DE1159505B

DE1159505B - Circuit arrangement containing tunnel diodes which can be used as inverters, minority and majority gates

Info

Publication number: DE1159505B
Application number: DER31137A
Authority: DE
Inventors: Walter Frank Kosonocky
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1960-09-19
Filing date: 1961-09-19
Publication date: 1963-12-19
Also published as: GB996980A; NL269344A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

ANMELDETAG: 19. SEPTEMBER 1961 REGISTRATION DATE: SEPTEMBER 19, 1961

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 19. DEZEMBER 1963 NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF
EDITORIAL: DECEMBER 19, 1963

Die Erfindung betrifft Schaltungsanordnungen, die Tunneldioden enthalten und als Inverter, Minoritäts- und Majoritätsgatter in Datenverarbeitungsanlagen verwendet werden können.The invention relates to circuit arrangements that contain tunnel diodes and are used as inverters, minority and majority gates can be used in data processing systems.

Eine als Inverter, Minoritäts- und Majoritätsgatter verwendbare, Tunneldioden enthaltende Schaltungsanordnung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Klemmen zur Zuführung einer Betriebsspannung zwei Tunneldioden mit gleicher Polung in Reihe geschaltet sind, daß ein Eingangskreis zur Zuführung eines einer Binärziffer entsprechenden Signals entweder an die nicht miteinander verbundenen Klemmen der Tunneldioden oder an die Verbindung zwischen den beiden Tunneldioden angeschlossen ist und daß ein Ausgangskreis zur Abnahme eines dem Komplement der Binärziffer entsprechenden Signals in entsprechender Weise entweder an die Verbindung zwischen den beiden Tunneldioden oder an die nicht miteinander verbundenen Klemmen der Tunneldioden angeschlossen ist.A circuit arrangement containing tunnel diodes which can be used as an inverter, a minority gate and a majority gate is characterized according to the invention that between two clamps for feeding an operating voltage two tunnel diodes with the same polarity are connected in series that one Input circuit for supplying a signal corresponding to a binary digit either to the non-mutually connected terminals of the tunnel diodes or to the connection between the two tunnel diodes is connected and that an output circuit for taking one of the complement of the binary digit corresponding signal in a corresponding manner either to the connection between the connected to both tunnel diodes or to the unconnected terminals of the tunnel diodes is.

Die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen können durch eine symmetrische Energiequelle gespeist werden, die an die beiden Tunneldioden positive und negative Spannungen solcher Amplituden liefert, daß die eins der Tunneldioden im Hochspannungszustand und die andere im Niederspannungszustand arbeitet. Zwischen die Tunneldioden und die Energiequelle können zwei Impedanzen, z. B. Widerstände, geschaltet sein. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Eingangssignal, das invertiert werden soll, jeweils zwischen den Impedanzen und der zugehörigen Diode zugeführt und das invertierte Ausgangssignal wird von dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Tunneldioden abgenommen. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Eingangssignal dem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den beiden Tunneldioden zugeführt und das Ausgangssignal wird von einem Widerstandsnetzwerk abgenommen, das zwischen die beiden Tunneldioden-Impedanz-Verbindungen geschaltet ist.The circuit arrangements according to the invention can be fed by a symmetrical energy source the positive and negative voltages of such amplitudes at the two tunnel diodes provides that one of the tunnel diodes is in the high voltage state and the other is in the low voltage state is working. Two impedances, e.g. B. resistors, be switched. In one embodiment of the invention, an input signal is inverted is to be fed between the impedances and the associated diode and the inverted The output signal is taken from the connection point between the two tunnel diodes. In another embodiment of the invention, the input signal becomes the common connection point between the two tunnel diodes and the output signal is from one Resistance network removed, which is connected between the two tunnel diode impedance connections is.

Bei Betrieb einer symmetrischen Schaltungsanordnung mit zwei Tunneldioden wird eine binäre Eins durch einen Impuls oder einen Gleichspannungspegel einer bestimmten Polarität und eine binäre Null durch einen Impuls oder Gleichspannungspegel der entgegengesetzten Polarität dargestellt. Für die Zwecke dieser Erfindung soll willkürlich festgelegt werden, daß ein positives Signal (Gleichspannung oder Impuls) die Binärziffer Eins und ein negatives Signal die Binärziffer Null bedeuten soll. Wird einer . Als Inverter, Minoritätsund Majoritätsgatter verwendbare,
Tunneldioden enthaltende
SchaltungsanordnungWhen operating a symmetrical circuit arrangement with two tunnel diodes, a binary one is represented by a pulse or a DC voltage level of a certain polarity and a binary zero is represented by a pulse or DC voltage level of the opposite polarity. For the purposes of this invention, it should be arbitrarily determined that a positive signal (DC voltage or pulse) should mean the binary digit one and a negative signal should mean the binary digit zero. Becomes one. Can be used as inverters, minority and majority gates,
Containing tunnel diodes
Circuit arrangement

Anmelder:Applicant:

Radio Corporation of America,Radio Corporation of America,

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

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt, München 23, Dunantstr. 6Representative: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, patent attorney, Munich 23, Dunantstr. 6th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. September 1960 (Nr. 56 805)Claimed priority:
V. St. v. America, September 19, 1960 (No. 56 805)

