DE1171952B - NODER-Schaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/18

Nummer: 1 171 952

Aktenzeichen: S 82109 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 19. Oktober 1962

Auslegetag: 11. Juni 1964

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Durchführung der logischen NODER-Funktion unter Verwendung von einem Halbleiterelement mit zwei Bereichen positiven und einem dazwischenliegenden Bereich negativen Widerstandes, z. B. einer Tunneldiode. Die logischen Schaltungen in den verschiedenen gegenwärtig hergestellten Rechenmaschinen u. dgl. sind für hohe Arbeitsgeschwindigkeiten vorgesehen. Die Erfindung bezweckt, es zu ermöglichen, daß eine NODER-Schaltung mit Tunneldiode oder einem dieser entsprechenden Halbleiterelement mit extrem hoher Geschwindigkeit arbeiten kann.

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß in dem Stromkreis des Halbleiterelementes, welcher von einer Konstantstromquelle und einer Taktimpulsquelle gespeist wird, eine Sekundärwicklung eines Transformators liegt, dessen Primärwicklung zwischen einem Signaleingang und einer weiteren Taktimpulsquelle geschaltet ist. Die Schaltung nach der Erfindung besteht vorzugsweise aus einer Gruppe von η Eingangsdioden, die mit einer Anschlußklemme einer Primärwicklung eines Kopplungstransformators verbunden sind. Eine weitere Klemme dieses Transformators ist mit einer Taktimpulsquelle verbunden, so daß Strom durch die Primärwicklung über die Eingangsdioden in Übereinstimmung mit den Arbeitsbedingungen dieser Dioden fließt. Dieser Strom wird zum Einschalten der Schaltelemente benutzt. Die Sekundärwicklung des Kopplungstransformators liegt mit einer Klemme an einer Quelle, die entweder eine konstante Strom- oder Spannungsquelle sein kann. Die andere Klemme der Sekundärwicklung ist mit einer Rückstellimpulsquelle und einer Tunneldiode derart verbunden, daß die Tunneldiode durch die Rückstellimpulsquelle in einen vorgegebenen Zustand eingestellt werden kann. Eine der Klemmen des Transformators ist außerdem mit einer Anzahl von Ausgangsdioden verbunden, wodurch die Schaltung ein logisches Ausgangssignal bereitstellt, welches dem Zustand entspricht, in dem sich die Tunneldiode befindet.

Die NODER-Schaltung nach der Erfindung arbeitet mit hoher Geschwindigkeit und besitzt einen großen Toleranzbereich. Sie kann synchron oder asynchron betrieben werden, um Information durch destruktives oder zerstörungsfreies Lesen bereitzustellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschema einer NODER-Schaltung, welche für den Betrieb mit positiven Eingangssignalen vorgesehen ist,

NODER-Schaltung

Anmelder:

Sperry Rand Corporation, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Weintraud, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Mainzer Landstr. 134-146

Als Erfinder benannt:

Jack Saul Cubert, Haddonfield, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 31. Oktober 1961

(149 099)

F i g. 2 ein Zeitdiagramm der Ein- und Ausgangssignale der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der V/I-Charakteristik einer typischen Tunneldiode,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der F//-Charakteristik einer typischen Diode,

F i g. 5 ein Blockschema einer weiteren NODER-Schaltung, welche für den Betrieb mit negativen Eingangssignalen vorgesehen ist,

F i g. 6 ein Zeitdiagramm der Eingangs- und Ausgangssignale der Schaltung nach F i g. 5,

Fig. 7 ein Blockschema nach einer weiteren NODER-Schaltung mit mehreren Ausgängen.

Wie F i g. 1 zeigt, stellt der innerhalb der gestrichelten Umrißlinie 100 liegende Schaltungsteil die logische NODER-Schaltung dar, welche Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Die außerhalb dieser Umrißlinie 100 befindlichen Bauelemente stellen weitere Eingangs- bzw. Ausgangsschaltkreise von anderen NODER-Schaltungen dar, welche der innerhalb der Umrißlinie 100 angeordneten NODER-Schaltung ähnlich sind. Die außerhalb der Umrißlinie befindlichen Bauelemente haben dieselben Bezugszeichen wie die ihnen entsprechenden Bauelemente innerhalb der Umrißlinie, wobei diese Bezugszeichen der außerhalb der Umrißlinie angeordneten Bauelemente außerdem jedoch noch mit einem Strich versehen sind. Als Eingangsdioden sind die Dioden 102 vorgesehen. Wie die Zeichnung zeigt, sind als Beispiel drei Eingangsdioden dargestellt, wobei die unterbrochene

