DE1180408B - Schaltungsanordnung zur Realisierung logischer Funktionen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag: Auslegetag:

S 83549 VIII a/21 al 1. Februar 1963 29. Oktober 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Realisierung logischer Funktionen, insbesondere auf UND- und ODER-Schaltungen mit Tunneldioden. Es sind Schaltungsanordnungen zur Realisierung logischer Funktionen bekannt, welche eine Tunneldiode oder ein ähnliches bistabiles Schaltelement, mehrere Signaleingänge, von denen ein Sammelpunkt mit einer Elektrode der Tunneldiode gekoppelt ist, und einen mit der Tunneldiode gekoppelten Zeitimpulsgenerator für das Umschalten der Tunneldiode von dem Betriebszustand niedriger Spannung in den Betriebszustand höherer Spannung beim Vorliegen eines vorbestimmten Signalzustandes an den Eingängen aufweisen. Bei den bekannten Tunneldioden-Sti omkreisen in Schaltungen dieser Art sind eine Anzahl Tunneldiodenkreise über Kopplungsimpedanzen miteinander gekoppelt. Die Kopplungsimpedanzen haben im allgemeinen einen festen Impedanzwert, wobei Laststrom und Eingangsstrom vom Wert der Kopplungsimpedanz sowie vom 2° ' Betriebszustand hoher Spannung der vorhergehenden Stufe abhängen. Dadurch, daß die Kopplungsimpedanzen dem Werte nach konstant sind und Strom in jeder Richtung durchlassen, kann der Eingangsstrom

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. 134-146

Als Erfinder benannt:

Brian Elliott Sear, Oreland, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 13. Februar 1962 (173 096)

den Ausgang einer vorhergehenden Stufe geschaffen.

Deshalb ist der einzige Belastungsstrom, der fließen eine hohe Belastung auf den Stromkreis ausüben. 25 kann, M-nial so groß wie ein konstanter Strom, Dadurch, daß darüber hinaus die hohe Spannung einer wobei M die Anzahl der Ausgänge bezeichnet, die Tunneldiode abhängig von der Anforderung der von der Stufe abgezweigt sind; der konstante Strom Ausgangsbelastung um 20% schwanken kann, kann wird von einer Vorspannungsstromquelle her geliefert es sein, daß an die nachfolgende Stufe zur Erreichung und kann genau festgelegt werden. Darüber hinaus verschiedener Belastungszustände abweichende Span- 30 umfaßt die Vorspannungsquelle, die den konstanten nungen gelegt werden. Strom liefert, auch eine Zeitgebervorrichtung, welche

Gemäß der Erfindung ist in einer Schaltungs- effektiv den dem Stromkreis zufließenden Eingangsanordnung zur Realisierung logischer Funktionen strom festlegt. Auf diese Weise kann eine Tunneldiode mit einer Tunneldiode oder einem ähnlichen bistabilen geschaltet werden, so daß sie eine logische UND- oder Schaltelement, mehreren Signaleingängen, von denen 35 ODER-Funktion ausüben kann. Die Eingänge der ein Sammelpunkt mit einer Elektrode der Tunneldiode Schaltung werden mit einer Elektrode der Tunnelgekoppelt ist, und einem mit der Tunneldiode ge- diode über eine Diode verbunden, und die Ausgänge koppelten Zeitimpulsgenerator für das Umschalten werden auch von dieser Tunneldiodenelektrode abgeder Tunneldiode von dem Betriebszustand niedriger leitet. Die anderen Elektroden der einzelnen Tunnel-Spannung in den Betriebszustand höherer Spannung 40 dioden werden auf vorbestimmten Potentialen geheim Vorliegen eines vorbestimmten Signalzustandes halten, um sowohl die Arbeitsweise des Stromkreises an den Eingängen die Tunneldiode mit Vorspannungs- auf ein Maximum zu bringen, als auch die bestimmte Stromquellen verbunden, welche bestrebt sind, die logische Funktion festzulegen. Signale der Einstell-Tunneldiode in dem Zustand niedriger Spannung zu und Rückstellvorrichtungen werden an eine Elektrode halten, ferner mit der Tunneldiode ein weiterer 45 der Tunneldioden gegeben, um das Schalten dieser Generator gekoppelt, der periodisch Rückstellimpulse zu steuern. Die Einstellzeitgeberquelle liefert in für das Zurückschalten der Tunneldiode in den Verbindung mit anderen Vorspannungen ein solches Betriebszustand niedrigerer Spannung abgibt, und Potential, das die Tunneldiode in Übereinstimmung zwischen den genannten Sammelpunkt der Eingänge mit der dazu gelieferten Eingangsinformation schalten und die Tunneldiode ein Richtleiter geschaltet. 50 oder nicht schalten kann. Der Stromkreis nach der

