DE1182295B - Logische Noder-Schaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT Internat. KL: H 03 k Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer: 1182295

Aktenzeichen: S 83265 VIH a/21 al Anmeldetag: 15. Januar 1963 Auslegetag: 26. November 1964

Die Erfindung betrifft eine als Baustein für ein logisches System verwendbare logische Schaltung, und zwar insbesondere eine mit hoher Geschwindigkeit arbeitende NODER-Schaltung unter Verwendung von Tunneldioden als Schaltelemente.

Es sind bereits zahlreiche Einsatzmöglichkeiten für logische Schaltungen bekanntgeworden. So werden z. B. für Elektronenrechner u. dgl. weitgehend logische Schaltungen verwendet, wobei man bestrebt ist, diese Schaltungen nach dem Baukastenprinzip »° zu entwerfen und höhere Arbeitsgeschwindigkeiten bei gleichzeitig weniger strengen Toleranzbedingungen vorzusehen. Mit der Tunneldiode ist ein Schaltelement geschaffen worden, das zur Durchführung dieser Funktionen benutzt werden kann, d. h., eine Tunneldiodenschaltung kann so ausgebildet werden, daß sie zur Durchführung einer logischen Funktion geeignet ist und in Form von logischen Bausteinen eingesetzt werden kann. Wie darüber hinaus bekannt ist, sind Tunneldioden mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Elemente, die sich zur Verwendung in logischen Schaltungen eignen. Die für Tunneldioden festgesetzten und zur Anwendung gelangenden Schaltungstoleranzen können in bestimmten Fällen gemildert werden, je nachdem, welche logische Funktion von der Tunneldiodenschaltung ausgeführt und in welcher Art Schaltung die Tunneldiode verwendet werden soll. Mit anderen Worten: Bei bestimmten Schaltungsausbildungen sind die an die Bauelemente gestellten Toleranz- und Arbeitsbedingungen weniger kritisch als bei anderen Schaltungsausbildungen.

Zu den logischen Schaltungen, welche sich für Elektronenrechner als zweckmäßig und vorteilhaft erwiesen haben, gehört die logische NODER-Schaltung. In bestimmten Schaltungsanordnungen, welche zur Ausführung der NODER-Funktion Tunneldioden benutzen, werden die einzelnen Stufen der Schaltung unter Verwendung von Übertragern miteinander gekoppelt. Bisher wurde bei diesen mittels Übertragern gekoppelten, aus Tunneldioden bestehenden logischen Schaltungen eine veränderbare Primärimpedanz zur Bestimmung der Größe des im Sekundärkreis fließenden Stromes benutzt. Diese Schaltungsausbildung hat jedoch gewisse Nachteile. So treten beispielsweise Verzögerungen auf, die bedingt sind durch den durch eine Übertragerwicklung fließenden Strom, oder aber es ergeben sich durch den Spannungsabfall an der Übertragerwicklung Schwierigkeiten mit der Signalamplitude.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit hoher Geschwindigkeit arbeitende logische Logische 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:

Thomas M. Lo Casale, Warminster, Pa.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 26. Januar 1962 (168 942)

Schaltung unter Verwendung von Tunneldioden zu schaffen, welche zur Ausführung einer logischen NODER-Funktion benutzt werden kann und bei welcher die Toleranzparameter weniger kritisch sind als bei den bekannten Anordnungen. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß bei einer logischen NODER-Schaltung mit mehreren Eingängen einem Übertrager, dessen Primärwicklung mit den Eingängen gekoppelt ist, einer Tunneldiode und mindestens einem Ausgang mit der Primärwicklung des Übertragers nichtlineare, die Impedanz des Primärkreises beeinflussende Schaltelemente verbunden sind, welche durch eine Vorspannungsquelle in nichtleitendem Zustand gehalten werden, solange kein Eingangssignal empfangen wird, und daß die Sekundärwicklung des Übertragers die Tunneldiode, Vorspannungsmittel für die Tunneldiode und ferner eine Impulsstromquelle derart miteinander verbunden sind, daß die Tunneldiode durch Impulse der Impulsstromquelle nur dann vom Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung geschaltet werden kann, wenn die in die Sekundärwicklung reflektierte Impedanz des Primärkreises verhältnismäßig hoch ist. Bei der Anordnung nach der Erfindung wird die NODER-Funktion der Schaltung dadurch realisiert, daß das Ausblenden eines konstanten Taktstromes unter dem Einfluß des Betriebszustandes einer vorhergehenden Schaltstufe erfolgt, wobei in den einzelnen Stufen Tunneldioden und Übertrager verwendet werden. In Abhängigkeit von

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dem an der Primärwicklung des Übertragers an- Der Arbeitspunkt 102 stellt den Schnittpunkt

liegenden Eingangssignal durchläuft ein Taktsignal zwischen der Arbeitsgeraden 114 und der Spannungsentweder die Sekundärwicklung des Übertragers Strom-Kennlinie im Zustand hoher Spannung dar. oder die Tunneldiode, wobei der vom Strom ge- Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, wird der wählte Weg bestimmt, ob die Tunneldiode von 5 Arbeitspunkt 102 von dem von der Versorgungsihrem einen Betriebszustand, z. B. vom Zustand quelle bereitgestellten konstanten Strom bestimmt niedrigerer Spannung, in den anderen Betriebszu- und definiert damit das Arbeitspotential Vl hoher stand, d. h. den Zustand hoher Spannung, geschaltet Spannung. Zu beachten ist, daß der Strom I_B als wird oder nicht. Die Ausgangssignale der Schaltung konstanter Strom an den Arbeitspunkten 100 und erscheinen an der einen Elektrode der Tunneldiode io 102 dargestellt ist, der in Wirklichkeit nicht immer und hängen daher von der Anwesenheit oder Ab- genau konstant ist. Bei entsprechender Bemessung Wesenheit der Eingangssignale ab. der Versorgungsspannungsquellen und der ihnen zu-

