DE2811188A1

DE2811188A1 - Josephson-schaltkreis mit automatischer rueckstellung

Info

Publication number: DE2811188A1
Application number: DE19782811188
Authority: DE
Inventors: Sadeg M Faris
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1978-03-15
Publication date: 1979-05-17
Also published as: US4144465A; IT1111166B; DE2811188B2; CA1100194A; FR2396458A1; JPS5711511B2; IT7820836A0; GB1579517A; JPS5412695A; DE2811188C3; FR2396458B1

Description

!^nmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

te/se

Tosephson-Schaltkreis mit automatischer Rückstellung

3ie Erfindung betrifft einen Josephson-Schaltkreis nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Josephson-Schaltkreise enthalten Elemente, deren Wirkungsweise auf dem nach Josephson benannten Tunneleffekt beruht. Die theoretische Erklärung des Josephson-Effekts erfolge zuerst in Physics Letters, Juli 1962, gelten 251 bis 253. Seit damals sind zahlreiche andere Veröffentlichungen über Tosephson-Elemente und deren Anwendungen für eine Vielzahl von Funktionen erschienen. Ein besonderer Vorteil von Schaltkreisen mit Josephson-Elementen ist deren große Umschaltgeschwindigkeit und die entsprechende Möglichkeit, Impulse mit Breiten im Picosekundenbereich zu erzeugen.

in Josephson-Element ist im wesentlichen eine bistabile inrichtung, da das Element in seinem supraleitenden oder tfull-Spannungszustand (ohne Spannungsabfall) einen Strom bis zu einer bestimmten Schwelle durchläßt und solange in dem supraleitenden Zustand verbleibt, wie diese Schwelle nicht überschritten wird. Die Schwelle ist eine Funktion der Elementparamter und außerdem von magnetischen Feldern, die das Element durchsetzen. Zur Steuerung werden die Josephson-

lemente in manchen Fällen mit einem oder mehreren Steuerleitern versehen, die nach Anlegen eines Stroms ein Magnetfeld erzeugen, das wiederum den maximalen Schwellwertstrom des Josephson-Elements herabsetzt.

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in derartiges bekanntes Element, ein sogenanntes SQUID (Abkürzung für "superconducting quantum interference device") besteht einfach aus einem Josephson-Element mit zwei oder mehr !teuerleitern, die so angeordnet sind, daß das umschaltende Element einem Magnetfeld ausgesetzt werden kann, das seinerseits die Resultierende der von den Steuerleitern erzeugten Magnetfeldern darstellt. Hat das Element von seinem supraleitenden in den spannungsbehafteten Zustand umgeschaltet, weil der durch das Element fließende Strom den Schwellwert überschritten hat, so verbleibt es in dem spannungsbehafteten iustand, bis der Strom durch das Element auf Null herabgesetzt wird und schaltet erst dann in den supraleitenden Zustand zurück. Die bloße Reduzierung des Stromes durch das Element unter den Schwellwert schaltet somit bemerkenswerterweise das Element nicht in den supraleitenden Zustand zurück. Soll das

lement in den supraleitenden Zustand zurückkehren, mußten deshalb im Stand der Technik besondere zusätzliche Einrichtungejn oder eine besondere Betriebsweise vorgesehen werden. Dies ist z.B. dann notwendig, wenn ein zyklischer Betrieb gewünscht wird In einem dieser Fälle erfolgte die Zurücksetzung dadurch, daß ein Wechselstrom angelegt wurde, d.h. ein Strom mit zwei verschiedenen Polaritäten. Leitet das Element normalerweise Strom in der einen Richtung, so läßt es sich zurücksetzen, wenn ein Strom in der umgekehrten Richtung angelegt wird. Ein Beispiel hierfür ist in dem Artikel IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. .16, Nr. 10, März 1974, Seiten 3398 bis 99 zu finden. In einem anderen Fall wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, besondere Signale und Einrichtungen für das Zurücksetzen vorzusehen, beispielsweise in dem Artikel IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 16, Nr. 10, März 1974, Seiten 3400 bis 01.