Es wird daher im Ruhezustand ein offener Ein- Erfindung gestattet ziemlich große Toleranzen für den gangsstromkreis und damit eine hohe Impedanz für Spitzenstrom Ip, den Vorspannungsstrom Ib und den

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punkt 116 vorgespannt, dann fließt nur wenig oder gar kein Strom hindurch; wird andererseits die Diode auf den Betriebspunkt 118 vorgespannt, dann fließt Strom im beträchtlichen Ausmaß durch die Diode. 5 Der Strom Ir₁, der im Betriebspunkt 118 der Diode fließen soll, macht es erforderlich, daß die mit ihr verbundene Tunneldiode in den Bereich hoher Leistung mit einem Potential F₂ vorgespannt wird; dadurch wird die Diode am Betriebspunkt 118 in

Zeitgeber- oder Eingangsstrom Ir. Die Schaltungen und die Systeme, die diese Schaltungen benutzen, sind so konstruiert, daß diese mit der gleichzeitig angemeldeten EXKL USIV-ODER-Schaltung zusammenarbeiten können.

Die Schaltungen nach der Erfindung arbeiten schnell und erlauben große Toleranzen der Tunneldioden-Parameter und verbundenen Schaltsysteme.

Die Tunneldiodenschaltungen können in Verbindung
mit einer Stufenlogik und mit einer Logik benutzt 1° Tätigkeit gesetzt. Die in F i g. 1 C gezeigte typische werden, in der Zeitgebersignale auf logische Vorgänge Strom-Spannungs-Charakteristik einer Rückwärtsin der Schaltanordnung basieren. Sie besitzen eine diode ist nicht so bekannt wie die üblichen Dioden gute Eingangs-Ausgangs-Isolation und lassen einen oder Tunneldioden. Eine Beschreibung der Rückgroßen Eingangszeichenbereich zu. wärtsdiode ist im »Tunnel Diode Manual« zu finden,

Die Ausgangsleitung der logischen Tunneldioden- 15 das von General Electric herausgegeben ist. Die schaltung nach der Erfindung wird nicht durch Rückwärtsdiode kann als Tunneldiode betrachtet Änderungen des Zustandes hoher Spannung der werden, welche an den Stromkreis in Rückwärts-Tunneldiode beeinträchtigt. richtung angeschlossen ist, wobei ein starker Strom

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in fließt, der sich mit steigender Spannung fortlaufend

p
den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fi g. 1A bis IC eine typische Strom-Spannungs-Charakteristik der nichtlinearen Bauteile, die bei den Schaltungen nach der Erfindung benutzt werden,

F i g. 2 das Blockschema einer Ausführungsform,

erhöht. Eine Rückwärtsdiode hat einen niedrigeren Spannungsabfall als eine übliche Diode. Ferner kann eine Rückwärtsdiode als eine sehr geringe Stromkreisimpedanz angesehen werden. Die in F i g. IC gezeigte Charakteristik kann als eine um 180° gedrehte

F i g. 3 ein ideal gewähltes Schaltzeitendiagramm 25 Charakteristik einer Tunneldiode angesehen werden,

der Ausführungsform, die in F i g. 2 gezeigt ist. Wird die Strom-Spannungs-Charakteristik, die in

Die Strom-Spannungs-Charakteristik (Fig. 1) ent- Fig. IA gezeigt ist, in den dritten Quadranten gespricht der wohlbekannten üblichen Art; sie zeigt dreht, dann erscheint die Tunneldiodenkennlinie einen Betriebszustand 100 niedriger Spannung, einen allgemein als Teil der Linie 132 der Fig. IC, und der Betriebszustand 104 hoher Spannungen und den 3° sogenannte rückwärtige Bereich 134 (der in F i g. 1A Bereich negativen Widerstandes 102. Der Spitzenstrom nicht gezeigt ist) wird zur Vorwärtscharakteristik daist mit Ip bezeichnet und der geringste Strom mit Iv. durch, daß die entsprechende Polarität an den Strom-Entsprechend sind die Spitzenspannungen mit Vp und kreis geschaltet ist. Der Betriebspunkt 130 ist der die geringsten Spannungen mit V_v bezeichnet. Diese Punkt, wo die Rückwärtsdiode arbeitet, wenn ein Bezeichnungen sind auf dem Anwendungsgebiet der 35 /^j-Strom zugeführt wird.