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind geordneten Widerstände kann der den Tunneldioden in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen zugeführte Strom jedoch einen vernachläßigbaren

Fig. IA und IB typischen F-Z-Kennlinien für 15 Abfall zwischen den Arbeitspunkten hoher und die in der erfindungsgemäßen Schaltung benutzten niedriger Spannung aufweisen. Die Linie 118 stellt Halbleiterelemente, die Arbeitsgerade dar, wenn von der Tunneldiode

F i g. 2 A eine schematische Darstellung eines Arbeitsstrom bezogen wird. Diese Arbeitsgerade Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, schneidet das Gebiet hoher Spannung am Arbeits-

F i g. 2 B eine schematische Darstellung einer 20 punkt 116. Natürlich kann die Tunneldiode die Aus-Taktgeberanordnung, die in Verbindung mit der in gangsschaltungen so lange versorgen, wie der dabei F i g. 2 A gezeigten Schaltung verwendet werden fließende Ausgangsstrom zwischen den auf der Spankann, nungs-Strom-Kennlinie liegenden Arbeitspunkten 102 F i g. 3 ein idealisiertes Zeitdiagramm für das in und 112 liegt. Andernfalls schaltet die Tunneldiode Fig. 2A gezeigte Ausführungsbeispiel, 25 automatisch in ihren Zustand niedriger Spannung. F i g. 4 eine schematische Darstellung eines aus Eine solche automatische Umschaltung kann natürdrei Stufen bestehenden Netzwerkes unter Verwen- lieh für eine bestimmte Arbeitsweise von Vorteil dung der erfindungsgemäßen Schaltung und sein, obwohl normalerweise bei dieser Art Schaltung

F i g. 5 ein Zeitdiagramm für das in F i g. 4 dar- der »Betrieb ohne Rückstellung« bevorzugt wird. gestellte Netzwerk. 3° Fig. 18 zeigt die Spannungs-Strom-Kennlinie

Fi g. la zeigt die Spannungs-Strom-Charakteri- einer typischen Diode, wie sie in der nachstehend bestik einer typischen Tunneldiode, wie sie beispiels- schriebenen Schaltungsanordnung verwendet wird. weise in der nachstehend beschriebenen Schaltungs- Diese Kennlinie umfaßt den konventionellen Bereich anordnung verwendet werden kann. Diese Span- niedriger Leitfähigkeit 154 und den Bereich hoher nungs-Strom-Kennlinie besteht aus den üblichen 35 Leitfähigkeit 152. Diese relativen Leitbereiche sind Arbeitsbereichen, d. h. aus dem dem Zustand niedri- durch den Abbruch 150 voneinander getrennt, der ger Spannung entsprechenden Gebiet 104, aus dem den Kennlinienknick darstellt. Außerhalb dieses Abdem Zustand hoher Spannung entsprechenden Ge- bruches sind die Arbeitsbedingungen in jeder Richbiet 108 sowie der zwischen beiden Gebieten liegen- tung verschieden. Die Arbeitspunkte 156 und 158 den Zone 106 des negativen Widerstandes. Die 40 liegen in den Gebieten hoher bzw. niedriger Leit-Zone 106 kann natürlich in Wirklichkeit als nicht fähigkeit.

vorhanden angesehen werden; sie ist jedoch der Fig. 2A zeigt in schematischer Form ein AusKlarheit wegen sowie in Übereinstimmung mit der führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung. üblichen Beschreibung in das Diagramm mitaufge- In dieser Schaltung stellen die Parametergrößen nommen worden. Die Arbeitsgebiete sind effektiv 45 lediglich Beispiele dar, die zur Erläuterung des bedurch den Scheitelpunkt 110 und den Talpunkt 112 vorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung dievoneinander getrennt, wobei der Scheitelpunkt 110 nen. Sofern nichts anderes angegeben ist, befinden zwischen dem Arbeitsgebiet 104 niedriger Spannung sich außerdem sämtliche Bauelemente im Idealzu- und der Zone 106 des negativen Widerstandes liegt stand. Sämtliche Spannungsangaben beziehen sich und dabei das Strommaximum I₁, sowie das Span- 50 auf Erde. Die Eingangssignale werden von der Einnungsmaximum V₁, bestimmt, während der Talpunkt gangssignalquelle 200 angeliefert, die in der Zeich- 112 die Zone 106 des negativen Widerstandes vom nung als einzelner Block dargestellt ist. Diese einArbeitsgebiet 108 hoher Spannung trennt und das zelne Eingangssignalquelle kann jedoch in Wirklich-Stromminimum I_v sowie das Spannungsminimum V_v keit einer Anzahl von Eingangsquellen entsprechen, bestimmt. DieArbeitsgerade 114 schneidet die Span- 55 zu denen beispielsweise Schaltungen ähnlich den in nungs-Strom-Kennlinie sowohl im Arbeitsgebiet Fig. 2A gezeigten gehören können. In dem hier niedriger als auch im Arbeitsgebiet hoher Spannung. beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Eingangs-Der den Arbeitspunkt 100 darstellende Schnitt- signalquelle 200 mit der Anode einer Eingangsdiode punkt zwischen der Arbeitsgeraden 114 und der 202 verbunden, welche ein bevorzugtes nichtlineares Spannung-Strom-Kennlinie im Zustand niedriger 60 Impedanzankopplungsglied darstellt. Die Eingangs-Spannung wird durch den der Tunneldiode zugeführ- dioden 202 liegen mit ihren Kathoden am gemeinten Versorgungsstrom /_ß definiert, dessen Größe in samen Verbindungspunkt 232. Indessen sind für die der nachstehend beschriebenen Schaltung verhält- vorliegende Schaltungsanordnung η Eingänge vorgenismäßig nahe der Größe des Spitzenstroms I_P lie- sehen, so daß also η parallel geschaltete Eingangsgen sollte. Als typische Größe für /_ß kommt bei- 65 dioden 202 am Verbindungspunkt 232 liegen können. spielsweise 0,7 I_P in Betracht. Der Arbeitspunkt Ein Widerstand 206 mit einem Widerstandswert

100 bestimmt das Arbeitspotential V₁ niedriger von beispielsweise 2000 Ω liegt mit einer Klemme Spannung. gleichfalls am gemeinsamen Verbindungspunkt 232.