Walter Frank Kosonocky, Iseline, N. J. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt wordenWalter Frank Kosonocky, Iseline, N. J. (V. St. A.) has been named as the inventor

der Eingangsklemmen ein positives Signal zugeführt, so besitzt es eine derartige Richtung, daß eine erste Diode in Flußrichtung und eine zweite Diode in Sperrichtung beaufschlagt wird. Die erste Diode wird dementsprechend in die Möglichkeit versetzt, bei der Zuführung der Speisespannungen in der Gegenwart des positiven Signals in den Hochspannungszustand zu schalten. In entsprechender Weise spannt ein negativer Impuls, der einer der Eingangsklemmen zugeführt wird, die zweite Diode in Flußrichtung und die erste Diode in Sperrichtung vor. Beim Zuführen der Stromversorgungsimpulse wird dann die zweite Diode in den Hochspannungszustand geschaltet, während die erste Diode im Niederspannungszustand bleibt.of the input terminals is supplied with a positive signal, it has such a direction that a first Diode is applied in the forward direction and a second diode in the reverse direction. The first diode will accordingly put in the possibility of supplying the supply voltages in the present of the positive signal to switch to the high voltage state. In a corresponding way, a negative one spans Pulse that is fed to one of the input terminals, the second diode in the forward direction and the first diode in reverse direction. When the power supply pulses are supplied, the second The diode is switched to the high voltage state, while the first diode is switched to the low voltage state remain.

In den Zeichnungen bedeutetIn the drawings means

Fig. 1 ein Schaltbild einer Inverterstufe oder eines Minoritätsgatters gemäß der Erfindung,Fig. 1 is a circuit diagram of an inverter stage or a minority gate according to the invention,

Fig. 2 Kennlinien zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung,FIG. 2 shows characteristics to explain the mode of operation of the circuit arrangement shown in FIG. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform einer Inverterstufe gemäß der vorliegenden Erfindung, 3 is a circuit diagram of another embodiment of an inverter stage according to the present invention,

Fig. 4 Kennlinien zur Erläuterung der Schaltungsanordnung nach Fig. 3,FIG. 4 shows characteristics to explain the circuit arrangement according to FIG. 3,

Fig. 5 ein Schaltbild einer Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung undFIG. 5 shows a circuit diagram of a modification of the circuit arrangement shown in FIG. 1 and FIG

309 769/374309 769/374

Fig. 6 ein Schaltbild, das in gewisser Hinsicht Fig. 3 ähnelt.FIG. 6 is a circuit diagram similar in some respects to FIG. 3.

Ein Inverter oder Minoritätsgatter gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Schaltungsanordnung enthält zwei Tunneldioden SO, 52, die durch Verbindung der Anode der einen Diode mit der Kathode der anderen Diode in Serie geschaltet sind. An die Anode der Tunneldiode 50 ist ein Widerstand 54 und an die Kathode der Tunneldiode 52 ein entsprechender Widerstand 56 angeschlossen.An inverter or minority gate according to the invention is shown in FIG. The circuit arrangement contains two tunnel diodes SO, 52, which through Connection of the anode of one diode with the cathode of the other diode are connected in series. At the anode of the tunnel diode 50 is a resistor 54 and the cathode of the tunnel diode 52 is a corresponding one Resistor 56 connected.

Die symmetrische Betriebsenergiequelle für diese Schaltungsanordnung umfaßt zwei Impulsquellen, die schematisch durch einen ersten Block 58 mit einem eingezeichneten positiven Impuls und einen zweiten Block 60 mit einem eingezeichneten negativen Impuls versinnbildlicht sind. Die Impulsquelle 58 ist über Widerstände 62, 64 und die Impulsquelle 60 über Widerstände 66, 68 mit Masse verbunden. Die Impulsquelle 58 mit den zugehörigen Widerständen 62, 64 und die Impulsquelle 60 mit den zugehörigen Widerständen 66, 68 stellen Spannungsimpulsquellen dar. Die symmetrischen Spannungsquellen können auch auf andere Weise verwirklicht werden. Die Widerstände 62, 54 und 56, 66 können konzentrierte Bauelemente sein, sie können jedoch auch aus der Innenimpedanz der Leistungsquelle bestehen.The symmetrical operating energy source for this circuit arrangement comprises two pulse sources which are symbolized schematically by a first block 58 with a drawn positive pulse and a second block 60 with a drawn negative pulse. The pulse source 58 is connected to ground via resistors 62, 64 and the pulse source 60 via resistors 66, 68. The pulse source 58 with the associated resistors 62, 64 and the pulse source 60 with the associated resistors 66, 68 represent voltage pulse sources. The symmetrical voltage sources can also be implemented in other ways. The resistors 62, 54 and 56, 66 can be lumped components, but they can also consist of the internal impedance of the power source.

Die Binärziffern darstellenden Eingangsimpulse werden den Eingangsklemmen 74, 76 und 78 zugeführt. Diese sind über Widerstände 82, 84 bzw. 86 mit einem gemeinsamen Schaltungspunkt 88 verbunden. Dieser ist wiederum durch einen Widerstand 90 an die Anode der Tunneldiode 50 und über einen Widerstand 92 an die Kathode der Tunneldiode 52 angeschlossen. Das Ausgangssignal wird von einer gemeinsamen Klemme 94 abgenommen und kann einem schematisch durch einen Widerstand 96 dargestellten Verbraucher zugeführt werden. Der Verbraucher kann ähnliche symmetrische Paarschaltungen enthalten, die an die Klemme 94 durch den Widerständen 82, 84, 86 entsprechende Kopplungselemente angeschlossen sind. The input pulses representing binary digits are applied to input terminals 74, 76 and 78. These are connected to a common circuit point 88 via resistors 82, 84 and 86, respectively. This is in turn through a resistor 90 to the anode of the tunnel diode 50 and via a Resistor 92 connected to the cathode of tunnel diode 52. The output signal is from a common terminal 94 and can be shown schematically by a resistor 96 Consumers are fed. The consumer can use similar symmetrical pair connections included, which are connected to the terminal 94 through the resistors 82, 84, 86 corresponding coupling elements.