Es ist natürlich wünschenswert, das Element so in einen Schalt kreis einzubauen, daß kein besonderer Rücksetz-Impuls erforderlich ist, da solche Impulse nur zur Verzögerung der Aus-

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gangssignale des Josephson-Elements führen und somit einen der wesentlichen Vorteile dieser Elemente, nämlich deren Geschwindigkeit, beeinträchtigen.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Schaltung mit Josephson-Elementen anzugeben, die für typischerweise vorkommende Eingangsimpulse selbstzurücksetzend ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung beschreibt eine selbstrücksetzende Schaltung mit einer Mehrzahl von Josephson-Elementen, die bei einem ausgewählten Polaritätsübergang einer Rechteckwelle als Eingangssignal einen relativ kurzen Ausgangsimpuls liefert und die sich selbst bei Auftreten des entgegengesetzten Polaritätsübergangs der Rechteckwelle zurücksetzt, dabei aber kein merkliches Ausgangssignal erzeugt. In einer Ausführungsform der Erfindung erscheint das Ausgangssignal beim ansteigenden Polaritätsübergang der Eingangs-Rechteckwelle, in einer anderen Ausführungsform beim abfallenden Polaritätsübergang.

Zu der Schaltung gehört ein erstes Josephson-Element, das mit einer Gleichstromquelle eines vorgegebenen Pegels gekoppelt ist sowie ein mit dem Eingang der Schaltung verbundener und dem ersten Josephson-Element zugehöriger Steuerleiter. Das erste Josephson-Element ist so ausgelegt, daß es in dem normalleitenden Zustand umschaltet, wenn die Eingangs-Rechteckwelle vom niederen zum hohen Pegel übergeht. Parallel zum ersten Josephson-Element ist eine Stromsenke geschaltet, die ein zweites Josephson-Element und eine Induktivität enthält. Das zweite Josephson-Element umfaßt einen Steuerleitsr, der

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mit dem Steuerleiter des ersten Josephson-Elements gekoppelt ist und daher dasselbe Rechteckwellen-Eingangssignal empfängt wie der Steuerleiter des ersten Josephson-Elements. Zum zweiten Josephson-Element gehört weiterhin ein zweiter Steuerleiter für einen Gleichstrom, dessen Polarität zu der des Eingangskreises entgegengesetzt ist und dessen Amplitude im wesentlichen der Amplitude der Rechteckwelle entspricht; bei Anwesenheit des Eingangssignals empfängt somit das zweite Josephson-Element aufgrund seiner Steuerleitungen ein resultierendes Magnetfeld "0". Wenn also das erste Josephson-Eler in seinen normalleitenden Zustand umschaltet, fließt ein Strom in die Stromsenke und nimmt mit konstanter Geschwindigkeit zu.

Zusätzlich zu der genannten Einrichtung ist ein Ausgangsschaltkreis vorgesehen mit einem dritten Josephson-Element einer zweiten Induktivität (die sehr viel kleiner ist als die induktivität in der Stromsenke) und mit einem Widerstand; alle diese Elemente sind in Reihe geschaltet und eine Anschlußklemme des Ausgangskreises ist mit der Gleichstromquelle verbünden, die den Schaltkreis versorgt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem ein Ausgangssignal beim Pegelübergang nieder/hoch des Eingangssignals erzeugt wird, ist die andere Klemme des Ausgangsschaltkreises so geschaltet, daß der Ausgangsschaltkreis, das erste Josephson-Element und die Stromsenke alle parallel miteinander verbunden sind.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Klemme des Ausgangsschaltkreises ebenfalls mit der Gleichstromquelle verbunden, die andere Klemme des Ausgangskreises ist jedoch zwischen dem zweiten Josephson-Element und der Induktivität in der Stromsenke angeschlossen.