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Linie jedoch andeutet, daß eine beliebige Anzahl von Eingangsdioden vorgesehen werden kann, soweit diese Anzahl von der Schaltung bewältigt werden kann. Für praktische Zwecke ist die Anzahl der Eingangsdioden für die Schaltung auf etwa vier begrenzt. Theoretisch ist es jedoch möglich, daß im Falle einer Verbesserung der Kennlinie der Tunneldioden schließlich noch eine größere Anzahl von Eingangskreisen vorgesehen werden kann. Mit anderen Worten: Die Schaltung würde unabhängig von der Anzahl der ihr zugeführten Eingänge stets in der gleichen Weise arbeiten, vorausgesetzt, daß die Kennlinien der Tunneldioden vom praktischen Gesichtspunkt aus noch weiter verbessert wurden. Die Kathoden der Eingangsdioden 102 sind mit den zugeordneten Eingangsschaltungen verbunden, während die Anoden der Eingangsdioden 102 an einer Klemme der Primärwicklung 104 des Trafos Ti liegen. Aus der Polarität der Anschaltung der Eingangsdioden ergibt sich, daß dieses Ausführungsbeispiel auf positive Eingangssignale anspricht. Eine weitere Klemme der Primärwicklung 104 liegt an der Taktimpulsquelle 106. Als Taktimpulsquelle 106 kann eine beliebige bekannte Taktimpulsquelle verwendet werden, die in bevorzugten Ausführungsbeispielen regelmäßig wiederkehrende Impulse erzeugt. Außerdem muß die im dargestellten Ausführungsbeispiel benutzte Impulsquelle 106 ein negatives Signal erzeugen können. An der Wicklungsklemme, an der die Taktimpulsquelle liegt, ist eine weitere Wicklung 108 gestrichelt dargestellt, die über den Kondensator 110 an Erde liegt. Diese Wicklung 108 sowie der mit ihr in Reihe geschaltete Kondensator 110 werden zum einwandfreien Betrieb der erfindungsgemäßen Schaltung nicht benötigt. Dagegen werden diese Elemente zweckmäßigerweise in einigen nachstehend beschriebenen Fällen benutzt. Der hier verwendete Kopplungstransformator kann ein Ringtransformator sein. Der Transformator muß nicht unbedingt einen Eisenkern haben, doch wird eine bessere Arbeitsleistung mit einem geeigneten Eisenkern erreicht. Das Windungsverhältnis des Trafos kann beispielsweise 4:1 betragen, wobei die Sekundärwicklung die kleinere Anzahl von Windungen aufweist. In einigen Fällen kann die Sekundärwicklung sogar nur aus einer einzigen Windung bestehen.

Die Sekundärwicklung des Trafos Tl liegt mit einer Klemme an der Kathode der Diode 114 und an der Anode der Tunneldiode 116. Die Kathode der Diode 116 ist geerdet, während die Anode der Diode 114 mit einer Rückstelltaktimpulsquelle 118 verbunden ist. Als Rückstelltaktimpulsquelle kann eine beliebige Vorrichtung verwendet werden, welche vorzugsweise regelmäßig wiederkehrende Impulse, und zwar im vorliegenden Ausführungsbeispiel positive Impulse, erzeugt. Im Synchronbetrieb stellen die Taktimpulsquellen 106 sowie die Rückstelltaktimpulsquelle 118 wiederkehrende Impulse bereit; dagegen brauchen diese Quellen im asynchronen Betrieb natürlich kein regelmäßig wiederkehrenden Impulse bereitszustellen. Jedoch müssen in diesem Fall beide Quellen in gegenseitiger Abhängigkeit arbeiten, damit die Tunneldiode 116 vor Anschaltung eines von der Taktimpulsquelle 106 bereitgestellten Impulses stets in den richtigen Zustand durch die Rückstelltaktimpulsquelle 118 geschaltet wird.

Eine zweite Klemme der Sekundärwicklung 112 ist mit einer Quelle 120 verbunden. Zum Zweck der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels kann die Quelle 120 als eine konstante Stromquelle angesehen werden. Wie F i g. 5 zeigt, kann auch eine konstante Spannungsquelle mit einem in Reihe geschalteten Widerstand benutzt werden. Die zweite Klemme der Sekundärwicklung 112 ist außerdem mit der Anode der Diode 122 verbunden, deren Kathode an der Spannungsquelle 126 liegt. Wie noch nachstehend beschrieben wird, stellt die Diode 122 einen Stromweg geringer Impedanz für das wahlweise Umschalten der Tunneldiode 116 dar. Die Anoden der Ausgangsdioden 124 sind gleichfalls mit der zweiten Klemme der Sekundärwicklung 112 verbunden. Zu beachten ist, daß diese Ausgangsdioden 124 sowohl an der ersten als auch an der zweiten Klemme der Sekundärwicklung 112 liegen können. In beiden Fällen ist die Arbeitsweise der Schaltung im wesentlichen gleich, außer, daß die von der Wicklung 112 hervorgerufene Verzögerung wegfällt, wenn die Diöden 124 an der ersten Klemme dieser Wicklung liegen. Die Kathoden der Ausgangsdioden 124 liegen an weiteren Wicklungen 104', welche die Primärwicklungen von Kopplungstransformatoren weiterer logischer NODER-Schaltungen darstellen. Diese Wicklungen 104' liegen ihrerseits wiederum an den mit den Eingangsdioden 102 verbundenen Wicklungen 112'. Zur Vervollständigung der Schaltung sind daher auch die Diode 114' sowie die Tunneldiode 116' dargestellt.