Die statische Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung kann am leichtesten an Hand von Fig. 2 verstanden werden. Zur Erläuterung soll der Verbraucher 96 vernachlässigt werden. Die Strom-Spannungs-Kennlinie der mit dem Widerstand 56 in Reihe geschalteten Tunneldiode ist auf der — Fp-Seite des Diagramms mit 526 und auf der + Fp-Seite mit 526' bezeichnet. Die aus der Tunneldiode 50 und deren Widerstand 54 bestehende Reihenschaltung wird als Belastung für die Elemente 52, 56 angesehen und die entsprechende Lastkennlinie ist auf der + Fp-Seite mit 504 und auf der bThe static mode of operation of the circuit arrangement shown in FIG. 1 can most easily be adopted Hand of Fig. 2 can be understood. For the purposes of explanation, the consumer 96 should be neglected. the The current-voltage characteristic of the tunnel diode connected in series with resistor 56 is shown on the - Fp-side of the diagram with 526 and on the + Fp-side with 526 '. The one from the tunnel diode 50 and its resistor 54 existing series connection is used as a load for the elements 52, 56 and the corresponding load curve is on the + Fp side with 504 and on the b

p mit 504' bezeichnet. Wie oben erwähntp denoted by 504 '. As mentioned above

worden ist, können die Widerstände 54, 56 zum Innenwiderstand der Spannungsquelle gehören. Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung ist der in Reihe mit den Tunneldioden liegende Widerstand auf jeden Fall der Widerstand, der sich den Klemmen 55, 57 in Richtung der zugehörigen Leistungsquellen darbietet. Bei den in Fig. 2 dargestellten Kennlinien liegen an den Klemmen 70, 72 jeweils schon Spannungsimpulse der Amplituden + V₁, bzw. —V_v. Impulse dieser Amplitude ermöglichen drei stabile Arbeitspunkte, nämlich 98, 99, 100. Im Arbeiispunkt 98 befindet sich die Tunneldiode 52 im Niederspannungszustand und die Tunneldiode 50 im Hochspannungszustand; im Arbeitspunkt 100 arbeitet die Tunneldiode 50 im Niederspannungszustand und die Tunneldiode 52 im Hochspannungszustand und im Arbeitspunkt 99 arbeiten beide Tunneldioden im Hochspannungszustand.has been, the resistors 54, 56 can belong to the internal resistance of the voltage source. In the circuit arrangement shown in FIG. 1, the resistor in series with the tunnel diodes is in any case the resistor presented to the terminals 55, 57 in the direction of the associated power sources. In the characteristic curves shown in FIG. 2, voltage pulses of the amplitudes + V ₁ and −V _v are already present at the terminals 70, 72. Pulses of this amplitude enable three stable working points, namely 98, 99, 100. At working point 98, the tunnel diode 52 is in the low-voltage state and the tunnel diode 50 is in the high-voltage state; At operating point 100, the tunnel diode 50 operates in the low-voltage state and the tunnel diode 52 operates in the high-voltage state, and at operating point 99 both tunnel diodes operate in the high-voltage state.

Zum Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung als Inverterstufe wird nur eine einzige Eingangsleitung benötigt. Es soll angenommen werden, daß den Eingangsklemmen 76, 78 keine Eingangsimpulse zugeführt werden, während an der For operating the circuit arrangement shown in FIG only a single input line is required as an inverter stage. It is to be assumed that the input terminals 76, 78 no input pulses are supplied while at the

ίο Klemme 74 ein positiver Eingangsimpuls liegt. Dieser positive Impuls bewirkt, daß ein Strom Z₁, der die Tunneldiode 50 in Flußrichtung beaufschlagt und ein Strom L₂, der die Tunneldiode 52 in Sperrichtung beaufschlagt, fließen. Wenn nun den Tunneldioden die symmetrischen Spannungen + V₁, und — V₁, zugeführt werden, so schaltet die Tunneldiode 50 in den Hochspannungszustand und die Tunneldiode 52 in den Niederspannungszustand. Wenn sich die Tunneldiode 50 im Hochspannungszustand und die Tunneldiode 52 im Niederspannungszustand befinden, wird die Ausgangsklemme 94 entsprechend dem Arbeitspunkt 98 in Fig. 2 negativ. Ein positiver Eingangsimpuls, der der Binärziffer Eins entspricht, ergibt also einen negativen Ausgangsimpuls entsprechend der Binärziffer Null. Es kann leicht gezeigt werden, daß durch einen negativen Eingangsimpuls ein positiver Ausgangsimpuls erzeugt wird.ίο Terminal 74 has a positive input pulse. This positive pulse causes a current Z ₁ , which acts on the tunnel diode 50 in the flow direction, and a current L ₂ , which acts on the tunnel diode 52 in the reverse direction, to flow. If the symmetrical voltages + V ₁ and −V ₁ are now fed to the tunnel diodes, the tunnel diode 50 switches to the high-voltage state and the tunnel diode 52 to the low-voltage state. If the tunnel diode 50 is in the high-voltage state and the tunnel diode 52 is in the low-voltage state, the output terminal 94 becomes negative corresponding to the operating point 98 in FIG. 2. A positive input pulse, which corresponds to the binary digit one, results in a negative output pulse corresponding to the binary digit zero. It can easily be shown that a negative input pulse produces a positive output pulse.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung eignet sich auch als Minoritätsgatter, d. h. die Ausgangsspannung entspricht der gleichen Binärziffer, wie eine Minorität der Eingangsspannungen. Wenn, um ein spezielles Beispiel zu geben, der Eingangsklemme 74 ein der Binärziffer Eins entsprechendes positives Signal und den Eingangsklemmen 76,78 der Binärziffer Null entsprechende negative Signale zugeführt werden, so ist die an der Klemme 88 resultierende Spannung negativ. Dadurch stellt sich ein Strom ein, der die Tunneldiode 52 in Flußrichtung und die Tunneldiode 50 in Sperrichtung beaufschlagt.The circuit arrangement shown in Fig. 1 is also suitable as a minority gate, i. H. the output voltage corresponds to the same binary digit as a minority of the input voltages. If, To give a specific example, input terminal 74 has a binary number one corresponding to the input terminal 74 positive signal and negative signals corresponding to the input terminals 76,78 of the binary digit zero the voltage resulting at terminal 88 is negative. This sets in Current applied to the tunnel diode 52 in the flow direction and the tunnel diode 50 in the reverse direction.