Die andere Klemme des Widerstandes 206 ist mit einer Spannungsquelle 204 verbunden, die etwa + 25 V liefern kann. Gleichfalls mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 232 verbunden ist die Anode der Diode 208. Die Kathode dieser Diode 208 liegt an Erde. Parallel zur Diode 208 liegt das aus einem Widerstand 210 und der Primärwicklung 212 a des Übertragers 212 bestehende Glied, wobei der einen Widerstandswert von 20 Ω aufweisende Widerstand mit einer Klemme am gemeinsamen Verbindungspunkt 232 liegt, während er mit seiner anderen Klemme am einen Ende der Primärwicklung 212 a des Übertragers 212 liegt. Als Übertrager 212 kann beispielsweise ein Übertrager verwendet werden, der ein Windungsverhältnis von 1 :1 aufweist, wobei jede Wicklung zwei Windungen umfaßt. Die Sekundärwicklung 2126 des Übertragers 212 liegt mit einer Klemme an Erde. Die andere Klemme dieser Sekundärwicklung ist mit dem einen Ende eines Widerstandes 214 verbunden. Die andere Klemme dieses Widerstandes 214, der einen Widerstandswert von 10 000 Ω hat, ist mit einer Spannungsquelle 216 verbunden, die ein zwischen 0 und +10 V veränderbares Einstelltaktsignal liefern kann. Diese Einstelltaktspannungsquelle 216 liefert die normale Impulsbasisspannung 0 sowie den Einstelltaktimpuls, der eine Amplitude von etwa +10 V hat. Zur Lieferung des Einstelltaktsignals kann ein beliebiges bekanntes Impulsformungsglied benutzt werden. Der zwischen der Primärwicklung 212 a und dem Widerstand 214 liegende Verbindungspunkt 234 ist außerdem mit der Anode der Diode 222 verbunden. Die Kathode dieser Diode 222 ist mit der Anode der Tunneldiode 224 verbunden. Die Kathode der Tunneldiode ist geerdet. Mit der Anode der Tunneldiode 224 ist außerdem die eine Klemme eines Widerstandes 220 verbunden, dessen Widerstandswert 5000 Ω betragen kann. Die andere Klemme dieses Widerstandes liegt an einer Spannungsquelle 218, die ungefähr + 20 V liefern kann. Die Anode der Rückstelldiode 226 ist mit der Anode der Tunneldiode 224 verbunden. Die Kathode der Diode 226 liegt an der Rückstellquelle 230, welche normalerweise ein Erdpotential liefert, darüber hinaus aber auch einen regelmäßig wiederkehrenden Impuls von etwa — 1 V bereitstellt. Die Siliziumdiode weist einen relativ hohen Durchbuch auf, so daß die Diode 226 nicht leitet, wenn sich die Tunneldiode 224 im Zustand hoher Spannung befindet. Ebenfalls mit der Anode der Tunneldiode 224 verbunden ist der Ausgang 228, der — ähnlich wie die Eingangsquelle 200 — einem oder mehreren Verbraucherkreisen entsprechen kann. So können m Verbraucher Signale von der vorliegenden Schaltungsanordnung erhalten, wobei m natürlich von der Ausgangsbelastbarkeit der Tunneldiode 224 abhängt.

Fig. 2B zeigt eine kleine Schaltungsänderung, die in Verbindung mit der in Fig. 2A gezeigten Schaltungsanordnung verwendet werden kann. Diese Änderung betrifft den in Fi g. 2 A von der gestrichelten Linie 260 umgebenden Schaltungsteil. So kann an Stelle einer einen Taktimpuls großer Amplitude liefernden Taktsignalquelle eine Taktgeberanordnung vorgesehen werden, bei der ein großer Taktstrom durch eine sehr kleine pulsierende Taktspannung gesteuert wird. So ist beispielsweise die Kathode der Diode 256 mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 234 verbunden, der gemäß Fig. 2A zwischen der Primärwicklung 2126 und der Diode 222 liegt. Die Anode der Diode 256 ist mit dem einen Ende eines Widerstandes 252 von 10 000 Ω verbunden, dessen anderes Ende an der Spannungsquelle 250 liegt. Als Spannungsquelle 250 kann eine im wesentlichen Gleichstrom bereitstellende Quelle vorgesehen werden, welche eine Spannung von -MOV liefert. Ebenso ist die Anode der Diode 254 mit der Anode der Diode 256 verbunden. Die Kathode der Diode 254 ist mit einer konventionellen pulsierenden Quelle 258 verbunden, die eine Basisspannung von etwa 0 und eine impulsförmige Ausgangsspannung von +1V liefert. Als Diode 256 kann beispielsweise eine Siliziumdiode verwendet werden, während sich als Diode 254 eine Germaniumdiode eignet. Beide Diodentypen unterscheiden sich voneinander dadurch, daß die Durchbruchspannung für die Germaniumdiode 254 wesentlich kleiner ist als die Durchbruchspannung für die Siliziumdiode 256. Mit anderen Worten: Liefert die Spannungsquelle 258 die etwa auf Erdpotential liegende Basispannung, wird die Diode 254 in Vorwärtsrichtung vorgespannt, so daß der gesamte von der Quelle 250 und dem Widerstand 252 bereitgestellte Strom durch die Diode 254 zur Spannungsquelle 258 fließt. Die Diode 256 wird infolge des an ihr auftretenden starken Durchlaßspannungsabfalls effektiv in Sperrichtung vorgespannt, so daß praktisch kein Strom durch diese Diode fließt. Wird die Spannungsquelle 258 dagegen auf den Spannungspegel +1V umgeschaltet, so wird die Diode 254 in Sperrichtung vorgespannt und der Stromweg geringer Impedanz somit aufgehoben. Der gesamte von der Quelle 250 und dem Widerstand 252 bereitgestellte Strom fließt daher über die Diode 256 in den übrigen Teil der Schaltungsanordnung.

