DE1179251B

DE1179251B - Schaltungsanordnung zur Realisierung logischer Funktionen

Info

Publication number: DE1179251B
Application number: DES83551A
Authority: DE
Inventors: Brian Elliott Sear
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1962-02-14
Filing date: 1963-02-01
Publication date: 1964-10-08
Also published as: US3198959A; GB1029753A; BE628085A; NL288405A; CH401151A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/18

Nummer: 1179 251

Aktenzeichen: S 83551VHI a/ 21 al

Anmeldetag: 1. Februar 1963

Auslegetag: 8. Oktober 1964

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Invertieren von UND- sowie ODER-Funktionen, welche von den UND- bzw. ODER-Schaltungen dieser Anordnung ausgeführt werden, wobei in den einzelnen Stufen Tunneldioden als Wirk- bzw. Schaltelemente eingesetzt werden.

Bei der Herstellung von großen elektronischen Anlagen, wie Großrechnern u. dgl., erscheint eine einheitliche logische Definitionsweise oftmals erforderlich bzw. zweckmäßig. Darüber hinaus werden aus praktischen und wirtschaftlichen Erwägungen Aufbauschaltungen zur Durchführung der normalen logischen Funktionen vorgesehen. UND-, ODER-sowie Invertier-Schaltungen und deren symbolische Darstellung sind daher in der Technik bereits bekannt. Zur Durchführung dieser Funktionen sind verschiedene Schaltungen entwickelt worden.

Mit der Erfindung der Tunneldiode wurde darüber hinaus ein weiteres Schaltelement bekannt, welches auf Grund seiner vorteilhaften Eigenschaften beim Bau von logischen Schaltungen Verwendung finden kann. Bekannte Schaltungen mit einer Tunneldiode sind nur als ODER-Tor, als UND-Tor oder als Schwellwertstromkreis wirksam auf Grund der Tatsache, daß im Ruhezustand der Schaltung die Tunneldiode überhaupt keinen Strom führt. Diese bekannten Schaltungen sind empfindlich hinsichtlich Toleranzen der Signalamplitude.

Die Erfindung bezweckt, die Wirkungsmöglichkeiten von Schaltungsanordnungen mit einer Tunneldiode zur Realisierung logischer Funktionen zu erhöhen und die extrem hohe Schaltgeschwindigkeit der logischen Schaltungsanordnung auszunutzen.

Dies erreicht die Erfindung dadurch, daß in einer Schaltungsanordnung zur Realisierung logischer Funktionen mit einer Tunneldiode, einer Mehrzahl von an eine bestimmte Elektrode der Tunneldiode angeschlossenen Eingängen, einem mit derselben Elektrode verbundenen Ausgang und einem Impulsgenerator die Tunneldiode mit einer Stromquelle verbunden ist, welche an die Tunneldiode einen knapp unterhalb des Spitzenstromes liegenden Strom liefert, der genannte Impulsgenerator Stellimpulse abgibt, welche den Arbeitspunkt der Tunneldiode bei einem vorbestimmten Signalzustand an den Eingängen in den positiven Ast höherer Spannung der Kennlinie verschieben, und mit der Tunneldiode ein Rückstellimpulsgenerator verbunden ist, dessen Impulse geeignet sind, den Arbeitspunkt der Tunneldiode wieder in den positiven Ast niedriger Spannung der Kennlinie zurück zu verschieben.

Die Anordnung nach der Erfindung besteht aus

Schaltungsanordnung zur Realisierung logischer
Funktionen

Anmelder:

Sperry Rand Corporation, New York, N.Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E, Weintraud, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Mainzer Landstr. 136-142

Als Erfinder benannt:

Brian Elliott Sear, New York, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom .14. Februar 1962
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UND-, ODER- sowie Invertier-Stufen, die auch einzeln und unabhängig voneinander eingesetzt werden können. In den Schaltungen nach der Erfindung werden Tunneldioden als Schaltelemente eingesetzt und in Abhängigkeit von der durch eine Anordnung von Dioden bereitgestellten Eingangsinformation geschaltet. Die Umschaltung der Tunneldioden erfolgt dabei nach dem Prinzip der Stromauf teilung, wobei ein Taktimpuls die Eingangsdioden abtastet und die Tunneldioden umschaltet (oder auch nicht). Das Ausgangssignal tritt an der einen Elektrode der Tunneldiode auf und kann dann einer weiteren An-Ordnung von Dioden zugeführt werden, welche die Eingangsdioden einer weiteren, ähnlichen Schaltung darstellen. Zur erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gehören eine UND-Schaltung, eine ODER-Schaltung sowie eine Schaltung zur Darstellung des Komplements der UND- bzw. ODER-Funktion. Die Art, in der die Schaltung betrieben wird, hängt dabei von der speziellen Anordnung der Tunneldiode innerhalb der Schaltung ab.

In einigen Fällen ist es unter Umständen zweckmäßig, die Funktion einer der vorhergehenden Stufen zu invertieren und damit praktisch die Funktion einer NODER-Schaltung auszuführen. Auch in

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der Invertierstufe wird eine Tunneldiode verwendet, gestellten Schaltungen kann als Tunneldiode beispielsweiche durch einen Taktimpuls von einem Zustand weise eine Tunneldiode aus einer Gallium-Arsenidin den anderen geschaltet wird, wobei diese Um- Verbindung mit größeren Spannungs- und Stromschaltung nach dem Prinzip der Stromaufteilung und Steuerungseigenschaften verwendet werden. Sie wird in Abhängigkeit von der an die zugeordnete Ein- 5 in den nachstehend beschriebenen Invertier- bzw. gangsdiodenanordnung angeschalteten Eingangs- Negierschaltungen verwendet. In den UND- sowie information erfolgt. Auch hier hängt die Art, wie die ODER-Stufen können als Tunneldioden Germanium-Stufe betrieben wird, von der speziellen Anordnung Dioden verwendet werden, die an ihren Arbeitsder Tunneldiode innerhalb der Stufe ab. punkten mit niedrigeren Werten arbeiten. Wie üblich Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung er- io kann die Spannungs-Strom-Charakteristik einer möglicht es, eine größere Anzahl von Eingängen Tunneldiode in drei Gebiete unterteilt werden, die vorzusehen, da der durch die Kopplungsdioden in der Technik bekannt sind. Diese Gebiete sind das fließende Sperrstrom gering ist. Außerdem läßt diese dem Zustand hoher Spannung entsprechende Gebiet Schaltungsanordnung auch eine größere Anzahl von 206, die Zone 208 des negativen Widerstandes und Ausgängen zu, als dies bei entsprechenden Schwellen- 15 das Durchlaßgebiet 210. Diese Gebiete werden durch wertschaltungen der Fall ist. Darüber hinaus ermög- das Spannungsmaximum 200, das Spannungsminilicht die Schaltungsanordnung nach der Erfindung mum 202 bzw. durch die Durchlaßspannung 204 dehöhere Arbeitsgeschwindigkeiten, da die zum Um- finiert. Als typische Spannungswerte kommen für die schalten der Tunneldioden dienende Taktimpuls- Dioden folgende Werte in Betracht: Spannungsquelle eine Quelle geringer Impedanz sein kann. 20 maximum V_P: 50 mV für Germanium-Dioden und Diese Vorteile sind insbesondere für die Herstel- 100 mV für Gallium-Arsenid-Dioden; Spannungslung von großen elektronischen Anlagen, in denen minimum V_v: 350 mV für Germanium-Dioden und logische Schaltungen enthalten sind, von Nutzen. 450 mV für Gallium-Arsenid-Dioden; Durchlaßspan-Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in nungK_f:500mVfürGermanium-Diodenund 1100mV den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt 25 für Gallium-Arsenid-Dioden. Das Strommaximum I_P Fig. 1 die Spannungs-Strom-Kennlinie für eine beträgt in Germanium-Dioden 5mA, bei den Galliumtypische Kopplungsdiode der erfindungsgemäßen Arsenid-Dioden 10 mA. Als typische Größe für den Schaltungsanordnung, Versorgungsstrom I_B kommt beispielsweise 0,7 I_P in

Fig. 2 die Spannungs-Strom-Kennlinie einer Betracht.