Für den Betrieb der NODER-Schaltung wird angenommen, daß zunächst ein Rückstellimpuls von der Rückstelltaktimpulsquelle 118 über die Diode 114 angeschaltet wird. Durch die Ankopplung eines Rückstellimpulses wird sichergestellt, daß sich die Tunneldiode 116 im Zustand hoher Spannung befindet (F i g. 2). Der Taktimpuls wird von der Taktimpulsquelle 106 zu einer vorgegebenen Zeit nach der Ankopplung des Rückstellsignals angeschaltet. Durch die Ankopplung des Taktimpulses an die Trafowicklung 104 werden die Eingangsdioden effektiv abgetastet, d. h., den Kathoden der Eingangsdioden wird effektiv ein negativer Impuls zugeführt, da der Taktimpuls negativ ist. Hat das zuvor an die Anoden der Eingangsdioden 102 angeschaltete Signal einen niedrigen Pegel, wobei dieses Signal z. B. zur Darstellung einer binären 0 verwendet werden kann, so ist das Taktsignal nicht negativ genug, um die Diode 102 in Vorwärtsrichtung vorspannen zu können und damit einen Stromfluß durch die Primärwicklung 104 des Trafos 71 zu veranlassen. Liegt dagegen an der Anode der Eingangsdiode 102 ein Signal mit hohem Pegel an. welches beispielsweise zur Darstellung einer binären 1 verwendet werden kann, so spannt der negative Taktimpuls die Diode 102 in Vorwärtsrichtung vor, wodurch ein Strom durch die Primärwicklung 104 des Trafos T1 fließt. Gemäß der sogenannten »Punkte«-Bezeichnung sind an den Enden der Primär- und der Sekundärwicklung Punkte dargestellt, wobei der Punkt an der Primärwicklung anzeigt, daß dort ein Strom in die Wicklung fließt, während der Punkt an der Sekundärwicklung die Klemme bezeichnet, an welcher der Strom aus der Sekundärwicklung fließt, sofern in die Primärwicklung an der durch den Punkt gekennzeichneten Stelle Strom fließt.

Wenn infolge der Taktgabe durch die Quelle 106 und des Anliegens eines hohen Eingangspegels an der Anode der Diode 102 Strom durch die Primär-

wicklung 104 des Trafos Tl fließt, so wird in der Sekundärwicklung 112 des Trafos Tl ein Strom erzeugt. Wie F i g. 1 zeigt, wird die Diode 114 infolge der Ankopplung des gleichmäßigen Signals an ihre Anode durch die Rückstelltaktimpulsquelle 118 in Rückwärtsrichtung vorgespannt, so daß der durch die Wicklung 112 fließende Strom über die Tunneldiode bereitgestellt werden muß. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, fließt der Strom durch die Wickpegeln) befindet sich der Zustand niedriger Spannung; rechts vom Talspannungspunkt 306 (bei höheren Spannungspegeln) befindet sich der Zustand hoher Spannung. Die Widerstandslinie 308 stellt den 5 idealen von der in F i g. 1 gezeigten Quelle 120 bereitgestellten konstanten Strom dar. Diese Widerstandslinie schneidet die Spannungs-Strom-Charakteristik sowohl im Zustand niedriger als auch im Zustand hoher Spannung und erzeugt dadurch einen