Die Taktgeberimpulse schalten nun die Tunneldiode 52 in den Hochspannungszustand (Arbeitspunkt 100 in Fig. 2) und die Tunneldiode 50 in den Niederspannungszustand, so daß eine der Binärziffer Eins entsprechende positive Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme 94 auftritt.The clock pulses now switch the tunnel diode 52 to the high-voltage state (operating point 100 in Fig. 2) and the tunnel diode 50 in the low voltage state, so that one of the binary digit one corresponding positive output voltage occurs at the output terminal 94.

Bei einer Schaltungsanordnung des in Fig. 1 dargestellten Typs ist es im allgemeinen erwünscht, ein Bezugsausgangssignal zu erzeugen, wenn an den Klemmen 74, 76, 78 keine Eingangssignale vorhanden sind. Dieses Bezugssignal kann in der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung dadurch erzeugt werden, daß von den Quellen 58, 60 Spannungsimpulse genügend hoher Amplitude geliefert werden, so daß nur ein den Hochspannungszuständen der Tunneldioden entsprechender Schnittpunkt der Kennlinien möglich ist. Wenn die Ausgangsspannung der Betriebsspannungsquellen wieder abnimmt, bleiben die Tunneldioden beide im Hochspannungszustand (Arbeitspunkt 99) und der Ausgang an der Klemme 94 ist Null Volt.In circuitry of the type shown in FIG. 1, it is generally desirable to have a Generate reference output signal if there are no input signals at terminals 74, 76, 78 are. This reference signal can thereby be generated in the circuit arrangement shown in FIG. 1 that the sources 58, 60 supply voltage pulses of sufficiently high amplitude, so that only one point of intersection of the characteristic curves corresponding to the high voltage states of the tunnel diodes is possible. If the output voltage of the operating voltage sources decreases again, stay the tunnel diodes both in the high voltage state (operating point 99) and the output at the terminal 94 is zero volts.

Bei einer anderen Betriebsart der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 haben die Spannungsimpulse eine etwas kleinere Amplitude und es geben sich die gestrichelt gezeichneten Kennlinien 504 α und 526 a in Fig. 2. Bei dieser Spannungsamplitude der Speiseimpulse liegt der Schnittpunkt 99 im negativen Widerstandsbereich beider Dioden und ist instabil. Wenn also die Eingangssignale an den Eingangs-In another mode of operation of the circuit arrangement according to FIG. 1, the voltage pulses have a slightly smaller amplitude and there are the dashed lines 504 α and 526 a in 2. With this voltage amplitude of the feed pulses, the intersection point 99 is negative Resistance range of both diodes and is unstable. So if the input signals at the input