typischen Tunneldiode, wie sie in der erfindungs- 30 F i g. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, in welcher gemäßen Schaltungsanordnung verwendet wird, das grundsätzliche Schaltungsprinzip zur Ausführung F i g. 3 ein Ausfühmngsbeispiel der UND-ODER- der logischen UND-, ODER- und Invertier-Funk-Invertier-Schaltungsanordnung, bei der die logische tionen benutzt wird. In dieser Schaltungsanordnung UND-Funktion invertiert wird, sind die UND-Stufen mit P, die ODER-Stufen mit N Fig. 4 das Zeitdiagramm für die in Fig. 3 ge- 35 und die invertierte UND-Stufe mit P' bezeichnet. Die zeigte Schaltungsanordnung, Bezeichnung dieser Stufen wurde einerseits willkür-F i g. 5 ein Ausfühmngsbeispiel der erfindungs- lieh, andererseits aber auch aus speichertechnischen gemäßen UND-ODER-Invertier-Schaltungsanord- Gründen so gewählt, da die Stufe P eine Tunneldiode nung, bei der die logische ODER-Funktion invertiert enthält, die gegen Erde positiv vorgespannt ist, wähwird, und 40 rend zur ODER-Stufe eine Tunneldiode gehört, die F i g. 6 das Zeitdiagramm für die in Fig. 5 ge- gegen Erde negativ vorgespannt ist. Die Stufe P' zeigte Schaltungsanordnung. enthält eine Tunneldiode, die so vorgespannt ist, daß F i g. 1 zeigt die typische Spannungs-Strom-Kenn- sie trotz schwankender Spannung das gleiche Potenlinie einer Diode. Diese Kennlinie umfaßt den Be- tial gegen Erde beibehält. Funktionsmäßig gehört reich niedriger Leitfähigkeit 102 sowie den Bereich 45 diese Diode jedoch zur Stufe P. Wie F i g. 3 zeigt, hoher Leitfähigkeit 104. Diese Begriffe sind in der besteht die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung Technik bekannt und brauchen daher nicht näher aus verschiedenen logischen Stufen, wobei die erste definiert zu werden. Die Gebiete hoher und niedriger Stufe P als Eingangsglieder Dioden 302 aufweist. Als Leitfähigkeit sind in der üblichen Weise durch das Eingangsdioden können beispielsweise Q Silizium-Knie 100 voneinander getrennt, welches die Durch- 50 Dioden benutzt werden, die Eingangssignale über ihre laßspannung V_t- bezeichnet. Die relativen Werte der Kathoden erhalten. Die Anoden dieser Siliziumeinzelnen Bereiche schwanken bei Dioden verschie- Dioden sind mit der Anode der Tunneldiode 300 dener Typen beträchtlich. In den nachstehend dar- verbunden. Die Anode der Tunneldiode 300 ist gestellten Schaltungen können z. B. als Kopplungs- außerdem über den Widerstand 304 mit der Spandioden Silizium-Dioden verwendet werden, deren 55 nungsquelle 306 verbunden, die ein Potential von Kniespannung etwa 400 mV beträgt. Anders aus- etwa +10V gegen Erde liefert. Die Spannungsgedrückt, die Durchlaßspannung entspricht etwa quelle 306 sowie der Widerstand 304 haben die Auf-400 mV. Beträgt also die Spannung an der Diode gäbe, für die Tunneldiode einen effektiv konstanten weniger als 400 mV, so stellt die Diode einen sehr Strom bereitzustellen, durch den die Tunneldiode bis großen Widerstand dar, der im Idealfall einem 60 zum Punkt212 in Fig. 2 vorgespannt wird. Die offenen Stromkreis entspricht. Ist dagegen die Span- Kathode der Tunneldiode 300 liegt an Erde, wodurch nung an der Diode größer als die Kniespannung, so die Anode der Tunneldiode gegen Erde positiv vorstellt die Diode im Idealfall praktisch einen Kurz- gespannt wird. Mit der Anode der Tunneldiode 300 schlußstromkreis dar. In der Praxis ändert sich der ist außerdem die Kathode der Diode 310 verbunden, Widerstand in den einzelnen Stufen zwischen etwa 65 deren Anode an der Taktimpulsquelle 308 liegt. 50 Ω und 1 ΜΩ. DieseTaktimpulsquelle 308 liefert regelmäßig wieder-F i g. 2 zeigt die typische Spannungs-Strom-Kenn- kehrende Impulse mit einer Amplitude von etwa linie einer Tunneldiode. In den nachstehend dar- +1,0 V und einer Dauer von etwa 2 Nanosekunden.

Durch diese positiven Taktimpulse wird der Eingang der Schaltungsanordnung abgetastet. Die Rückstelldiode 313 ist über ihre Anode mit der Anode der Tunneldiode 300 verbunden, während ihre Kathode an der Rückstellimpulsquelle 315 liegt. Diese Rückstellimpulsquelle 315 liefert Impulse, die gegenüber den von der Impulsquelle 308 bereitsgestellten Impulsen eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, jedoch zeitlich vor den Impulsen der Quelle 308 erzeugt werden. Durch die von der Rückstellimpulsquelle 315 angelieferten Impulse wird die Tunneldiode 300 in ihren Arbeitszustand niedriger Spannung geschaltet. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Schaltungsanordnung R Ausgänge steuern. Diese R Ausgänge werden durch die Dioden 312 dargestellt, deren Anoden sämtlich an der Anode der Tunneldiode 300 liegen. Diese »Ausgangs«-Dioden 312, für die gleichfalls Silizium-Dioden verwendet werden, können natürlich in Wirklichkeit die Eingangsdioden für weitere Schaltstufen darstellen. Anders ausgedrückt, die einzelnen abgebildeten Stufen enthalten nicht unbedingt gleichzeitig β Eingangsdioden und R Ausgangsdioden.

So ist gemäß F i g. 3 eine der Ausgangsdioden 312 als eine der β Eingangsdioden geschaltet, welche die folgende Stufe JVl steuern. Die β Eingangsdioden 312, 312 a sind mit der Kathode der Tunneldiode 322 verbunden, deren Anode an Erde liegt, wodurch die Kathode der Tunneldiode effektiv negativ vorgespannt wird. Mit der Kathode der Tunneldiode 322 sind außerdem der Widerstand 320 und die Anode der Diode 314 verbunden. Die Kathode der Diode 314 liegt an der Taktimpulsquelle 316, welche gegen Erde negative Impulse liefert, die ungefähr die gleiche Amplitude wie die von der Quelle 308 erzeugten Impulse haben, jedoch gegenüber diesen phasenverschoben sind. Die Spannungsquelle 318 ist über den Widerstand 320 mit der Tunneldiode 322 verbunden, wodurch sich eine konstante Stromquelle ergibt, durch welche die Tunneldiode in den Zustand niedriger Spannung vorgespannt wird. Die Rückstelldiode 322 liegt mit ihrer Kathode an der Kathode der Tunneldiode 322, während ihre Anode mit der Rückstellimpulsquelle 325 verbunden ist. Die Impulse der Quelle 325 sind gegen Erde positiv und dienen dem gleichen Zweck wie die Impulse der Quelle 315. Die R Ausgänge der Stufe JVl werden von der Kathode der Tunneldiode 322 bereitsgestellt. Die Ausgänge sind hier wieder als Dioden 324 dargestellt, deren Kathoden sämtlich mit der Kathode der Tunneldiode 322 und deren Anoden mit der folgenden Stufe verbunden sind. Mit anderen Worten: Die sogenannten Ausgangsdioden 324 stellen in Wirklichkeit die Eingangsdioden 324 a der nächsten Stufe dar.

Wie bei den vorgeschalteten Stufen wird die Stufe P' durch die R Eingangsdioden 324 und 324 a gesteuert. Die Anoden dieser Eingangsdioden liegen an der Kathode der Tunneldiode 330. Als Tunneldiode wird in der Stufe J" eine Gallium-Arsenid-Tunneldiode verwendet. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist diese Tunneldiode weder an der Kathode noch an der Anode geerdet, sondern vielmehr über einen Widerstand 356 mit einer positiven Spannungsquelle 332 und über einen Widerstand 326 mit einer negativen Spannungsquelle verbunden. Beide Spannungsquellen liefern jeweils ein Potential, dessen Amplitude etwa 10 V beträgt. Da beide Spannungsquellen im wesentlichen gleich sind, bewegt sich die Spannung der Diode effektiv in Nähe der Erde. Ist also die Tunneldiode beispielsweise bis in den in Fig. 2 gezeigten Zustand niedriger Spannung vorgespannt, so tritt an ihrer Anode und Kathode eine Spannung von etwa + 50 bzw. — 50 mV auf. Die Kathode der Tunneldiode 330 ist außerdem über die Diode 340 mit einer weiteren Spannungsquelle 342 verbunden. Diese Spannungsquelle 342