Tunneldioden üblich. Normalerweise wird eine Tunnel- In F i g. 2 werden Blockschemen eines komplemendiode für einen besonderen Betriebszustand vorge- tären UND-ODER-Stromkreises gezeigt. Der logische spannt. Das wird durch eine Linie 106, die den UND-Kreis und der logische ODER-Kreis sind von-Dauerbelastungsstrom Ib angibt, dargestellt. Je nach einander getrennt dargestellt. Jeder dieser Stromder Funktionsart des Stromkreises, in dem die Tunnel- 40 kreise benutzt das gleiche Erfindungsprinzip und diode betrieben wird, kann die Linie 106 der Vor- arbeitet im wesentlichen gleich. Der Unterschied in der Spannungsbelastung näher an Ip als an Iv oder umge- Arbeitsweise ist der, daß die UND-Stufe es erfordert, kehrt liegen. In einer typischen Anwendungsform hat daß alle Eingänge Signale mit hohem Pegel sind, um der Dauerbelastungsstrom Ib einen Wert von 0,7 Ip. Ausgangssignale mit hohem Pegel zu erzeugen. Der Die Belastungslinie 106 gibt die Belastung im unbe- 45 ODER-Stromkreis dagegen erfordert nur, daß einer lasteten Dauerbetriebszustand an. Wenn eine Aus- der Eingänge ein Zeichen mit hohem Pegel führt, um gangsbelastung an die Tunneldiode angeschlossen ist, ein Ausgangszeichen mit hohem Pegel zu erzeugen, dann verschiebt sich die Belastungslinie so, wie es Ungeachtet der Tatsache, daß der UND- und der durch eine punktierte Linie 108 dargestellt ist. Diese ODER-Stromkreis in F i g. 2 zusammen gezeigt wer-Verschiebung entspricht dem Belastungsstrom, der 50 den, arbeitet jeder der beiden Kreise auch einzeln von der Last gezogen wird. Dieser Strom ist nicht ebenso,
mit dem Vorspannungsstrom Ib identisch. Die an der
Tunneldiode auftretende hohe Spannung verschiebt
sich von F₂ bis F₂', wenn der Belastungsstrom gezogen wird. Es ist somit zu erkennen, daß das Potential 55 und mit einer Endklemme eines Widerstandes 202 am Ausgang des Tunneldiodenkreises verändert wer- verbunden. Der Widerstand 202 hat die Größenden kann. Die Veränderung wird AVh bezeichnet,

iV-Eingangsdioden 200 sind so gepolt, daß ihre Kathoden mit Eingangsklemmen 250 verbunden sind. Die Anoden der Eingangsdioden 200 sind miteinander

Ordnung von 1500 Ohm und liegt an einer Spannungsquelle 204. Die Spannungsquelle 204 kann irgendeine übliche Ausführungsform haben und liefert

wobei Vh die Differenz zwischen Vv und F₂ ist.
Dadurch, daß A Vh mit der Belastung variiert, ist es
wünschenswert, die Zahl der äußeren Belastungen, 60 Spannung von +10 V. Die Anode der Diode 206 ist durch welche Strom aus dem Tunneldiodenkreis mit der Anode der Diode 200 und mit der Klemme gezogen wird, auf ein Minimum zu reduzieren. des Widerstandes 202 verbunden. Die Kathode der Die in F i g. 1B gezeigte typische Strom-Spannungs- Diode 206 ist mit der Einstellimpulsquelle 208 verCharakteristik einer Diode ist allgemein bekannt. Die bunden. Die Zeiteinstellimpulsquelle 208 kann eine besitzt einen Bereich 112 schlechter Leitfähigkeit und 65 übliche Ausführungsform haben, die in der Lage ist, einen Bereich 114 guter Leitfähigkeit, die effektiv am eine Sinuswelle mit gleichgerichteter Halbwelle zu Kurvenknie 110 aneinanderstoßen. Wird die Diode liefern, welche z. B. mit Gleichspannung vorgespannt unterhalb des Kurvenknies, wie z. B. auf den Betriebs- ist und eine Grundlinie mit einer Spannung von etwa