Die in Fig. 2B dargestellte Taktgeberanordnung soll aufzeigen, daß an der in Fig. 2A gezeigten Schaltung Weiterbildungen durchführbar sind, die im Bereich der hier beschriebenen Erfindung liegen und sich ohne Änderung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung realisieren lassen.

F i g. 3 zeigt das Zeitdiagramm für den Betrieb der in Fig. 2A dargestellten Schaltung, wobei die Wellenformen idealisiert daxgestellt sind; d. h. in diesen Wellenformen ist der Effekt der sofortigen durch die senkrechten Anstiegs- und Abfallflanken der Impulse dargestellten Anstiegszeiten mit enthalten. Aus der Darstellung der Ausgangsimpulse ist ferner ersichtlich, daß diese Impulse gleichzeitig mit der Ankopplung geeigneter Einstellsignale erzeugt werden. Die in Fig. 2A dargestellte Schaltung arbeitet gemäß den in Fig. 3 gezeigten Wellenformen. So wird angenommen, daß die Tunneldiode 224 zunächst in den Zustand niedriger Spannung rückgestellt worden ist, so daß an ihrer Anode eine Spannung in der Größenordnung von +5OmV anliegt. Da die Diode 226 eine Siliziumdiode ist, für welche eine verhältnismäßig hohe Durchbruchspannung erforderlich ist, gelangt dieses Ausgangssignal zum Verbraucher 228. Dieses Ausgangssignal ist in F i g. 3 als Minussignal bzw. Signal mit niedrigem Pegel dargestellt. Das Minuszeichen dient natürlich nur zur Bezeichnung eines Signals mit niedrigem Pegel und muß nicht unbedingt gleichbedeutend mit einer negativen Spannung sein. Ihren Versorgungsstrom Iβ von 3 bis 4 mA bezieht die Tunneldiode 224 von der Spannungsquelle 218, welche über den

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5000 Ω Widerstand 220 eine Spannung von etwa die Eingangsdioden zum Verbindungspunkt 232 + 20 V anliefert, so daß ein Strom von etwa 4 mA fließende Strom über die Diode 208 zur Erds abfließt. Dieser Strom fließt durch die Tunneldiode fließt. Die Diode 208 beschleunigt also den Betrieb 224, da die Diode 222 in Sperrichtung vorgespannt der Schaltung. Zur Taktzeit /1 wird von der Rück- und die Diode 226 der Wirkung nach bis in das Ge- 5 stellquelle 230 ein Rückstellsignal über die Diode biet der höchsten Impedanz in Durchlaßrichtung 226 an die Tunneldiode 224 gelegt. Da sich die vorgespannt ist. Außerdem ist der gemeinsame Ver- Tunneldiode zuvor in ihrem Zustand niedriger Spanbindungspunkt 232 bis auf + 250 mV vorgespannt. nung befand, bleibt sie in diesem Zustand ebenso Diese Spannung von etwa 250 mV ergibt sich noch wie das Ausgangssignal auf seinem niedrigen Pegel aus der Beschreibung der in Fig. 4 gezeigten Aus- ¹⁰ bleibt bzw. weiterhin +5OmV beträgt. Zur Taktführungsbeispiele, kann jedoch als etwa die Hälfte zeit ti wird an die Schaltung ein Einstelltaktsignal des Tunneldioden-Spannungsminimums angesehen gelegt. Dieses Einstelltaktsignal ist positiv und wird werden, wenn eine Tunneldiode das Eingangssignal von einer der von der gestrichelten Linie 260 umfür die Eingangsstufe bereitstellen soll. Das Poten- gebenen oben beschriebenen wahlweisen Taktquellen ti al am Verbindungspunkt 232 läßt sich an Hand des 15 gehefert, wobei dieses positive Signal in jedem Fall aus den Widerständen 206 (2000 Ω) und 210 (20 Ω) an die Anode der Diode 222 und an das eine Ende bestehenden Spannungsteilers sowie an Hand der der Sekundärwicklung 212 b gelegt wird. Dieses Einvon der Quelle 204 gelieferten Spannung von +25 V Stellsignal bestimmt, ob die Tunneldiode umgeschalbestimmen. Nimmt man an, daß die Sekundärwicklung tet wird oder nicht. Mit anderen Worten: Bei An-212 a im konstanten Stromzustand einen vernach- *o schaltung des positiven Signals an die Anode der lässigbaren Widerstand aufweist, so erhält man am Diode 222 sowie an das eine Ende der Primär-Verbindungspunkt 232 die Spannung von etwa wicklung 212 b fließt der Strom in Richtung der ge- + 250 mV. Durch diese am Verbindungspunkt 232 rinsten Impedanz. Es muß also die Arbeitsimpedanz auftretende Spannung von + 250 mV wird die Diode der Primärwicklung 212 b ermittelt werden. 208 bis ungefähr auf die Durchbruchspannung ihrer 25 Wie in der Übertragertheorie bekannt ist, können Kennlinie vorgespannt. Zur Taktzeit i0 erscheint das für einen idealen Übertrager Annäherungswerte aufvon der Quelle 200 bereitgestellte beliebige Signal gestellt werden, wobei die Impedanz der Primär-(Fig. 3) als Signal mit hohem Spannungspegel. Wie wicklung mit a*R_s bezeichnet werden kann, wobei im Falle eines Ausgangssignals kann auch das Ein- a² das Windungsverhältnis und R_s die Längsimpegangssignal einen"hohen oder niedrigen Spannungs- 30 danz des Sekundärkreises bezeichnet. Wie bereits pegel haben, wobei der hohe Pegel mit + und der zuvor erwähnt wurde, beträgt das Windungsverniedrige Pegel mit — bezeichnet wird. Diese Sym- hältnis 1:1, wobei a—l. Die reflektierte Impedanz bole sind jedoch nicht unbedingt gleichbedeutend der Sekundärwicklung erscheint also lediglich als mit der Polarität des von der Eingangsquelle 200 R_s. Zur Bestimmung von R_s muß die Arbeitsweise bereitgestellten Potentials. Die hier in Betracht korn- 35 des Übertragers 212 verstanden werden. Gemäß der menden hohen und niedrigen Signalpegel betragen sogenannten »Punkte-Bezeichnung wird durch die + 500 bzw. +5OmV. Durch das Anlegen des Anschaltung eines positiven Signals an dem mit 500-mV-Signals an die Anode der Eingangsdioden einem Punkt versehenen Ende der Sekundärwick-202 werden diese Dioden effektiv bis in das Gebiet lung 212 b ein positives Potential an der mit einem ihrer Durchbruchsspannung vorgespannt. Auf diese 40 Punkt versehenen Klemme der Sekundärwicklung Weise werden diese Dioden zu Stromwegen geringer 212 a erzeugt. Diese am punktierten Ende der Impedanz, wenn an ihre Anoden eine positivere Wicklung 212 α auftretende positive Spannung zeigt Spannung bzw. an ihre Kathoden eine negativere damit von sich aus an, daß am nicht punktierten Spannung angelegt wird. Ende der Sekundärwicklung ein verhältnismäßig Durch das Anlegen von Eingangssignalen mit 45 negatives Potential vorliegt Durch den Widerstand hohem Spannungspegel fließt durch die Schaltungs- 210 fließt daher Strom, der bestrebt ist, die Spananordnung eine bestimmte Menge Durchlaßstrom, nung am Verbindungspunkt 232 zu verkleinern, so der zum Verbindungspunkt 232 gelangt. Würde daß Strom durch die Dioden 202 fließen muß, da der dieser Strom über den Widerstand 210 und die Pri- Widerstand 206 zu groß ist und dieser Widerstand märwicklung212a zur Erde fließen, so hätte dies 50 sowie die Spannungsquelle 204 eine praktisch koneine Verzögerung zur Folge. Diese Verzögerung stante Stromquelle enthalten. Bei Vorspannung der