ίο liefert ein Potential von etwa —200 mV und dient zum Klemmen der Diodenspannung, wenn von der Tunneldiode Ausgangssignale bereitgestellt werden. Mit der Anode der Diode 330 ist eine Taktimpulsquelle 334 über die Diode 336 verbunden. Die von der Taktimpulsquelle 334 bereitgestellten Impulse sind den zuvor beschriebenen Impulsen gleich. Die Rückstelldiode 339 liegt zwischen der Rückstellimpulsquelle 341 und der Anode der Tunneldiode 330, so daß die Umschaltung dieser Tunneldiode in ihren Zustand niedriger Spannung gesteuert werden kann. Die Rückstellimpulsquelle 341 liefert negative Impulse, die den von der Impulsquelle 315 bereitgestellten Impulsen entsprechen. Die R Ausgänge der Stufe P' entsprechen den Dioden 338, deren Anoden sämtlich mit der Anode der Tunneldiode 330 verbunden sind. Auch hier sind diese R Ausgangsdioden mit den Q Eingangsdioden 338 α identisch, welche die nächste Stufe steuern.
Zur Stufe TV 2, welche von den an die Eingangsdioden 338 α angeschalteten Signalen gesteuert wird, gehört eine Tunneldiode 352, deren Anode geerdet ist und deren Kathode mit den Kathoden der Eingangsdioden 338, 338 a verbunden ist. Die Kathode der Tunneldiode 352 ist mit den Quellen 346 und 348 über die Diode 344 bzw. den Widerstand 350 verbunden. Die Quelle 346 stellt eine Taktquelle dar, die den zuvor beschriebenen Taktquellen gleich ist und Impulse erzeugt, welche gegen Erde negativ sind. Die Spannungsquelle 348 liefert ein Potential von etwa —10 V; in Verbindung mit dem Widerstand 350 stellt diese Spannungsquelle einen praktisch konstanten Strom für die Tunneldiode 352 bereit, wodurch diese in den Zustand niedriger Spannung vorgespannt wird. Die Rückstelldiode 353 liegt mit ihrer Kathode an der Kathode der Tunneldiode 352; die Anode der Diode 353 liegt an der Rückstellimpulsquelle 355. Diese Rückstellimpulsquelle 355 liefert positive Impulse, durch welche die Tunneldiode 353 in den Zustand niedriger Spannung vorgespannt wird. Wie im Falle der Stufe JV 2 werden die Ausgangssignale von der Kathode der Tunneldiode 352 abgeleitet und über die Ausgangsdioden 354 übertragen. Wie bereits oben ausgeführt wurde, stellen die Ausgangsdioden irgendeiner Stufe in Wirklichkeit die Eingangsdioden der nächsten Stufe dar und können daher praktisch weggelassen werden.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der

in F i g. 3 gezeigten Schaltungsanordnung wird diese nunmehr in Verbindung mit dem in Fig. 4 dargestellten Zeitdiagramm beschrieben. Das dort gezeigte Zeitdiagramm ist jedoch lediglich als Beispiel gedacht und soll die Erfindung nicht einschränken. Der Einstellimpuls wird zum Abtasten der Eingangsinformation benutzt, während der Rückstellimpuls die Aufgabe hat, die Tunneldiode erforderlichenfalls in ihren Zustand niedriger Spannung zurückzuschalten. Bei den Stufen P bzw. P' ist der Einstellimpuls positiv und der Rückstellimpuls negativ gegen Erde.

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Bei den Stufen N ist dagegen der Einstellimpuls umgeschaltet. Befindet sich die Tunneldiode im Zunegativ und der Rückstellimpuls positiv. Obwohl bei stand hoher Spannung, so tritt an ihrer Anode ein der beschriebenen Schaltungsanordnung die Takt- Potential von etwa + 500 mV auf. Die Spannungsgabe in vier Phasen erfolgt, können zur Steuerung quelle 306 und der Widerstand 304 stellen also in Wirklichkeit zwei Taktquellen vorgesehen sein, die 5 effektiv einen konstanten Strom von etwa 0,7 I_P bein der Phase um 90° gegeneinander verschoben sind reit — wobei I_P das Strommaximum darstellt —, und deren Impulse jeweils einer Stufe direkt und durch den die Tunneldiode einerseits im Zustand über eine Invertierschaltung einer weiteren Stufe zu- niedriger Spannung gehalten wird, während sie angeführt werden, wodurch sich vier Phasen ergeben. dererseits durch die Ankopplung eines Einstell-Wie F i g. 4 ferner zeigt, kann der Taktimpuls ent- io impulses der Impulsquelle 308 über die Diode 310 weder von relativ kurzer oder relativ langer Dauer in den Zustand hoher Spannung umgeschaltet wird, sein, wie durch die voll ausgezogene Linie bzw. Das der Stufe P1 zugeführte Eingangssignal ist willdurch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Die ge- kürlich gewählt und wird — wie aus dem Zeitnaue Länge dieser Steuerimpulse gehört nicht zum diagramm ersichtlich ist — zwischen den Takt-Gegenstand der vorliegenden Erfindung. 15 zeiten ti und ti unterbrochen. Das Ausgangssignal

Des weiteren wird darauf hingewiesen, daß die der der Stufe Pl bleibt dagegen auf seinem hohen Pegel,

Stufe Pl zugeführten Eingangssignale (Eingangs- da die Tunneldiode in den Zustand hoher Spannung

signal Pl) zur Veranschaulichung des Betriebes der umgeschaltet wurde und in diesem Zustand bis zur

Gesamtschaltung willkürlich gewählt wurden. Nur Umschaltung in den Zustand niedriger Spannung

zur Beschreibung dieses Betriebes wird daher an- 20 bleibt. Zur Taktzeit ti wird von der Taktimpuls-

genommen, daß das Eingangssignal P1 von einer quelle 308 ein Rückstellimpuls veranlaßt, d.h., die

vorgeschalteten iV~Stufe bereitgestellt wird und —50 Quelle 315 stellt über die Diode 313 einen negativen

oder—500 mV beträgt. Umgekehrt liegt das von den Impuls bereit. Die Eingangs- und Ausgangsdioden

P Stufen erzeugte Signal zwischen +50 und werden also wiederum in Sperrichtung vorgespannt,

+500 mV. Wie nachstehend noch beschrieben wird, 25 d. h., ihre Anoden sind negativ gegen Erde. Der

wird außerdem das der Invertierstufe P' zugeführte Rückstellimpuls an der Diode 313 kann als ein Mit-

Eingangssignal in dieser Stufe invertiert. Außerdem tel angesehen werden, mit dem Strom von der

sei angenommen, daß sämtliche Stufen zunächst Tunneldiode 300 abgezogen wird bzw. mit dem die

rückgestellt worden sind, d. h. daß ihre Tunneldioden Spannung an der Anode der Tunneldiode so weit

sich im Zustand niedriger Spannung befinden. 30 herabgesetzt wird, daß sich der Arbeitspunkt der

Der Einstellimpuls für die Stufe Pl wird von der Tunneldiode effektiv bis unter den Talpunkt ver-Impulsquelle 308 zur Taktzeit ti angelegt. Wie be- lagert, so daß die Tunneldiode von ihrem Zustand reits zuvor ausgeführt wurde, kann der von der hoher Spannung in den Zustand niedriger Spannung Impulsquelle A zur Taktzeit il bereitgestellte Impuls umschaltet. Das Potential an der Anode der Tunnelvon kurzer oder längerer Dauer sein, wobei er im 35 diode fällt daher von +50OmV auf +5OmV ab. letzteren Fall bis zur Taktzeit ti auftritt. Während Dieses Potential wird den Anoden der Ausgangsder Anschaltung des Einstelltaktimpulses wird das an dioden 302 zugeleitet. Die Ausgangssignale bleiben die Kathode der Diode 302 und damit der Stufe Pl dann so lange auf dem niedrigen Pegel, bis ein zugeführte Eingangssignal abgetastet, um festzustel- weiterer Einstellimpuls zusammen mit der Ankopplen, ob es sich um ein Signal mit hohem Pegel, d. h. 40 lung eines Signals mit hohem Pegel an den Eingang ein Signal von etwa — 5OmV, handelt. Dieses Ein- auftritt, so daß durch die Tunneldiode Strom fließt, gangssignal wird der Stufe Pl über eine der β Ein- der zu ihrer Umschaltung ausreicht,
gangsdioden 302 zugeführt. Es sei angenommen, daß Zur Taktzeit 14 wird an die Stufe Pl der nächste an den einzelnen Q Eingangsdioden jeweils das Einstellimpuls gelegt. In diesem Fall liegt an der gleiche Signal anliegt, wodurch sämtliche Eingangs- 45 Kathode von mindestens einer der Eingangsdioden dioden 302 in Sperrichtung vorgespannt sind. Diese 302 ein Potential von etwa — 50OmV an. Da das Dioden sind insofern in Sperrichtung vorgespannt, als Potential an der Anode etwa +5OmV und an der sie entsprechend ihrer Kennlinie einen Spannungs- Kathode etwa — 50OmV beträgt, ergibt sich somit abfall von etwa 400 mV verlangen, um leitend zu an der Diode ein Spannungsunterschied von etwa werden. Tritt an diesen Dioden ein kleinerer Span- 50 55OmV. Diese Potentialdifferenz ist durch den auf nungsabfall auf, so können die Dioden als ein großer der Kennlinie in F i g. 1 liegenden Arbeitspunkt 108 Widerstand angesehen werden, der im Idealfall einem graphisch dargestellt. Die Diode stellt also in diesem offenen Stromkreis entspricht. Da die Tunneldiode Fall einen sehr kleinen Durchlaßwiderstand von etwa 300 anfänglich in den Zustand niedriger Spannung 30 Ω dar. Wird nun zur Taktzeit 14 ein Einstellgeschaltet wurde, beträgt das an ihrer Anode an- 55 impuls von der Impulsquelle 308 bereitgestellt, so liegende Potential etwa +50 mV. Der Spannungs- fließt Strom von der Impulsquelle 308 über die Diabfall zwischen der Anode und der Kathode der öden 310 und 302 zur Signalquelle niedrigen Pegels, Diode 302 liegt also in der Größenordnung von welche mit der Kathode der Eingangsdiode verbunetwa 100 mV. Dieser Spannungsunterschied ist durch den ist. Der Steuerstrom, der zuvor durch die den Arbeitspunkt 106 auf der in F i g. 1 dargestellten 60 Tunneldiode floß, fließt also jetzt durch die EinKennlinie bezeichnet. Die Eingangsdiode stellt also gangsdiode und umgeht damit die Tunneldiode, so praktisch einen sehr hohen Widerstand dar. Mit der daß deren Arbeitszustand nicht beeinflußt wird. Ob-Anschaltung des Einstelltaktimpulses der Impuls- wohl in Wirklichkeit der Strom sowohl durch die quelle 308 über die Diode 310 steigt daher das Diode 302 als auch durch die Tunneldiode 300 fließt, Potential an der Anode der Tunneldiode 300 auf 65 reicht der durch die Tunneldiode fließende geringe einen Pegel, der über dem Spannungsminimum liegt. Strom nicht aus, um diese in ihren Zustand hoher Die Tunneldiode wird daher von ihrem Zustand Spannung zu schalten. Die Anode der Tunneldiode niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung 300 und die mit dieser Anode verbundenen Aus-