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—500 mV und einer Spitzenspannung von etwa Standes 240 ist mit der Spannungsquelle 242 verbun- +500 mV liefert. Die Zeitimpulsquelle dient dazu, den, welche jeder üblichen Ausführungsart enteine Prüfung der Eingangsdioden 200 zwecks Be- sprechen kann, die eine im wesentlichen konstante Stimmung des Pegels des Eingangssignals zu ermög- Spannung von etwa — 10 V liefern kann. Darüber liehen. An die gemeinsame Verbindungsstelle 252 ist 5 hinaus können die Potentialquellen 230 und 242 tatauch die Anode der Rückwärtsdiode 210 angeschlos- sächlich dieselbe Spannungsquelle sein. Die Rückstellsen. Die Kathode der Rückwärtsdiode 210 ist mit der diode 244 ist mit ihrer Kathode mit der gemeinsamen Verbindungsstelle 254 verbunden. Mit der gemein- Verbindungsstelle 258 verbunden. Die Anode der samen Verbindungsstelle 254 ist auch die Anode der Rückstelldiode 244 ist mit der Rückstellzeitimpuls-Tunneldiode 212 verbunden, deren Kathode an Erde ¹⁰ quelle 246 verbunden, die jede übliche Ausführungsgelegt ist. Als Tunneldiode kann eine Tunneldiode form haben kann, die es ermöglicht, eine Grundverwendet werden, welche einen Strom Ip von etwa spannung von etwa —500 mV und einen periodischen 20 mA hat. Ein Widerstand 214, der etwa 700 Ohm Impuls von +500 mV Spitzenspannung zu liefern, haben kann, ist einerseits an die Verbindungsstelle 254, Auch hier können die Einstellquelle 234 und die andererseits an die Spannungsquelle 216 angeschlossen. ¹S Rückstellquelle 246 gleichgerichtete Halbwellen von Die Spannungsquelle 216 soll eine im wesentlichen Sinuswellen oder ein Hochfrequenzerzeuger sein, konstante Spannung von etwa +10V liefern. Die Die Ausgangsklemmen 248 sind ebenfalls mit der Spannungsquellen 204 und 216 können auch eine gemeinsamen Verbindungsstelle 258 verbunden. Die Signalquelle einschließen. Die Rückstelldiode 218 ist M Ausgänge sind nicht auf die gezeigten zwei Ausmit einer Anode an einer gemeinsamen Verbindungs- ²⁰ gangsklemmen 248 beschränkt. Genau wie es bei dem stelle 254 angeschlossen. Die Kathode der Rückstell- UND-Stromkreis der Fall ist, ist die Zahl der Ausdiode 218 ist an die Rückstellzeitimpulsquelle 220 an- gänge, welche vom ODER-Stromkreis gegeben werden, geschlossen. Als Rückstellzeitimpulsquelle kann jede von der Stromlieferungsleistung der Tunneldiode 238 Quelle dienen, die der Einstellzeitimpulsquelle 208 abhängig. Das Signal des Ausganges 2 in dem Zeitähnlich ist und eine Spannung von etwa +500 mV ²5 diagramm der F i g. 3 wird von einer der Ausgangsund einen Einstellzeitimpuls von etwa — 500 mV als klemmen 248 der F i g. 2 gegeben.
Maximalwert liefern kann. Dieses Rückstellnetzwerk Die Funktion der in F i g. 2 gezeigten Schaltkreise

wird benutzt, um die Tunneldiode 212 in den Niedrig- wird leichter verständlich, wenn diese unter Bezugspannungsbetriebszustand zurückzuschalten. M Aus- nähme auf das Schaltzeitendiagramm der F i g. 3 gangsklemmen 222 sind mit der gemeinsamen Ver- 3o erörtert wird. In F i g. 3 sind die Wellenformen bindungssteile verbunden; an ihnen werden Ausgangs- mittels quadratischer Impulse veranschaulicht. Diese zeichen vom UND-Schaltkreis gegeben. Obgleich nur Impulse sind idealisierte Wellenformen, die sofortige zwei Ausgangsleitungen gezeigt sind, hängt die Anzahl Anstiegs- und Abfallzeiten sowie ein sofortiges Ander M Ausgänge nur von dem an der Tunneldiode sprechen aller Komponenten zeigen. Die Betriebsverfügbaren Belastungsstrom ab, der von der Dioden- 35 weise des Schaltkreises ist nicht auf die Benutzung art und den wirksamen Parametern bestimmt wird, solcher Signale beschränkt, noch muß in praktischen wie das unter Bezugnahme auf Fig. IA beschrieben Ausführungen das Ansprechen genauso erfolgen. Die wurde. Der Einfachheit halber ist der Ausgang des zugrunde liegenden Funktionen sind jedoch aus den UND-Schaltkreises in dem Zeitdiagramm der F i g. 3 Diagrammen leicht zu ersehen. Das Einstellsignal 1 als Ausgang 1 bezeichnet. 40 und das Rückstellsignal 1 sind die Einstell- und Rück-