lung 112 von Erde über die Tunneldiode 116, die io bistabilen Betrieb. Der Schnittpunkt der WiderWicklung 112, die Diode 122 zur Spannungsquelle Standslinie 308 und der Spannungs-Strom-Kennlinie 126. Die Quelle 126 kann eine Quelle mit festem ne- im Zustand hoher Spannung am Arbeitspunkt 300 gativem Potential sein oder eine Impulsquelle, die zur stellt den Arbeitspunkt dar, bei dem die Tunneldiode Zeit der Taktgabe durch die Taktimpulsquelle 106 116 (F i g. 1) im Ruhezustand vorgespannt ist. Der einen Impuls abgibt. Bei der Erzeugung des durch 15 Schnittpunkt der Widerstandslinie 308 und der V/I-die Wicklung 112 fließenden Stromes wird also die Kennlinie im Zustand niedriger Spannung stellt den Tunneldiode 116 aus ihrem Anfangszustand hoher Arbeitspunkt 302 dar, in den die Tunneldiode 116 Spannung (F i g. 3, Arbeitspunkt 300) auf den Ar- geschaltet wird, wenn die Wicklung 112 Strom aufbeitspunkt mit niedrigem Pegel geschaltet (Fig. 3, nimmt. Zu beachten ist jedoch, daß die Widerstands-Arbeitspunkt 302), da effektiv Strom durch die Tun- 20 linie 308 nur als Beispiel für eine Widerstandslinie neldiode entnommen wird. Wird die Tunneldiode unter gleichbleibenden Bedingungen und Anlegen 116 aus dem Arbeitspunkt 300 hoher Spannung in eines Stromes durch die Quelle 120 anzusehen ist. den Arbeitspunkt 302 niedriger Spannung geschaltet, Werden die Eingangsdioden abgetastet und fließt so fällt ihr Anodenpotential von etwa 450 mV auf Strom durch die Transformatorwicklungen, so erhält etwa 50 mV ab. Das Anodenpotential der Tunnel- 25 man natürlich eine dynamische Widerstandslinie, diode 116 ist das Potential, welches den Anoden der Zur Vereinfachung und Klarheit ist diese dynamische Ausgangsdioden 124 zugeführt wird. Wie bereits er- Widerstandslinie weggelassen worden, da in diesem wähnt wurde, fließt bei Ankopplung von Impulsen Fall die Analyse von Übergangszuständen noch bean die Ausgangsdioden 124 (wie im Falle der Ein- sprachen werden müßte, was jedoch zum Verständgangsdioden 102) nur dann Strom durch die Wick- 30 nis der Arbeitsweise der Schaltung nicht notwenlungen 104', wenn an den Anoden der Ausgangs- dig ist.

dioden 124 ein hoher Spannungspegel liegt. Das von F i g. 3 zeigt außerdem in graphischer Form eine

der Diode 124 erzeugte Ausgangssignal hängt also Anzahl von weiteren Ausgangswiderstandslinien, vom Zustand der Tunneldiode 116 ab, und dieser welche die Kennlinien der Tunneldiode im Zustand Zustand wiederum wird vom Anodenpotential an der 35 hoher Spannung schneiden. Diese Ausgangslinien Tunneldiode angezeigt. 310, 312, 314, 316 und 318 sind von der Wider-

F i g. 2 zeigt ein Zeitdiagramm der in der vorlie- Standslinie 308 unabhängig und stellen die Pegel des genden Schaltung verwendeten Impulse, wobei diese Ausgangsstromes für verschiedene Kombinationen Impulse für eine bevorzugte Arbeitsweise vorgesehen von Ausgangsdioden dar. Mit anderen Worten: Hat sind. Wie beschrieben wurde, wird als Rückstellen- 40 die Tunneldiode nur einen einzigen Diodenausgang, puls ein positiver Impuls verwendet, der vor dem ne- so wird die Widerstandslinie durch die Linie 318 gativen Taktimpuls auftritt. Das Ausgangssignal geht dargestellt. In ähnlicher Weise werden zwei Ausbei der Ankopplung eines Taktimpulses nur dann in gangsdioden durch die Widerstandlsinie 316 dargeden niedrigen Pegelzustand über, wenn der Eingang stellt, während drei und vier Ausgangsdioden durch einen hohen Pegel aufwies. Umgekehrt bleibt der 45 die Widerstandslinie 314 bzw. 312 dargestellt wer-Ausgangspegel hoch, wenn der Eingangspegel nied- den. Zu beachten ist hierbei vor allem, daß die rig ist. Eine Umkehrung der Eingangssignale erfolgt Widerstandslinien ständig längs der Spannungsdabei durch die Schaltung. Das einzige Kriterium für Strom-Kennlinie weiter nach unten rücken, wenn die Signale ist, daß der negative Taktimpuls groß ge- weitere Ausgangsdioden in der Auffächerungsschalnug sein muß, um die Diode 102 ausreichend in Vor- 50 tung verwendet werden. Mit anderen Worten: Je wärtsrichtung vorzuspannen, so daß bei Ankopplung größer die Anzahl der Dioden in der Auffächerungsdes Taktimpulses Strom durch die Wicklung 104 schaltung, desto größer der Ausgangswiderstand für fließt. In ähnlicher Weise muß der Rückstellimpuls die Tunneldiode. Die Anzahl der Ausgangsdioden groß genug sein, um die Tunneldiode bei Ankopp- kann also gewählt werden, daß die z. B. durch die lung des Rückstellimpulses in den Zustand hoher 55 Widerstandslinie 310 dargestellte Ausgangswider-Spannung rückstellen zu können. Natürlich hängen Standslinie unterhalb des Talpunktes 306 zu liegen die Größen der Signale voneinander ab, so daß die kommt. Diese Widerstandslinie 310 stellt die Strom-Dioden nicht ständig eine falsche Vorspannung er- belastung dar, die das automatische Umschalten der halten. Diese Kriterien werden zum Teil durch die Tunneldiode in den niedrigen Pegelzustand veran-Größe der gewünschten Ein- und Ausgangssignale 60 laßt, wenn ein Ausgangssignal erzeugt wird. Wenn bestimmt. also Auffächerungsschaltungen Widerstandslinien