klemmen fehlen, ist es unbestimmt, welche der Dioden 50, 52 in den Hochspannungszustand schaltet und der Zustand, den die Schaltung annimmt, kann nicht vorausgesagt werden. Zur Lösung dieses Problems gibt es zwei Möglichkeiten. Man kann nämlich erstens zwei Tunneldioden verwenden, die geringfügig unterschiedliche Höckerspannungen besitzen. Wenn beispielsweise die Tunneldiode 52 ein Strommaximum besitzt, das etwas niedriger ist, als das der Tunneldiode 50, so schaltet die Diode 52 in den Hochspannungszustand, wenn kein Eingangssignal vorhanden ist und es ergibt sich ein positives Ausgangssignal. Die andere Möglichkeit besteht darin, der Schaltung zur Vorspannung einen kleinen Strom zuzuführen. Die Polarität dieses Stromes bestimmt dann, welche der Dioden schaltet, wenn kein Eingangssignal vorhanden ist. Wird beispielsweise der Klemme 78 ein positiver Ruhevorspannungsstrom zugeführt und die Kennlinien der Tunneldioden 50, 52 stimmen relativ genau überein, so wird durch diesen positiven Strom gewährleistet, daß beim Fehlen eines Eingangssignales die Tunneldiode 50 in den Hochspannungszustand schaltet.If there are no terminals, it is indeterminate which of the diodes 50, 52 switches to the high-voltage state and the state that the circuit will assume cannot be predicted. To solve this problem there are two options. First of all, you can use two tunnel diodes that are slightly have different cusp tensions. For example, when the tunnel diode 52 has a current maximum possesses, which is slightly lower than that of the tunnel diode 50, the diode 52 switches into the High voltage state when there is no input signal and there is a positive output signal. The other option is to bias the circuit with a small current to feed. The polarity of this current then determines which of the diodes switches when there is no input signal is available. For example, a positive quiescent bias current is applied to terminal 78 and the characteristics of the tunnel diodes 50, 52 match relatively exactly, so this positive current ensures that the tunnel diode 50 in the high voltage state in the absence of an input signal switches.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 hängt die Form der Kennlinie der Tunneldiode und ihres Reihenwiderstandes vom Wert dieses Widerstandes ab. Bei der Arbeitsweise, die den ausgezogen gezeichneten Kennlinien in Fig. 2 entspricht, sind die Widerstandswerte so gewählt, daß die Schaltungsanordnung drei stabile Zustände, nämlich 98, 99, 100 annehmen kann. Der Widerstandswert kann so weit verringert werden, daß der Schnittpunkt 99 für beide Dioden in den Arbeitsbereich negativen Widerstandes fällt und instabil ist. In diesem Falle ist die Schaltungsanordnung bistabil. Die Arbeitsweise ist ähnlich der den gestrichelten Linien in Fig. 2 entsprechenden Schaltungsanordnung und wie in diesem Falle kann eine Vorspannung zweckmäßig sein.In the circuit arrangement according to FIG. 1, the shape of the characteristic curve of the tunnel diode and its series resistance depends on the value of this resistance. In the mode of operation, which corresponds to the characteristic curves drawn in solid lines in FIG. 2, the resistance values are selected so that the circuit arrangement can assume three stable states, namely 98, 99, 100. The resistance value can be reduced to such an extent that the point of intersection 99 for both diodes falls within the operating range of negative resistance and is unstable. In this case the circuit arrangement is bistable. The operation is similar to the circuitry corresponding to the dashed lines in Fig. 2 and, as in this case, a bias may be appropriate.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 kann auf den Ausgang Null durch Erhöhung der Speisespannung zurückgestellt werden. Hierdurch werden die Kennlinien, z. B. die Kennlinien 526 und 504 in Fig. 2, so weit auseinander gerückt, daß nur ein Arbeitspunkt im Hochspannungszustand beider Dioden möglich ist. Wenn die Schaltungsanordnung bistabil ist und die Speisespannungen auf den Wert verringert werden, bei der ein bistabiles Arbeiten möglich ist, so wird die Schaltungsanordnung den stabilen Zustand einnehmen, der durch die anliegenden Eingangssignale bestimmt wird. Besitzt die Schaltungsanordnung drei stabile Zustände und es liegen an den Eingangsklemmen keine Eingangssignale an, so nimmt die Schaltungsanordnung den dritten stabilen Zustand 99 an, wenn die Speisespannungen auf +V_p und — V₁, verriagert werden. Wenn Signale vorhanden sind oder nachträglich an die Eingangsklemmen angelegt werden, so wird die Schaltungsanordnung auf einen der stabilen Zustände 98 oder 100 umgeschaltet. Diese Schaltungsanordnung arbeitet also als Minoritätsgatter mit drei Betriebszuständen, wobei der Betriebszustand im Arbeitspunkt 99 eingenommen wird, wenn kein Eingangssignal anliegt.The circuit arrangement according to FIG. 1 can be reset to the output zero by increasing the supply voltage. As a result, the characteristics, z. B. the characteristics 526 and 504 in Fig. 2, moved so far apart that only one working point in the high voltage state of both diodes is possible. If the circuit arrangement is bistable and the supply voltages are reduced to the value at which bistable operation is possible, the circuit arrangement will assume the stable state which is determined by the applied input signals. If the circuit arrangement has three stable states and there are no input signals at the input terminals, the circuit arrangement assumes the third stable state 99 when the supply voltages are shifted to + V _p and _{−V 1.} If signals are present or are subsequently applied to the input terminals, the circuit arrangement is switched to one of the stable states 98 or 100. This circuit arrangement thus works as a minority gate with three operating states, the operating state at operating point 99 being assumed when no input signal is present.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung ist als Minoritätsgatter oder Inverter beschrieben worden. Diese Schaltungsanordnung eignet sich jedoch auch als kombiniertes Majoritäts-Minoritätsgatter. Die abgewandelte Schaltungsanordnung enthält dann Eingangsklemmon 89, 91 und Widerstände 93, 95, die die Eingangsklemmen mit dem gemeinsamen Sehaltungspunkt 94 verbinden. Die Widerstände sind gestrichelt gezeichnet.The circuit arrangement shown in Fig. 1 has been described as a minority gate or inverter. However, this circuit arrangement is also suitable as a combined majority-minority gate. The modified one Circuit arrangement then contains input terminal 89, 91 and resistors 93, 95, the connect the input terminals to the common viewing point 94. The resistances are dashed drawn.

