DE1182296B - 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: 1182 296

Aktenzeichen: S 83640 VIII a/21 al

Anmeldetag: 7. Februar 1963

Auslegetag: 26. November 1964

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Realisierung logischer Funktionen. Es sind bereis derartige Schaltungsanordnungen bekannt, wdche Tunneldioden als Schaltelemente verwenden.

Die bekannten Schaltungsanordnungen mit Tunneldioden stellen erhebliche Anforderungen an die Toleranzbedingungen. Wenn auch ein Generator für konstanten Strom oder ein Widerstand od. dgl. mit extrem engen Toleranzen technisch verhältnismäßig einfach und billig herzustellen ist, verursacht jeder Versuch, den Toleranzbereich für die niedrige und hohe Spannung einer Tunneldiode über ±20%> zu verbessern, hohe Kosten. Da der einer Anzahl von in Kaskade geschalteter Tunneldiodenstufen zugeführte Eingangsstrom von einer vorauf gehenden, im Zustand hoher Spannung betriebenen Tunneldiodenstufe bereitgestellt wird und für die nächste Stufe jeweils ein Steuerstrom benötigt wird, der gegenüber dem von der voraufgehenden Stufe verfügbaren Ausgangsstrom ziemlich stark sein muß, kann eine Treiberstufe infolge der Toleranzbedingungen, die an die den zu treibenden Stufen zugeführten Eingangssignale gestellt werden, nur eine begrenzte Anzahl von Stufen treiben.

Die Erfindung bezweckt, diese Einschränkung zu beseitigen und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der die gesamte Stromverstärkung, die in der Schaltung zur Verfügung steht, optimal ausgenutzt werden kann.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch eine Schaltungsanordnung zur Realisierung logischer Fjnktionen mit einer Mehrzahl von Eingängen, einer Taktimpuls-Stromquelle, einer Tunneldiode und einem mit der Tunneldiode verbundenen Ausgang, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Taktimpuls-Stromquelle mit einem gemeinsamen Sammelpunkt der Eingänge verbunden ist, und daß eine Halbleiterdiode mit Rekombinationseffekt derart zwischen den genannten Sammelpunkt und die Tunneldiode geschaltet ist, daß während des Auftretens eines Taktimpulses Trägerladungen, die vorher bei einem vorbestimmten Potentialzustand des Sammelpunktes in die Halbleiterdiode injiziert worden sind, an die Tunneldiode abgegeben werden, um diese von einem stabilen Betriebszustand in den anderen stabilen Betriebszustand zu schalten.

Bei der Anordnung der Erfindung wird eine »Verstärkerstufe« zwischen den Ausgang der »voraufgehenden Stufe« und der als Schaltelement dienenden Tunneldiode der »nächsten Stufe« eingesetzt. Diese Verstärkerstufe enthält ein Halbleiterelement, und zwar eine Diode mit einer Rekombinations- bzw.

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 21. Februar 1962 (174 829)

Ladungsspeicherkennlinie, die als Kopplungsglied zwischen den Tunneldiodenstufen dient. Dieses Kopplungsglied stellt einen schnell ansprechenden und leicht zu steuernden Leistungsverstärker im Netzwerk zwischen dem Ausgang der voraufgehenden Stufe und der Tunneldiode der folgenden Stufe dar. Durch die vom Kopplungsglied bewirkte Leistungsverstärkung wird der Tunneldiode der nächsten Stufe Strom zugeführt, wodurch diese Tunneldiode umgeschaltet wird. Der Steuerstrom wird von einer externen Quelle geliefert, die ein starkes Signal bereitstellt, wodurch den Toleranzen der umzuschaltenden Tunneldiode Rechnung getragen und dem Eingangskreis nicht zuviel Strom entnommen wird.
Die Erfindung gestattet es, eine logische NODER-Schaltung vorzusehen. Bei der Anordnung nach der Erfindung sind die Tunneldiodenkennlinien und die geltenden Toleranzen relativ bedeutungslos für den Betrieb der Schaltung. Andererseits ermöglicht es die Erfindung, die Schaltung mit der für Tunrieldioden charakteristischen Geschwindigkeit zu betreiben.

Zwischen den Taktimpulsen einer bestimmten Phase kann ein Signalpegel als Ausgangssignal benutzt werden, wodurch eine optimale Flexibilität der Schaltung erreicht wird.

Für die Schaltungsanordnung nach der Erfindung bestehen keine Mindesverzögerungsbedingungen, und

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die Schaltung ist gegenüber Schwankungen des Taktimpulsgenerators verhältnismäßig unempfindlich.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 die Rekombinationskennlinie einer typischen Gleichrichterdiode mit Rekombinationseigenschaften,

Fig. 2 die Spannungs-Strom-Kennlinie einer typischen Tunneldiode,

dem Sperrstrom etwa entsprechend der gestrichelten Linie 106. Trotzdem tritt in einer in Durchlaßrichtung betriebenen Diode, in der sich die positiven und negativen Ladungsträger vereinigt haben, ein gewisser Sperrstrom auf, sobald die Elektroden der Diode augenblicklich umgepolt werden. Haben sich die Minoritätsträger vollständig vereinigt, z. B. am Punkt 108, so fließt auch weiterhin für eine kurze Zeit ein kleiner Strom durch die Diode. Dieser

F i g. 3 eine schematische Ansicht eines Ausfüh- io durch die Exponentialkurve 110 graphisch dar-

rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,

F i g. 4 ein Zeitdiagramm für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3,

F i g. 5 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

F i g. 6 ein Zeitdiagramm für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4,

F i g. 7 ein Blockdiagramm einer Anzahl von in Kaskade geschalteten Stufen, wie sie oben beschrieben bzw. dargestellt sind,

F i g. 8 ein Zeitdiagramm für das in F i g. 7 gezeigte Ausführungsbeispiel,

F i g. 9 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und

F i g. 10 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

F i g. 1 zeigt die typische Kennlinie einer Halbleiterdiode mit Rekombinationseigenschaften. Diese

gestellte Strom wird mit Restsperrstrom I_KL bezeichnet. Dieser Reststrom, dessen Größe durch die Exponentialkurve 110 bezeichnet ist, ist sehr gering und hängt von dem Widerstand der in Sperrichtung angeschalteten Diode ab.

F i g. 2 zeigt die typische Spannungs-Strom-Kennlinie einer Tunneldiode. Der Zustand niedriger Spannung bzw. der Spitzenspannungszustand ist durch die Linie 200 bezeichnet, welche zwischen Null und dem Spannungsmaximum V_P verläuft. Der labile Bereich bzw. die Zone des negativen Widerstandes ist durch die Linie 202 angegeben, welche zwischen dem Spannungsmaximum V_P und dem Spannungsminimum V_v verläuft. Der Zustand hoher Spannung bzw. der Durchlaßspannungszustand der Tunneldiode ist schließlich durch die Linie 204 bezeichnet, welche rechts vom Spannungsminimum verläuft. Die Widerstandslinien 206 und 250 stellen Widerstandslinien im stabilen Zustand dar und

Kennlinie ist als Strom in Abhängigkeit von der Zeit 30 schneiden die Spannungs-Strom-Kennlinie der Tundargestellt, wobei die dicke durchlaufende Linie der neldiode bei unterschiedlichen stabilen Betriebsidealisierten Charakteristik entspricht, während die zuständen. Wie ein solcher stabiler Betriebszustand gestrichelte Linie mehr die praktisch erreichbare erreicht wird, ergibt sich aus der Beschreibung von Kennlinie darstellt. Darüber hinaus können auch be- F i g. 3 und 4. Die Widerstandslinie 206 schneidet stimmte Rausch- und Klingeleffekte auftreten, die 35 die Kennlinie der Tunneldiode am Arbeitspunkt 208 jedoch aus Gründen der Vereinfachung der Schal- im Zustand niedriger Spannung und am Arbeitstung weggelassen wurden. Im einzelnen stellt die punkt 210 im Zustand hoher Spannung. Ähnliche Linie 100 den Strom dar, der durch die Diode fließt, Arbeitspunkte werden durch die Widerstandslinie wenn diese in Flußrichtung vorgespannt ist, d.h. 250 definiert. Die gestrichelten Linien 212 ... 212 e wenn an der Anode der Diode eine Spannung an- 40 stellen Arbeitswiderstandslinien (zum Unterschied liegt, die gegen die Kathode positiv ist. Wird das an von stabilen Widerstandslinien) dar, d. h., für eine die Anode der Diode gelegte Potential so um- Ausgangslast gilt die Widerstandslinie 212α, für geschaltet, daß an der Anode eine Spannung anliegt, zwei Ausgangslasten gilt die Widerstandslinie 212b, die gegen die Kathode negativ ist, so wird der durch und für drei, vier und fünf Ausgangslasten gelten die die Diode fließende Durchlaßstrom/,, im Idealfall 45 Widerstandslinien 212c, 212d bzw. 212e. Natürsofort zum Sperrstrom I_R, der durch den Linienabschnitt 102 bezeichnet ist. Dieser Sperrstrom
kommt dadurch zustande, daß die im Halbleitermaterial der Diode gespeicherten Ladungsträger

rekombinieren bzw. sich vereinigen. Anders aus- 50 weils etwas anders als die vorhergehende Linie vergedrückt: Der Sperrstrom wird dadurch hervor- laufen, wobei sich der allgemein durch die Linie 212

dargestellte Teil der Charakteristik etwas nach rechts verschiebt, so daß die Kennlinie nicht so gleichförmig verläuft, wie in F i g. 2 dargestellt ist, sondern

angeschaltet ist — die Ladungsträger lassen sich 55 vielmehr als unterbrochene bzw. abgestufte Linie erdurch den Körper in ihre richtige Position treiben. scheint. Zum besseren Verständnis und zur Ver-Unabhängig davon, wie eine solche Vereinigung nun einfachung ist jedoch die Linie 212 als gleichförmige stattfindet, fließt in der Diode ein Sperrstrom, macht gestrichelte Linie dargestellt.