Fig. 3 zeigt in graphischer Form die Spannungs- haben, welche den Linien312, 314, 316 und 318 Strom-Charakteristik einer typischen Tunneldiode. entsprechen, kann mit der vorliegenden Schaltung Die Kennlinie enthält den Spitzenspannungspunkt Information zerstörungsfrei abgelesen werden. Wird und den Talspannungspunkt 306. Zwischen die- 65 dagegen die Widerstandslinie durch die Linie 310 sen beiden Arbeitspunkten liegt die Zone des söge- oder eine unterhalb dieser Linie liegende Linie darnannten negativen Widerstandes. Links vom Spitzen- gestellt, wird die Information beim Ablesen gelöscht, Spannungspunkt 304 (bei niedrigeren Spannungs- d. h., die Schaltung arbeitet in diesem Falle so, daß

Schaltung oder eine Anzahl von tatsächlichen Eingangsschaltungen. Die Anoden der Eingangsdioden 502 sind mit einer ersten Klemme der Primärwicklung des Trafos Γ5 verbunden. Die zweite Klemme 5 dieser Primärwicklung liegt an der Taktimpulsquelle 506. Die Sekundärwicklung des Trafos T 5 liegt mit einer Klemme an einer Spannungsquelle 520 über einen Widerstand 532. Diese Spannungsquelle und der mit ihr in Reihe liegende Widerstand 532 erzeu-

zeichnet werden; d. h., beim destruktiven Lesen muß vor dem Lesen bzw. Einschreiben von Information stets ein synchroner Rückstelltaktimpuls bereitgestellt werden.

Falls dynamische Ausgänge im Bereich der Widerstandslinien 310 ... 318 in Verbindung mit der statischen Widerstandslinie 308 erwünscht sind, kann eine geeignete Impulsquelle an die Tunneldiode

die Tunneldiode bei Erzeugung eines Ausgangssignals einen Strom genügender Größe bereitstellen
muß, um automatisch in den Zustand niedriger
Spannung umgeschaltet zu werden. Beide Arbeitsmethoden stellen vollwertige Methoden dar, die jeweils spezielle Vorteile unter verschiedenen Einsatzbedingungen bieten. Zu beachten ist indessen, daß
die Tunneldiode 116 (F i g. 1) bei Verwendung des
destruktiven Lesesystems vor dem Abtasten der Eingangs- bzw. Ausgangsdioden rückgestellt werden io gen einen konstanten Strom an der Klemme der Semuß. Bei Benutzung des zerstörungsfreien Lese- kundärwicklung 512. Dieselbe Klemme der Sekunsystems braucht die Tunneldiode dagegen nicht rück- därwicklung ist außerdem mit der Kathode der Digestellt zu werden; man erhält die Information in ode 522 verbunden. Die Anode dieser Diode 522 diesem Fall vielmehr automatisch. Die destruktive liegt an einer Spannungsquelle 526. Wie noch er- und die zerstörungsfreie Lesemethode können auch 15 sichtlich wird, stellt die Diode 522 einen Stromweg mit asynchroner bzw. synchroner Arbeitsweise be- geringer Impedanz bereit, wenn durch die Tunneldiode Strom fließt. Die zweite Klemme der Sekundärwicklung 512 liegt an der Kathode der Diode 514. Die Anode dieser Diode 514 ist mit der Rück-20 stelltaktimpulsquelle 518 verbunden. An derselben Klemme der Sekundärwicklung 512, an der die Kathode der Diode 514 liegt, liegt außerdem die Anode der Tunneldiode 516. Die Kathode dieser Tunneldiode ist geerdet. An derselben Klemme der Sekun-

angekoppelt werden, um die statische Widerstands- 25 därwicklung liegen außerdem die Kathoden der Auslinie entsprechend zu heben oder zu senken. In gangsdioden 524. Die Anoden dieser Ausgangseiner typischen Betriebsart kann z. B. eine Impuls- dioden sind wiederum sämtlich mit der Ausgangsvorquelle mit der Anode der Tunneldiode 116 (F i g. 1) richtung 530 verbunden. Auch die Ausgangsvorrichgekoppelt sein, die durch die mit der Wicklung tung 530 ist als Einzelblock dargestellt, steht jedoch 104 verbundenen Taktgabequelle synchronisiert wird. 30 stellvertretend für eine Anzahl einzelner bzw. unab-Diese Taktgabequelle liefert dadurch den Strom, hängiger Ausgangsschaltungen. Wie im Falle der in

F i g. 1 gezeigten Schaltung stellt die gestrichelte Umrißlinie 500 eine einzelne Stufe der erfindungsgemäßen Schaltung dar.