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Schaltet das erste Josephson-Element in den normalleitenden Zustand um, so fließt in der ersten Ausführungsform ein Strom sowohl in die Stromsenke als auch in den Ausgangskreis, infolge des Induktivitätsverhältnisses von Ausgangskreis und Stromsenke nimmt der Strom im Ausgangskreis jedoch mit größerer Geschwindigkeit zu. Das dritte Josephson-Element weist aber einen maximalen Strom auf, der kleiner ist als der Strom, den die Gleichstromquelle durch dieses Element liefern kann. Wenn also der Strom im Ausgangskreis steil ansteigt, wird der maximale Strompegel des dritten Josephson-Elements überschritten und dieser schaltet in den normalleitenden Zustand. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Strom im Ausgangsschaltkreis schnell ab. Der Strom im Ausgangsschaltkreis ist daher ein kurzer Impuls, der im wesentlichen beim positiven Pegelübergang im Eingangssignal erfolgt. Der Strom in der Stromsenke nimmt weiter linear zu bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Strom im ersten Josephson-Element auf Null abfällt. Dann schaltet das erste Josephson-Elenient in den supraleitenden Zustand um, der Strom in der Stromsenke nimmt nicht mehr zu, sondern bleibt auf konstantem Pegel.

Ungefähr zur gleichen Zeit schaltet das dritte Josephson-Element ebenfalls in den supraleitenden Zustand. Beim negativen Pegelübergang (hoch/niedrig) des Eingangssignals befindet sich das zweite Josephson-Element in einem Zustand, bei dem sein Strom den Schwellwert überschreitet, da dieser infolge des resultierenden Magnetfelds im Element reduziert wurde. Das zweite Josephson-Element schaltet also jetzt in den normalleitenden Zustand um und sein Strom nimmt bis zum Wert "0" ab; der Strom wird dann in das erste Element verlagert. Wenn der Strom im zweiten Element den Wert "0" erreicht, schaltet dieses in den supraleitenden Zustand zurück. Zu diesem Zeitpunkt ist der Schaltkreis zurückgesetzt und der nächste positive Pegelübergang des Eingangssignals führt zur Wiederholung der eben beschriebenen Schritte.

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Die zweite Ausführungsform arbeitet in einer sehr ähnlichen Weise. Hierzu wird angenommen, daß der Gleichstrom ganz durch das erste Josephson-Element fließt, das sich ebenso wie die anderen beiden Josephson-Elemente im supraleitenden Zustand befindet. Beim positiven Pegelübergang des Eingangssignals schaltet das erste Josephson-Element in den normalleitenden Zustand und verlagert damit den Strom in die Stromsenke» Der Strom fließt aber nicht in den Ausgangsschaltkreis, da dieser parallel zum zweiten Josephson-Element liegt, das sich noch im supraleitenden Zustand befindet; auch der Widerstand R verhindert den Stromfluß. Einige Zeit, nachdem der Strom in die Stromsenke verlagert wurde, schaltet das erste Josephson-Element in den supraleitenden Zustand zurück» Beim negativen Pegelübergang des Eingangsschaltkreises überschreitet der im zweiten Josephson-Element fließende

trom den Schwellwert (der beim negativen Pegelübergang des Eingangsschaltkreises herabgesetzt wird), so daß das zweite JosephsonElement in den spannungsbehafteten Zustand umschaltet Der Strom in der Induktivität kann sich nicht plötzlich ändern und es beginnt deshalb ein Stromfluß im Ausgangsschaltkreis. Wenn der Strom im Ausgangsschaltkreis den

chwellwert des dritten Josephson-Elements überschreitet, das in Serie geschaltet ist, schaltet das dritte Josephson-Element in den normalleitenden Zustand und der Strom im Ausgangsschaltkreis nimmt dementsprechend schnell ab« Das resultierende Ausgangssignal ist somit ein scharfer Impuls, der beim negativen Pegelübergang des Eingangsschaltkreises auftritt. Da sich das erste Josephson-Element dann im supraleitenden Zustand befindet, fließt der Strom durch dieses, während das zweite und dritte Josephson-Element in den supraleitenden Zustand zurückgehen. Beim positiven Pegelübergang des Eingangsschaltkreises schaltet das erste Josephson-Element wiederum in den normalleitenden Zustand um, die Schrittfolge wiederholt sich also.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen tragen einander entsprechende Bauelemente gleiche Bezugszeichen.

Es zeigen:

iFig. 1 ein schematisches Schaltkreisdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform,

Fign. 2A-2H Wellenformen, die bei der Simulation des

Schaltkreises nach Fig. 1 erhalten wurden und

JFig. 3 ein schematisches Schaitkreisdiagramm einer weiteren ausfuhrungsform der Erfindung.