gangsdioden bleiben daher auf dem niedrigen Spannungspegel von etwa +50 mV. Wird dann zur Taktzeit 16 der Rückstellimpuls an die Stufe Pl gelegt, so wird die Tunneldiode 300 nicht rückgestellt, da sie sich zuvor nicht in ihrem Zustand hoher Spannung befand.

Wie F i g. 4 zeigt, steigt der Pegel des an die Stufe Fl angelegten willkürlichen Eingangssignals von —50OmV auf — 50 mV nach der Taktzeit ti. Das Eingangssignal bleibt sodann auf seinem hohen Pegel. Zur Taktzeit 18 wird der Schaltungsanordnung ein Einstellimpuls von der Impulsquelle 308 zugeführt. Wie bereits zuvor beschrieben wurde, steigt durch diesen von der Impulsquelle 308 über die Diode 310 bereitgestellten positiven Impuls das Potential an der Anode der Tunneldiode 300 an, da die Eingangsdioden in Rückwärtsrichtung vorgespannt sind und somit keinen Stromweg darstellen. Die Tunneldiode 300 wird daher von ihrem Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung umgeschaltet, so daß an ihrer Anode sowie an den Anoden der R Ausgangsdioden 312 ein Ausgangssignal mit hohem Pegel erscheint.

Das AusgangssignalPl, d.h. das Ausgangssignal der Stufe Pl, kann als Eingangssignal zur Stufe Nl angesehen werden. Das während der Taktzeiten i0 und 11 an die Anode der Eingangsdiode 312 gelegte Signal ist also ein Signal mit einem hohen Pegel von etwa + 500 mV. Da außerdem angenommen wurde, daß die Tunneldiode 322 zunächst in ihren Zustand niedriger Spannung rückgestellt wurde, liegt an ihrer Kathode und damit an der Kathode der Eingangsdiode 312 ein Potential von etwa — 50 mV an. Die Potentialdifferenz an der Eingangsdiode beträgt also etwa 550 mV und ist durch den Arbeitspunkt 108 auf der Spannungs-Strom-Kennlinie in F i g. 1 dargestellt. Der Durchlaßwiderstand der Eingangsdiode ist also bei diesem Arbeitspunkt verhältnismäßig klein. Mit der Ankopplung eines negativen Einstellimpulses zur Taktzeit ti fließt daher Strom durch die Diode 314 zur Impulsquelle 316. Da die Diode 312 bei Vorspannung in Flußrichtung einen relativ kleinen Widerstand darstellt, findet eine Stromteilung statt, wobei ein Teil des Stromes, der zuvor durch die Tunneldiode 322 floß und diese umschaltete, nunmehr durch die Diode 312 fließt. Die Tunneldiode 322 wird daher nicht umgeschaltet, so daß das an ihrer Kathode auftretende Potential weiterhin

— 50mV beträgt. Das AusgangssignalNl, d.h. das von der Stufe Nl erzeugte Signal, bleibt also auf seinem hohen Pegel, d. h. auf dem Pegel von

— 5OmV. Nach der Taktzeit t2 fällt das Ausgangssignal Pl von +50OmV auf +5OmV ab, da von der Taktquelle 308 ein Rückstellimpuls bereitgestellt wurde. Die an der Eingangsdiode 312 auftretende Spannung fällt daher auf ungefähr 100 mV ab, so daß die Diode etwa bis auf den Arbeitspunkt 106 (F i g. 1) vorgespannt ist. In diesem Zustand stellt die Diode einen großen Widerstand dar. Wird zur Taktzeit 13 der Rückstellimpuls an die Stufe Nl angekoppelt, so ändert sich in diesem Falle das Ausgangssignal der Stufe Nl nicht, da die Tunneldiode 322 vor der Anschaltung des Rückstellimpulses nicht umgeschaltet wurde und durch diesen Rückstellimpuls auch nicht umgeschaltet wird.

Wie zuvor erwähnt wurde, wurde das der Stufe Nl zugeführte Eingangssignal zur Taktzeit ti auf den niedrigen Pegel geschaltet. Mit der Anschaltung des Einstellimpulses der Stufe Nl zur Taktzeit tS, der gegen Erde negativ ist, fließt daher Strom durch die Diode 314, während im Falle des vorhergehenden Taktimpulses Strom durch die Diode 312 von der Spannungsquelle 306 floß. Wird zur Taktzeit 15 ein Taktimpuls angelegt, so stellt die Diode 312 jedoch einen extrem hohen Widerstand dar, so daß durch sie kein Strom fließen kann. Der Strom muß daher durch die Tunneldiode 322 fließen, wodurch diese

ίο von ihrem Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung umgeschaltet wird. Mit dem Umschalten der Tunneldiode fällt auch die Spannung von 50 mV auf etwa 500 mV ab. Da diese Anode der Diode geerdet ist, tritt somit an der Kathode ein Potential von etwa — 500 mV auf. Das von der Stufe Nl bereitgestellte Ausgangssignal wird also zur Taktzeit ί 5 von seinem hohen Pegel (-5OmV) auf den niedrigen Pegel (-50OmV) umgeschaltet. Dieses — 500-mV-Ausgangssignal tritt dann an der

ao Kathode der Tunneldiode 322 und damit an den Kathoden der Ausgangsdioden 324 bis zur Taktzeit ti auf. Der Rückstelltaktimpuls wird der Tunneldiode 322 zur Taktzeit ί 7 zugeführt. Wie oben bebereits ausgeführt wurde, wird die Tunneldiode 322

as durch diesen Rückstellimpuls von ihrem Zustand hoher Spannung in den Zustand niedriger Spannung umgeschaltet. Mit dieser Umschaltung in den Zustand niedriger Spannung ändert sich auch das an der Kathode dieser Tunneldiode angelegte Potential von — 50OmV in — 50 mV. Wie aus dem Zeitdiagramm ersichtlich ist, wird das Ausgangssignal der StufePl, d.h. das Eingangssignal zur StufeiVl, zur Taktzeit ί 8 von seinem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel umgeschaltet. Wie ferner ersichtlich ist, wird das der Stufe Nl zugeführte Eingangssignal zur Taktzeit 1 10 von seinem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umgeschaltet. Da die Stufe Nl während dieser Zeit nicht von einem Einstellimpuls abgetastet wurde, erfolgt somit auch keine Änderung im Ausgangssignal der Stufe Nl.