35 Die Arbeitsweise des in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiels entspricht im wesentlichen der Arbeitsweise des in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels, wobei jedoch die Polaritäten der Signale umgekehrt sind. Nimmt man also z. B. an, daß die

stellt. Diese ideale F/Z-Kennlime zeigt, daß die 40 Tunneldiode 516 anfänglich durch das von der Diode effektiv abgeschaltet ist, bis ein gewisser Ein- Quelle 518 über die Diode 514 bereitgestellte Rückschaltpunkt erreicht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird Stellsignal (F i g. 6) rückgestellt wird, so wird die dann die Diode eingeschaltet und wird damit zu Tunneldiode in den Zustand niedriger Spannung geeiner Quelle konstanter Spannung, die einen Weg un- schaltet (F i g. 3). An der Anode der Tunneldiode endlichen Stromes darstellt. Diese ideale Kennlinie 45 tritt also eine niedrige Spannung, etwa 50 mV, auf, ist jedoch mit den gegenwärtig verfügbaren Dioden die den Kathoden der Ausgangsdioden 524 zugeführt praktisch nicht zu erreichen. Die tatsächlich erreich- wird (bekanntlich arbeiten die Ausgangsdioden 524 bare Kennlinie ist durch die Linie 404 dargestellt. ähnlich wie die Eingangsdioden 502). Nachdem sich Auf dieser tatsächlichen Kennlinie ist der Arbeits- also die Tunneldiode 516 im Zustand niedriger punkt400 eingezeichnet. Bis zu diesem Punkt, der 50 Spannung befindet, wird von der Quelle 506 ein etwa 150 mV entspricht, werden die Dioden in Taktimpuls erzeugt, der über die Primärwicklung Sperrichtung vorgespannt. Bei dieser Vorspannung 504 an die Eingangsdioden 502 gelangt. Dieser Taktfließt durch die Diode wenig oder kein Strom. Wer- impuls ist positiv und wird den Anoden der Einden dagegen die Dioden in Durchlaßrichtung vorge- gangsdioden 502 zugeführt. Liegt an den Kathoden spannt, so liegt ihr Arbeitspunkt 402 bei etwa 55 dieser Eingangsdioden ein Signal mit hohem Pegel 300 mV. In diesem Falle kann durch die an, was z. B. der Fall ist, wenn die vorgeschaltete Dioden ein beträchtlicher Strombetrag (etwa 1,0 mA) Tunneldiode bis zum Zustand hoher Spannung vorfließen, gespannt wurde, so erhalten die Dioden eine Vor-F i g. 5 zeigt eine Schaltung, die im wesentlichen spannung in Sperrichtung, so daß im wesentlichen ähnlich wie die in F i g. 1 gezeigte Schaltung arbeitet, 60 kein Strom durch die Primärwicklung 504 fließt. In jedoch auf negative anstatt auf positive Eingangs- der Wicklung 512 wird also nur wenig oder kein impulse anspricht. Das in F i g. 5 dargestellte Aus- Strom erzeugt, so daß die Tunneldiode 516 im Zuführungsbeispiel der Erfindung stellt also effektiv die stand niedriger Spannung bzw. abgeschaltet bleibt. Umkehrung des in F i g. 1 gezeigten Ausf ührungsbei- Liegt dagegen an den Kathoden der Eingangsdioden spiels dar. So sind die Kathoden der Eingangsdioden 65 502 ein Signal mit niedrigem Pegel an, so fließt mit der Eingangsvorrichtung verbunden. Die Strom von der Quelle 506 durch die Wicklung 504 Eingangsvorrichtung ist als Einzelblock eingezeich- und die Dioden 502 in die Eingangsvorrichtung 528. net, steht jedoch stellvertretend für eine einzige Dieser durch die Wicklung 504 fließende Strom er

der zum Verschieben der Widerstandslinie beim Aussteuern der Tunneldiode bzw. bei der Abnahme von Ausgangssignalen an dieser Diode erforderlich ist.

F i g. 4 zeigt in graphischer Form die Spannungs-Strom-Charakteristik einer typischen in der vorliegenden Schaltung verwendeten Diode. Die ideale Kennlinie ist durch die gestrichelte Linie 406 darge-

ίο

zeugt einen ähnlichen Strom in den Wicklungen 512. Da das Umspannverhältnis 4:1 betagt, kann der durch die Wicklung 512 fließende Strom viermal so groß sein wie der durch die Wicklung 504 fließende Strom. Die Spannungsquelle 520 und der mit ihr in Reihe liegende Widerstand 532 stellen eine konstante Stromquelle dar, so daß von der Quelle 526 Strom über die Diode 522 geringer Impedanz durch die Wicklung 512 fließt. Durch das Anlegen eines positiven Potentials von der Rückstellimpulsquelle 518 an die Anode der Diode 514 wird diese in Sperrichtung vorgespannt, so daß der Strom durch die Wicklung 512 durch die Tunneldiode 516 fließen muß. Beim Ansteigen des Stroms durch die Tunneldiode wird diese natürlich aus dem Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung umgeschaltet, wenn der durch die Diode fließende Strom den Wert überschreitet, der am Spitzenspannungspunkt 304 (F i g. 3) erforderlich ist. Auf diese Weise wird den Kathoden der Ausgangsdioden 524 ein hoher Spannungspegel zugeführt. An den Dioden 524 ergibt sich außerdem nur dann ein hoher Ausgangspegel, wenn an den Eingangsdioden 502 ein niedriger Eingangspegel anliegt. Die Schaltung übernimmt also außerdem auch noch eine Umkehrfunktion.