man sich diese Erscheinung in einer Schaltung zu- Wie aus F i g. 2 ferner ersichtlich ist, verläuft die

nutze, so läßt sich damit eine Leistungsverstärkung 60 Widerstandslinie 212 von der Widerstandslinie 206 erzielen. Die Zeit, welche die positiven und negativen in Richtung zur Grundlinie der Charakteristik der Ladungsträger zum Vereinigen benötigen, ist um so Tunneldiode. Dieser Verlauf deutet an, daß die kürzer, je größer der Sperrstrom ist. Tunneldiode vom Zustand hoher Spannung in den

Die senkrechte Linie 104 läßt vermuten, daß die Zustand niedriger Spannung umschaltet, wenn an ihr Umschaltung der Diode augenblicklich erfolgen 6₅ eine genügende Anzahl von Ausgangsleitungen ankann. Natürlich trifft eine solche Annahme nur für geschlossen ist und auf diesen Ausgangssignale aufden Idealfall zu. In der Praxis verläuft die Ein- treten. Das nachstehend beschriebene Schaltungsschwingkennlinie zwischen dem Durchlaßstrom und prinzip beruht auf dieser sogenannten asynchronen

lieh braucht die gestrichelte Linie 212 in Wirklichkeit nicht unbedingt eine einzige durchlaufende Linie zu sein. Vielmehr können die einzelnen folgenden Linien, wie beispielsweise 212 b, 212 c usw., je-

gerufen, daß die negativen und positiven Ladungsteilchen sich bei ihrer Wanderung treffen und vereinigen oder — sofern die Diode in Sperrichtung

Arbeitsweise, muß jedoch nicht unbedingt als bevorzugtes Ausführungsbeispiel angesehen werden. Die in F i g. 1 bzw. 2 idealisiert dargestellten Kennlinien sind lediglich als Beispiel gedacht und sollen de Arbeitsweise der Schaltung nicht einschränken. So sind auch die Zahlenangaben lediglich als Anschauungswerte zum Verständnis des Betriebes der Schaltung gedacht; sie stellen also keine Grenzwerte dar, durch welche der Umfang der Erfindung begrenzt wird.

Fig. 3 zeigt das Schema eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Innerhalb der gestrichelten Linie 350 ist eine einzelne Schaltung bzw. Stufe vollständig dargestellt. Eine Eingangsvorrichtung 300 ist mit der Schaltung über Eingangsmittel, wie beispielsweise Kopplungswiderstände od. dgl., verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden als Kopplungselemente Dioden 302 verwendet, da der Einsatz von über Widerstände gekoppelten Eingängen unter Umständen praktisch begrenzt ist. Zur Vereinfachung ist die Eingangsvorrichtung 300 als ein einzelnes Element dargestellt. Dieses Element kann jedoch in Wirklichkeit einer einzelnen Eingangsvorrichtung wie auch mehreren getrennten Eingangskreisen entsprechen, die jeweils über eine eigene Diode 302 angeschlossen sind. So sind beispielsweise drei Eingangsdioden 302 vorgesehen, welche die Eingangsvorrichtung mit der Schaltung verbinden. Es müssen jedoch nicht in jedem Fall unbedingt drei Dioden vorgesehen werden; vielmehr kann die Anzahl der Dioden den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden. Diese Dioden sind so angeschlossen, daß ein gegen Erde positives Eingangssignal von der Eingangsvorrichtung über die Dioden an die restliche Schaltung übertragen wird. So sind beispielsweise die Anoden der Dioden 302 mit der Eingangsvorrichtung verbunden, während ihre Kathoden an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 330 liegen. Mit dem Verbindungspunkt 330 ist außerdem die Kathode der Diode 304 verbunden. Die Anode dieser Diode 304 liegt an einem Einstellimpulsgenerator 306. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt dieser Impulsgenerator eine konstante Stromquelle dar, die einen positiven Stromimpuls von mindestens 0,3 I_P liefern kann, wo Ip das Strommaximum für die in F i g. 2 dargestellte Tunneldiode ist. Dieses Stromsignal hängt ab von der angelegten Spannung, dem Widerstand der Schaltung, der in der Diode gespeicherten Ladung sowie der Dauer des Einstellimpulses. Der vom Impulsgenerator erzeugte Stromimpuls ist graphisch in F i g. 2 als I_CL dargestellt. Dieser Impuls definiert den Eingangsstrom I_1n in bezug auf den konstanten Strom Ι_τη. Der Impulsgenerator sollte außerdem als Hochfrequenz-Impulsgenerator ausgebildet sein. Ein einfacher Einstellimpuls stellt eine gleichgerichtete sinusförmige Halbwelle dar. Dieser Stromimpuls wird dem gemeinsamen Verbindungspunkt 330 über die Diode 304 zugeführt. Der 5000-Q-Widerstand 308 ist an einer Klemme mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 330 verbunden, während er mit dem anderen Ende an einer Spannungsquelle 310 liegt. Diese Spannungsquelle stellt eine im wesentlichen konstante Spannung von etwa —10 V bereit. Eine Rekombinations-Gleichrichterdiode 312 liegt mit ihrer Anode am gemeinsamen Verbindungspunkt und mit ihrer Kathode am Verbindungspunkt 330. Wie noch aus der Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltung ersichtlich wird, bewirkt diese Rekombinationsdiode die Zwischenverstärkung. Der Widerstand 314 mit einem Widerstandswert von beispielsweise 1000 Ω liegt mit einer Klemme am Verbindungspunkt 332 und mit der anderen Klemme an der Spannungsquelle 316. Diese Spannungsquelle 316 liefert eine im wesentlichen konstante Spannung von etwa +15 V. Ein weiterer Widerstand 318 von etwa 5 Ω liegt mit einem Ende an Verbindungspunkt 332 und mit dem anderen Ende an der Anode der Tunneldiode 320, deren Kathode geerdet ist. Die Tunneldiode wird vorzugsweise mit einem Versorgungsstrom von etwa 0,7 I_P betrieben, der von der Spannungsquelle 316 und dem mit dieser Quelle verbundenen Widerstandsglied geliefert wird. Mit der Anode der Tunneldiode 320 ist auch die Anode der Diode 324 verbunden. Die Kathode der Diode 324 liegt an einem Rückstellimpulsgenerator 322, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen gegen

ao Erde negativen Impuls liefert und dadurch einen Stromimpuls von etwa 0,7 I_P erzeugt. Dieser Stromimpuls reicht aus, um bei seiner Anschaltung an die Tunneldiode 320 über die Diode 324 die erstere vom Zustand hoher Spannung in den Zustand niedriger Spannung umzuschalten. Mit der Anode der Tunneldiode 320 und der Diode 324 ist außerdem die Ausgangsvorrichtung 328 verbunden. Wie die Eingangsvorrichtung 300 so ist auch die Ausgangsvorrichtung 328 zur Vereinfachung als Einzelelement dargestellt, d. h., sie kann in Wirklichkeit entweder eine einzige Vorrichtung sein, der alle Ausgangssignale zugeführt werden, oder sie kann aus mehreren voneinander unabhängigen Ausgangsvorrichtungen bestehen. Die Anzahl der von der Tunneldiode gesteuerten Verbraucher muß sich nicht unbedingt auf die drei in der Zeichnung dargestellten Ausgänge beschränken, sondern hängt von den Ausgängen ab, die an der Schaltung praktisch zur Verfügung stehen.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der in F i g. 3 dargestellten Schaltung wird gleichzeitig auf das Zeitdiagramm in Fig.4 Bezug genommen. Wie aus diesem Zeitdiagramm ersichtlich ist, sind der Rückstellimpuls sowie der Einstellimpuls regelmäßig wiederkehrende Impulse. Selbstverständlich muß die Schaltung nicht unbedingt mit derartigen Rückstell- und Einstellimpulsen betrieben werden. So kann beispielsweise eine Arbeitsweise angewendet werden, bei der die Einstell- und Rückstellimpulse in Abhängigkeit von einem Taktimpuls einer zugeordneten Schaltungsanordnung erzeugt werden, wodurch sichergestellt wird, daß die Einstell- und Rückstellimpulse nur in größeren Abständen angelegt werden. Wichtig ist in jedem Fall, daß der Rückstellimpuls vor dem Einstellimpuls angelegt wird, so daß die Tunneldiode 320 in ihren Zustand niedriger Spannung bzw. in ihren Spitzenspannungszustand umgeschaltet wird.

Zur Veranschaulichung der allgemeinen Arbeitsweise der Schaltung wird das Zeitdiagramm in F i g. 4 an Hand von Arbeitszyklen beschrieben. Zur Vereinfachung erfolgt die Darstellung und Beschreibung dieser Zyklen in Form von Abschnitten durchgehender Wellenformen. Die in Fig.4 idealisiert gezeigten Wellenformen können natürlich näher zueinander oder auch weiter auseinander verlaufen, ohne damit die Arbeitsweise der Schaltung zu ändern.

Vorzugsweise sollte jedoch das Verhältnis von Ausgangssignaldauer zur Dauer der Rückstell- und Einstellimpulse möglichst groß sein. So wird im Arbeitszyklus 1 der negative Rückstellimpuls an die Tunneldiode 320 gelegt, um diese in den Zustand niedriger Spannung 200 (Fig. 2) rückzustellen. Gleichzeitig soll angenommen werden, daß das von der Eingangsvorrichtung an mindestens eine der Eingangsdioden 312 angeschaltete Eingangssignal

jetzt wesentlich kleiner ist als vorher und etwa — 200 mV beträgt. Die Rekombinationsdiode 312 wird also jetzt in Flußrichtung vorgespannt, d. h., der Durchlaßstrom, der zuvor von der Spannungs-5 quelle 316 über den Widerstand 314, den Widerstand 318 und durch die Tunneldiode 320 zur Erde floß, wird jetzt so geleitet, daß mindestens ein Teil des Stroms, der in F i g. 1 mit I_F bezeichnet ist, durch die Diode 312 und den Widerstand 308 zur Spannungs-

einen hohen Pegel aufweist. Dieser hohe Pegel wird io quelle 310 fließt, wodurch der konstante Strompegel durch das Eingangspotential von etwa +40OmV in der Tunneldiode von I_B auf I_TD abfällt. Infolge bezeichnet. Diese Spannung von etwa + 400 mV des Durchlaßstromflusses durch die Diode 312 wird wird deshalb angewendet, weil mehrere solcher im Gitterverband der Diode Ladung gespeichert. Schaltungen eingesetzt werden können, wobei das Dieser Durchlaßstroni ist im Zyklus 2 als kurzer Imvon der Eingangsvorrichtung 300 bereitgestellte Ein- 15 puls dargestellt, da die Diode 312 während dieser gangssignal dann das Ausgangssignal einer vor- Zeit durch den Einstellimpuls in Sperrichtung vorgeschalteten Tunneldiodenstufe sein kann. Durch gespannt wird. Wird also vom Impulsgenerator 306 das Signal von +40OmV wird die Diode 302 in im Anschluß an den Durchlaßstromfluß I_P der EinDurchlaßrichtung betrieben, so daß an der Kathode Stellimpuls während des Zyklus 2 erzeugt, so kann der Rekombinationsdiode 312 eine Spannung von ao jetzt ein Teil des Stroms vom Impulsgenerator 306 im wesentlichen -7 400 mV auftritt. Da die an der über die Diode 304 und in Abhängigkeit vom nor-Anode der Rekombinationsdiode 312 anliegende malen Kombinationsstrom durch die Diode 312, den Spannung etwa +100 mV beträgt, also kleiner als Widerstand 318 und durch die Tunneldiode 320 zur die Kathodenspannung ist, ist die Diode 312 in Erde fließen. Dieser Sperrstrom, der in F i g. 2 mit Sperrichtung angeschaltet. Das Potential an der 25 I_R bezeichnet ist, bewirkt die Umschaltung der Tun-Anode der Diode 312 kann im Zustand niedriger neldiode 320 in ihren Zustand hoher Spannung. Spannung etwa 100 mV betragen, da die Anode der Durch die Umschaltung der Tunneldiode 320 in den Tunneldiode 320 eine Spannung von etwa + 50 mV Zustand hoher Spannung wird ein Ausgangssignal aufweist und die Spannungsquelle 316 über den erzeugt. Das heißt, beim Umschalten dieser Tunnel-Widerstand 314 einen Strom von etwa 0,7 /_P liefert, ³° diode in den Zustand hoher Spannung tritt an ihrer so daß die Tunneldiode 320 bis auf /_ß (F i g. 2 ) Anode ein Potential von etwa + 400 mV auf. Diese vorgespannt ist. Da die Rekombinationsdiode 312 Spannung von etwa + 400 mV wird der Ausgangsunter diesen Bedingungen in Sperrichtung betrieben vorrichtung 328 zugeführt. Das Ausgangssignal wird, speichert sie somit keine Ladung. Wird also bleibt dann so lange auf seinem hohen Pegel, bis die im Zyklus 1 ein Einstellimpuls vom Impulsgenerator 35 Tunneldiode 320 durch das Anlegen eines Rück-306 bereitgestellt, so stellt die Diode 312 einen Stellimpulses des Rückstellimpulsgenerators 322 in hohen Widerstand dar, so daß der Einstellimpuls den Zustand niedriger Spannung rückgestellt wird. vom Einstellimpulsgenerator 306 über die Diode 304 Die Rückstellimpulse sind in dieser Beziehung und den Widerstand 308 zur Spannungsquelle 310 negativ gegen Erde, und die Diode 324, die beifließt. Die Tunneldiode 320 bleibt daher in ihrem 40 spielsweise eine Siliziumdiode sein kann, hat einen Zustand niedriger Spannung. Dementsprechend be- solchen Schwellenwert (etwa 0,75 V), daß sie mit trägt auch die an der Ausgangsvorrichtung 328 auf- Ausnahme der Zeiten, in denen die negativen Rücktretende Spannung weiterhin etwa +5OmV. Der Stellimpulse auftreten, immer sperrt. Mit anderen Pegel des Ausgangssignals ändert sich also nicht, Worten: Der Schwellenwert der Diode 324 ist größer sondern das Signal bleibt auf seinem niedrigen Pegel. 45 als der an der Tunneldiode auftretende hohe Span-Im Zyklus 2 wird erneut ein Rückstellimpuls an nungspegel. Diese Arbeitsweise, bei der die Taktgabe die Tunneldiode 320 gelegt, um sicherzustellen, daß in mehreren Phasen oder in größeren Abständen ersieh diese zunächst im Zustand niedriger Spannung folgt, hat also den Vorteil, daß man mit einem befindet. In dem hier beschriebenen Fall wird die relativ kurzen Sperrstrom ein langes bzw. kontinuier-Tunneldiode 320 jedoch nicht in den Zustand niedri- 50 liches Ausgangssignal erzeugen kann. Die Tunnelger Spannung rückgestellt, da sie ja nicht in den Zu- diode führt also sowohl eine Speicher- als auch stand hoher Spannung umgeschaltet wurde. Im Schaltfunktion aus. Dies ist aus F i g. 4 ersichtlich, Zyklus 2 soll nunmehr angenommen werden, daß wo der Sperrstromimpuls I_R bedeutend kürzer ist als das von der Eingangsvorrichtung 300 bereitgestellte das Ausgangssignal. Außerdem läßt sich bei dieser Eingangssignal umschaltet und sich somit auf dem 55 Taktgabe der Rekombinationsstrom besser ausniedrigen Pegel befindet. Anders ausgedrückt: Der nutzen, so daß auch die Anzahl der Ausgänge er-Eingangspegel fällt von etwa +400 auf etwa höht werden kann. Anders ausgedrückt: Die Diode !5OmV ab. Durch diese Umschaltung des Ein- 312 kann vor ihrer »Entladung« bis zu ihrer vollen gangssignals werden die Eingangsdioden 302 ge- Kapazität »aufgeladen« werden. Die in Fig. 4 gesperrt, d. h., angesichts des effektiven Erdpotentials, 60 zeigten Wellenformen sind lediglich als Beispiel gedas von der Spannungsquelle 316 an die Kathoden dacht und sollen den Umfang der Schaltung nicht der Dioden 302 gelegt wird, reicht die Ankopplung einschränken.

eines Eingangssignals niedriger Spannung (+50 mV) Nachstehend wird nunmehr der dritte Arbeits-

an die Anoden der Eingangsdioden 302 nicht aus, Zyklus beschrieben. In diesem Zyklus wird der diese Dioden bis über ihren Kniepunkt, der ungefähr 65 Rückstellimpuls erneut vom Rückstellimpulsgenerabei 250 mV liegt, auszusteuern. Die Dioden stellen tor 322 über die Diode 324 an die Tunneldiode 32β somit einen sehr hohen Widerstand dar, so daß das gelegt. Behandelt man die Zyklen 2 und 3 als eine am Verbindungspunkt 330 auftretende Potential durchlaufende Operation, so wird die Tunneldiode

320 in den Zustand niedriger Spannung umgeschaltet, in diesem Betriebszustand tritt an der Anode der Tunneldiode eine Spannung von etwa + 50 mV auf. Dieses Potential von etwa + 50 mV steht an der Ausgangsvorrichtung 328 zur Verfügung und kann als ein »Nichtausgangs«-Signal bzw. als ein »Nichteingangs«-Signal zur nächsten Stufe angesehen werden. Bei dem in F i g. 4 gezeigten Beispiel bleibt das Eingangssignal während der Ankopplung des Rückstellimpulses des Rückstellimpulsgenerators 322 an die Tunneldiode 320 auf seinem niedrigen Pegel. Dadurch kann die Rekombinationsdiode 312 während eines Zeitabschnittes des Zyklus 3 in Vorwärtsrichtung vorgespannt werden, so daß Durchlaßstrom von der Spannungsquelle 316 zur Spannungsquelle 310 über die Rekombinationsdiode fließt. Der Durchlaßstromfluß durch die Diode 312 bewirkt wiederum das Aufspeichern von Ladung in der Diode, wobei der dabei auftretende Rekombinationseffekt zur Erzeugung eines Sperrstroms herangezogen werden kann. Wird dann im Zyklus 3 wieder ein Einstellimpuls vom Impulsgenerator 306 bereitgestellt, so kann durch die Rekombinationsdiode 312 Sperrstrom fließen und die Tunneldiode 320 in den Zustand hoher Spannung umschalten. In diesem Zustand hoher Spannung stehen dann durch das Auftreten des + 400-mV-Potentials an der Anode der Tunneldiode 320 wieder Ausgangssignale am Ausgang 328 zur Verfügung.

Das vom Eingang 300 bereitgestellte Eingangssignal wird im Zyklus 3 wieder auf seinen hohen Pegel geschaltet, wodurch die Eingangsdioden wieder in Durchlaßrichtung angeschaltet werden. Ist mindestens eine der Eingangsdioden 302 in Durchlaßrichtung angeschaltet, so steigt die Spannung am Verbindungspunkt 330 praktisch auf +100 mV. Wie beim ersten Zyklus wird die Rekombinationsdiode jetzt wieder in Sperrichtung betrieben. Das Anlegen dieser Sperrspannung an die Diode 312 bewirkt nicht nur, daß diese Diode in Sperrichtung angeschaltet wird, sondern daß auch ein gewisser Sperrstrom in der Diode fließt, da die aufgespeicherte Ladung rekombiniert.

Dieser Sperrstrom wird jedoch nur der Vollständigkeit wegen hier erwähnt und kann vernachlässigt werden, da er nicht ausreicht, die Tunneldiode vom Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung zu schalten. Da die Diode 312 in Sperrichtung betrieben wurde und eine zufallsbedingte Ladung durch die Umschaltung des Eingangssignals beseitigt wurde, wird also durch den während des Zyklus 4 angelegten Einstellimpuls kein Schaltstrom über die Diode 312 erzeugt. Die Tunneldiode 320 wird also nicht umgeschaltet, sondern bleibt in ihrem Zustand niedriger Spannung. Das Eingangssignal bleibt im Zyklus 4 auf seinem hohen Pegel, wodurch die Diode 312 sperrt und keine Ladung aufspeichern kann. Der Einstellimpuls des Impulsgenerators 306 bewirkt also keinen Sperrstromfluß durch die Diode 312. Da somit kein Strom durch die Diode in Sperrichtung fließt, kann auch die Tunneldiode 320 nicht in ihren Zustand hoher Spannung umgeschaltet werden. Am Ausgang 328 treten also keine Ausgangssignale mit hohem Pegel auf.

Es sind die Wellenformen nach F i g. 4 in mancher Hinsicht idealisiert dargestellt. Ebenso brauchen die Arbeitszyklen nicht im Zusammenhang abzulaufen, wie dies beispielsweise gezeigt wurde. Das heißt, in bevorzugten Ausführungsbeispielen wie Kaskadenschaltungen kann die Ankopplung der Eingangssignale zeitlich so gesteuert werden, daß sie mit der Ankopplung des Rückstellimpulses zusammenfällt, wodurch die Diode 312 vollständig aufgeladen werden kann und damit der durch diese Diode fließende Sperrstrom durch den vom Impulsgenerator 306 bereitgestellten Einstellimpuls bis auf seinen Maximalwert erhöht wird. Darüber hinaus werden durch die gleichzeitige Anschaltung (bzw. Taktgabe) der Eingangssignale und der Rückstellimpulse zufallsbedingte Sperrstromimpulse, wie sie im Zyklus 3 dargestellt sind, vermieden. Diese Art der Taktgabe wird häufig mit »Mehrphasenoperation« bezeichnet. Erforderlichenfalls kann die Dauer der Eingangssignale auch auf die Dauer eines einzelnen Einstellimpulses begrenzt werden, wobei der Einstellimpuls viel kürzer sein kann, als graphisch dargestellt ist.

Aus Gründen der Klarheit und Vereinfachung sind die an die Schaltung angelegten sowie die von ihr erzeugten Signale bzw. Impulse als Rechtecksignale bzw. Reckteckimpulse dargestellt. Diese Signale bzw. Impulse können in Wirklichkeit im

as wesentlichen sinusförmige oder spitzförmige Signale oder andere Signale sein, die sich durch eine komplexe Fouriersche Reihe darstellen lassen. Die Arbeitsweise der Schaltung bleibt jedoch unabhängig von der Signalform die gleiche.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung ist eine negative UND-Schaltung bzw. eine NODER-Schaltung, da an sämtlichen Dioden 302 gleichzeitig Eingangssignale mit niedrigem Pegel anliegen müssen, um durch die Tunneldiode 320 ein Signal mit hohem Pegel erzeugen zu können. Alternativ bewirkt die Ankopplung eines einzelnen Eingangssignals mit hohem Pegel an die Eingangsdioden 302 die Erzeugung eines Ausgangssignals mit niedrigem Pegel durch die Tunneldiode 320/

Fig. 5 zeigt ein weiteres, aus einer einzelnen Stufe bestehendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese Stufe ist von der gestrichelten Linie 540 eingeschlossen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, tragen die Bauelemente, die denen in F i g. 3 gleich sind, die gleichen letzten Ziffern. So kann die Eingangsvorrichtung 500 einen einzelnen Eingang oder eine Anzahl von getrennten Eingängen darstellen. Die Eingangsvorrichtung 500 ist wieder mit den Anoden einer Anzahl von Eingangsdioden 502 verbunden. Die Kathoden der Eingangsdioden liegen an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 530. Mit diesem Verbindungspunkt verbunden ist auch die Kathode der Diode 504, deren Anode an einem Einstellimpulsgenerator 506 liegt. Dieser Einstellimpulsgenerator ist von herkömmlicher Bauart und kann dem in Fig. 3 gezeigten Impulsgenerator 306 ähnlich sein. Ein Widerstand 508 liegt mit einer Klemme am Verbindungspunkt 530 und mit dem anderen Ende an einer negativen Spannungsquelle 510.

Diese Spannungsquelle ist der in F i g. 3 gezeigten Spannungsquelle 310 ähnlich. Eine Rekombinationsdiode 512 liegt mit ihrer Kathode am Verbindungspunkt 530 und mit ihrer Anode am Verbindungspunkt 532. Im Gegensatz zum Verbindungspunkt 332 ist der Verbindungspunkt 532 jedoch mit der Kathode der Tunneldiode 520 verbunden. Die Anode der Tunneldiode ist über einen Widerstand 514 mit einer positiven Spannungsquelle 516 ver-

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bunden. Diese SpannungsqueUe ist der in F i g. 3 gezeigten Spanniingsquelle 316 ähnlich. Mit der Anode der Tunneldiode 520 ist über eine Diode 524 ein Rückstellimpulsgenerator 522 verbunden. Außerdem ist mit der Anode der Tunneldiode noch die Ausgangsvorrichtung 528 verbunden, die der in F i g. 3 gezeigten Ausgangsvorrichtung 328 ähnlich ist. Das heißt, die Ausgangsvorrichtung 528 kann aus einem einzigen Ausgang oder einer Anzahl von getrennten Ausgängen bestehen. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Schaltungen in F i g. 3 und 5 besteht darin, daß der Verbindungspunkt 532 mit dem einen Ende einer Induktionsspule 550 verbunden ist, deren anderes Ende an Erde liegt. Diese Induktionsspule mit einer Induktivität von beispielsweise 1,0 Nanohenry hat die Aufgabe, die Wirkung des durch die Diode 512 fließenden Sperrstroms auf die anschließende Umschaltung der Tunneldiode 520 zu verzögern.

Zum besseren Verständnis wird die Arbeitsweise der in F i g. 5 gezeigten Schaltung an Hand des Zeitdiagramms in F i g. 6 beschrieben. Auch hier ist der Betrieb wieder in einzelnen Zyklen dargestellt, die kontinuierlich ablaufen können, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist. So wird die Tunneldiode 520 durch die Ankopplung eines Rückstellimpulses im Zyklus 1 in den Zustand niedriger Spannung rückgestellt. An der Anode der Diode 512 liegt daher das Potential von etwa + 50 mV an. Infolge des vom Eingang 500 an die Eingangsdioden übertragenen Eingangssignals mit hohem Pegel wird die Diode 512 in Sperrichtung betrieben. Durch die Diode 512 fließt daher kein Durchlaßstrom, so daß auch keine Ladung gespeichert wird. Mit der Anschaltung eines Einstellimpulses durch den Einstellimpulsgenerator im Zyklus 1 bleibt die Diode 512 in Sperrichtung angeschaltet, und es fließt kein Sperrstrom durch die Diode, da infolge des zuvor nicht aufgetretenen Durchlaßstroms keine Ladung aufgespeichert wurde. Die Tunneldiode 520 bleibt daher im Zustand niedriger Spannung; es wird also kein Ausgangssignal mit hohem Pegel erzeugt. Anschließend, und zwar gleichfalls im Zyklus 1, wird das von der Eingangsvorrichtung 500 übertragene Eingangssignal auf seinen niedrigen Pegel geschaltet. Infolge des dadurch bedingten Spannungsabfalls an den Dioden 502 werden diese leitend. Der Durchlaßstrom fließt daher von der SpannungsqueUe 516 über den Widerstand 514, die Tunneldiode 520, die Diode 512 und den Widerstand 508 zur SpannungsqueUe 510. Durch diesen Durchlaßstromfluß wird im Gitterverband der Diode 512 Ladung gespeichert; dieser Stromfluß reicht jedoch noch nicht aus, die Tunneldiode in den Zustand hoher Spannung umzuschalten. Das heißt, die Tunneldiode 520 wird zunächst bis I_TD ( F i g. 2 ) vorgespannt. Fließt sodann Durchlaßstrom I_P durch die Diode 512, so wird die Tunneldiode bis zur Widerstandslinie I_B vorgespannt. Dieser Vorgang verläuft entgegengesetzt der Änderung der Widerstandslinie bei der in F i g. 3 dargestellten Schaltung. Wird also während des Zyklus 2 der Einstellimpuls von dem Impulsgenerator 506 über die Diode 504 bereitgestellt, so fließt Sperrstrom durch die Diode 512 und die Induktionsspule 550 zur Erde. Diesei durch die Diode 512 fließende Sperrstrom addiert sich zu dem normalerweise durch die Induktionsspule 550 fließenden Strom der SpannungsqueUe 516, so daß durch die Spule ein größerer Strom fließt. Je nachdem, ob zuerst der vom Impulsgenerator 506 erzeugte Impuls oder die Rekombination der Ladung beendet ist, läßt der Sperrstromfluß durch die Diode 512 nach. Solange dieser Strom jedoch durch die Induktionsspule 550 floß, wurde um diese herum ein großes Magnetfeld aufgebaut. Mit der Unterbrechung dieses des Magnetfeld aufbauenden Stroms ist das in der Spule und um dieselbe aufgebaute Feld bestrebt, zusammenzubrechen, wobei es ίο versucht, den Stromfluß durch die Spule wiederherzustellen bzw. aufrechtzuerhalten. Bei diesem Versuch, den Stromfluß aufrechtzuerhalten, wird weiterer Strom von der SpannungsqueUe 516 über den Widerstand 514 und die Tunneldiode 520 entnommen. Dieser weitere durch die Tunneldiode 520 fließende Strom bewirkt, daß die Tunneldiode von ihrem Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung gesteuert wird (Fig. 6). Mit der Umschaltung der Tunneldiode 520 in ihren Zustand hoher Spannung tritt an ihrer Anode ein Potential von etwa +40OmV auf. Dieses Potential bewirkt dann, daß am Ausgang 520 ein Ausgangssignal erscheint.

Wie aus F i g. 6 zu ersehen ist, ist das Ausgangssignal gegenüber dem Sperrstromimpuls 1% verzögert. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß sich der Sperrstromimpuls I_R rechnerisch zu dem normalerweise durch die Induktionsspule 550 fließenden Strom hinzuaddiert. Der durch die Tunneldiode 520 fließende Strom kann also in Wirklichkeit durch den Sperrstromimpuls I_R herabgesetzt werden. Mit der Beendigung des Sperrstromimpulses — und zwar nur in diesem Fall — bricht das in der Induktionsspule sowie um dieselbe aufgebaute Magnetfeld zusammen. Der von der Induktionsspule benötigte Strom kann jetzt also nur über die Tunneldiode bereitgestellt werden, da die Diode 512 nicht mehr leitet. Somit ergibt sich, daß das Ausgangssignal erst im Anschluß an die Beendigung des Sperrstromimpulses I_R erzeugt wird.

Die vorliegende Schaltungsanordnung arbeitet also als logische NODER-Schaltung, d. h., mit dem Anlegen eines Eingangssignals mit hohem Pegel an mindestens eine der Eingangsdioden erscheint am Ausgang ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel. Wird dagegen an sämtliche Eingangsdioden ein Eingangssignal mit niedrigem Pegel angelegt, so erscheint am Ausgang ein Signal mit hohem Pegel. Außerdem hat die erfindungsgemäße Schaltung den Vorteil, daß am Ausgangsnetzwerk eine größere Anzahl von Ausgängen bereitgestellt werden kann. Dieser Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß in jeder Stufe die Tunneldiode effektiv durch den vom Einstellimpulsgenerator bereitgestellten Strom gesteuert wird. Anders ausgedrückt: Da für jede Tunneldiode jeweils ein Strom von etwa 0,25 bzw. 0,30 Ip erforderlich ist— wo I_P das Strommaximum darstellt —, um die Tunneldiode vom Zustand niedriger Spannung in den Zustand hoher Spannung zu schalten, ist die maximale Anzahl der Ausgänge einer vorgeschalteten Tunneldiode im allgemeinen auf drei begrenzt. Wie jedoch erwähnt wurde, wird die Tunneldiode jeweils durch den Strom des ihr zugeordneten Einstellimpulsgenerators gesteuert, und es muß bedeutend weniger Strom von der Tunneldiode an die einzelnen Ausgänge geliefert werden. Die Beschränkungen, denen das Ausgangsnetzwerk bisher unterlag, sowie die bisher an die Schaltung

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gestellten Toleranzanforderungen werden daher Pegel. Zur Taktzeit /9 schaltet das Eingangssignal wesentlich herabgesetzt. Darüber hinaus liegen für auf seinen hohen Pegel, d. h. auf 400 mV, und bleibt den Fachmann bestimmte kleinere Weiterbildungen dann auf diesem Pegel bis zur Taktzeit /16. Zur im Schaltungsaufbau nahe, die gleichfalls unter die Taktzeit /17 erscheint das Eingangssignal wieder als vorliegende Erfindung fallen. So kann beispielsweise 5 Signal mit niedrigem Pegel und bleibt in diesem Zuder in F i g. 3 gezeigte Widerstand 318 wegfallen, stand bis zur Taktzeit /20. Zwischen den Taktzeiten wenn die Betriebskenndaten der einzusetzenden /21 und /22 sowie /25 und /26 weist das Eingangs-Dioden genauer bestimmt werden. Weitere kleinere signal wieder einen hohen Pegel auf. Nach der UmWeiterbildungen liegen nahe, wenn man den sich schaltung bleibt das Taktsignal dann von /27... /32 aus der Schaltung ergebenden Vorteil maximal aus- io auf seinem niedrigen Pegel. Die Taktzeit /32 ist die nutzt. letzte in F i g. 8 dargestellte Taktzeit. Die Anschal- F i g. 7 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltungs- tung der Eingangssignale erfolgt nach keinem beanordnung aus einer Anzahl von kaskadenförmig an- stimmten Schema, sondern ist zur -Veranschaugeordneten Stufen, die jeweils den in F i g. 3 bzw. 5 lichung der Arbeitsweise vielmehr willkürlich gegezeigten Schaltungen entsprechen. Jeder dieser 15 wählt. Wie aus dem Zeitdiagramm ersichtlich ist, Stufen ist ein Einstell- sowie ein Rückstellimpuls- treten die Einstell- und Rückstellimpulse jeweils in generator zugerodnet, die der besseren Übersicht vier Phasen auf. Für den Betrieb der Schaltung ist wegen getrennt dargestellt sind. Der Einstellgenerator das Auftreten der Impulse in vier Phasen jedoch ist mit CL{ri) und der Rückstellimpulsgenerator mit nicht unbedingt erforderlich. Vielmehr können Ein- RC(n) bezeichnet, wo η die betreffende Stufe be- *° stell- und Rückstellimpulse auch in drei oder mehr zeichnet. Jede Stufe hat M Eingänge sowie N Aus- Phasen auftreten, sofern sie zueinander die riehgänge. Die Anzahl der Eingänge und Ausgänge kann tige Phase haben. Für Beschreibungszwecke und aus natürlich bei den in F i g. 7 gezeigten Stufen unter- Gründen der Klarheit werden die Einstell- und schiedlich groß oder auch gleich sein. Rückstellimpulse jeweils in vier Phasen an die ein-

Wie bereits erwähnt wurde, entsprechen die »5 zelnen Stufen gelegt.

Stufen 1, 2, 3 und 4 ebenso wie die Stufen Ib ... 2 η Der wahlweise erzeugte Durchlaßstrom ist durch im Aufbau einem der Ausführungsbeispiele nach die Linien I_Fn dargestellt, wobei I_P den Durchlaß-F i g. 3 oder 5. So ist die Eingangsvorrichtung 700, strom bezeichnet und « die betreffende Stufe dar weiche der Eingangsvorrichtuhg 300 oder 500 ahn- stellt. Wie sich insbesondere im Zusammenhang mit lieh ist, mit dem Eingang der Stufe 1 verbunden. Mit 30 der vorstehenden Beschreibung ergibt,- fließt in der der Stufe 1 sind der Einstellimpulsgenerator CLl Rekombinationsdiode nur dann ein Durchlaßstrom, sowie der Rückstellimpulsgenerator RC 1 verbunden. wenn das Eingangssignal einen ,niedrigen Pegel hat. Wie zuvor ausgeführt wurde, kann die Stufe 1 N Aus- So zeigt beispielsweise Fig. 3, <h8 die gänge versorgen. Auch in diesem Beispiel werden die nationsdiode 312 in Durchlaßrichtung angeschaüet N Ausgänge durch drei Ausgänge dargestellt, sind 35 ist und damit Durchlaßstrom durchläßt, wenn das jedoch nicht auf diese Zahl beschränkt. Die Aus- Eingangssignal einen niedrigen Pegel hat. Außerdem gänge der Stufe 1 sind beispielsweise mit den Ein- fließt der Durchlaßstrom nicht, wenn an der Stufe gangen zur Stufe 2 sowie den Eingängen zur Stufe ein Einstellimpuls anliegt, da durch diesen Einstell- 2 b... 2 η verbunden. Die von der Stufe 2 erzeug- impuls die Rekombinationsdiode in Sperrichtung ten N Ausgangssignale werden der Stufe 3 wieder als 40 vorgespannt wird; d. h., der Impuls hat in diesem Fall eines ihrer M Eingangssignale zugeführt. Die An- die gleiche Wirkung wie ein Eingangssignal mit Schlüsse der übrigen Ausgänge an weitere Stufen hohem Pegel. Dagegen fließt Sperrstrom nur dann, sind der Einfachheit wegen weggelassen. Die wenn an der Stufe ein Einstellimpuls anliegt. Um Stufe 3 stellt gleichfalls N Ausgänge bereit, von diesen Sperrstrom /,;„ liefern zu können, muß jedoch denen einer als einer der M Eingänge mit der 45 der Einstelimpuls im Anschluß an den zuvor für Stufe 4 verbunden ist. Die N Ausgänge der Stufe 4 die Rekombinationsdiode bereitgestellten Durchlaß sind wieder mit der Ausgangsvorrichtung 728 ver- strom angekoppelt werden. Wird in der unmittelbar bunden, die den in Fig. 3 und 5 gezeigten Aus- dem Einstellimpuls voraufgehenden Taktzeit kein gangsvorrichtungen 328 bzw. 528 ähnlich ist, d. h., Durchlaßstrom für die Rekombinationsdiode bereitdie Ausgangsvorrichtung kann eine externe Schal- 50 gestellt, so wird daher angenommen, daß in der tungsanordnung sein oder aber eine weitere Stufe Diode die aufgespeicherten Ladungsträger rekombider Kaskadenschaltung darstellen. niert haben, so daß während der Anschaltung des Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der Einstellimpulses kein Sperrstrom durch die Diode in F i g. 7 gezeigten Kaskadenschaltung erfolgt die fließt.

Beschreibung in Verbindung mit dem Zeitdiagramm 55 Die Signale »Ausgang „/Eingang „₊₁«, d.h. das

in Fig. 8. Dieses Zeitdiagramm ist lediglich als Bei- Ausgangssignal einer Stufe, welches der nächsten

spiel gedacht und soll die Erfindung daher nicht ein- Stufe als Eingangssignal zugeführt wird, sind stets

schränken. In Fig. 8 ist das willkürlich gewählte, Signale mit niedrigem Pegel, ausgenommen in den

von der Eingangsvorrichtung 700 an die Stufe 1 Taktzeiten, die unmittelbar auf die Erzeugung eines

übertragene Eingangssignal mit »Eingangssignal 1« 60 Strommipulses folgen. Das heißt, der durch die

bezeichnet. Dieses Eingangssignal kann beispiels- Rekombinationsdiode fließende Sperrstrom bewirkt

weise von einer Schaltung erzeugt worden sein, die die Umschaltung der Tunneldiode in den Zustand

den zuvor beschriebenen Schaltungen gleich ist. Das hoher Spannung. Im Zustand hoher Spannung tritt

Eingangssignal wird daher als zwischen +50 und an der Anode der Tunneldiode ein Signal von

+400 mV umschaltbarer Spannungspegel dargestellt. 65 +400 mV auf, welches dem Ausgang der Schaltung

Wie aus dem Zeitdiagramm ersichtlich ist, befindet zugeleitet wird. Wie bereits oben ausgeführt wurde,

sich das Eingangssignal während der Takt- wird die Tunneldiode außerdem durch das Anlegen

zeiten /1. . ./8 auf seinem niedrigen +50-mV- eines Rückstellimpulses in den Zustand niedriger

Spannung rückgestellt. Die maximale Dauer eines Ausgangssignals mit hohem Pegel ist also gleich der Zeit, die zwischen einem Einstellimpuls und dem nächsten Rückstellimpuls liegt. Natürlich besteht die Möglichkeit, durch Einbau konventioneller Impulsformungsglieder zwischen den einzelnen Stufen das Ausgangssignal einer Stufe dem Eingang der nächsten Stufe in Form eines Signalpegels zuzuführen. Wie indessen aus der das Eingangssignal 1 darstellen-

Ausgang der Stufe 1 somit ein Signal mit niedrigem Pegel. Das Eingangssignal zur Stufe 2 stellt also ein Signal mit niedrigem Pegel dar. Wie bei der Stufe 1 in den Taktzeiten /1... /8 bewirkt das Anlegen 5 eines Eingangssignals mit niedrigem Pegel an die Stufe 2 während der Taktzeiten /9... /16, daß Durchlaßstrom /_f2 durch die Rekombinationsdiode fließt, ausgenommen in der Taktzeit ί 12, welche zeitlich mit dem Einstellimpuls zusammenfällt. Zur

den impulslinie in Fig. 8 ersichtlich ist, ist derjenige io Taktzeit 112 tritt also in der Rekombinationsdiode Teil des Eingangssignals kritisch, der mit den be- ein Sperrstromfluß I_{R 2} auf, wodurch am Ausgang der nachbarten Einstell- und Rückstellimpulsen einer Stufe 2 — und damit am Eingang der Stufe 3 — Stufe zeitlich zusammenfällt. So kann beispielsweise ein Signal erscheint. Dieses Ausgangssignal hat der durch die gestrichelte Linie dargestellte Teil des natürlich einen hohen Pegel, so daß der erforder-Eingangssignals 1 weggelassen werden, ohne die 15 liehe Durchlaßstrom I_{F 3} unmittelbar vor der ErArbeitsweise der Schaltung zu beeinträchtigen, da zeugung des Einstellimpulses zur Taktzeit /14 in der dieser Teil des Signals unwesentlich ist. Stufe 3 nicht erzeugt wird. Demzufolge wird auch

Wie Fig. 8 im einzelnen zeigt, befindet sich das kein SperrstromI_{R 3} in der Stufe3 erzeugt, so daß Eingangssignal in den Taktzeiten /1... /8 auf auch keine Ausgangssignale am Ausgang dieser seinem niedrigen Pegel von etwa + 50 mV, so daß »0 Stufe auftreten.

zu den entsprechenden Zeiten Durchlaßstrom I_{F x} Da das am Ausgang der Stufe 3 auftretende Signal

durch die Rekombinationsdiode fließen kann. Mit somit einen niedrigen Pegel aufweist, befindet sich der Ankopplung des Einstellimpulses CL1 zur Takt- das Eingangssignal zur Stufe 4 gleichfalls auf niedzeiti2 fließt dann infolge des zuvor aufgetretenen rigem Pegel. Es fließt also Durchlaßstrom I_Fi durch Durchlaßstroms Sperrstrom I_{R t} durch die Diode, as die Rekombinationsdiode. Mit dem Anlegen eines Durch diesen Sperrstrom wird am Ausgang 1 ein Einstellimpulses an die Stufe 4 zur Taktzeit /16 Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird fließt daher Sperrstrom I_Ri durch die Rekombinun der Stufe 2 als Eingangssignal zugeleitet. Da das nationsdiode, so daß die Tunneldiode umschaltet Eingangssignal zur Stufe 2 während der Taktzeiten und am Ausgang der Stufe 4 ein Signal erzeugt, wel- tl...t9 einen höhen Spannungspegel aufweist, 30 ches der Ausgangsvorrichtung728 zur Taktzeit/16 fließt somit in dieser Zeit kein Durchlaßstrom I_F in zugeführt wird. Wie aus dem Zeitdiagramm zu erder Stufe 2. Genauer ausgedrückt: Der Durchlaß- sehen ist, treten an den Ausgängen der einzelnen strom fließt nicht in der Taktzeit /3, die unmittel- Stufen invertierte Signale auf. Darüber hinaus wird bar dem vom Taktimpulsgenerator CL 2 der Stufe 2 außerdem noch eine Umschaltung in jeder Stufe zur Taktzeit 13 bereitgestellten Einstellimpuls vor- 35 durch die in mehreren Phasen erfolgende Taktgabe aufgeht. Es wird also kein Sperrstrom /^₂ in der bewirkt.

Rekombinationsdiode erzeugt, somit erscheint auch Der Betrieb der Schaltung in den Taktzeiten

kein Ausgangssignal am Ausgang der Stufe 2. 117 ... /32 verläuft in ähnlicher Weise. Die An-

Der Ausgang der Stufe 2 liegt an einem der Ein- kopplung der Eingangssignale erfolgt hier jedoch in gänge zur Stufe 3. Da das Eingangssignal zur 40 einer etwas anderen Form, um damit anzudeuten, Stufe 3 während der Taktzeiten /1.../10 einen daß das zuvor beschriebene Eingangssignalschema niedrigen Pegel hat, fließt somit durch die Rekom- für die Schaltung unkritisch ist. Außerdem tritt das binationsdiode Durchlaßstrom I_Fv ausgenommen die auf hohem Pegel befindliche Eingangssignal zu den Taktzeit /6, in der vom Einstellimpulsgenerator CL 3 Taktzeiten /21 und /25 als Impuls und nicht — wie ein Einstellimpuls erzeugt wird. Durch die Rekombi- 45 während der Taktzeiten /9 ... /16 — als Signalpegel nationsdiode fließt daher Sperrstrom IR₃, durch den auf. Wie bereits erwähnt wurde, sind die in den die Tunneldiode zur Taktzeit/6 umgeschaltet wird, Taktzeiten /11 und /12 sowie /15 und /16 gestrichelt wodurch zu dieser Zeit ein Ausgangssignal erzeugt eingezeichneten Teile des Eingangssignals für den wird. Da das Ausgangssignal der Stufe 3, d. h. das Betrieb der Schaltung relativ unbedeutend. Sie kön-Eingangssignal zur Stufe 4, sich auf hohem Pegel 50 nen daher praktisch wegfallen, so daß sich impulsbefindet, wird während der Ankopplung des Einstell- förmige Eingangssignale ergeben. Diese impulsimpulses des Einstellimpulsgenerators CL 4 zur Takt- förmigen Eingangssignale stellen eine Weiterbildung zeit /8 kein Sperrstrom I_{R 4} erzeugt, da während der der Schaltung dar, die bei der bevorzugten Arbeitsdem Einstellimpuls voraufgehenden Taktzeit/7 kein weise der Schaltung verwendet werden kann. An-Durchlaßstrom/_f4 durch die Rekombinationsdiode 55 dere spezielle Weiterbildungen sind im Zusammenfloß. An den Ausgängen der Stufe 4 werden also hang mit den in F i g. 3 und 5 gezeigten Schaltdiagrammen beschrieben worden.

In Fig. 9 und 10 sind weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt, i hb h

keine Ausgangssignale erzeugt. Somit werden auch keine Ausgangssignale an die Ausgangsvorrichtung 728 übertragen.

p g g

Während der Taktzeiten / 9.../16 befindet sich 60 Diese Ausführungsbeispiele betreffen Schaltungen das Eingangssignal zur Stufe 1 auf hohem Pegel. zur Verwendung in logischen Systemen. Wie bekannt h i i i b i l h

ggg

Während dieser Zeit fließt also überhaupt kein Durchlaßstrom/_f j in der Stufe 1. Da kein Durchlaßstrom fließt, wird somit auch während der An-

ist, sind bei vielen solcher Systeme Versuche gemacht worden, die »logischen Stufen« zwischen einzelnen Schaltungen eines Systems aus vielerlei i

g y

schaltung eines Einstellimpulses des Einstellimpuls- 65 Gründen, beispielsweise wegen der Arbeitsgeschwingenerators CLl zur Taktzeit/10 kein Sperrstrom/_Λ j digkeit oder aus wirtschaftlichen Erwägungen, zu erzeugt. Da der Sperrstrom I_{R t} zum Umschalten der verringern. F i g. 9 zeigt im einzelnen eine Tunnel-Tunneldiode jedoch erforderlich ist, erscheint am diode 920, die mit ihrer Kathode an Erde liegt und

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mit ihrer Anode über Widerstände 914 und 918 mit nationsdiode erforderlichen Strom sowie von der

einer Spannungsquelle 916 verbunden ist. Diese Anzahl der leitend gemachten Rekombinationsdioden

Bauelemente sind den in anderen Ausführungs- abhängt.

beispielen der vorliegenden Erfindung gezeigten Wie bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungs-Bauelemeniten gleich. Wie zuvor ist die Anode der 5 beispiel werden auch im vorliegenden Fall die Tunneldiode 920 mit einer Ausgangsklemme 928 Rekombinationsdioden 912 a... 912 η durch die und der Anode einer Diode 924 verbunden. Die über die Eingangstore 950a... 9SOn erfolgende AnKathode der Diode 924 liegt an einem Rückstell- kopplung von Eingangssignalen mit hohem Pegel in impulsgenerator 922 herkömmlicher Bauart. Um die Sperrichtung vorgespannt, so daß der von den Ein-Tunneldiode erforderlichenfalls umschalten zu kön- io stellimpulsgeneratoren 906 a... 906 η erzeugte nen, wird der für die Tunneldiode vorgesehene Ein- Stromimpuls nicht weitergeleitet werden kann. Wird gangsimpuls von den Eingangs- und Verstärkerstufen dagegen von einem der Eingangstore 950 a ..; 95On über die Rekombinationsdiode 954 an den Verbin- ein Eingangssignal mit niedrigem Pegel übertragen, dungspunkt 932 angelegt. Die Eingangsstufen um- so wird die diesem Eingangstor zugeordnete Rekomfassen die Tore 950 a.. .95On. Diese Tore sind in 15 binationsdiode in Durchlaßrichtung angeschaltet, so der Zeichnung als UND-Tore dargestellt. Das UND- daß Durchlaßstrom durch sie fließen kann. Durch Tor 950 a empfängt seine M Eingangssignale von der diesen Durchlaßstrom wird im Gitterverband der Eingangsvorrichtung 952 a, und das UND-Tor 950 η Rekombinationsdiode Ladung gespeichert. Mit dem erhält seine M' Eingangssignale von der Eingangs- Anlegen eines Einstellimpulses kann nunmehr Sperrvorrichtung 952 n, wo M und M' gleich sein können ao strom durch die Rekombinationsdiode fließen, so daß oder nicht. Diese UND-Tore sind am Ausgang mit die Tunneldiode 920 vom Zustand niedriger Spandem Verbindungspunkt 930 a bzw. 93On verbunden. nung in den Zustand hoher Spannung umgeschaltet Jeder dieser beiden Verbindungspunkte ist mit wird. Wie bereits zuvor ausgeführt wurde, hängt das einem Einstellimpulsgenerator, einer Rekombi- von der Schaltung am Ausgang 928 bereitgestellte nationsdiode und über einen Widerstand mit einer a$ Signal von dem Betriebszustand der Tunneldiode ab. negativen Spannungsquelle verbunden. Wie aus der Die vorliegende Schaltung stellt also ein einziges Zeichnung zu ersehen ist, ist jede Eingangs- und Schaltelement zum Umschalten der Tunneldiode dar, Verstärkerstufe M, welche über die Diode 954 mit das über eine Eingangs-UND-Schaltung und eine dem Verbindungspunkt 932 verbunden ist, identisch Rekombinationsdiode, welche ein Zwischenverstärmit der in einem der früheren Ausführungsbeispiele 30 kungsglied darstellt, durch eine der logischen gezeigten Eingangs- und Verstärkerstufe. Wie zuvor N Stufen gesteuert werden kann.
erwähnt wurde, hat das vorliegende Ausführungs- Die Rekombinationsdiode 954 wird als eine Art beispiel den Vorteil, daß die Anzahl der »logischen Trenndiode verwendet. Ist eine der Rekombinations-Stufen«, welche zwischen zwei Punkten, beispiels- dioden der N Stufen, beispielsweise die Diode 912 a, weise zwischen dem Eingang 952 a und dem Ausgang 35 in Sperrichtung vorgespannt und wird gleichzeitig 928, bestehen, verringert wird. Mit anderen Worten: ein Einstellimpuls an diese Diode gelegt, so fließt inZwei oder mehr Verstärkerstufen usw. können in folge der Querkapazität der Diode ein kleiner Rest-Parallelanordnung eine Schaltstufe steuern; es ist strom durch die Diode. Die durch diese Dioden also nicht erforderlich, zu diesem Zweck eine An- fließenden Restströme reichen — einzeln betrachzahl von in Reihe geschalteten Stufen vorzusehen'. 40 tet — nicht aus, die Tunneldiode in den Zustand Die Schaltung gemäß F i g. 9 arbeitet praktisch hoher Spannung umzuschalten. Treten jedoch an genauso wie die Schaltung in Fig. 3, d. h., die Tun- einer genügenden Anzahl dieser Dioden gleichzeitig neldiode 920 wird normalerweise im Zustand niedri- Einstellimpulse auf und werden sämtliche Restger Spannung betrieben, indem ihr ein konstanter ströme direkt der Tunneldiode zugeleitet, so kann Strom von etwa 0,7 I_P zugeführt wird. Die Zufüh- « diese unter Umständen umgeschaltet werden. Die rung dieses Versorgungsstroms erfolgt über den Diode 954 wird daher als Kopplungsvorrichtung Stromweg, der von der positiven Spannungsquelle zwischen der Tunneldiode und den Eingangsstufen 916 über den Widerstand 914, den Widerstand 918 verwendet. Unabhängig von der Größe des zur und die Tunneldiode 920 zur Erde verläuft. Dieser Kathode der Dioden 924 fließenden Reststroms tritt in Fig. 2 mit I_B bezeichnete konstante Strom wird 50 daher nur der Reststrom an der Tunneldiode auf, bestimmt durch die Anschaltung der Rekombi- der durch die Diode 924 fließt. Dieser Reststrom nationsdioden 912 a ... 912 η in Sperrichtung, die reicht aber für eine Umschaltung der Tunneldiode durch das Anlegen eines Signals mit hohem Pegel an nicht aus. Jeder Überstrom oberhalb des durch die die Kathoden dieser Dioden bewirkt wird. Erzeugt Diode 924 fließenden Reststromes wird durch die eines der Eingangstore 950a... 95On oder erzeu- 55 anderen Eingangsstufen abgeleitet. Selbstverständgen mehrere dieser Tore ein Signal mit niedrigem lieh reicht dieser Reststrom nicht aus, die anderen Pegel an der Kathode seiner ihm zugeordneten Re- Rekombinationsdioden so in Durchlaßrichtung vorkombinationsdioden912a... 912 n, so fließt durch zuspannen, daß durch diese Dioden während der die betreffende Rekombinationsdiode, beispielsweise Ankopplung des nächsten Einstellimpulses ein zudie Diode 912 n, und den Kopplungswiderstand 908 η 60 fallsbedingter Rest- bzw. Rekombinationsstrom ein Durchlaßstrom (I_F, F i g. 2) zur negativen Span- fließt. Die Diode 954 kann aber auch wegfallen, sonungsquelle910n. Dieser Strom wird durch das Re- fern entsprechende Maßnahmen zur Kontrolle des kombinationsdiodenglied bestimmt und ist im Ver- Reststroms getroffen werden oder sofern die Tunnelgleich zum Spitzenstrom I₉ der Tunneldiode verhält- diode gegenüber dem von einer Anzahl Eingangsnismäßig klein. Wie F i g. 2 zeigt, verringert sich der 65 stufen gelieferten Reststrom unempfindlich ist.
durch die Tunneldiode fließende Strom etwas, und Fig. 10 zeigt eine weitere logische Schaltung mit zwar bis auf den Strom I_TD, wobei die Differenz einer einzigen Tunneldiode 1020, die mit einer einzwischen I_B und /7-0 von dem für eine jede Rekombi- zigen Rekombinationsdiode verbunden ist. Diese Re-

kombinationsdiode dient als Verstärkungsglied zwischen der Tunneldiode und einer Anzahl von UND-Eingangstoren. So liegen sämtliche UND-Tore 105Oo sowie 1050 b ... 1050« am Verbindungspunkt 1030, der mit der Kathode der Rekombinationsdiode 1012 verbunden ist. Die Anode dieser Rekombinationsdiode ist über einen Widerstand 1018 mit der Tunneldiode 1020 verbunden. Auch die in F i g. 10 gezeigte Schaltung arbeitet im wesentlichen wie die Schaltung nach F i g. 3, da die Tunneldiode normalerweise durch den von der Spannungsquelle 1016 und den Widerständen 1014 und 1018 erzeugten Strom im Zustand niedriger Spannung betrieben wird. Durch die Rekombinationsdiode 1012 wiederum kann Sperrstrom fließen, wenn vom Einstell- »5 impulsgenerator 1006 ein Einstellimpuls über die Diode 1004 geliefert wird, wobei dieser Sperrstromfluß in der Rekombinationsdiode nur dann auftritt, wenn zuvor ein Durchlaßstromfluß in der Diode aufgetreten ist. Durch die Diode 1012 kann nur dann ao Durchlaßstrom fließen, wenn von sämtlichen Eingangstoren 1050a und 1050b... 1050η Eingangssignale mit niedrigem Pegel erzeugt werden. Fließt durch die Rekombinationsdiode 1012 Sperrstrom, so wird die Tunneldiode 1020 in den Zustand hoher Span- »5 n<ung geschaltet, und an der Anode der Tunneldiode erscheint ein Ausgangssignal mit hohem Pegel. Dieses Ausgangssignal kann dann über die Diode 1060 an die Ausgangsvorrichtung 1028 übertragen werden. Die Diode 1060 wird als Trennstufe zwischen den Tunneldioden verwendenden Kaskadenschaltungen benutzt. Sie ist nicht überall erforderlich, muß jedoch in einigen Schaltungsanordnungen vorgesehen werden. Entspricht z. B. die Ausgangsvorrichtung 1018 einer Anzahl von Ausgangsstufen, so ergibt sich hierbei das Problem der Rückkopplung zwischen diesen Ausgängen und der Tunneldiode 1020. Durch die Diode 1060 wird der sogenannte Rückkopplungsstrom auf den Reststrom begrenzt, welcher durch die eine Kopplungsdiode fließt. Damit wird ein großer, von irgendeinem der Ausgangsstufen kommender Reststrom vermieden.

Die in F i g. 9 dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet am Eingang also als ODER-Schaltung, während die in Fig. 10 gezeigte Schaltungsanordnung an ihrem Eingang die UND-Funktion ausübt. Beide Schaltungsanordnungen werden beschrieben, um die Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Schaltung in logischen Systemen aufzuzeigen. Darüber hinaus sind diese Schaltungen als Beispiel für den vorgeschlagenen Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltung und nicht als Einschränkung gedacht. Für den Fachmann liegen weitere logische Funktionen nahe, für welche die vorgeschlagene Schaltung ohne wesentliche Abänderung der hier aufgezeigten Grundregeln eingesetzt werden kann. Diese Weiterbildungen sollen daher gleichfalls unter die beschriebene Erfindung fallen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Realisierung logischer Funktionen mit einer Mehrzahl von Eingängen, einer Taktimpuls-Stromquelle, einer Tunneldiode und einem mit der Tunneldiode verbundenen Ausgang, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktinipuls-Strornquelle (306) mit einem gemeinsamen Sammelpunkt (330) der Eingänge (302) verbunden ist und daß eine Halbleiterdiode (312) mit Rekombination^ effekt derart zwischen den genannten Sammelpunkt (330) und die Tunneldiode (320) geschaltet ist, daß während des Auftretens eines Taktimpulses Trägerladungen, die vorher bei einem vorbestimmten Potentialzustand des Sammelpunktes (330) in die Halbleiterdiode (312) injiziert worden sind, an die Tunneldiode (320) abgegeben werden, um diese von einem stabilen Betriebszustand in den anderen stabilen Betriebszustand zu schalten.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (312) mit Rekombinationseffekt derart gepolt ist, daß sie beim Empfang von Eingangssignalen Ladung speichert und diese unter dem Einfluß eines Impulses der Taktimpuls-Stromquelle (306) wieder abgibt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Vorspannungsquelle (316), welche mit der Diode (312) mit Rekombinationseffekt und der Tunneldiode (320) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine zweite Vorspannungsquelle (310), welche mit den Eingängen (302) und der Diode (312) mit Rekombinationseffekt verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 070 074, L 056 179.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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