Das von der Stufe Nl über die R Ausgangsdioden 324 bereitgestellte Ausgangssignal kann als Eingangssignal zur Stufe P' angesehen werden; dieses Eingangssignal wird über die Q Eingangsdioden 324, 324 a zugeführt. Die Stufe P' unterscheidet sich etwas von den anderen Normalstufen der Schaltungsanordnung. So ist die Stufe P' eine Art NODER-Gabelschaltung, in der das Eingangssignal invertiert wird. Außerdem ist die Tunneldiode an ihren beiden Elektroden jeweils mit einer anderen, im wesentlichen konstanten Stromquelle verbunden. So ist die Anode der Tunneldiode 330 mit der Spannungsquelle 332 über den Widerstand 356 verbunden, während die Kathode dieser Tunneldiode über den Widerstand 326 an der Spannungsquelle 328 liegt. Da beide Spannungsquellen das gleiche Potential, jedoch mit engegengesetzter Polarität liefern, bewegt sich die Spannung an der Tunneldiode etwa in Nähe des Erdpotentials. Der an der Tunneldiode auftretende Spannungsabfall teilt sich also so auf, daß etwa die Hälfte des Spannungsabfalls an der Anode positiv gegen Erde ist, während die andere Hälfte des Spannungsabfalls an der Kathode negativ gegen Erde ist. Zum Beispiel würde bei einer typischen Gallium-Arsenid-Tunneldiode die Vorspannung für den Zustand niedriger Spannung einen Spannungsabfall von etwa 100 bis 150 mV an der Tunneldiode hervorrufen. In diesem Zustand würde an der Anode

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der Tunneldiode 330 ein Potential zwischen + 50 und +75 mV auftreten, während an der Kathode der Tunneldiode eine Spannung von etwa —50 bis —75 mV anliegen würde. Funktionsmäßig wird die Stufe P' außerdem etwas anders eingesetzt als die normakn UND-ODER-Stufen, da die Tunneldiode von ihrem Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung umgeschaltet wird, wenn über die Eingangsdiode Strom durch die Tunneldiode fließt. Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der Schaltung wird diese an Hand der in Fig. 4 gezeigten Wellenformen beschrieben. Zu diesem Zweck soll angenommen werden, daß die Tunneldiode zunächst in ihren Zustand niedriger Spannung zurückgeschaltet wurde. Würde diese Annahme wegfallen, so würde die Tunneldiode durch den zur Taktzeit f 0 angeschalteten Rückstellimpuls auf jeden Fall in ihren Zustand niedriger Spannung rückgestellt werden. Wie F i g. 4 zeigt, weist das Eingangssignal, welches den Q Eingangsdioden 324, 324 a von der Stufe JVl zugeführt wird, während der Taktzeiten /0 ...tS einen hohen Pegel, d.h. — 50 mV, auf. Da an der Kathode der Tunneldiode ein Potential von etwa —50 bis —75 mV anliegt, wird die Eingangsdiode 324 somit effektiv in Sperrichtung vorgespannt und stellt in diesem Teil der Schaltungsanordnung einen großen Widerstand dar. Durch die Anschaltung des Einstelltaktimpulses der Stufe Pl, welche zur Taktzeit ti über die Diode 336 erfolgt, wird die Tunneldiode 330 daher nicht umgeschaltet, da die Spannungsquellen 328 und 332 ein relativ hohes Potential (etwa 10 V) und die Widerstände 326 und 356 hohe Widerstandswerte (etwa 3000 Ω) aufweisen und somit an der Anode und Kathode der Tunneldiode im wesentlichen konstante Stromquellen bilden. Diese konstanten Stromquellen liefern Ströme von etwa 3 bis 4 mA; die genaue Größe des Stromes hängt von den Kenndaten der verwendeten Tunneldiode ab. Die Taktimpulsquelle 334 liefert einen Eingangsimpuls von etwa 0,5 V über die Diode 336, deren Durchlaßwiderstand etwa 30 Ω beträgt. Eine Betrachtung des Potentials zwischen der Impulsquelle 334 und der Spannungsquelle 328 über die Diode 336, den Widerstand 326 und die Tunneldiode 330 zeigt, daß die kleine Spannungsänderung der Impulsquelle 334 über den großen Widerstand in diesem Teil der Schaltung zu einer praktisch unbedeutenden Erhöhung des Stromflusses führt; diese geringfügige Erhöhung des Stromflusses kann daher für die Arbeitsweise der Tunneldiode vernachlässigt werden. So soll beispielsweise angenommen werden, daß der Versorgungsstrom für die Tunneldiode 330 etwa 0,7 I_P beträgt, wo I_P = 5 mA. Der Strom für die Tunneldiode würde also zwischen 3 und 4 mA liegen. Der von der Taktimpulsquelle 334 über die Diode 336 bereitgestellte Strom liegt dagegen in der Größenordnung von 0,15 mA. Das Signal von 0,15 mA reicht also auf keinen Fall aus, um die Tunneldiode von ihrem 4-mA-Betriebszustand über das Strommaximum von 5 mA hinaus auszusteuern und damit die Umschaltung in den Zustand hoher Spannung zu bewirken. Solange also die Eingangsdioden der Tunneldiode in Rückwärtsrichtung vorgespannt sind, wird die Tunneldiode durch die Ankopplung eines Einstelltaktimpulses nicht in den Zustand hoher Spannung geschaltet.

Wie F i g. 4 zeigt, wird das der Stufe P' zugeführte Eingangssignal zur Taktzeit / 5 von seinem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umgeschaltet. Das an der Kathode der Eingangsdiode 324 angelegte Potential fällt also von —50 mA auf — 500 mV ab, wodurch an der Diode ein Spannungsunterschied von etwa 450 mV auftritt; die Diode arbeitet somit im Gebiet des Arbeitspunktes 108 (F i g. 1). Die Eingangsdiode ist also jetzt in Flußrichtung vorgespannt und stellt somit im Eingangskreis einen relativ niedrigen Durchlaßwiderstand (etwa 30 Ω) dar. Wird zur

ίο Taktzeit 16 ein Einstellimpuls der Stufe P' angelegt, so fließt daher Strom von der Taktimpulsquelle 334 über die Diode 336, die Tunneldiode 330 und die Eingangsdiode 324 zur Spannungsquelle 318. Der im Stromweg auftretende Widerstand besteht also lediglieh aus der Diode 336 (Durchlaßwiderstand etwa 30 Ω), der Eingangsdiode 324 (Durchlaßwiderstand etwa 30 Ω) und dem Durchlaßwiderstand der Tunneldiode 330. Der zur Tunneldiode 330 fließende Strom liegt daher infolge der von der Taktimpulsquelle bewirkten Spannungserhöhung zwischen 5 und 10 mA. Wie das vorhergehende Beispiel zeigt, kann also die Tunneldiode 330 durch diesen Strom in ihren Zustand hoher Spannung geschaltet werden. Durch dise Umschaltung in den Zustand hoher Spannung bedingte Änderung des an der Anode und Kathode anliegenden Potentials beträgt etwa 450 bis 500 mV. Durch die Umschaltung der Tunneldiode wird also die Eingangsdiode 324 in Rückwärtsrichtung vorgespannt. Die dadurch bedingte Änderung des Widerstandes der Eingangsdiode 324 ist jedoch im Augenblick ohne Bedeutung.

Zu ähnlichen Ergebnissen gelangt man, wenn man die Arbeitsweise in Spannungswerten ausdrückt. Die Tunneldiode ist anfänglich so vorgespannt, daß an ihrer Anode eine Spannung von etwa -!-5OmV und an ihrer Kathode eine Spannung von etwa — 50 mV anliegt. Wird den Dioden 324, 324 a ein Eingangssignal mit hohem Pegel (-5OmV) zugeführt, so werden diese Dioden effektiv gesperrt. Wenn also das Potential an der Anode der Tunneldiode 330 durch die Anschaltung eines Einstelltaktimpulses durch die Quelle 334 auf + 500 mV ansteigt, liegt der maximale Spannungsabfall an der Tunneldiode daher in der Größenordnung des Spannungsmaximums (oder weniger) in Millivolt. Das heißt, der Taktimpuls beträgt etwa + 500 mV, und die Spannung an der Diode 336 fällt auf etwa 300 mV ab, so daß an der Anode der Tunneldiode 330 eine Spannung von maximal etwa +20OmV anliegt. Das Potential an der Kathode der Tunneldiode 333 ist bestrebt, auf etwa +100 mV anzusteigen. Da der Spannungsabfall an der Tunneldiode unter dem Spannungsmaximum bleibt, wird die Tunneldiode daher nicht in den Zustand hoher Spannung umgeschaltet.

Ist das Eingangssignal ein Signal mit niedrigem Pegel (-50OmV), so liegt an der Kathode der Tunneldiode 330 zunächst eine Spannung von etwa —150 mV und an der Anode eine solche von etwa — 50 mV an. Mit der Anschaltung eines Taktimpulses (+50OmV) steigt das Potential an der Anode der Tunneldiode 330 dann auf etwa + 200 mV. An der Tunneldiode entsteht somit ein Spannungsunterschied von 350 mV, wodurch die Diode in ihren Zustand hoher Spannung umschaltet. Natürlich hängen die in der Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltung angeführten Spannungs- und Stromwerte voneinander ab. So müssen die Betriebsdaten

eines jeden Bauelementes im Einzelfall untersucht werden.