F i g. 6 zeigt in graphischer Form die Ein- und Ausgangssignale der Schaltung. Diese Signale ergeben sich aus der Arbeitsweise des in F i g. 5 gezeigten Ausführungsbeispiels. Wie aus dieser Figur des weiteren ersichtlich ist, stellen diese Signale im wesentlichen die Umkehrsignale der in F i g. 2 gezeigten Signale dar, die bei der Beschreibung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels benutzt wurden.

F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel· der vorliegenden Erfindung, gemäß dem vorgeschlagen wird, die Ausgangssignale nach einer anderen Methode bereitzustellen. Zu beachten ist hierbei, daß das in F i g. 7 dargestellte Prinzip sowohl in Verbindung mit den in F i g. 1 als auch in Verbindung mit dem in F i g. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel benutzt werden kann. Zum Zweck der Beschreibung wird die in F i g. 7 gezeigte Methode zur Bereitstellung der Ausgangssignale jedoch im wesentlichen in Verbindung mit der zuvor beschriebenen und in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung benutzt. Wie F i g. 7 zeigt, ist die Eingangsvorrichtung 728 der zuvor im Zusammenhang mit F i g. 5 beschriebenen Eingangsvorrichtung 528 ähnlich, d. h., die Eingangsvorrichtung ist als einzelner Block dargestellt, der in Wirklichkeit jedoch eine Anzahl von einzelnen bzw. unabhängigen Eingangsschaltungen darstellt. Die Eingangsvorrichtung 728 ist mit den Anoden der Eingangsdioden 702 verbunden, deren Kathoden an der Primärwicklung 704 des Trafos Γ 7 liegen. Die zweite Klemme dieser Primärwicklung 704 liegt an der Taktimpulsquelle 706. Die Klemmen der Sekundärwicklung 712 des Trafos T7 sind wie in Fig. 1 angeschlossen, d. h., eine Klemme der Sekundärwicklung 712 ist mit einer Quelle 720 konstanten Stroms, einer Diode 722 geringer Impedanz und einer mit der Diode 722 gekoppelten Potentialquelle 726 verbunden, während die andere Klemme der Sekundärwicklung mit der Kathode der Diode 714 verbunden ist, deren Anode an der Rückstelltaktimpulsquelle 718 liegt. An der zweiten Klemme der Sekundärwicklung liegt außerdem die Anode der Tunneldiode 716, deren Kathode an Erde liegt. Der Unterschied gegenüber den in F i g. 1 bzw. 5 gezeigten Ausführungsbeispielen besteht somit darin, daß die Ausgangssignale an beiden Klemmen der Sekundärwicklung abgenommen werden. So sind die Anoden der Ausgangsdioden 724 a mit der einen Klemme der Sekundärwicklung verbunden, während die Anoden weiterer Ausgangsdioden 724 b an der zweiten Klemme der Sekundärwicklung liegen. Die Kathoden der Ausgangsdioden 724 α und 724 b sind mit einer ersten bzw. zweiten Ausgabevorrichtung 730 a bzw. 730 & verbunden. Der Hauptunterschied besteht hier darin, daß der Stromfluß durch die Wicklung 712 eine Eigenverzögerung zwischen dem Empfang der Signale an den beiden Klemmen der Sekundärwicklung verursacht. Mit anderen Worten: Die Ausgangssignale gelangen zu verschiedenen Zeiten an die Diodengruppen 724 a und 724 b. Die Signale, welche an den Ausgangsvorrichtungen 730 a und 730 b erzeugt werden, treten also ebenfalls zu verschiedenen Zeiten auf. Die von den Ausgangsvorrichtungen 730 a und 730 b bereitgestellten Signale werden dann dem Verbraucher 732 angeboten. Dieser Verbraucher kann eine beliebige Vorrichtung sein. Sollen z. B. die Ausgangssignale der Vorrichtungen 730 α und 730 b wieder miteinander vereinigt und — wie bei zahlreichen Rechenmaschinen — einer weiteren Schaltung wieder zugeführt werden, so kann als Verbraucher eine der zahlreichen bekannten Synchronisiereinrichtungen verwendet werden. Das früher ankommende Signal würde in diesem Falle bis zum Eintreffen des später ankommenden Signals verzögert werden. Als Verbraucher kann aber auch eine Impulsformungsschaltung verwendet werden. In diesem Fall würde der Verbraucher durch den Empfang des ersten Eingangssignals, das z.B. von der Eingangsvorrichtung730α bereitgestellt wird, angestoßen werden und damit die Vorderkante eines Impulses erzeugen. Das Eintreffen des zweiten Impulses, z. B. von der Ausgangsvorrichtung 730 b, würde dann dazu benutzt werden, den Verbraucher 732 rückzustellen, wodurch die Hinterkante des Impulses erzeugt wird. Infolge der extrem kurzen Verzögerung des zweiten Impulses gegenüber dem ersten kann ein extrem schmaler Impuls vorgesehen werden. Theoretisch lassen sich Impulse mit einer Breite von weniger als einer Nanosekunde erzielen. Die vorstehenden Ausführungen sollen lediglich in Form von Beispielen zeigen, welche Arten von Verbrauchern in Verbindung mit dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel benutzt werden können.