Ein Eingangssignal, das einer Minoritätsgattereingangsklemme, z. B. 74, zugeführt wird, wirkt in komplementärer Weise wie dasselbe Eingangssignal, das einem der Majoritätsgattereingänge, z. B. 89, des Majoritätsgatters zugeführt wird, und umgekehrt. Das kombinierte Minoritäts-Majori'täts-Gatter ist sowohlAn input signal to a minority gate input terminal, e.g. B. 74, is supplied, acts in complementary to the same input signal that one of the majority gate inputs, e.g. B. 89, des Majority gate is fed, and vice versa. The combined minority-majority gate is both

ίο bei der bistabilen als auch bei der tristabilen Arbeitsweise der Schaltungsanordnung realisierbar.ίο in the bistable as well as in the tristable mode of operation the circuit arrangement realizable.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die in gewisser Hinsicht der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ähnelt. Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 wird das Eingangssignal jedoch dem gemeinsamen Schaltungspunkt zwischen den Tunneldioden zugeführt und das Ausgangssignal wird parallel zu beiden Tunneldioden abgenommen.Fig. 3 shows another embodiment of the invention, which in certain respects the circuit arrangement according to Fig. 1 is similar. In the circuit arrangement according to FIG. 3, the input signal but fed to the common node between the tunnel diodes and the output signal is removed parallel to both tunnel diodes.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 enthält zwei in Reihe geschaltete Tunneldioden 102,104 und zwei Widerstände 106, 108, die in Reihe mit den Tunneldioden geschaltet sind. Ein Schaltungselement, wie ein Tunnelgleichrichter (manchmal auch Rückwärtsdiode genannt) oder eine Tunneldiode mit einem kleinen Stromrnaximum liegt parallel zu jeder der aus Tunneldiode und Widerstand bestehenden Reihenschaltungen. Diese Schaltungselement© sind mit 110 112 bezeichnet. Im allgemeinen sollte der Bereich .starker Leitfähigkeit der Elemente 110, 112 bei einer Spannung auftreten, die dem Talbereich (geringer Stromfluß) der Tunneldioden 102, 104 entspricht. Diese Forderung ist beispielsweise bei der Kombination von GaUiumarsenid-Tunneldioden als Schaltungselemente 102, 104 und Germanium-Tunnelgleichrichter oder Germanium-Tunneldioden mit niedrigem Strommaximum für die Elemente 110,112 erfüllt. Die symmetrische oder Gegentakt-Stromversorgung für die Schaltungsanordnung ist als Spannungsimpulsquellen 115, 117 dargestellt.The circuit arrangement according to FIG. 3 contains two tunnel diodes 102, 104 and two connected in series Resistors 106, 108 connected in series with the tunnel diodes. A circuit element like a tunnel rectifier (sometimes called a reverse diode) or a tunnel diode with one small current maximum is parallel to each of the series circuits consisting of tunnel diode and resistor. These circuit elements © are designated 110 112. In general, the area should . High conductivity of the elements 110, 112 occur at a voltage that corresponds to the valley area (lower Current flow) of the tunnel diodes 102, 104 corresponds. This requirement is for example with the combination of GaUium arsenide tunnel diodes as circuit elements 102, 104 and germanium tunnel rectifiers or germanium tunnel diodes with low current maximum for the elements 110,112 Fulfills. The symmetrical or push-pull power supply for the circuit arrangement is as Voltage pulse sources 115, 117 shown.

Den Eingangsklemmen 114, 116, 118 werden Binärziffern entsprechende Eingangssignale zugeführt. Diese Eingangssignale gelangen über Widerstände 120, 122 bzw. 124 auf eine Leitung 125, die den gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen einer Anode und einer Kathode der Galliumarsenid-Tunneldioden mit dem Verbindungspunkt einer Anode und einer Kathode der Germanium-Tunnelgleichrichter oder -Tunneldioden verbindet. Die Ausgangsschaltung enthält zwei Widerstände 126, 128 gleicher Größe, die parallel zu den Galliumarsenid-Tunneldioden geschaltet sind. Die Ausgangsspannung kann an dem Verbindungspunkt 130 der Widerstände 126, 128 abgenommen werden. Ein Verbraucher ist schematisch als Widerstand 132 dargestellt. In der Praxis können die Schaltungselemente 126, 128 oder mehrere solcher parallel geschalteter Elemente dazu verwendet werden, die Signale auf nachfolgende Stufen zu koppeln, die aus ähnlichen Tunneldiodenschaltungen, wie Majoritäts- oder Minoritätsgattern bestehen.Input signals corresponding to binary digits are fed to the input terminals 114, 116, 118. These input signals reach a line 125 via resistors 120, 122 and 124, which is the common Connection point between an anode and a cathode of the gallium arsenide tunnel diodes with the connection point of an anode and a cathode of the germanium tunnel rectifier or -Tunnel diodes connects. The output circuit contains two resistors 126, 128 of the same size, which are connected in parallel to the gallium arsenide tunnel diodes. The output voltage can be applied to the Connection point 130 of the resistors 126, 128 are removed. A consumer is schematic shown as resistor 132. In practice, the circuit elements 126, 128 or a plurality of such elements connected in parallel can be used for this purpose to couple the signals to subsequent stages, which come from similar tunnel diode circuits, like majority or minority gates exist.