..._o . , . , ..... , _ , L . , Diode 202 in Durchlaßrichtung ist die Impedanz

laßt sich mit der üblichen Formel _R ermitteln, wo- _der 5^^^,^ _{gering; so daß Strom durcfa}.

bei L für die hier beschriebene Übertragerart den fließen kann. Wird dagegen an die Anode der Diode Wert von 2 Mikrohenry hat, während der Wert des 55 202 ein Eingangssignal mit niedrigem Spannungs-Widerstandes — wie zuvor beschrieben wurde — pegel gelegt und die Diode dadurch in Sperrichtung _1nn, ... , . , . , J₁- _Λ L vorgespannt, so erscheint die Sekundärwicklung als 20 Ω betragt. Aus der Anwendung der Formel ^ ^ {^^ _{die etwa einem offenen} Stromkreis

ergibt sich, daß die Zeitkonstante für dieses Glied entspricht. In diesem Fall stellt die Primärwicklung

in der Größenordnung von 100 Nanosekunden liegt. 60 212 b eine sehr hohe Impedanz dar, so daß der von

Diese Verzögerung ist für mit Tunneldioden arbei- der Versorgungsquelle 216 bereitgestellte Strom

tende logische Schaltungen verhältnismäßig groß, über den Widerstand 214 und die Diode 222 zur

d.h., der übrige Teil der Schaltungsanordnung darf Tunneldiode224 fließt.

frühestens erst 100Nanosekunden nach Ankopplung Bei dem in der Taktzeit/2 in Fig. 3 dargestell-

eines Eingangskreises arbeiten, zumal mit Tunnel- 65 ten Fall weist das von der Eingangsquelle gelieferte

dioden bestückte Schaltungen heutzutage nur noch Eingangssignal während der Anschaltung des Ein-

im Nanosekundenbereich arbeiten. Die Diode 208 stelltaktsignals einen hohen Spannungspegel auf. Die

hegt daher parallel zum ÄL-Glied, so daß der durch Impedanz der Wicklung 212 b stellt daher für ein