Die obenstehende Beschreibung ist lediglich als Beispiel gedacht und soll den Umfang der Erfindung nicht einschränken. Außerdem werden dem Fachmann verschiedene Abänderungen vorgeschlagen. So kann z. B. die Schaltung noch zusätzlich mit der in F i g. 1 in gestrichelter Form dargestellten Wicklung 108 und dem Kondensator 110 ausgerüstet werden. Diese Bauelemente sind in erster Linie für praktische Zwecke gedacht. So kann z.B. bei billigeren Dioden 102 ein geringer Kondensatorstrom durch die Dioden fließen, wenn diese sich im Zustand niedriger Spannung befinden, obwohl zweckmäßigerweise überhaupt kein Strom durch sie fließen sollte. Zur Kompensation dieses durch die Wicklung 104 fließenden Reststroms ist die Wicklung 108 über den Kondensator 110 geerdet. Dieser Kondensator stellt somit

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einen Parallelweg für den Kondensatorstrom dar, der durch die Diode 102 fließt. Außerdem sind die Wicklungen 104 und 108 zu einer zentralen Anzapfung symmetrisch, wobei diese Anzapfung mit der Taktimpulsquelle 106 verbunden ist. Auf diese Weise wird jeder durch eine hierfür hochkapazitive Diode 102 fließende Kondensatorreststrom kompensiert, indem ein Kondensatorparallelkreis vorgesehen wird. Wird also durch die Quelle 106 ein Taktimpuls erzeugt, um die Eingänge der Dioden abzutasten, so muß im wesentlichen der gleiche Strom durch die Wicklung 104 fließen, der auch bei Nichtvorhandensein der Wicklung 108 erzeugt wird, wodurch die Tunneldiode erforderlichenfalls geschaltet werden kann, ohne daß sich dabei Nachteile aus dem aus den Bauelementen 108 und 110 bestehenden Parallelkreis ergeben.

Darüber hinaus können die Ausgangsdioden an einer beliebigen Klemme der Sekundärwicklung des Trafos liegen. Mit anderen Worten: Die Ausgangsdioden können entweder direkt mit der Elektrode der Tunneldiode zusammen an der einen Klemme der Sekundärwicklung verbunden werden oder an der zweiten Klemme der Sekundärwicklung liegen. Außerdem können die Ausgangsdioden auch mit einer Kombination von verschiedenen Klemmen der Sekundärwicklung des Trafos verbunden sein. Die Wahl des Anschlusses hängt dabei von Konstruktionskriterien ab und hat keinen Einfluß auf den Betrieb der logischen NODER-Schaltung. Wie oben ausgeführt wurde, sind diese Angaben nur zur Erläuterung von Änderungen gedacht, die an der Schaltung zwecks Verbesserung bestimmter Betriebsmerkmale vorgenommen werden können, ohne dabei jedoch vom Arbeitsprinzip abzuweichen oder außerhalb der Erfindung zu liegen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. NODER-Schaltung mit mindestens einem Halbleiterelement mit zwei Bereichen positiven und einem dazwischenliegenden Bereich negativen Widerstandes, z.B. einer Tunneldiode, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromkreis des Halbleiterelementes (116), welcher von einer Konstantstromquelle (120) und einer Taktimpulsquelle (118) gespeist wird, eine Sekundärwicklung (112) eines Transformators liegt, dessen Primärwicklung (104) zwischen einem Signaleingang (102) und einer weiteren Taktimpulsquelle (106) geschaltet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (112) zwischen das Halbleiterelement (116) und die Konstantstromquelle (120) geschaltet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signaleingang aus einer Gruppe Dioden (102) besteht.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Ende der Sekundärwicklung (112) ein aus einer Gruppe von Dioden (124) bestehender Ausgang verbunden ist.

5. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Taktgeberimpulsquelle (106) periodische Taktimpulse erzeugt, um das Halbleiterelement wahlweise in einen Zustand geringer Leitfähigkeit vorzuspannen und daß die Taktimpulsquelle (118) periodische Taktimpulse erzeugt, um das Halbleiterelement (116) wahlweise in seinen Zustand hoher Leitfähigkeit vorzuspannen.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktimpulserzeuger (118) parallel zu dem Halbleiterelement (116) geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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