Fig. 4 zeigt Kennlinien zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 3. Die Kurve 260 stellt die Strom-Spannungs-Kennlinie für die Reihenschaltung des Widerstandes 106 mit der GaUiumarsenid-Tunneldiode 102, die mit einem Germanium-Tunneldiodengleichrichter 110 überbrückt ist, dar. Die Schaltungselemente 104, 108, 112 können als Belastung für die obenerwähnte Schaltungsanordnung betrachtet werden, die entsprechendeFIG. 4 shows characteristic curves for explaining the operation of the circuit arrangement according to FIG. 3. The Curve 260 represents the current-voltage characteristic for the series connection of resistor 106 with the GaUium arsenide tunnel diode 102 with a germanium tunnel diode rectifier 110 is bridged. The circuit elements 104, 108, 112 can act as a load for the above-mentioned circuit arrangement be considered the appropriate

Las'Ükeninlinifö entspricht der Kurve 482. Im stabilen Schnittpunkt 134 arbeitet die Tunneldiode 102 im Hochspannungszustand und die Tunneldiode 104 im Niederspannungszustand, während im Schnittpunkt 136 die Tunneldiode 102 im Niederspaninungzustand und die Tunneldiode 104 im Hochspannungszusitand arbeitet.Las'Ükeninlinifö corresponds to curve 482. At the stable intersection 134 , the tunnel diode 102 operates in the high voltage state and the tunnel diode 104 in the low voltage state, while at the intersection 136 the tunnel diode 102 operates in the low voltage state and the tunnel diode 104 in the high voltage state.

Wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird bei der Verwendung als Inverter nur eine einzige Eingangsklemme benötigt. Es soll angenommen werden, daß einer Eingangsklemme, z. B. der Klemme 114 ein positiver Impuls zugeführt wird und daß die anderen Eingangskfcmmen nicht vorhanden sind. Dar positive Eingangsimpuls spannt die Parallelschaltung der Tunneldiode 104 und des Elements 112 in Flußrichtung und die Parallelkombination der Tunneldiode 102 und des Elementes 110 in Sperrrichtung vor. Wenn die Spannungsimpulse 115, 117 zugeführt werden, schaltet die Tunneldiode 104 in den Hochspannungszustand und die Tunneldiode 102 in den Niederspannungszustand. Wenn die Tunneldiode 104 in den Hochspannungszustand geschaltet wird, sinkt der sie durchfließende Strom. Die Spannung am Punkt 140 wird' negativer. In gleicher Weise wird die Spannung am Punkt 142 negativer, da der Strom durch die Tunneldiode 102 steigt. Das Ergebnis ist eine negative Ausgangsspannung an der Klemme 130. Ein positiver Eingangsimpuls ergibt also eine negative Spannung an der Ausgangsklemme. As with the circuit arrangement according to FIG. 1, only a single input terminal is required when used as an inverter. It is assumed that an input terminal, e.g. B. the terminal 114 a positive pulse is applied and that the other input signals are not present. The positive input pulse biases the parallel connection of the tunnel diode 104 and the element 112 in the forward direction and the parallel combination of the tunnel diode 102 and the element 110 in the reverse direction. When the voltage pulses 115, 117 are supplied, the tunnel diode 104 switches to the high-voltage state and the tunnel diode 102 to the low-voltage state. When the tunnel diode 104 is switched to the high voltage state, the current flowing through it decreases. The voltage at point 140 becomes more negative. Likewise, the voltage at point 142 becomes more negative as the current through tunnel diode 102 increases. The result is a negative output voltage at terminal 130. A positive input pulse therefore results in a negative voltage at the output terminal.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 arbeitet analog der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auch als Minoritätsgatter.The circuit arrangement according to FIG. 3 operates analogously to the circuit arrangement according to FIG. 1 as well Minority gate.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 kann man die Dioden 110, 112 auch durch andere lineare oder nicht lineare Schaltelemente ersetzen und Germanium- oder Silizium-Tunneldioden verwenden. Die Schaltelemente 110, 112 sollen nur im Spannungsbereieh bis und über den negativen Widerstandsbereich der Tunneldiode keine nennenswerte Leitfähigkeit besitzen und im Bereich des Tales der Tunneldiodenkennlinie stark leiten.In the circuit arrangement according to FIG. 3, the diodes 110, 112 can also be replaced by other linear or non-linear switching elements and germanium or silicon tunnel diodes can be used. The switching elements 110, 112 should only have no significant conductivity in the voltage range up to and above the negative resistance range of the tunnel diode and should be a strong conductor in the region of the valley of the tunnel diode characteristic.

Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einer gegenüber Fig. 1 etwas abgewandelten Einkopplungsanordnung. Sie besitzt Eingangsklemmen 140, 143, 145 und Auskopplungswiderstände 144, 146, 148. Im übrigen entspricht die Schaltungsanordnung der nach Fig. 1 und kann wie diese als Minoritäts-Majoritäts-Gatter arbeiten, wenn dem gemeinsamen Schaltungspunkt 94' Eingangssignale zugeführt werden.FIG. 5 shows a circuit arrangement with a coupling arrangement which is somewhat modified compared to FIG. 1. It has input terminals 140, 143, 145 and decoupling resistors 144, 146, 148. Otherwise , the circuit arrangement corresponds to that of FIG. 1 and, like this, can operate as a minority-majority gate if input signals are fed to the common node 94 '.

Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Schaltung, die arbeitet, wie die nach Fig. 3, obwohl sie oberflächlich der Schaltung nach Fig. 1 ähnelt. Diese Schaltungsanordnung enthält in Reine geschaltete Tunneldioden 150, 152 und Widerstände 154 bzw. 156, die in Reihe mit diesen Tunneldioden liegen. Zwischen die Mittelklemme 162 und Masse sind zwei mit entgegengesetzter Polung parallel geschaltete Tunnelgleichrichter 158, 160 oder Tunneldioden mit niedrigern Strommaximum geschaltet. Wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 sind die Schaltelemente 158, 16© so gewählt, daß sie bei Spannungen, die dem Talb&reiich (niedrige Leitfähigkeit) der Tunneldibdenkennlinien entsprechen, stark leitend.FIG. 6 shows a modified circuit which operates like that of FIG. 3, although it is superficially similar to the circuit of FIG. This circuit arrangement contains tunnel diodes 150, 152 and resistors 154 and 156 which are connected in series with these tunnel diodes. Two tunnel rectifiers 158, 160 connected in parallel with opposite polarity or tunnel diodes with a lower current maximum are connected between the middle terminal 162 and ground. As in the circuit arrangement according to FIG. 3, the switching elements 158, 16 © are selected so that they are highly conductive at voltages which correspond to the valley range (low conductivity) of the tunnel dipping characteristics.