Das an der Anode der Tunneldiode 330 anliegende Potential wird den R Ausgangsdioden 338 so lange zugefüb':, bi;, durch die Taktimpulsquelle 334 ein RückstalürupuL· an die Tunneldiode 330 gelegt wird. Mit der Anschaltung dieses negativen Rückstellimpulses von etwa — 50OmV wird das an der Anode der Tunneldiode anliegende Potential auf etwa —150 mV umgeschaltet. Da das an der Anode und der Kathode der Tunneldiode anliegende Potential ungefähr gleich groß ist, ergibt sich an der Tunneldiode somit ein Spannungsunterschied von etwa 0 V. Die Tunneldiode schaltet also in ihren Zustand niedriger Spannung um, wenn die Potentialdifferenz unter ihrem Spannungsmaximum liegt. Mit der zur Taktzeit i8 erfolgenden Anschaltung des Rückstellimpulses der Stufe P' wird die Tunneldiode 330 daher in den Zustand niedriger Spannung zurückgeschaltet, so daß das an ihrer Anode und an den Anoden der Ausgangsdioden 338 auftretende Potential etwa +5OmV beträgt. Da das den Eingangsdioden 324 zugeleitete Signal während der Ankopplung weiterer Taktimpulse einen hohen Pegel aufweist, erzeugt die Stufe P' auch weiterhin ein Signal mit niedrigem Pegel.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann durch eine weitere Ausbildung verbessert werden, die jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Diese weitere Ausbildung besteht aus einem Klemmglied, welches die Spannungsquelle 342 und die Diode 340 umfaßt. Die Spannungsquelle 342 liefert eine pulsierende Spannung, d. h. Impulse von etwa 300 mV, die mit der von der Quelle 346 der Stufe Nl gelieferten Taktspannung synchronisiert ist. Alternativ kann die Quelle 342 auch ein im wesentlichen konstantes Potential von etwa +150 mV liefern. Dieses Glied dient zum Klemmen eines vorbestimmten Potentials (0 bis 150 mV) an der Kathode der Tunneldiode 330, so daß die Anzahl der Ausgänge erhöht werden kann. Anders ausgedrückt: Ohne diese Klemmanordnung würde die Spannung der Tunneldiode 330 relativ zum Erdpotential pendeln, und das Anodenpotential würde bei Erzeugung eines Ausgangssignals bestrebt sein, abzufallen. Das Klemmglied verhindert dagegen das »Pendeln«, so daß praktisch das gesamte Ausgangspotential zur Verfügung steht.

Das Ausgangssignal der Stufe P' stellt natürlich das Eingangssignal zur Stufe N 2 dar, deren Arbeitsweise mit der zuvor beschriebenen Arbeitsweise der Stufe Nl identisch ist. Wenn also das Eingangssignal einen hohen Pegel aufweist (+500 mV), so hat ein an die Stufe N 2 gelegter Einstellimpuls keine Wirkung auf deren Tunneldiode; das Ausgangssignal bleibt also auf seinem hohen Pegel (-5OmV). Hat dagegen das Ausgangssignal der Stufe P bzw. P' einen niedrigen Pegel (+5OmV), so bewirkt das Anlegen eines Einstellimpulses an die Stufe N 2 die Umschaltung der Tunneldiode 352 in ihren Zustand hoher Spannung, wodurch am Ausgang ein Signal mit niedrigem Pegel (-50OmV) erscheint. So weist z. B. das Ausgangssignal der Stufe P' bzw. das Eingangssignal zur Stufe Nl zur Taktzeit iO einen niedrigen Pegel (+50 mV) auf. Wie die Diode 312 in der Stufe Nl, so wird auch die Diode 338 als hoher Widerstand angesehen, da die Tunneldiode 352 zunächst in ihren Zustand niedriger Spannung eingestellt worden sein soll, so daß an ihrer Kathode ein Potential von — 50 mV anliegt. Das von der Anode der Tunneldiode 352 für die Kathoden der R Ausgangsdioden 354 bereitsgestellte Ausgangssignal weist daher einen hohen Pegel bzw. — 50 mV auf. Der an die Tunneldiode 352 zur Taktzeit ti angelegte Rückstellimpuls der Stufe N 2 bleibt selbstverständlich ohne Wirkung, da ja die Tunneldiode bereits zurückgestellt ist.

ίο Mit der Anschaltung des Einstelltaktimpulses der Taktquelle 346 zur Taktzeit i3 fließt dagegen Strom durch die Tunneldiode 352 und die Diode 344. Anders ausgedrückt: Durch den von der Taktquelle 346 angelieferten Einstellimpuls (-50OmV) beträgt das Potential an der Kathode der Tunneldiode nunmehr etwa —150 mV. Dadurch entsteht an der Tunneldiode ein Spannungsabfall, der größer ist als ihr Spannungsmaximum. Wie zuvor beschrieben wurde, reicht dieser Strom aus, die Tunneldiode 352 von ihrem Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung umzuschalten. Nachdem die Tunneldiode 352 in ihren Zustand hoher Spannung umgeschaltet ist, beträgt die an ihr auftretende Potentialdifferenz etwa 500 mV. Da die Anode der Tunneldiode geerdet ist, tritt also an ihrer Kathode eine Spannung von etwa — 500 mV auf. Dieses Potential von — 500 mV wird natürlich den Anoden der R Ausgangsdioden 354 zugeleitet, so daß dort ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel auftritt. Da die Tunneldiode eine bistabile Vorrichtung darstellt, bleibt der Pegel des Ausgangssignals so lange unverändert, bis der Rückstellimpuls zur Taktzeit tS angeschaltet wird. Wie oben ausgeführt wurde, bewirkt dieser positive Rückstellimpuls die Umschaltung der Tunneldiode 352 von ihrem Zustand hoher Spannung in den Zustand niedriger Spannung, so daß sich an ihrer Kathode das Potential von

— 50OmV in — 5OmV ändert. Dieses Potential von

— 50 mV wird an die Kathoden der R Ausgangsdioden 354 gelegt, wodurch ein Ausgangssignal mit hohem Pegel erscheint. Wie ersichtlich ist, stellt die Eingangsdiode 338 mit der Anschaltung des Einstellimpulses zur Taktzeit ti einen geringen Durchlaßwiderstand dar, da das von der Stufe P' bereitgestellte Ausgangssignal einen hohen Pegel, d. h. +500 mV, aufweist. Mit dem Anlegen des negativen Einstellimpulses fließt daher Strom durch die Eingangsdiode und die Diode 344 zur Taktquelle 346; die Tunneldiode 352 wird also nicht beeinflußt. Zwar kann in Wirklichkeit ein kleiner Strom durch die Tunneldiode fließen; dieser Strom ist jedoch so schwach, daß die Tunneldiode nicht umgeschaltet wird. Das Ausgangspotential an der Kathode der Tunneldiode 352 beträgt daher auch weiterhin —50 mV. Der zur Taktzeit 19 angelegte Rückstellimpuls wird natürlich nicht benötigt, da die Tunneldiode nicht von ihrem Zustand hoher Spannung in den Zustand niedriger Spannung umgeschaltet werden muß. Die Werte und Parameter der einzelnen Bauelemente sind lediglich als Beispiel gedacht. An der Schaltungsanordnung können daher Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Erfindungsgedanken wesentlich abweichen zu müssen. Bestimmte Weiterbildungen werden in der in F i g. 5 gezeigten Schaltung vorgeschlagen.

Die P- und iV-Stufen stellen also eine typische Komplementär-UND-ODER-Schaltung dar. Darüber hinaus wird von der F-Stufe die Arbeitsweise der

Umschalten der Tunneldiode nicht ausreicht. Stellt dagegen die Eingangsdiode einen geringen Durchlaßwiderstand dar, so verläuft der Stromweg für einen von der Impulsquelle 534 bereitgestellten Einstell-5 impuls von der Spannungsquelle 506 zur Impulsquelle 534 über den Widerstand 504, die Eingangsdiode 512, die Tunneldiode 530 und den Widerstand 536. Wie oben beschrieben wurde, wird über diesen Stromweg der durch die Tunneldiode fließende

normalen P-Stufe invertiert. Die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung stellt also eine UND-ODER-Schaltung sowie eine NODER-Gabelschaltung dar.
F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
vorgeschlagenen logischen Schaltungsanordnung. In
diesem Ausführungsbeispiel haben die Bauelemente,
weiche den in F i g. 3 gezeigten Bauelementen gleich
sind bzw. gleichen Funktionen dienen, die gleichen
letzten Ziffern; lediglich die erste Ziffer ist nicht eine
Eins, sondern eine Fünf. So ist beispielsweise die io Strom beträchtlich erhöht, so daß diese von ihrem Tunneldiode der StufePl in Fig. 3 mit 300 be- Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher zeichnet, während die gleiche Diode in der Stufe Fl Spannung umgeschaltet wird. Durch diese Umschalgemäß F i g. 5 mit Tunneldiode 500 bezeichnet ist. tung der Tunneldiode ändert sich auch das an ihrer An Stelle der in Fig. 3 getrennt dargestellten Ein- Kathode auftretende Potential von etwa — 50 mV stell- und Rückstelltaktquellen wird in Fig. 5 eine 15 in etwa —500mV. Auch hier wird das aus der bipolare Taktquelle benutzt, die mit der zugeord- Spannungsquelle 542 und der Diode 540 beneten Schaltungsstufe über einen Widerstand ver- stehende Klemmglied während der Rückstellung bunden ist. Die in F i g. 5 gezeigte Schaltung arbeitet der Tunneldiode und der Steuerung der Tunnelnach dem gleichen Prinzip wie die Schaltung nach diode 500' benutzt. Die Arbeitsweise des in Fig. 5 Fig. 3. Ein weiterer Unterschied zwischen den 20 dargestellten Klemmgliedes ist der in Fig. 3 ähnbeiden Ausführungsbeispielen besteht darin, daß lieh.