Der in F i g. 2 gezeigte ODER-Schaltkreis besitzt Stellsignale der UND-Kreis Torschaltungen. Das Ein- N Eingangsklemmen 224. Die Eingangsklemmen 224 Stellsignal 2 und das Rückstellsignal 2 sind Einstellsind mit den Anoden von Eingangsdioden 226 ver- und Rückstellsignale der ODER-Torschaltung. Das bunden. Die Kathoden der Eingangsdioden sind mit- Eingangssignal ist ein willkürliches Signal, welches einander und mit einer gemeinsamen Verbindungs- 45 auf die in F i g. 2 gezeigte Eingangsklemme 250 überstelle 256 verbunden. Ein Widerstand 228, der tragen wird. Die Signale der Ausgänge 1 und 2 werden 1500 Ohm haben kann, ist einerseits mit der gemein- von den in F i g. 2 gezeigten Punkten 222 bzw. 248 samen Verbindungsstelle 256, andererseits mit einer gegeben. Die Plus- und Minus-Symbole (+, —), die Spannungsquelle 230 verbunden. Die Spannungs- bei jeder Wellenform hinzugefügt sind, zeigen nicht quelle 230 kann jede Spannungsquelle üblicher Aus- so unbedingt die Polarität eines Signals an, sondern führungsform sein, die eine im wesentlichen konstante lediglich, ob es sich um ein Signal mit hohem bzw. Spannung von etwa —10 V hat. Ferner ist mit der niedrigem Pegel handelt. Zum Zeitabschnitt /0 ist das gemeinsamen Verbindungsstelle 256 die Kathode der Eingangssignal ein Signal mit niedrigem Pegel. Ein Einstelldiode 232 verbunden. Die Anode der Diode 232 Signal mit niedrigem Pegel ist ein Signal von etwa ist mit einer Einstellzeitimpulsquelle 234 verbunden, 55 —500 mV. Daher beträgt die Spannung an den Kadie jede übliche Ausführungsform haben kann, thoden der Eingangsdioden etwa —500 mV. Ferner welche eine Grundspannung von etwa +500 mV und ist das Rückstellsignal 1 ein Signal mit niedrigem einen periodischen Impuls von — 500 mV Spitzen- Pegel oder ein — 500-mV-Signal, durch das die Tunnelspannung liefert. Die Kathode der Rückwärtsdiode 236 diode 212 auf den Betriebszustand der niedrigen ist auch an die gemeinsame Verbindungsstelle 256 6o Spannung zurückgeschaltet wird, wobei die Spannung angeschlossen. Die Anode der Rückwärtsdiode 236 ihrer Anode bei etwa +50 mV liegt. Wenn das ist an die gemeinsame Verbindungsstelle 258 ange- Rückstell-1-Signal auf den hohen Pegel oder +500 mV schlossen. Ferner ist auch die Kathode der Tunnel- schaltet, dann verbleibt das Potential der Tunneldiode 238, deren Anode an Erde gelegt ist, an die diode 212 auf niedrigem Pegel. Das heißt, das Anlegen gemeinsame Verbindungsstelle 258 angeschlossen. Ein 65 des — 500-mV-Signals an die Kathoden der Eingangs-Ende des Vorspannungswiderstandes 240, welcher dioden 200 bewirkt, daß die besagten Dioden vorwärts etwa 700 Ohm hat, ist an die Verbindungsstelle 258 vorgespannt werden. Da dabei ein Spannungsabfall angeschlossen. Eine weitere Klemme des Wider- von etwa 250 mV entsteht, verbleibt bei der gemein-

