konstanter Spannung her-

erste Mal eingeschaltet wird, die Diode 52 ihren tie- zustellen.

feren Betriebszustand und die Diode 50 ihren höheren Betriebszustand an.

Wenn nun ein Durchlaßstrom der Eingangsklemme 58 zugeführt wird, so kann man die Wirkung dieses Eingangsstromes in Fig. 13 als eine Verschiebung der zusammengesetzten Kurve 75, 76, 77, 78 nach abwärts ansehen. Wenn der Eingangsstrom genügend erhöht wird, wie es durch die gestrichelte Kurve angedeutet ist, so besteht kein stabiler Schnittpunkt zwischen dem Niederspannungsast 75,76 der Tunneldiode 52 und dem Hochspannungsast 73, 74 der Tunneldiode 50 mehr. Jedoch besteht jetzt ein stabiler Betriebszustand im Schnittpunkt 84 des Hochspannungsastes der Tunneldiode 52 und des Niederspannungsastes der Tunneldiode 50. Dies läßt sich auch so ausdrücken, daß bei einer genügenden Erhöhung des Eingangsstromes die Tunneldiode 52 von ihrem Niederspannungszustand in ihren Hochspannungszustand umschaltet und die Tunneldiode 50 aus ihrem Eine Schaltung zur Anwendung der durch die Erfindung vorgeschlagenen Einzelschaltungen ist in Fig. 15 veranschaulicht. Jede Stufe entspricht der Schaltung nach Fig. 14 mit der Ausnahme, daß in einigen der dargestellten Stufen pnp-Transistoren verwendet sind. Im folgenden wird lediglich eine pnp-Stufe und eine npn-Stufe im einzelnen beschrieben. Die oberen pnp-Stufen werden durch eine Mehrzahl von npn-Stufen gesteuert mit Einschluß der Stufe 116, die in Fig. 15 im einzelnen dargestellt ist. Ebenso werden die unteren npn-Transistoren durch eine Mehrzahl von pnp-Transistoren gesteuert. Der npn-Transistor 152 wird durch beide oberen pnp-Transistoren gesteuert.

Die erste der pnp-Stufen enthält einen Transistor 100, dessen Emitter 102 über einen Widerstand 104 an eine Klemme 106 angeschlossen ist, an welcher eine positive Speisespannung zugeführt wird. Die Basis 108 liegt zwischen zwei Tunneldioden 110 und 112. Eine dritte Tunneldiode 114 liegt parallel zu den beiden Tunneldioden 110 und 112. Eine Stromquelle 115, welche einen Strom der durch den Pfeil angedeuteten Richtung liefert, liegt zwischen dem Punkt

Hochspannungszustand in ihren Niederspannungszustand überspringt.

Man sieht ohne weiteres, daß die Schaltelemente so gewählt oder eingeregelt werden können, daß nurmehr eine geringe oder gar keine Hysteresisfläche 55 117, der mit den Kathoden der Dioden 112 und 114 besteht. Wenn also der Eingangsstrom einen ge- verbunden ist, und Erde. Der erwähnte Pfeil und alle gebenen Wert I_x in Fig. 13 überschreitet, ist auf dem Niederspannungsast der Diode 52 und dem Hochspannungsast der Diode 50 kein stabiler Betriebszustand mehr möglich, dagegen existiert dann ein 60 stabiler Betriebszustand auf (bzw. ein stabiler Schnittpunkt zwischen) dem Niederspannungsast der Diode 50 und dem Hochspannungsast der Diode 52. Wenn umgekehrt der Eingangsstrom auf einen Wert von weniger als I_x vermindert wird, so besteht kein sta- 65 Tunneldiode 126 liegt parallel zu den Tunneldioden biler Arbeitspunkt entsprechend dem Hochspan- 122 und 124. Eine Stromquelle 128 liegt zwischen mmgszustand der Diode 52 und dem Niederspan- Erde und dem Punkt 129, in welchem die Anoden nungszustand der Diode 50 mehr, und gleichzeitig der Dioden 122 und 126 miteinander verbunden sind.

anderen Pfeile in Fig. 15 sind in der Richtung des positiven herkömmlichen Stromes gezeichnet.