JFig. 1 zeigt ein Schaitkreisdiagramm einer bevorzugten Aus-Iführungsform der Erfindung. Der Schaltkreis enthält drei ¹ Josephson-Kgntakte, Q-, Q₂ und Q₃₀ Ein Gleichstrom I fließt jin einen Verzweigungspunkt 10, der mit jedem der Josephson-JKcntakte Q- bis Q₃ verbunden ist. Die andere Klemme des Josephson-Kontakts Q- ist mit einer Stromsenke verbunden.

Ein Schaltkreis, der eine Stromsenke darstellt, ist parallel zu Q- geschaltet und enthält Q_n sowie eine Induktivität L_T.

I £. JLj

Ebenfalls parallel zu Q- liegt ein Ausgangsschaltkreis mit JQ-, sowie einer Induktivität L-. (=L_O) und einem Widerstand R. Das Ausgangssignal des Schaltkreises wird an der Induktivität jL und dem Widerstand R abgenommen. Der Eingang des Schaltkreises ist mit einer Klemme eines Steuerleiters STEUERUNG für Q- verbunden. Mit diesem Steuerleiter ist ein Steuerleiter STEUERUNG 21 für Q₀ in Reihe geschaltet. Ein Gleichstrom I ■ ί g

fließt in die Klemme 10 auf einem weiteren Steuerleiter STEUERUNG 22 für Q₃. Q₃ ist ein Josephson-Element, das im Stand der Technik unter der Bezeichnung SQUID (Abkürzung für Superconductive Quantum Interference Device)bzw.als Interferometer mit aufgespaltenem Feld bekannt ist. Ein derar-

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tiges Element ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 978 351 beschrieben. Das resultierende Magnetfeld, dem das Josephson-Element Q₂ ausgesetzt ist, ergibt sich als Resultierende der von den Strömen in den Steuerleitern 21 und 22 erzeugten Magnetfelder» Die Elemente Q₁ und Q₃ sind ebenfalls SQUIDs, obowhl dies für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise der Fall sein muß. Der Widerstand R kann beispielsweise die charakteristische Impedanz einer abgeschlossenen Leitung sein, L_R ist viel kleiner (mindestens eine Größenordnung) als L_L» Weiterhin sollte der Strom I kleiner als der Schwellwertstrom I_MQ von Q₁ und Q₂ sein, aber größer als der Schwellwertstrom von Q₃₀

Zur Beschreibung der Wirkungsweise des Schaltkreises wird angenommen, daß alle Josephson-Elemente in ihrem supraleitenden Zustand sind und daß I^ = I , d.h«, daß der gesamte Strom durch Q₁ fließt. Weiter wird angenommen, daß zu diesem Zeitpunkt im Eingangskreis ein positiver Pegelübergang stattfindet, dessen Amplitude ausreicht, um den Schwellwertstrom von Q₁ kleine: als I₁ zu machen, wenn im Steuerleiter von Q₁ Strom entsprechend der Eingangs-Wellenform fließtο Zu dieser Zeit schaltet Q₁ in den normalleitenden Zustand, so daß praktisch der gesamte Strom in die Stromsenke und den Ausgangsschaltkreis umgelenkt wird. Da jedoch L_L>> L_R, fließt zu Beginn der Hauptteil des Stroms durch den Ausgangsschaltkreis. Da I größer ist als der Schwellwertstrom von Q₃, schaltet dieses ebenfalls in den normalleitenden Zustand um, wenn der Strom I₃ den Wert I_M0 überschreitet» Der Wert von I₃ wird damit schnell verringert. I fließt dann in die Stromsenke. Der Strom in der Stromsenke nimmt infolge des Vorhandenseins von L_T mit konstanter Geschwindigkeit zu. Da das resultierende Magnetfeld für Q₂ im wesentlichen Null ist, da I gleich dem im Steuerleiter fließenden Strom ist, aber die entgegengesetzt(ji Polarität aufweist, schaltet der gesamte Strom in die Stromsenke um und sowohl Q₁ als Q₃ schalten in den supraleitenden Zustand zurück. Wenn Q^ im supraleitenden Zustand ist, sta-