zum Ausführungsbeispiel in F i g. 3 eine Invertier- Bei der Beschreibung der Arbeitsweise der Schalstufe Pl gehört, welche die Signale der P-Stufe tungsanordnung kann das in Fig. 6 gezeigte Zeitinvertiert, während Fig. 5 eine InvertierstufeN' diagramm mit dem in Fig. 4 gezeigten Diagramm zeigt, welche die Signale der JV-Stufe invertiert. Zum 25 verglichen werden. Wie aus diesen Diagrammen er-Zweck der Beschreibung zeigt F i g. 5 die in Reihe sichtlich ist, sind die zeitlichen Beziehungen zwischen liegenden Stufen Pl, N', Pl und Nl. Wie bereits den Taktquellen A, B, C und D, welche die Taktoben ausgeführt wurde, ist die StufePl in Fig. 5 impulse für die einzelnen Stufen liefern, denen in mit der in Fig. 3 gezeigten StufePl identisch. In Fig. 4 ähnlich. Außerdem ist auch das der StufePl gleicher Weise entspricht die StufeP2 in Fig. 5 30 zugeführte willkürliche Signal dem Eingangssignal sowohl in ihrer Anordnung als auch in der Arbeits- zur StufePl in Fig. 3 ähnlich, d.h., das Eingangsi signal Pl weist während der Taktzeiten ti... ti

einen hohen Pegel (-5OmV) auf. Zu dieser Zeit wird das Eingangssignal Pl dann auf seinen nied-

weise der in Fig. 3 und 5 dargestellten Stufe Pl. Zur Unterscheidung der in den Stufen Pl und P2 verwendeten Bauelemente werden die Bauelemente

der Stufe P2 mit den gleichen Bezugszeichen und 35 ngen Pegel (-50OmV) umgeschaltet, auf dem es

bi Tki 7 blib Z Tki7 bi 8

einem Strich versehen. Die Stufe N 2 in Fig. 5 ist identisch mit der StufeNl der Fig. 3. In Fig. 5 wird also keine Stufe P' verwendet, sondern an Stelle der in Fig. 3 dargestellten StufeNl eine Sf ' i '

bis zur Taktzeit? 7 bleibt. Zur Taktzeit/7 bis i8 wird das EingangssignalPl dann wieder auf seinen hohen Pegel (-5OmV) geschaltet. Da die Stufe Pl

g g in Fig. 5 der in Fig. 3 dargestellten StufeP1 entStufe N' eingesetzt. Die Stufe N' ist im Aufbau und 4° spricht, sind auch die Ausgangssignale der beiden in der Arbeitsweise der StufeP' ähnlich; lediglich Stufen gleich, d.h., das AusgangssignalPl weist ihre Ausgangssignale weisen entgegengesetzte PoIa- während der Taktzeiten t0 . . . ti einen hohen Pegel rität auf, d. h., die Stufe N' empfängt positive Ein- auf. Dieses Signal hat insofern einen hohen Pegel, gangssignale und erzeugt negative Ausgangssignale, als das an der Eingangsdiode 502 angelegte Eingangswährend die Stufe P' negative Eingangssignale erhält 45 signal während der zur Taktzeit i0 erfolgenden An- und positive Ausgangssignale erzeugt. kopplung des positiven Einstellimpulses der Takt-

Wie Fig. 5 im einzelnen zeigt, liegt die Gallium- quellet an die StufePl einen hohen Pegel hat. Mit Arsenid-Tunneldiode 530 in der Stufe N' über einen dem Anlegen des negativen Rückstellimpulses an die Widerstand 556 an einer Klemme der Spannungs- Stufe Pl zur Taktzeit 11 wird das Ausgangssignal P1 quelle 532, welche eine gegen Erde positive Span- 50 auf seinen niedrigen Pegel (+5OmV) umgeschaltet, nung liefert. In ähnlicher"Weise ist die Kathode der Wird dann zur Taktzeit i4 ein Einstellimpuls der Tunneldiode über einen Widerstand 526 mit einer Impulsquelle A angelegt, während gleichzeitig ein Klemme einer negativen Spannungsquelle 528 ver- Eingangssignal mit niedrigem Pegel an der Stufe Pl bunden. Mit der Ankopplung eines gegen Erde erscheint, so wird die Tunneldiode 500 nicht umnegativen Einstelltaktimpulses an die Kathode der 55 geschaltet; das Ausgangssignal bleibt also auf seinem Tunneldiode 530 durch die Taktquelle 534 über den niedrigen Pegel. Zur Taktzeit t8 wird der Einstell-Widerstand 536 fließt Strom durch diese Diode. Wie impuls der Impulsquelle A erneut angelegt. Gleichim Falle der Stufe P' hängt die Größe dieses Stromes zeitig liegt diesmal jedoch ein Eingangssignal mit von dem Durchlaßwiderstand der Eingangsdiode 512 hohem Pegel an der Eingangsdiode 502. Die Tunnelab. Mit anderen Worten: Stellt die Eingangsdiode 512 60 diode 500 wird daher von ihrem Zustand niedriger einen hohen Widerstand dar. so verläuft der Strom- Spannung in den Zustand hoher Spannung umweg zwischen der Spannungsquelle 532 und der geschaltet, wodurch das an ihrer Anode bereit-Taktimpulsquelle 534 über den Widerstand 556, die gestellte Ausgangssignal gleichfalls von +5OmV auf Tunneldiode 530 und den Widerstand 536. Wie zuvor +50OmV umschaltet. Zur Taktzeit 110 wird die erwähnt wurde, kann der Strombetrag, welcher zu 65 Tunneldiode 500 dann wieder durch einen Rückstelldem normalerweise über diesen Weg durch die impuls der Taktquelle A vom Zustand hoher Span-Tunneldiode fließenden Strom hinzukommt, ver- nung in den Zustand niedriger Spannung umgeschalnachlässigt werden; er ist so schwach, daß er zum tet, worauf das an der Anode der Tunneldiode be-

reitgestellte Ausgangssignal wieder auf + 50 mV abfällt.

Das Ausgangssignal Pl wird dem Eingang der Stufe JV' zugeführt. Wie zuvor beschrieben wurde, seil die Tunneldiode zunächst in ihren Zustand niedriger Spannung zurückgeschaltet worden sein. An der Kathode und Anode der Tunneldiode 530 tritt daher jeweils ein Potential von etwa 50 mV auf. Zur Taktzeit ti wird jedoch an die Stufe JV' der Einstellimpuls der Taktquelle B gelegt. Die Anschaltung dieses Einstellimpulses erfolgt gleichzeitig mit der Ankopplung eines Eingangssignals mit hohem Pegel an die Eingangsdioden 512. Der Stromfluß durch die Tunneldiode 530 wird daher von dem Widerstand der Diode 512, der Tunneldiode 530 und des Widerstandes 536 definiert und begrenzt. Angesichts des geringen Widerstandes in diesem Kreis reicht der Strom aus, die Tunneldiode vom Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung umzuschalten. Das Potential an der Kathode der Tunneldiode 530 schaltet daher von — 50 mV auf — 500 mV und das an der Anode auftretende Potential von +5OmV auf +50OmV.