durch diese Wicklung zur Erde fließendes Signal eine geringe Impedanz dar. Die dem Verbraucher 228 von der Tunneldiode 224 zugeführten Ausgangs^ signale werden daher nicht verändert. Zur Taktzeit i3 wird dann das von der Quelle 200 an die Schaltung gelegte einen hohen Spannungspegel (+50OmV) aufweisende Eingangssignal in ein Signal mit niedrigem Pegel (+5OmV) umgewandelt. Auf diese Weise werden die Eingangsdioden 202 in Sperrichtung vorgespannt, da an ihren Anoden eine Spannung von + 50 mV und an ihren Kathoden eine Spannung von +25OmV anliegt. Zur Taktzeit 14 wird an die Schaltung ein weiteres Rückstellsignal angekoppelt. Da die Tunneldiode 224 nicht in ihren Zustand hoher Spannung geschaltet wurde, wird sie nicht rückgestellt bzw. umgeschaltet. Das Ausgangssignal bleibt daher unverändert. Zur Taktzeit tS wird von der Taktquelle ein Einstelltaktsignal bereitgestellt. Da die Wicklung 212 b jetzt eine hohe Impedanz darstellt, fließt der Strom von der Taktquelle über die Diode 222 zur Tunneldiode 224. Dieser über die Diode 222 zur Tunneldiode fließende Strom reicht aus, die Tunneldiode aus dem Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung umzuschalten. Anders ausgedrückt: Durch die Ankopplung eines Signals mit einer Amplitude von etwa 10 V an den einen Widerstandswert von etwa 10 000 Ω aufweisenden Widerstand 214 wird ein Stromimpuls erzeugt, welcher ausreicht, die Tunneldiode 224 über ihren Arbeitspunkt 100 hinaus auszusteuern. Beim Umschalten der Tunneldiode 224 in ihren Zustand hoher Spannung wird die an ihrer Anode anliegende Spannung auf etwa 500 mV geschaltet. Dieses Signal wird dem Verbraucher 228 zugeleitet. Wie Fig. 3 zeigt, wird also das Ausgangssignal von +50 mV auf +500 mV erhöht. Das Ausgangssignal bleibt dann so lange auf diesem hohen Spannungspegel, bis das nächste Rückstelltaktsignal von der Quelle 230 angeliefert wird. Dieses negative Rückstellsignal hegt in der Größenordnung von —1V und reicht aus, die Diode 226 leitend zu machen, so daß genügend Strom durchfließt, um die Tunneldiode in ihren Zustand niedriger Spannung schalten zu können. Das Ausgangssignal wird daher zur Taktzeit /6 von +500 mV auf +50 mV verringert.

Zur Taktzeit ti wird von der Einstelltaktquelle 216 ein weiteres Einstelltaktsignal über den Widerstand 214 angeschaltet. Dieses Einstelltaktsignal wird zusammen mit einem an der Anode der Eingaogsdiode 202 anliegenden einen niedrigen Pegel aufweisenden Eingangssignal angekoppelt. Die Wicklung 212 b steÖt jetzt wiederum eine hohe Impedanz für den von der Einstelltaktquelle gelieferten Stromimpuls, dar, so daß der Strom wieder durch die Diode 222 zur Tunneldiode 224 fließt. Der Durchgang dieses Stromsignals durch die Tunneldiode 224 reicht erneut aus, die Tunneldiode in ihren Zustand hoher Spannung zu schalten, so daß das Ausgangssignal zur Taktzeit ti wieder auf den Pegel von + 500 mV geschaltet wird. Das dem Verbraucher zugeleitete Ausgangssignal bleibt dann wieder so lange auf dem hohen Spaanungspegel, bis zur Taktzeit i9 das nächste Rückstellsignal angekoppelt wird. In dieser Taktzeit wird dann das Ausgangssignal wieder auf den niedrigen Spannungspegel umgeschaltet.

Zu beachten ist, daß das von der Eingangsquelle 200 über die Eingangsdiode 202 angelieferte Eingangssignal zur Taktzeit 18 auf den hohen Spannungspegel geschaltet wird. Wird dann von der Quelle 216 das Einstelltaktsignal zur Taktzeit /10 über den Widerstand 214 angekoppelt, so stellt die Wicklung 212 b wieder eine geringe Impedanz dar, und der Strom fließt durch diese Wicklung zur Erde und umgeht dabei die Tunneldiode 224, so daß diese nicht in den Zustand hoher Spannung geschaltet wird. Das Ausgangssignal bleibt daher auf dem niedrigen Spannungspegel und wird nicht auf den hohen Spannungspegel geschaltet.

Die in Fig. 2a dargestellte Schaltung arbeitet also als NODER-Tor, da bei Ankopplung eines Eingangssignals mit hohem Spannungspegel ein Ausgangssignal mit niedrigem Spannungspegel erzeugt wird. Umgekehrt führt die Anschaltung eines Eingangssignals mit niedrigem Spannungspegel zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit hohem Pegel. Wie bereits zuvor ausgeführt wurde, können die Werte der Bauelemente sowie die Ausbildung der Schaltung geao ändert werden, ohne deshalb vom Erfindungsgedanken abweichen zu müssen.

F i g. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel besteht aus drei logischen Stufen, wobei die einzelnen Stufen jeweils mit der in Fig. 2A dargestellten Schaltung bzw. Stufe identisch sind und darüber hinaus genauso arbeiten wie die in F i g. A 2 gezeigte Stufe. Zum Verständnis der Arbeitsweise des in Fig.4 gezeigten Ausführungsbeispiels wird diese an Hand des Zeitdiagramms in Fig. 5 beschrieben. Fig. 5 zeigt die Einstell- und Rückstell-Taktsignale für die einzelnen Stufen. Die Einstelkignale sind als positive Signale dargestellt, die normalerweise eine Impulsbasisspannung 0 und eine positive Amplitude haben, während die Rückstellsignale als negative Signale gezeigt sind, welche normalerweise eine Impulsbasisspannung 0 und eine negative Amplitude haben. Das mit Eingang 1 bezeichnete Signal stellt ein willkürliches der Eingangsquelle 400 zugeführtes Signal dar, welches der Stufe 1 zugeleitet wird. Das mit Eingang 2 bezeichnete Signal stellt das Signal dar, welches dem Eingang der Stufe 2 zugeleitet wird. Die Anordnung ist so geschaltet, daß das Eingangssignal 2 das Ausgangssignal der Stufe 1 ist. Das Eingangssignal ist also mit dem von der Stufe-\ gelieferten AusgangSr signal identisch. In ähnlicher Weise stellt das Eingangssignal 3 das vpn dar Stufe 2 bereitgestellte Eingangssignal für die Stufe 3 dar und ist daher mit dem von der Stufe 2 gelieferten Ausgangssignal identisch. Das Ausgangssignal ist das von der Stufe 3 für den Verbraucher 402 bereitgestellte Signal und stellt das Ausgangssignal der Gesamtscbaltung dar. , ·. Wie in Fig. 3 sind auch m Fig. 5 die Signale idealisiert dargestellt. Das Zeililiagramm in Fig. 5 ist außerdem lediglich als Beispiel für den Betrieb der in Fig,4 gezeigten Schaltung und nicht als Einschränkung der Erfindung gedacht. Die Einstell- und Rückstellsignale müssen also nicht unbedingt so zueinander angeordnet werden, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Weiterbildungen sowie andere Kombinationen von Einstell- und Rückstellsignalen hegen im Bereich der vorliegenden Erfindung. Bei der Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltung wird angenommen, daß die einzelnen Tunneldioden der verschiedenen Stufen zunächst in ihren Zustand niedriger Spannung rückgestellt worden sind.