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samen Verbindungsstelle 252 eine Spannung von ungefähr —250 mV. Ist die Anode der Tunneldiode 212 auf den +50-mV-Pegel zurückgeschaltet, dann ist die Rückwärtsdiode 210 rückwärts vorgespannt und trennt. Folglich kann kein Strom durch die Rück- £ wärtsdiode 210 fließen. Somit fließt der Vorspannstrom Ib von etwa 14 mA von der Quelle 216 durch den Widerstand 214 und die Tunneldiode 212 zur Erde. Ebenfalls fließt ein Strom von etwa 6 mA von der Quelle 204 durch den Widerstand 202 und die " Diode 206 zur Quelle 208. Wie zuvor beschrieben, ist der Fluß des 14-mA-Stromes durch die Tunneldiode 212 nicht ausreichend, um die Tunneldiode 212 in den Betriebszustand der hohen Spannung zu versetzen. *5

Wenn das Einstell-1-Signal während des Zeitabschnittes ti auf den hohen Pegel schaltet, dann wird eine Spannung von etwa +500 mV an die Kathode der Diode 206 gelegt. Da die gemeinsame Verbindungsstelle 252 tatsächlich auf die —250-mV-Spannung durch die an die Eingangsdioden 200 gelegte —500-mV-Spannung gelegt ist, ist die Diode 206 rückwärts vorgespannt. Jedoch fließt der Strom, der früher durch die Diode 206 ging, jetzt durch die Eingangsdioden 200. Im Zeitabschnitt /5 schaltet das willkürliche Eingangssignal von niedrigem Pegel zu hohem Pegel. Das heißt, das Potential, das an den Eingangsklemmen 250 liegt, schaltet auf eine Spannung von etwa —50 mV. Das Rückstellsignal, das im Zeitabschnitt t6 auf den Schaltkreis gegeben wird, kommt dadurch nicht zur Geltung, daß die Tunneldiode 212 sich bereits im Betriebsbereich der niedrigen Spannung befindet. Theoretisch fließen der 6-mA-Strom und der 14-mA-Strom durch den zuvor beschriebenen Weg des Schaltkreises. Wenn der Einstellimpuls 1 im Zeitabschnitt ti gegeben wird, dann schaltet die Spannung an der Kathode der Diode 206 auf +500 mV. Da die Kathoden der Eingangsdioden 200 nunmehr tatsächlich bei —50 mV liegen, versucht die Spannung an der Anode der Diode 206 und der gemeinsamen Ver- bindungssteile252 auf +75OmV anzusteigen (d.h. das +500-mV-Signal, das an die Kathode der Diode angelegt ist, plus der 250 mV Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung, der an ihr auftritt). Die Kathode der Rückwärtsdiode 210 ist jedoch tatsächlich auf die —50-mV-Spannung festgelegt. Angenommen, der Vorwärtsspannungsabfall der Rückwärtsdiode liegt bei 50 mV, dann beginnt die Rückwärtsdiode 210 leitend zu werden, wenn das Potential an der gemeinsamen Verbindungsstelle 252 sich +10OmV nähert. Die Diode 206 bleibt daher rückwärts vorgespannt durch die an ihre Anode angelegten Potentiale. Daher werden die Diodenwege der Dioden 200 und der Diode 206 sperren. Demzufolge fließt der von der Quelle 204 über den Widerstand 202 erzeugte Strom durch die Rückwärtsdiode 210 zur Tunneldiode 212. Da der Vorspannungsstrom von etwa 14 mA zu der Tunneldiode 212 in dem Zeitpunkt geleitet wird, wenn der zusätzliche Strom auftritt, reicht die Summe der durch die Tunneldiode 212 fließenden Ströme von etwa 20 bis 21 mA aus, um die Tunneldiode vom Zustand der niedrigen Betriebsspannung auf den Zustand der hohen Betriebsspannungen zu schalten. Wenn die Tunneldiode auf den Betriebszustand der hohen Spannung schaltet, dann springt das Potential ihrer Anode auf +500 mV. Damit schaltet das Signal des Ausganges 1 im Zeitabschnitt ti auf den hohen Pegel.