Die erste npn-Stufe enthält einen Transistor 116 mit Kollektor 118, welchem über einen Widerstand 120 ein Eingangsstrom, der zur Basiselektrode 108 des pnp-Transistors 100 fließt, zugeführt wird. Die Basiselektrode 120 eines Transistors 116 liegt zwischen den Tunneldioden 122 und 124. Eine dritte

Der Transistor 116 wird durch die Vorspannungsquelle 130 (Tunneldiode 124 in ihrem Niederspannungszustand) normalerweise gesperrt. Ebenso wird der npn-Transistor 100 normalerweise durch den Strom der Stromquelle 132 gesperrt. Gewünschten- S falls kann eine gemeinsame Stromquelle für diese beiden Transistoren verwendet werden.

Die Eingangsimpulse werden der Basiselektrode 108 des pnp-Transistors 100 von einer Anzahl von anderen npn-Stufen zugeführt. Einige dieser Stufen sind an die Klemmen 134 bis 134« angeschlossen. Eine dieser Stufen ist die Stufe 116, und ihr Ausgangsstrom wird vom Kollektor 118 über einen Widerstand 120 der Basiselektrode 108 zugeführt. Eingangsimpulse einer Mehrzahl von pnp-Stufen werden der Basiselektrode 120 des Transistors 116 zugeführt. Diese Eingangsimpulse können an den Klemmen 136 bis 136« liegen.

Die Art von logischen Funktionen, welche die Schaltung nach Fig. 15 auszuführen vermag, hängt zum Teil von dem Strom im Ruhezustand ab, der den Basiselektroden der Transistoren zugeführt wird. Es sei angenommen, daß der pnp-Transistor 100 eine solche Vorspannung erhält, daß er als Und-Stufe arbeitet und daß der npn-Transistor 116 so vorgespannt wird, daß er als Oder-Stufe arbeitet. Zum Betrieb als Und-Stufe gehört, daß der Transistor an seiner Ausgangsseite sprunghaft von einem Strom, der eine bestimmte binäre Stelle angibt (beispielsweise von einem Wert, welcher der binären Stelle 0 entspricht), auf einen anderen Wert übergeht, der eine andere binäre Stelle (also hier die binäre Stelle 1) repräsentiert. Dieser Übergang darf nur von der Zuführung von N Eingangsimpulsen abhängen. Es sei beispielsweise angenommen, daß N Eingangsstufen mit der Basis des pnp-Transistors 100 verbunden sind und daß jede Eingangsstufe einen Stromimpuls von der Amplitude M liefern möge. In diesem Falle wird die Vorspannungsquelle 132 so gewählt, daß ein Strom der Amplitude N · M erforderlich ist, um die Tunneldiode 112 von ihrem einen Zustand in ihren anderen umzuschalten. Auf dieselbe Weise wird, wenn der npn-Transistor im Ruhezustand als eine Oder-Stufe vorgespannt ist, die Vorspannungsquelle 130 so eingeregelt, daß nur ein einziger Eingangsimpuls der Amplitude M erforderlich ist, um die Tunneldiode 124 von ihrem einen Zustand in ihren anderen Zustand umzuschalten.

Die Betriebsspannungen werden den Transistoren in folgender Weise zugeführt. Die positive Speisespannung wird von der Klemme 106 über den Widerstand 104 an den Emitter 102 des Transistors 100 geliefert. Der Stromkreis verläuft weiterhin zum Kollektor 138 des Transistors 100 über den Widerstand 140 und durch die Parallelschaltung der Vorspannungsquelle 142 und der Tunneldiode 143 nach Erde. Die Betriebsspannung für den npn-Transistor 116 wird von der Klemme 106 über die Tunneldiode 110 und über den Widerstand 120 an den Kollektor 118 des Transistors 116 geliefert. Der Stromkreis schließt sich über den Emitter 144 und den Widerstand 146 nach Erde.