Wenn bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ein hoher Strom durch die Tunneldiode 102 und deren Reihenwiderstand 106 fließt, der Arbeitspunkt also in dfer Nä'he des Strommaximums im Niederspainnungsbereich liegt, so wird der Hauptteil dieses Stromes durch die Tunneldiode oder den Tunnelgleichrichter 112 abgeleitet. Wenn in entsprechender Weise die Tunneldiode 104 im Niederspannungszustand stark leitet, so wird der größte Teil dieses Stromes durch die Tunneldiode 110 abgeleitet. In gleicher Weise wird bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 6, wenn die Tunneldiode 150 einen hohen Strom führt, der größte Teil dieses Stromes durch den Tunnelgleichrichter 160 abgeleitet und wenn die Tunneldiode 152 stark Strom leitet, fließt der größere Teil davon durch die Tunnelgleichrichteir 158 ab.If, in the circuit arrangement according to FIG. 3, a high current flows through the tunnel diode 102 and its series resistor 106 , i.e. the operating point is close to the current maximum in the low voltage range, the main part of this current is diverted through the tunnel diode or the tunnel rectifier 112. If, in a corresponding manner, the tunnel diode 104 conducts strongly in the low-voltage state, the major part of this current is diverted through the tunnel diode 110. In the same way, in the circuit arrangement of FIG. 6, when the tunnel diode 150 supplies a high current, the majority of this current derived through the tunnel rectifier 160 and if the tunnel diode 152 strongly conducts current, the greater part flow thereof from by the Tunnelgleichrichteir 158 .

Die Kennlinien für die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 sind ganz ähnlich wie die in Fig. 4 dargestellten Kennlinien. Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung als Minoritätsgatter entspricht daher weitgehend der Schaltungsanordnung nach Fig. 3.The characteristic curves for the circuit arrangement according to FIG. 6 are very similar to those shown in FIG Characteristics. The mode of operation of the circuit arrangement as a minority gate therefore largely corresponds the circuit arrangement according to FIG. 3.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Circuit arrangement containing tunnel diodes which can be used as an inverter, minority and majority gatex, characterized in that two tunnel diodes with the same polarity are connected in series between two terminals for supplying an operating voltage; that an input circuit for supplying a signal corresponding to a binary digit is connected either to the unconnected terminals of the tunnel diodes or to the connection between the two tunnel diodes and that an output circuit for receiving a signal corresponding to the complement of the binary digit is either connected in a corresponding manner the connection between the two tunnel diodes or the unconnected terminals of the tunnel diodes is connected.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the two tunnel diodes (50, 52; 102, 104) each have a resistor (54, 56; 106, 108) connected in series.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized by a voltage divider impedance network (90, 92; 126, 128) between the non-interconnected electrodes of the two series-connected tunnel diodes (50, 52; 102, 104).

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the connection point the series-connected tunnel diodes (50, 52) with an output terminal (94) and the impedance network (90,92) are connected to an input terminal (88).

5. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the connection point (126) between the series-connected tunnel diodes (102, 104) with an input terminal (114, 116 or 118) and the impedance network (126, 128) with an output terminal (130 ) are connected.

6. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the operating voltage source supplies the tunnel diodes with polarized bias voltages of such magnitude that the working point of one tunnel diode in the low voltage state and that of the others in the high voltage state.

7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the voltage source is symmetrical and the series connection is in parallel.

8. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a coupling element containing input circuit to the connection point of a tunnel diode with the associated resistor and a second Coupling element at the connection point of the other tunnel diode with the associated one Are connected to the tunnel diodes an input signal of a certain resistor To supply polarity so that it is in the flow direction of the one and in the reverse direction of the other tunnel diode is polarized and that connected in series to the connection point of the two Tunnel diodes an output terminal is connected to which an output signal of one of the Polarity of the input signal occurs opposite polarity.

9. Circuit arrangement according to claim 2, characterized by two tunnel rectifiers (110, 112), each in the flow direction parallel to the series connections on a tunnel diode (102, 104) and the associated resistor (106, 108) Hegen.

10. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the series connection of a tunnel diode (102, 104) and the associated resistor (106, 108) each have an additional tunnel diode (110, 112) connected in parallel, which has a lower hump current and a lower one Höckör valley voltage than the series-connected tunnel diodes (102, 104) .

11. Circuit arrangement according to claim 10, characterized in that the series-connected tunnel diodes (102, 104) GaHium arsenide tunnel diodes and the additional tunnel diodes (110, 112) are germanium tunnel diodes.

12. A circuit arrangement according to claim 5, characterized in that between the connection points (162) of the series-connected tunnel diodes (150, 152) and ground, two tunnel gjeiohrichter (158, 160) connected in parallel with opposite polarity or tunnel diodes with a low hump sitrom are connected *.

1 sheet of drawings