Das Signal des Ausganges 1 wird an den ODER-Schaltkreis gegeben und ist als Eingangszeichen desselben zu behandeln. Somit ist das Signal des niedrigen Pegels ein +50-mV-Signal und das Signal des hohen Pegels ein +500-mV-Signal. Die vom ODER-Ausgang gelieferten Ausgangssignale zwischen den Zeitabschnitten t0 und ti sind als Signale mit hohem Pegel dargestellt. In diesem Falle ist das Signal mit hohem Pegel ein — 50-mV-Signal, welches vom ODER-Schaltkreis abgegeben wird, gegenüber dem Signal mit niedrigem Pegel von etwa —500 mV. Im Zeitabschnitt ti schaltet das Rückstellsignal 2 auf +500 mV, und dadurch schaltet die Tunneldiode 238 auf den Betriebszustand niedriger Spannung, wodurch ein Spannungsabfall von etwa 50 mV an ihr auftritt. Wenn die Tunneldiode in diesem Zustand arbeitet, gewährleistet sie, daß das Potential ihrer Anode und der gemeinsamen Verbindungsstelle 258 etwa —50 mV beträgt, d. h. ein Abfall von 50 mV zum Erdpotential, auf das sie bezogen wird, besteht, Somit fließt ein 14-mA-Vorspannungsstrom durch die Tunneldiode 238, der durch Widerstand 240 und Spannungsquelle 242 begrenzt wird. Ferner sei angenommen, daß ein Strom von 6 mA durch die Diode 232 und Widerstand 228 zur Spannungsquelle 230 fließt, der durch die Quelle 230 und den Widerstand 228 festgelegt ist. Mit Anlegen des Einstellsignals 2 in dem Zeitabschnitt t3 wird ein Potential von etwa —500 mV an die Anode der Diode 232 gelegt. Da die Anode der Eingangsdiode 226 auf +50 mV liegt, versucht die Spannung der gemeinsamen Verbindungsstelle 256 dem zweiten Einstellimpuls zu folgen. Das Potential der gemeinsamen Verbindungsstelle 256 hat die Neigung, auf —750 mV zu schalten (d. h. zur —500-mV-Spannung, die der Anode 232 geliefert wird, plus 250 mV Spannungsabfall, der an ihr auftritt). Wenn sich jedoch die Spannung der Verbindungsstelle 256 — 100 mV Spannung nähert, wird die Rückwärtsdiode leitend gemacht. Das heißt, die Rückwärtsdiode 236 erzeugt einen 50-mV-Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung, und die gemeinsame Verbindungsstelle wird auf etwa —50 mV gehalten. Da die Eingangsdiode 226 und die Einstelldiode 232 jetzt trennen, muß der aus Spannungsquelle 230 und dem Widerstand 228 gebildete, im wesentlichen Konstantstromquelle benötigte Strom von der Tunneldiode 238 und der Rückwärtsdiode 236 geliefert werden. Mithin muß jetzt außer dem Vorspannstrom von 14 mA, der in Verbindung mit der Potentialquelle 242 und Widerstand 240 entnommen wird, der von der beschriebenen Konstantstromquelle benötigte Strom von 6 mA auch durch die Tunneldiode 238 hindurchgehen. In Übereinstimmung mit wohlbekannten Stromberechnungsgesetzen addieren sich diese Ströme, und der Strom durch die Tunneldiode 238 hat etwa 20 bis 21 mA. Dieser Strom wurde zuvor als ausreichend berechnet, um die Tunneldiode auf den Spannungsbereich hoher Spannung zu schalten. Im Betriebsbereich hoher Spannung beträgt der Spannungsabfall bei der Tunneldiode 238 etwa 500 mV. Folglich zeigt die Spannung der Kathode und der Verbindungsstelle 258 auf eine Spannung von etwa —500 mV. Deshalb schaltet das Signal des Ausgangs 2 vom —50- auf den —500 mV-Pegel im Zeitabschnitt t3. Wenn das Rückstellsignal 2 im Zeitabschnitt tS gegeben wird, wird ein +500-mV-Signal an die Anode der Diode 244 gegeben, wodurch die Kathode dieser Diode eine Spannung von +250 mV annimmt. Dieses Rückstellsignal läßt die Diode 238 vom Betriebs-

bereich hoher Spannung auf den Bereich niedriger Spannung umschalten. Dieses Rückstellen der Tunneldiode erfolgt auf der Grundlage der Reduzierung des an ihr auftretenden Potentialabfalles unter die Tiefstspannung bzw. dadurch, daß im Gegensatz zu einer ausreichenden Stromlieferung an die Belastung 248 der durch die Tunneldiode abgenommene Strom unter den Minimumstrom Iv abfällt. Auf alle Fälle schaltet das Ausgangssignal im Zeitabschnitt i8 von —500 mV auf -50 mV.