Die Tunneldioden an den Eingangsseiten der Transistoren 100 und 116 sind im Ruhezustand so vorgespannt, daß die Diode im einen Zweig 114 (und 126) sich stets in ihrem hohen Betriebszustand befindet. Eine der Dioden im anderen Zweig 110, 112, 122, 124 befindet sich in ihrem hohen Betriebszustand und die andere in ihrem niedrigen Betriebszustand. Wie bereits erwähnt, ist der Ruhestrom beim Betrieb als Und-Stufe so gewählt, daß N Eingangsimpulse erforderlich sind, um einen Eingangsstrom I_x (Fig. 10) herzustellen, in gleicher Weise wird der Ruhestrom, wenn es sich um den Betrieb einer Oder-Stufe handelt, so gewählt, daß ein einziger Eingangsimpuls zur Überschreitung des Stromes I_x (Fig. 10) ausreicht. Durch geeignete Einregelung der Vorspannungsströme der betreffenden Transistoren kann jede gewünschte Kombination von Und-Stufen mit Oder-Stufen mit je mehreren Eingängen hergestellt werden.

An Hand der Fig. 15 kann man erkennen, daß der npn-Transistor 116 einen Ausgangsstrom durch den Widerstand 120 an die Basiselektrode des pnp-Transistors 100, durch den Widerstand 148 an die Basiselektrode des pnp-Transistors 150 und durch andere Widerstände an eine Mehrzahl von anderen pnp-Stufen liefert. Der pnp-Transistor 100 speist mit seinem Ausgangsstrom über den Widerstand 140 die Basiselektrode des npn-Transistors 152 und über andere Widerstände eine Anzahl von anderen npn-Stufen. Der pnp-Transistor 150 speist über den Widerstand 154 die Basiselektrode des npn-Transistors 152 und über andere Widerstände die Basiselektroden eine Anzahl von anderen npn-Stufen usw.

Bei einer Schaltung der vorstehend beschriebenen Art kann eine Stufe zehn und mehr andere logische Stufen steuern. Man kann eine derartige Schaltung auch in der Weise ausbilden, daß die eine Eingangsstufe in ihrem hohen Betriebszustand einen Eingangsstrom von dem Zweifachen oder Dreifachen wie andere Eingangsstufen liefert. Man kann auch eine Umkehr dadurch erreichen, daß man auf eine npn-Stufe eine andere npn-Stufe folgen läßt oder daß man auf eine pnp-Stufe eine weitere pnp-Stufe folgen läßt. In diesem Falle ist die Kollektorausgangsspannung des zweiten Transistors eines npn-Paares oder eines pnp-Paares das gewünschte umgekehrte Ausgangssignal.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Logische Schaltungsanordnung, die für mindestens zwei verschiedene Werte eines Eingangssignals zwei diskrete Werte eines Ausgangssignals liefert, unter Verwendung von Tunneldioden und Transistoren mit Emitter, Basis und Kollektor, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Transistors mit einem relativ kleinen Scheinwiderstand (R_E) verbunden ist, und daß die Tunneldiode parallel zu der aus dem Scheinwiderstand und der Basis-Emitter-Diode des Transistors gebildeten Reihenschaltung liegt und im selben Sinne wie die Basis-Emitter-Diode gepolt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheinwiderstand ein Ohmscher Widerstand ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunneldiode (52) in Reihe mit einer in gleicher Richtung gepolten zweiten Tunneldiode (50) an eine Quelle (54) konstanter Spannung solcher Größe angeschlossen ist, daß sich der Arbeitspunkt der einen Tunneldiode im Hochspannungszustand und der der anderen im Niederspannungszustand einstellt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle

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eine dritte Tunneldiode (86) enthält, die den beiden ersten Tunneldioden (50', 52') parallel geschaltet ist und durch eine Quelle (84) annähernd konstanten Stromes dauernd in ihrem oberen Betriebszustand gehalten wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle konstanter Spannung eine Diode enthält, deren Kennlinie ausschließlich Bereiche positiven Widerstandes aufweist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-

net, daß mit mindestens einem ihrer Ein- und/oder Ausgänge eine Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Stufen Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps enthalten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1103 387,
736.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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