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bilisiert sich der Strom in der Stromsenke. Beim negativen Pegelübergang des Eingangssignals ändert sich das resultierend Magnetfeld für Q₂ drastisch, da dann kein dem Magnetfeld von I entgegengerichtetes Magnetfeld mehr vorhanden ist. Der effektive Schwellwert von Q₂ wird infolgedessen reduziert und Q₂ schaltet infolge des in ihm fließenden Stroms in den normalleitenden Zustand. Dadurch fließt nun ein Strom in Q- und die Stromverteilung ändert sich allmählich bis der gesamte Strom I durch Q- fließt und Q₂ wieder in den supraleitenden Zustand zurückschaltet. An dieser Stelle hat der Schaltkreis einen gesamten Arbeitszyklus durchlaufen und kann einen erneuten positiven Pegelübergang des Eingangssignals empfangen.

Ein Schaltkreis nach Fig. 1, mit dem Ausgangsimpulse in der Größenordnung von 50 Picosekunden erzeugt werden können, weist beispielsweise folgende Werte für seine Parameter auf:

^LL =	300 pH?
^LR ~	15 pB;
R	1 Ohm.

Die Elemente Q₁ und Q₂ sind Interferometer mit einer Feldaufspaltung 1-2-1 (beispielsweise der in der US-Patentschrift 3 978 351 genannten Art) mit LI_o/0_o = 0,21 (0_Q ist ein einzelnes Flußquant); I = 2,28 mA; R. = 7 Ohm; C. = 7,4 pF.

kann ein einzelner Kontakt sein mit I_MQ = 1,14 mA; R. =14 Ohm und C. = 3,7 pF. I =1,5 mA und der Eingangsschaltkreis weisen eine Periode von 950 Picosekunden bei einem tibergang von 0 mA auf 1,5 mA auf.

Der Schaltkreis nach Fig. 1 kann in zahlreicher Hinsicht abgeändert werden. Beispielsweise braucht der Steuerstrom 22 für Q₂ nicht den Strom I enthalten, sondern kann von einer anderen Quelle geliefert werden, deren Stromamplitude ihrerseits entsprechend der gewünschten Funktion von Q₂ im Schaltkreis ausgewählt wird. Das Element Q₃, das bisher als

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Einzelkontakt beschrieben wurde, kann auch ein Interferometer mit aufgespaltenem Feld sein, dessen Steuerströme gemäß der gewünschten Betriebsweise ausgewählt werden können. Beim Simulieren des Betriebs des oben beschriebenen Schaltkreises wurde als Eingangssignal eine Wellenform der in Fig. 2A dargestellten Art verwendet. Der Strom durch Q₁ ist durch Fig. 2B dargestellt; der Strom durch Q-, in Fig. IC, der Strom in Q., in Fig. 2D; Fig. 2E zeigt das Magnetfeld, dem Q₀ ausgesetzt ist und stellt die Differenz zwischen I₍ und dem Eingangssignal (Fig. 2A) dar. Die Spannung an Q,, Q, und Q^ ist in den Fign. 2F,bzw. 2G und 211 dargestellt. Die Wellenform der Fig. 2C gibt auch einen Hinweis auf die an L und dem Widerstand verfügbare Ausgangsspannung.

Der Schaltkreis von Fig. 1 liefert einen kurzen Ausgangsimpuls bei jedem positiven Phasenübergang eines Eingangssignals in Form einer Rechteckwelle. Manchmal ist es wünschenswert, einen kurzen Ausgangsimpuls bei jedem negativen Phasenübergang einer Eingangs-Rechteckwelle zu erzeugen. Der Schaltkreis von Fig. kann durch eine leichte Abänderung, beispielsweise wie in Fig. 3, zu diesem Zweck verwendet v/erden.

In Fig. 3 wird dem Josephson-Element Q. ein direkter Arbeitsstrom I₍ zugeführt. Eine Stromsenke liegt parallel zu Q^ und besteht aus einem Josephson-Element Q und einer Induktivität L₁. . Derselbe Ausgangsschaltkreis wie in Fig. 1 mit einem Josephson-Element Q-,, einer Induktivität L und einem Widerstand R ist mit einer Klemme im Schaltpunkt IO angeschlossen.

Im Gegensatz zu Fig. 1 ist der Ausgangsschaltkreis jedoch in diesem Fall parallel zum Josephson-Element Q, gelegt und nicht parallel zum Josephson-Element Q.. Wenn gewünscht, können für den Schaltkreis von Fig. 3 dieselben Parameter verwendet werden, die für die Schaltung nach Fig. I angegeben wurden.