Durch das Anlegen des Rückstellimpulses der Taktquelle B zur Taktzeit 13 wird die Tunneldiode wieder rückgestellt, worauf das Ausgangssignal bzw. das Potential an ihrer Kathode wieder auf — 50 mV zurückgeht. Gleichzeitig geht auch das Potential an der Anode wieder auf + 50 mV zurück, wodurch die Diode 512 für die Ankopplung weiterer Eingangssignale vorbereitet wird. Der der Stufe JV' zur Taktzeit 15 zugeführte Einstellimpuls der Taktquelle B tritt gleichzeitig mit einem an den Eingangsdioden angelegten Eingangssignal niedrigen Pegels auf. Da die Eingangsdioden einen hohen Widerstand darstellen, wird der Stromfluß durch die Tunneldiode 530 von dem Widerstand begrenzt, den der von der Spannungsquelle 532, den Widerständen 536 und 556 sowie der Tunneldiode 530 gebildete Stromweg darstellt. Dieser einen hohen Widerstand darstellende Stromweg und der kleine Taktimpuls bewirken nur einen kleinen Strom, der nicht ausreicht, die Tunneldiode in den Zustand hoher Spannung zu schalten. Das Potential an der Kathode der Tunneldiode beträgt daher auch weiterhin —50 mV,während das an der Anode ebenfalls auf +5OmV bleibt. Der Einstellimpuls der Taktquelle B tritt zur Taktzeit 19 gleichzeitig mit einem an die Stufe JV" angelegten Eingangssignal hohen Pegels auf. Wie in den vorangegangenen Fällen stellt die Eingangsdiode jetzt einen geringen Durchlaßwiderstand dar, und der zur Tunneldiode fließende Strom reicht aus, diese vom Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung umzuschalten. An der Kathode der Tunneldiode tritt daher ein Potential von etwa — 50OmV auf. Ein Vergleich der Wellenformen in F i g. 4 und 6 zeigt, daß die Wellenformen für die Stufen JVl und JV' umgekehrt zueinander verlaufen. Die Richtigkeit dieses Wellenverlaufs ergibt sich aus der Tatsache, daß die Stufe JV' die Funktion einer iV-Stufe invertiert bzw. umkehrt.

Die Stufe P arbeitet genauso wie die Stufe Pl. So stellt der Rückstellimpuls der Taktquelle C zur Taktzeit i0 sicher, daß sich die Tunneldiode 500' im Zustand niedriger Spannung befindet. Das Ausgangssignal an der Anode der Tunneldiode beträgt daher + 50 mV. Der Einstellimpuls der Taktquelle C wird zur Taktzeit ti gleichzeitig mit einem Eingangssignal niedrigen Pegels (-50OmV) angelegt, so daß die Tunneldiode 500' nicht in ihren Zustand hoher Spannung umgeschaltet wird. Das von der Stufe Pl bereitgestellte Ausgangssignal bleibt daher auf seinem niedrigen Pegel, d.h. +5OmV. Dagegen tritt der Einstellimpuls der Taktquelle C, der zur Taktzeit 16 an die Stufe Pl gelegt wird, zusammen mit einem Eingangssignal hohen Pegels (—50 mV) auf, welches der Stufe über die Eingangsdiode 524 zugeführt

ίο wird. Durch das gleichzeitige Auftreten des Impulses und des Eingangssignals wird die Tunneldiode 500' in ihren Zustand hoher Spannung geschaltet, d. h., die Diode stellt einen großen Widerstand dar, so daß der durch den Einstelltaktimpuls bereitgestellte Strom durch die Tunneldiode fließt. Das an der Anode der Tunneldiode 500' auftretende Ausgangssignal steigt daher von +50 mV auf +500 mV. Das Ausgangspotential der Tunneldiode 500' bleibt dann so lange auf dem Pegel von +500 mV, bis zur Taktzeit ί 8 ein Rückstellimpuls von der Taktquelle C angelegt wird, worauf das Ausgangssignal der Stufe Pl auf seinen niedrigen Pegel, d. h. auf +5OmV, abfällt.

Die Ankopplung des Einstellimpulses der Taktquelle C erfolgt zur Taktzeit ilO gleichzeitig mit dem Auftreten eines Eingangssignals niedrigen Pegels. Die Tunneldiode 500' wird in diesem Fall nicht umgeschaltet, da die Diode 524 dem von der Taktquelle 508' bereitgestellten Strom einen geringen Widerstand bietet. Das Ausgangssignal der Stufe Pl bleibt daher auf seinem niedrigen Pegel.

Ein Vergleich der in F i g. 4 und 6 gezeigten Ausgangswellenform der Stufe P' bzw. Pl zeigt, daß beide Wellen die gleiche Form haben. Diese Wellengleichheit hängt damit zusammen, daß bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen die Signale und Impulse zeitlich in dieser Art zusammenfallen. Diese Beispiele sollen die Erfindung weder einschränken noch die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung einengen. Ebensowenig ist die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung auf die angeführten Beispiele beschränkt. Ein Blick auf die Zeichnungen zeigt, daß die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 aus den Stufen PNP'N aufgebaut ist, während die Schaltung in Fig. 5 aus den Stufen PN'PN besteht. In beiden Anordnungen enthalten also die beiden mittleren Stufen mindestens jeweils eine Invertierstufe. Bei den gezeigten Beispielen müssen also die Eingangssignale, die von den beiden mittleren Stufen erzeugt und der letzten Stufe zugeführt werden, identisch sein. Anders ausgedrückt, eine JVP'-Stufenkombination muß das gleiche Signal erzeugen wie eine P'JV-Stufenkombination. Natürlich können im Schaltungsbetrieb Änderungen vorgenommen werden, wodurch diese besondere Bedingung dann nicht mehr zutrifft.

Da das der StufeJV2 in Fig. 6 zugeführte Eingangssignal mit dem der StufeJV2 in Fig. 5 zugeleiteten Eingangssignal identisch ist, sind somit auch die Ausgangssignale dieser beiden Stufen identisch. Das heißt, zur Taktzeit i3 wird ein Einstellimpuls der Taktquelle D zusammen mit einem Eingangssignal niedrigen Pegels angeschaltet, worauf die Tunneldiode 552 in ihren Zustand hoher Spannung umgeschaltet wird, da die Diode 512 a' einen großen Widerstand darstellt und daher praktisch keinen Strom durchläßt. Das Ausgangspotential an der Kathode der Tunneldiode wird daher auf etwa

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— 500 mV umgeschaltet. Zur Taktzeit/8 wird die Tunneldiode dann unter dem Einfluß eines gegen Erde positiven Rückstellsignals der Taktquelle D wieder in den Zustand niedriger Spannung rückgestellt. Der zur Taktzeit ti angelegte Einstellimpuls der Taktquelle D fällt zeitlich zusammen mit der Ankopplung eines Eingangssignals mit hohem Pegel an die Stufe N 2. Diese Kombination aus Eingangssignal und Einstellimpuls bewirkt keinen Umschaltstrom in der Tunneldiode 552, da die Diode 512' einen kleinen Widerstand darstellt und der Strom daher durch diese Diode fließt. Die Spannung an der Kathode der Tunneldiode bleibt daher auf dem Pegel von -5OmV.

Die vorliegende Erfindung betrifft also eine Kornplement-UND-ODER-Schaltung sowie eine Invertierbzw. NODER-Gabelschaltung. Die einzelnen Stufen der Schaltung sowie die Ausführungsbeispiele der Gesamtschaltung fallen in den Bereich der folgenden Ansprüche; d. h., die durch die vorliegende Be-Schreibung vermittelte Arbeitsweise sowie Änderungen, welche diese Arbeitsweise betreffen, stellen die Grundlage dar für die Patentansprüche. Andererseits ist der beanspruchte Schutz jedoch nicht ausschließlich auf die gezeigten Ausbildungen der Schaltungen oder deren Stufen beschränkt. Weiterbildungen, die für den Fachmann naheliegen, sollen daher gleichfalls unter die hier vermittelte Lehre zum technischen Handeln fallen, solange das der Schaltungsanordnung zugrunde liegende Arbeitsprinzip durch derartige Weiterbildungen nicht geändert wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Realisierung logischer Funktionen mit einer Tunneldiode, einer Mehrzahl von an eine bestimmte Elektrode der Tunneldiode angeschlossenen Eingängen, einem mit derselben Elektrode verbundenen Ausgang und einem Impulsgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunneldiode (300) mit einer Stromquelle (306) verbunden ist, welche an die Tunneldiode (300) einen knapp unterhalb des Spitzenstromes liegenden Strom liefert, daß der genannte Impulsgenerator (308) Stellimpulse abgibt, welche den Arbeitspunkt der Tunneldiode (300) bei einem vorbestimmten Signalzustand an den Eingängen (302) in den positiven Ast höherer Spannung der Kennlinie verschieben, und daß mit der Tunneldiode (300) ein Rückstellimpulsgenerator (315) verbunden ist, dessen Impulse geeignet sind, den Arbeitspunkt der Tunneldiode (300) wieder in den positiven Ast niedriger Spannung der Kennlinie zurückzuverschieben.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität der Impulse des Rückstellimpulsgenerators (315) entgegengesetzt ist zur Polarität der Impulse des Impulsgenerators (308) und daß die beiden Impulsgeneratoren, die genannten Eingänge und der Ausgang mit derselben Elektrode der Tunneldiode (300) verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, geeignet zur Verwendung als UND-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge und der Ausgang mit der Anode der Tunneldiode (300) verbunden sind und daß der positive Pol der Stromquelle (306) an der Anode der Tunneldiode liegt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, geeignet zur Verwendung als ODER-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge und der Ausgang mit der Anode der Tunneldiode (300) verbunden sind und daß der negative Pol der Stromquelle (306) an der Anode der Tunneldiode liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 103 387.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen