DE1215755B - Schaltungsanordnung zur Darstellung logischer Funktionen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Darstellung logischer Funktionen

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DE1215755B
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DEE26104A
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Hassan Paddy Abdel Salam
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ENGLISH ELECTRIC LEO COMPUTERS
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ENGLISH ELECTRIC LEO COMPUTERS
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
H03k
Deutsche KL: 21 al-36/18
Nummer: 1215755
Aktenzeichen: E 26104 VIII a/21 al
Anmeldetag: 23. Dezember 1963
Auslegetag: 5. Mai 1966
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Darstellung logischer Funktionen mit einem Transformator mit mehreren Wicklungen zum Erzeugen eines Ausgangssignals an den Ausgangsanschlüssen einer Ausgangswicklung und mit einer Diode in Reihe mit einer Eingangswicklung. Eine bekannte Schaltungsanordnung weist einen Transformator mit einer einzigen Eingangswicklung auf, wobei auf Grund des einzigen Eingangssignals an zwei Anschlüssen der Sekundärwicklung Ausgangssignale erzeugt werden, die zueinander komplementär sind.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Darstellung logischer Funktionen zu schaffen, bei der ein Ausgangssignal die logische Funktion einer Anzahl von Eingangssignalen in Impulsform darstellen soll. Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Transformator ein Impulstransformator ist und eine Mehrzahl von Eingangswicklungen aufweist, die einzeln in eine gleiche Zahl von gleichartigen aber unabhängigen Eingangskreisen geschaltet sind, daß jeder Eingangskreis zwischen einen ersten Eingangsanschluß zum Empfangen eines ersten Dateneingangs-' signals mit zwei Zuständen und einen zweiten Eingangsanschluß zum Empfangen eines zweiten Dateneingangssignals mit zwei Zuständen geschaltet ist und zwischen den Eingangsanschlüssen zusätzlich zu der zugeordneten Wicklung des Transformators eine Diode aufweist, die so geschaltet ist, daß ein Eingangssignal in einem vorbestimmten Zustand einen Strom durch die zugeordnete Eingangswicklung nur dann fließen läßt, wenn sich das andere Eingangssignal in einem entsprechenden Zustand befindet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an die Ausgangswicklung des Transformators eine bistabile Speichervorrichtung angeschlossen. Die bistabile Speichervorrichtung wird durch ein Ausgangssignal von der Ausgangswicklung des Transformators automatisch in einen Zustand eingestellt, der für den vorbestimmten Binärzustand kennzeichnend ist.
Die Speichervorrichtung enthält vorzugsweise eine Tunneldiode und einen Vorspannungskreis. Der Vorspannungskreis erzeugt in der Tunneldiode einen Vorpolarisierungsstrom solcher Größe, daß die Diode in einem von zwei stabilen Spannungszuständen arbeiten kann. Durch ein Ausgängssignal in der Ausgangswicklung des Transformators wird der in der Tunneldiode fließende Strom geändert, wodurch die Diode von einem Spannungszustand in den anderen Zustand umschaltet.
Die Tunneldiode ist insbesondere in den Kollektor-Schaltungsanordnung zur Darstellung logischer Funktionen
Anmelder:
English Electric-Leo Computers Limited, London
Vertreter:
ίο Dr.-Ing. C. Reinländer, Patentanwalt,
München 8, Zeppelinstr. 73
Als Erfinder benannt:
Hassan Paddy Abdel Salam, London
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 28. Dezember 1962 (43 295)
Emitter-Kreis des Transistors geschaltet und die Ausgangswicklung des Transformators ist in den Basis-Emitter-Kreis des Transistors geschaltet.
Der Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors ist vorzugsweise parallel zu dem Vorspannungskreis geschaltet. Der Strom in der Tunneldiode steigt somit an, wenn der Transistor durch einen in der Ausgangswicklung des Transformators induzierten Impuls leitend gemacht ist.
Die Ausgangswicklung des Transformators ist vorzugsweise in Reihe mit der Tunneldiode und einer weiteren Diode in einem geschlossenen Kreis geschaltet. Dadurch wird eine Änderung des Stromes in der Tunneldiode verhindert, wenn am Ende eines Steuerimpulses der in dem Transformator aufgebaute Magnetfluß zusammenbricht.
Eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zur Verwendung in einem Digitalrechner wird an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in der sind
Fi g. 1 eine graphische Darstellung der Spannungs-Strom-Kennlinie einer in der Schaltungsanordnung vorgesehenen Tunneldiode und
Fig. 2 ein Schaltbild der elektrischen Schaltungsanordnung.
Die Schaltungsanordnung enthält drei erste Eingangsanschlüsse 10,11,12 zum Empfang von Eingangssignalen von (nicht dargestellten) Eingangs-
signalquellen, die bistabile Speichervorrichtungen in verschiedenen Registern eines Digitalrechners sein können, und drei zweite Eingangsanschlüsse 13, 14,
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15 zum Empfangen von Steuerimpulsen von einer Steuerimpulsquelle.
Drei gleichartige jedoch getrennte elektrische Kreise 16, 17,. 18 verbinden entsprechende erste und zweite Eingangsanschlüsse und jeder Kreis enthält in Reihe eine Eingangswicklung 19, 20 oder 21 eines Impulstransformators 22 und eine Siliziumdiode 23, 24 oder 25. Jede Diode ist in einem solchen Sinne geschaltet, daß sie einen Strom durch die zugeordnete Transformatoreingangswicklung. zu dem zugeordneten ersten Eingangsanschluß und zu der Eingangssignalquelle verhindert.
Der Impulstransformator 22 ist mit seiner Ausgangswicklung 26 zwischen Ausgangsanschlüsse 27,..._.. 28 geschaltet.
Die soweit beschriebene Schaltungsanordnung bildet-eine Signalübertragungseinrichtung, um die Übertragung von elektrischen Signalen mit Hilfe von Potentialen, die alternative Binärzustände darstellen, von den ersten Eingangsanschlüssen 10,11,12 zu den Ausgangsanschlüssen 27, 28 zu bewirken.
An die Ausgangsanschlüsse 27, 28 ist ein Eingangskreis 29 einer bistabilen Speichervorrichtung 30 angeschlossen, die eine Tunneldiode 31 als bistabiles Speicherelement enthält. Die Diode ist mit einem Vorspannungskreis 32 zum Erzeugen eines Vorpolarisierungsstromes versehen, um die Tunneldiode in die Lage zu versetzen, abwechselnd in einem der beiden stabilen Spanmmgszustände zu arbeiten, wie es später erläutert wird. Der Vorspannungskreis enthält einen Widerstand 33, über den die Tunneldiode mit einer Quelle negativer-Vorspannung 34 verbunden ist.·
Die bistabile Speichervorrichtung enthält außerdem einen p-n-p-Transistor 35, dessen Emitter-Basis-Kreis in Reihe mit der Tunneldiode in dem Eingangskreis 29 geschaltet ist. Der Kollektor des Transistors ist mit einer Quelle 36 konstanten negativen Potentials verbunden, so daß die Tunneldiode als Last im Emitterkreis des Transistors wirkt.
Die an der Tunneldiode erzeugte Spannung bildet das Ausgangspotentialsignal der bistabilen Speichervorrichtung und dieses Ausgangssignal wird dem Basis-Emitter-Kreis eines zweiten Transistors 37 durch die Schaltungsverbindungen 38, 39 zugeführt. Dieser zweite Transistor hat einen Lastwiderstand 40 des Kollektorkreises, der den Kollektor mit einer Quelle 41 konstanten; negativen Potentials verbindet, und einen Ausgangsanschluß 42, um das Kollektorpotential als ein Ausgangssignal des gesamten Gerätes zu erzeugen.
Der zweite Transistor 37 wirkt als eine Umkehrvorrichtung zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das dieselbe Polarität hat, wie das dem betreffenden ersten Eingangsanschluß 10, 11 oder 12 zugeführte Signal.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung wird nachfolgend beschrieben. Aus der Kennlinie der Tunneldiode in Fig. 1 ist ersichtlich, daß für Werte des Tunneldiodenstromes, die zwischen dem Spitzenwert Ip und dem Talwert Iy liegen, die an der Diode erzeugte Spannung abwechselnd einen relativ hohen oder einen sehr niedrigen Wert haben kann, und daß für jeden Wert des Stromes, der zwischen den beiden angegebenen Werten liegt, die Diode in dem Zustand hoher Spannung oder in dem Zustand niedriger Spannung stabil arbeiten kann. Diese beiden Betriebszustände liegen auf dem positiven Widerstandsteil der Kennlinie.
Um somit zu bewirken, daß die Tunneldiode 31 als ein bistabiles Speicherelement in der vorliegenden Schaltungsanordnung arbeitet, wird der Vorspannungswiderstand 33 so gewählt, daß die Tunneldiode anfänglich einen Strom I0 führt, wobei der Spannungsabfall an der Tunneldiode daraufhin V0 wird und der Arbeitspunkt auf dem linken positiven Widerstandsteil der Kennlinie liegt. Diese Spannung, die nahe dem Wert Null liegt und an den Ausgangsverbindungen 38, 39 auftritt, ist kennzeichnend für den binären Ausgangszustand Null.
Wenn der in der Tunneldiode fließende Strom momentan auf einen Wert erhöht wird, der größer als der Spitzenwert/p ist, indem z.B. der Transistor35. leitend gemacht wird, bewegt sich der Arbeitspunkt der Tunneldiode automatisch in den rechten positiven Widerstandsteil der Kennlinie, so daß nach dem Aufhören des zusätzlichen Stromflusses durch den Transistor 35 der Arbeitspunkt an einem zweiten stabilen Arbeitspunkt auf dem rechten positiven Widerstandsteil der Kennlinie bleibt, an dem der Strom in der Tunneldiode etwas auf einen neuen Wert I1 infolge des erhöhten Widerstandes der Tunneldiode gefallen ist. In diesem zweiten stabilen Zustand ist die an der Tunneldiode erzeugte Spannung F1 (0,5 V) und diese Spannung, die an den Ausgangsverbindungen 38, 39 des bistabilen Speicherelementes auftritt, ist kennzeichnend für den binären Ausgangszustand Eins.
Um eine solche Tunneldiode von dem Binärzustand Eins in den Binärzustand Null zurückzustellen, muß der Strom durch die Diode momentan auf einen Wert unterhalb des Wertes Iv verringert werden, so daß die Diode, wenn der Strom wiederum ansteigt, in dem stabilen Zustand niedriger Spannung mit einem Strom von I0 bleibt.
Um die gewünschte Rückstellwirkung zu erreichen, wird der Tunneldiodenstrom durch den Vorspannungskreis 32 momentan durch eine (nicht dargestellte) Rückstelleinrichtung unterbrochen.
Im Betrieb ist ein Potential nahe dem Wert Null, das einem ersten Eingangsanschluß 10, 11 oder 12 zugeführt oder an dem Ausgangsanschluß 42 erzeugt wird, kennzeichnend für den Binärzustand Eins, während ein Potential von — 2 V an diesen Anschlüssen kennzeichnend für den Binärzustand Null ist.
Auf Grund des Rückstellen der Tunneldiode in den niedrigen Spannungszustand Null wird der Transistor 37 nichtleitend gemacht, so daß der Ausgangsanschluß 42 auf dem Potential des Nullzustandes von —2 V gehalten wird. Bei Abwesenheit ernes Steuerspannungsimpulses wird jeder zweite Eingangsanschluß 13, 14 oder 15 durch die Steuerspannungsquelle auf einem Potential von +1V gehalten, während die Anlegung eines Steuerimpulses an einen zweiten Eingangsanschluß das Potential dieses Anschlusses auf "—IV verringert.
Es ist deshalb ersichtlich, daß, wenn ein erster Eingangsanschluß auf dem Potential des Nullzustandes (—2 V) gehalten wird, kein Strom in der zugeordneten Transformatorwicklung fließen kann, falls der zugeordnete zweite Eingangsanschluß auf +1V gehalten wird, und daß die Anlegung eines Steuerimpulses (—IV) an den zugeordneten zweiten Eingangsanschluß ebenfalls unwirksam für die Erzeugung eines Stromes in der zugeordneten Transformatoreingangswicklung ist, da unter dieser Bedingung die zugeordnete Diode gleichermaßen in Gegenrichtung vorgespannt ist. Somit wird keine Spannung in der
Transformatorausgangswicklung induziert, wenn ein erster Eingangsanschluß auf dem Potential des Nullzustandes gehalten wird, und der Transistor 35 bleibt somit in seinem nichtleitenden Ruhezustand und der Ausgangsanschluß 42 auf dem Potential des Nullzustandes von —2 V.
Wenn jedoch ein erster Eingangsanschluß auf dem Potential des Zustandes Eins (nahe dem Wert Null) gehalten wird, ist die Anlegung eines Steuerimpulses an dem zugeordneten zweiten Eingangsanschluß wirksam, um einen zeitweiligen Strom in der zugeordneten Transformatoreingangswicklung zu erzeugen und somit einen Anstieg zu einem Spannungsimpuls in der Transformatorausgangswicklung zu ergeben. Folglich wird der Transistor 35 zeitweilig leitend gemacht, um den Strom in der Tunneldiode zeitweilig über den Wert /p zu erhöhen. Die Tunneldiode nimmt daraufhin ihren Zustand hoher Spannung bzw. den stabilen Arbeitszustand Eins an und bewirkt, daß der Transistor 37 leitend wird, wodurch das an dem Aus- ao gangsanschluß 42 auftretende Potential auf das Potential des Zustandes Eins angehoben wird.
Somit kann durch das Anlegen eines Steuerimpulses an einen ausgewählten zweiten Eingangsanschluß, nachdem zuerst die Tunneldiode zurückgestellt wird, das binäre, an den entsprechenden ersten Eingangsanschluß angelegte Eingangssignal zu dem Ausgangsanschluß 42 übertragen werden.