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28 1 US')

Im Betrieb kann angenommen werden, daß der Arbeitsstrom ganz durch Q, fliei3t, wenn das Eingangssignal Null ist. Bei einem positiven Pegelübergang des Eingangsschaltkreises wird

in den normalleitenden Zustand umgeschaltet, da der Arbeitsstrom I nun über der Schwelle liegt, die durch den Elingangsimpuls herabgesetzt wurde. Zur gleichen Zeit steht der Eingangsstrom I. dem Magnetfeld von I im Josephson-Element Q-, ,entgegen und Strom kann somit in die Stromsenke abgelenkt v/erden; da die Stromsenko die Induktivität L₁. umfa,3t, wird der Strom langsam von Q, nach Q₂ verlagert. Im Ausgangsschaltkreis fließt solange kein Strom, wie Josephson-Element Q₉ im supraleitenden Zustand verbleibt, da im wesentlichen keine Spannung vorhanden ist, die einen Strom in diesem Kreis erzeugt. Unter der Annalime, daß der Eingangs impuls lang genug ist, fließt somit im wesentlichen der gesamte Arbeitsstrom I in die Stromsenke und kein Strom in das Josephson-Element Q₁, so daß dieses in den supraleitenden Zustand zurückschaltet. Bei einem negativen Pegelübergang des Eingangssignals schaltet Josephson-Element Q^ jedoch in den normalleitenden Zustand. Das resultierende Magnetfeld für Q_? ändert sich nämlich schnell, wenn I, dem Wert Null zustrebt, sodaß Q„ in den normal leitenden Zustand übergeht. Da sich der Strom durch die Induktivität L₁. nicht momentan ändern kann, verlagert sich der Strom, der vorher durch Q., floß, nun schnell in den Ausgangsschaltkreis. Bei diesem Stromanstieg wird jedoch die Stromschwelle von Q, überschritten, das somit ebenfalls in den normalleitenden Zustand umschaltet. Der Strom durch den Ausgangskreis fällt damit schnell ab, ebenso wie der Strom durch die Stromsenke; der Strom wird jetzt durch Q₁ geleitet, das sich nun im supraleitenden Zustand befindet. Wenn der Stromfluß durch Q., und Q, aufhört, schalten beide in den supraleitenden Zustand zurück. Dadurch v/ird der Ausgangsimpuls in der Reihenschaltung des Ausgangsschaltkreises befindet, und der gesamte Arbeifcfjzyklus ist durchlaufen. I).i;j iiign il, d<i;j in L_n und R abgegriffen worden kann, i. Jt

ΊΟ 37t) Of)O

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ein kurzer Impuls beim negativen Pegelübergang des Eingangssignals. Der positive Pegelübergang erzeugt kein merkliches Ausgangssignal, er setzt jedoch den Schaltkreis zurück, so daß dieser auf einen weiteren negativen Pegelübergang reagieren kann.

Die Schaltkreise der Fign. 1 und 3 sind in dem Sinne komplementär, als der Schaltkreis nach Fig. 1 einen Ausgangsimpuls bei dem einen Pegelübergang einer Eingangs-Rechteckwelle erzeugt und der Schaltkreis nach Fig. 3 einen Ausgangsimpuls beim anderen Pegelübergang. Beide Schaltkreise können zusammen so beschrieben werden, daß sie einen ersten stromführenden Kreis mit einem Josephson-Element enthalten, das normalerweise Strom führt und bei einem Pegelübergang im Eingangssignal in den normalleitenden Zustand umschaltet (und daher den Stromfluß durch das Element hemmt), sowie einen Ausgangsschaltkreis, der parallel zum Josephson-Element liegt und ein zweites Josephson-Element umfaßt, das einen Ausgangsimpuls erzeugt; die Vorderkante des Ausgangsimpulses entsteht beim Umschalten des Stroms in den Ausgangskreis, die Hinterkante, wenn das zweite Josephson-Element seine Umschaltschwelle überschreitet. Das zweite Josephson-Element schaltet in den normalleitenden Zustand um und verdrängt dadurch den Strom aus dem Ausgangsschaltkreis. Außerdem sind Einrichtungen enthalten, die auf den komplementären Pegelübergang des Eingangssignals reagieren, um den Strom in den ersten stromführenden Kreis'zurückzuschalten. In Fig. 1 ist das erste Josephson-Element Q₁, der Ausgangsschaltkreis enthält Q, und der Rücksetz-Schaltkreis Q„. Im Schaltkreis nach Fig. 3 enthält der erste stromführende Kreis Q₂ 1 der Ausgangskreis wiederum Qo und der Rücksetzkreis Q., .