In der Taktzeit ί 1 weist das Eingangssignal 1, welches der Schaltung als willkürliches Signal zugeführt

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niedrigem Pegel befindet, so daß die Primärwicklung des Übertragers eine hohe Impedanz darstellt. Der Signalstrom fließt daher durch die Diode Dl und die Tunneldiode TD 1, wodurch diese in den Zustand 5 hoher Spannung geschaltet wird und am Ausgang der Stufe 2 ein Signal mit hohem Spannungspegel auftritt. Dieser hohe Spannungspegel bleibt so lange erhalten, bis die Tunneldiode TD 2 durch das zur Taktzeit i4 angeschaltete Rückstellsignal 2 wieder in ihren Zuwird, einem hohen Spannungspegel auf. Wie Fig. 5
zeigt, wird dieses Signal während der Taktzeit / 2 auf
einen niedrigen Spannungspegel gebracht. Diese Umschaltung erfolgt während der Dauer der Taktzeit ti,
da hier eine allgemeine Beschreibung gegeben werden soll und das Anlegen eines Eingangssignals zu
den genauen Taktzeiten nicht unbedingt erforderlich
ist. Das Eingangssignal 1 bleibt bis zur Taktzeit 18
auf seinem niedrigen Spannungspegel und wird dann

wieder auf den hohen Pegel geschaltet. Auch diese io stand niedriger Spannung geschaltet wird und das Umschaltung erfolgt zum Zwecke der allgemeinen Ausgangssignal damit wieder den niedrigen Span-Beschreibung wieder innerhalb eines Zeitabschnittes nungspegel erreicht. Die Einstellsignale 2 werden und nicht zur genauen Taktzeit. Wie bereits oben dann wieder zu den Taktzeiten ί 5 und i8 angelegt, ausgeführt wurde, soll die in der Stufe 1 hegende d. h. während sich die Eingangssignale 2 auf hohem Tunneldiode zunächst in ihren Zustand niedriger i₅ Pegel befinden. Der Strom fließt daher durch die Pri-Spannung geschaltet werden, so daß am Ausgang märwicklung des Übertragers Γ 2 zur Erde und um-(Eingangssignal 2) ein Signal mit niedrigem Span- geht dabei die Tunneldiode TD 2, so daß das von der nungspegel auftritt. Die Anschaltung des Einstell- Stufe 3 erzeugte Ausgangssignal nicht verändert wird. signals 1 zur Taktzeit ti erfolgt gleichzeitig mit der Zur Taktzeit ill wird das Einstellsignal 2 an die Ankopplung eines Eingangssignals mit hohem Span- 20 Stufe 2 gelegt, d.h., während das Eingangssignal 2 nungspegel. Wie bereits in Verbindung mit F i g. 2 A einen niedrigen Pegel aufweist, so daß jetzt der Strom und 2 B beschrieben wurde, fließt der von der Ein- durch die Tunneldiode TD1 fließt. Durch diesen stellquelle 1 bereitgestellte Stromimpuls über die Stromdurchgang wird die Tunneldiode in den ZuPrimärwicklung des Übertragers Γ1 zur Erde. Die stand hoher Spannung geschaltet, wodurch ein Ausr Tunneldiode TD1 wird also nicht in ihren Zustand »5 gangssignal mit hohem Pegel erzeugt wird. hoher Spannung geschaltet. Die Ankopplung des Das mit Eingangssignal 3 bezeichnete Signal wird