Es ist zu erkennen, daß das Ausgang-1-Signal (das Eingangssignal zu der ODER-Stufe) vom +50-mV-Pegel auf den +500-mV-Pegel im Zeitabschnitt ti schaltet. Wenn folglich das Einstellsignal 2 im Zeitabschnitt t9 an die ODER-Stufe gelegt wird, wird der gemeinsame Verbindungspunkt 256 tatsächlich durch das Eingangssignal auf die +250-mV-Spannung festgelegt. Dadurch wird die Diode 232 in Sperrichtung vorgespannt und trennt. Deshalb erfolgt der Stromfluß zur Quelle 230 über die Eingangsdiode 226. Da die Rückwärtsdiode 236 trennt, verbleibt der Fluß durch die Tunneldiode 238 bei 14 mA, und die Tunneldiode wird nicht auf den Bereich der Vorwärtsspannung geschaltet. Folglich verbleibt das Signal des Ausganges 2 auf dem — 50-V-Pegel, nachdem das Ein-Stellsignal 2 im Zeitabschnitt t9 gegeben worden ist. Im Zeitabschnitt il2 schaltet das Ausgangssignal 1 (Eingangssignal 2) wieder auf niedrigen Pegel oder +50 mV. Dieses Signalschalten hat insofern keinen Einfluß auf das System, als die Einstellquelle 234 weiterhin ein — 50-mV-Signal über die Diode 232 liefert. Auch das Rückstellsignal 2, das im Zeitabschnitt il4 gegeben wird, hat keinen Einfluß auf das Signal des Ausganges 2, da die Tunneldiode 213 im Betriebsbereich der niedrigen Spannung zurückgeschaltet geblieben ist. Wenn das Einstellsignal 2 im Zeitabschnitt /15 gegeben wird, dann erfolgt die zuvor in Hinblick auf den Zeitabschnitt i3 beschriebene Schaltkreisfunktion, und die Tunneldiode 238 muß den überschüssigen Strom durch die Rückwärtsdiode 236 leiten, wodurch die Tunneldiode 238 auf den Betriebszustand der Vorwärtsspannung geschaltet wird und die Signale am Ausgang 2 vom —50- auf den — 500-mV-Pegel schalten.

Es ist somit ein logischer UND-Kreis und ein logischer ODER-Schaltkreis beschrieben worden. Jeder dieser Schaltkreise ist so beschrieben worden, daß die UND-ODER-Logik-Schaltkreise sich in der Funktion ergänzen. Das heißt, die Ausgänge des UND-Schaltkreises können den Eingangsklemmen des ODER-Schaltkreises zugeführt werden, und umgekehrt. Es versteht sich natürlich, daß ein Kaskadennetz unter Verwendung dieser UND- und ODER-Schaltkreise geschaffen werden kann, das im Rahmen der in F i g. 2 gezeigten Prinzipien arbeitet. Auch eine Kombination von UND-, ODER- und EXKLUSIV-ODER Logik-Schaltkreisen kann benutzt werden, um eine vollständige Schaltkreislogik als Baustein einer Rechenmaschine zu schaffen. Die beschriebenen besonderen Komponenten und Komponentenwerte sind nur als Beispiele aufzufassen. Eine Änderung dieser Bestandteile ist so lange als im Rahmen der Erfindung stehend anzusehen, wie es sich nicht um eine grundlegende Änderung der Schaltprinzipien handelt, die in den Ansprüchen aufgeführt sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Realisierung logischer Funktionen mit einer Tunneldiode oder einem ähnlichen bistabilen Schaltelement, mehreren Signaleingängen, von denen ein Sammelpunkt mit einer Elektrode der Tunneldiode gekoppelt ist, und einem mit der Tunneldiode gekuppelten Zeitimpulsgenerator für das Umschalten der Tunneldiode von dem Betriebszustand niedriger Spannung in den Betriebszustand höherer Spannung beim Vorliegen eines vorbestimmten Signalzustandes an den Eingängen, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunneldiode mit Vorspannungsstromquellen verbunden ist, welche bestrebt sind, die Tunneldiode in dem Zustand niedriger Spannung zu halten, daß mit der Tunneldiode ein weiterer Generator gekoppelt ist, der periodisch Rückstellimpulse für das Zurückschalten der Tunneldiode in den Betriebszustand niedriger Spannung abgibt, und daß zwischen dem genannten Sammelpunkt der Eingänge und der Tunneldiode (212, 238) ein Richtleiter (210, 236) geschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitimpulsgenerator an den Sammelpunkt der Eingänge angeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtleiter aus einer Rückwärtsdiode besteht.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwärtsdiode vorwärts vorgespannt ist.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 709/293 10.64 ® Bundesdruckerei Berlin