Bei der oben beschriebenen Schaltungsanordnung erfordert die Tunneldiode in vielen Fällen die Verwendung des zweiten Transistors 37, um das Ausgangssignal der Tunneldiode umzukehren und dadurch an dem Anschluß 42 ein Ausgangssignal derselben Polarität zu erzeugen wie das dem betreffenden ersten Eingangsanschluß zugeführte Eingangssignal. Des weiteren ergibt der Transistor eine zusätzliche Leistungsverstärkung.
In Fällen, bei denen die Umkehrung des Eingangssignals durch die Tunneldiode zugelassen werden kann und bei denen eine große Leistungsverstärkung nicht erforderlich ist, kann der Transistor 37 weggelassen werden. Darüber hinaus kann gewünschtenfalls der Transistor 35 weggelassen werden, wobei die Transformatorausgangswicklung dann in einem geschlossenen Kreis angeordnet wird, der die Tunneldiode und zusätzlich eine (nicht dargestellte) Diode enthält, um eine Änderung des Tunneldiodenstromes zu verhindern, wenn am Ende eines Steuerimpulses der magnetische Fluß, der vorher in dem Transistor beim Beginn des Steuerimpulses erzeugt worden ist, zusammenbricht und eine Spannung entgegengesetzter Polarität in der Ausgangswicklung des Transformators induziert. Bei einer solchen abgeänderten Schaltungsanordnung ist der Ausgangsanschluß 42 direkt mit der Kathode der Tunneldiode verbunden.
Gewünschtenfalls kann die oben beschriebene Schaltungsanordnung so geändert werden, daß sie in der Lage ist, digitale Datensignale von einer anderen Zahl von Eingangssignalquellen zu übertragen, indem eine geeignete Zahl von ersten und zweiten Eingangsanschlüssen, Transformatoreingangswicklungen und zugeordneten Dioden hinzugefügt oder gegebenenfalls weggenommen wird.
Die oben beschriebene Schaltungsanordnung ergibt im Vergleich zu anderen Schaltungsanordnungen, die derzeit im Gebrauch sind und einfache UND- und ODER-Tore oder bistabile Speicherelemente verwenden, den Vorteil, daß weniger Bauelemente notwendig sind, um die gewünschte Übertragung von digitalen Datensignalen von einer von verschiedenen Eingangsquellen zu einer einzigen Ausgangsspeichervorrichtung zu erreichen.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zur Darstellung logischer Funktionen mit einem Transformator mit mehreren Wicklungen zum Erzeugen eines Ausgangssignals an den Ausgangsanschlüssen einer Ausgangswicklung und mit einer Diode in Reihe mit einer Eingangswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (22) ein Impulstransformator ist und eine Mehrzahl von Eingangswicklungen (19 bis 21) aufweist, die einzeln in eine gleiche Zahl von gleichartigen aber unabhängigen Eingangskreisen (16 bis 18) geschaltet sind, daß jeder Eingangskreis zwischen einen ersten Eingangsanschluß (10 bis 12) zum Empfangen eines ersten Dateneingangssignals mit zwei Zuständen und einen zweiten Eingangsanschluß (13 bis 15) zum Empfangen eines zweiten Dateneingangssignals mit zwei Zuständen geschaltet ist und zwischen den Eingangsanschlüssen zusätzlich zu der zugeordneten Wicklung des Transformators eine Diode (23 bis 25) aufweist, die so geschaltet ist, daß ein Eingangssignal in einem vorbestimmten Zustand einen Strom durch die zugeordnete Eingangswicklung nur dann fließen läßt, wenn sich das andere Eingangssignal in einem entsprechenden Zustand befindet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgangswicklung (26) des Transformators (22) eine bistabile Speichervorrichtung (30) angeschlossen ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung (30) eine Tunneldiode (31) und einen Vorspannkreis (32) enthält.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß" die Tunneldiode (31) in den Kollektor-Emitter-Kreis des Transistors (35) geschaltet ist und daß die Ausgangswicklung (26) des Transformators (22) in den Basis-Emitter-Kreis des Transistors geschaltet.ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors (35) parallel zu dem Vorspannungskreis (32) geschaltet ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswicklung (26) des Transformators (22) in Reihe mit der Tunneldiode (31) und einer weiteren Diode in einem geschlossenen Kreis geschaltet ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1053 219,1103 387.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 567/457 4.66 © Bundesdruckerei Berlin
DEE26104A 1962-12-28 1963-12-23 Schaltungsanordnung zur Darstellung logischer Funktionen Pending DE1215755B (de)

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