Rückstellsignals 1 zur Taktzeit /3 hat daher keine an die Stufe 3 angeschaltet, und das mit Ausgangs-Wirkung auf das von der Stufe 1 bereitgestellte Aus- signal bezeichnete Signal ist das Signal, welches dem gangssignal. Bei der Anschaltung des Einsteüsignals 1 Verbraucher 402 von der Stufe 3 als Ausgangssignal zur Taktzeit 14 weist das Eingangssignall einen nied- 30 zugeleitet wird. Das zur Taktzeit 11 angekoppelte rigen Spannungspegel auf. Der Übertrager stellt da- Rückstellsignal 3 stellt sicher, daß am Anfang der her im Schaltkreis eine hohe Impedanz dar, so daß Stufe 3 ein Signal mit niedrigem Pegel erscheint, da der Strom über die Diode Dl zur Tunneldiode TDl durch dieses Rückstellsignal die Tunneldiode TD 3 in fließt und diese Tunneldiode dadurch in den Zustand ihren Zustand niedriger Spannung geschaltet wurde, hoher Spannung schaltet, wodurch das Ausgangssignal 35 Die Anschaltung des Einstellsignals 3 zur Taktzeit *3 der Stufe auf den hohen Spannungspegel gebracht erfolgt zusammen mit dem Anliegen eines Eingangswird. Das Ausgangssignal der Stufe 1 bleibt so lange signals mit hohem Spannungspegel, so daß der Strom auf diesem hohen Pegel, bis es durch den nächsten durch die Primärwicklung des Übertragers Γ 3 fließt Rückstellimpuls 1 zur Taktzeit t6 wieder rückgestellt und das Ausgangssignal der Stufe 3 auf seinem niedwird. Durch dieses Rückstellsignal 1 kehrt das Aus- 40 rigen Pegel bleibt. Zur Taktzeit f 6 wird der Stufe 3 gangssignal dann wieder auf den niedrigen Span- ein Einstellsignal 3 zugeführt, d. h., während ein Einnungspegel zurück. Zur Taktzeit ti wird der nächste gangssignal 3 mit niedrigem Pegel anliegt. Durch die-Takt- bzw. Einstellimpuls an die Stufe 1 gelegt, und ses Einstellsignal wird veranlaßt, daß Strom durch die zwar während sich das Einstellsignal 1 auf seinem Tunneldiode TD3 fließt, so daß diese in den Zustand niedrigen Spannungspegel befindet. Durch dieses Ein- 45 hoher Spannung geschaltet wird und dadurch am Stellsignal 1 fließt wiederum Strom durch die Diode Ausgang der Stufe 3 ein Signal mit hohem Span-Dl und die Tunneldiode TDl, so daß diese Tunnel- nungspegel auftritt. Der hohe Pegel dieses Signals diode wieder in den Zustand hoher Spannung ge- bleibt so lange erhalten, bis zur Taktzeit 18 wieder ein schaltet wird. Am Ausgang der Stufe tritt daher wie- Rückstellsignal 3 angekoppelt wird, wodurch am Ausder ein Signal mit hohem Pegel auf, der so lange er- 50 gang der Stufe 3 wieder ein Signal mit niedrigem halten bleibt, bis das Signal durch das nächste Rück- Pegel erscheint Zur Taktzeit f 9 wird ein weiteres Stellsignal 1 wieder umgeschaltet wird. Dieses nächste Einstellsignal 3 angelegt, wählend gleichzeitig ein Rückstellsignal 1 wird zur Taktzeit/9 angelegt und Eingangssignal 3 mit niedrigem Pegel anliegt, wobewirkt die Umschaltung des Ausgangssignals vom durch die Tunneldiode TD 3 wieder in den Zustand hohen auf den niedrigen Pegel. Da das nächste Ein- 55 hoher Spannung geschaltet wird und am Ausgang der stellsignal 1 zur Taktzeit 110 angeschaltet wird, d. h., Stufe 3 ein Signal mit hohem Spannungspegel auftritt. während das Eingangssignal 1 einen hohen Pegel auf- Der hohe Pegel dieses Ausgangssignals bleibt dann weist, fließt der Strom durch die Primärwicklung des wieder so lange erhalten, bis zur Taktzeit ill das Übertragers T1 zur Erde und umgeht damit die Tun- nächste Rückstellsignal angelegt wird und das AusneldiodeTDl, so daß das Ausgangssignal der Stufe 60 gangssignal damit auf den niedrigen Spannungspegel auf seinem niedrigen Pegel bleibt. gelangt.

Durch die Ankopplung des Eingangssignals 2 an Wie sich aus der Beschreibung ergibt, arbeitet

die Stufe 2 tritt das mit Eingangssignal 3 bezeichnete also jede der Stufen 1 bis 3 als logische NODER-Ausgangssignal auf. Das Anlegen des Rückstell- Schaltung. Die Arbeitsweise einer einzelnen Schaltung signals 2 zur Taktzeit ti stellt sicher, daß sich die 65 wurde dabei im einzelnen im Zusammenhang mit TunneldiodeTD2 im Zustand niedriger Spannung Fig. 2A beschrieben. Wie aus der Beschreibung befindet. Das Einstellsignal 2 wird zur Taktzeifi 2 an- femer ersichtlich ist, lassen sich mehrere der in gelegt, d. h., während sich das Eingangssignal2 auf Fig. 2A gezeigten Schaltungen in Kaskade schalten,

um auf diese Weise ein logisches Netzwerk zu bilden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Logische NODER-Schaltung mit mehreren Eingängen, einem Übertrager, dessen Primärwicklung mit den Eingängen gekoppelt ist, einer Tunneldiode und mindestens einem Ausgang, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Primärwicklung (212 a) des Übertragers (212) nichtlineare, die Impedanz des Primärkreises beeinflussende Schaltelemente (208) verbunden sind, welche durch eine Vorspannungsquelle (204) in nichtleitendem Zustand gehalten werden, solange kein Eingangssignal empfangen wird, und daß die Sekundärwicklung (212 b) des Übertragers, die Tunneldiode (224), Vorspannungsmittel (218) für die Tunneldiode und ferner eine Impulsstromquelle (260) derart miteinander verbunden sind, daß die Tunneldiode durch Impulse der Impuls- ao

stromquelle nur dann vom Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung geschaltet werden kann, wenn die in die Sekundärwicklung reflektierte Impedanz des Primärkreises verhältnismäßig hoch ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinearen Schaltelemente aus einer mit der Primärwicklung (212 a) des Übertragers (212) parallel geschalteten Diode (208) bestehen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunneldiode (224) und eine mit dieser in Reihe geschaltete Diodle (222) zu der Sekundärwicklung (2126) des Übertragers (212) parallel geschaltet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten mit der Tunneldiode (224) gekoppelten Impulsgenerator (230) für das Rückstellen der Tunneldiode in den stabilen Zustand niedriger Spannung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 729/352 11.64 Q BundMdruckerei Berlin