Die erfindungsgemäßen Schaltungen können durch viele Veränderungen modifiziert werden. Beispielsweise läßt sich die Arbeitsweise der Schaltkreise dadurch selektiv machen, daß Q₃ mit einem Steuerleiter und einer Schwelle I_MQ versehen

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wird, die größer ist als I . Ohne Steuerstrom im Leiter ergeben sich somit breite Ausgangsimpulse anstelle der oben beschriebenen kurzen Impulse. Wird dagegen an dem Steuerleiter des dritten Josephson-Elements ein Strom angelegt, so sinkt I_MO unterhalb den Wert I und es ergeben sich kurze Impulse. Die Amplitude und die Dauer dieser Impulse können mit Hilfe des Steuerstroms für Q-. geändert werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Josephson-Schaltkreis mit automatischer Rückstellung, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Josephson-Element (Q₁, Fig. 1 bzw. Q₃, Fig. 3) bei einem der beiden Pegelübergänge eines im wesentlichen rechteckformigen Eingangssignals in den normalleitenden Zustand umgeschaltet wird, daß ein parallel zum ersten Josephson-Element liegender Ausgangskreis mit einem zweiten Josephson-Element (Q₃) und einer induktiven Last (L_R, R) ein Ausgangssignal bei dem genannten Pegelübergang erzeugt und daß ein parallel zum ersten Josephson-Element liegender Rückstellkreis mit einem dritten Josephson-Element (Q₂, Fig. 1 bzw. Q₁, Fig. 3) sowie einer Induktivität (L_L) vorgesehen ist.
2. Josephson-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal über Steuerleiter des ersten und des dritten Josephson-Elements geführt wird.
3. Josephson-Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (L_R) des Ausgangskreises sehr klein ist gegenüber der Induktivität (L_L) des Rücksetzkrexses.
4. Josephson-Schaltkreis nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsstrom (I) den Schwellwertstrom des zweiten Josephson-Elements (Q₃, Fig. 1; Q₃, Fig.3) überschreitet, jedoch kleiner als der Schwellwertstrom des ersten Josephson-Elements (Q₁, Fig. 1; Q₂, Fig. 3) und des dritten Josephson-Elements (Q₂, Fig. 1; Q Fig. 3) ist.
5. Josephson-Schaltkreis nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Josephson-Element (Q₀/ Fig. 1? Qir Fig. 3) einen zusätzlichen Steuer-

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leiter aufweist, der einen nach Amplitude und Polarität so gewählten Gleichstrom (I) führt, daß das vom Einganc signal erzeugte Magnetfeld verringert wird.
6. Josephson-Schaltkreis nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Josephson-E lernen te zwei- oder mehrkontaktige Josephson-Interferometer sind.
7. Josephson-Schaltkreis nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und dritte Josephson-Element (Q₁, Q₂) zwei- oder mehrkontaktige Josephson-Interferometer sind, das zweite Josephson-Element Q₃) ein JosephsonKontakt.
8. Josephson-Schaltkreis nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Ausgangssignals beim ersten Pegelübergang (tief-hoch) des Eingangssignals das erste Josephson-Element (Q₁, Fig. 1) durch den ersten Pegelübergang in den normalleitenden Zustand umgeschaltet wird und dadurch den Arbeitsstrom in den Ausgangszweig (L_R, R) verlagert, daß durch automatisches Umschalten des zweiten Josephson-Elements (Q₃) der Arbeitsstrom in die Stromsenke (L_L) überführt wird und daß das dritte Josephson-Element (Q₃, Fig. 1) anschließend durch den zweiten Pegelübergang (hoch-tief) in den normalleitenden Zustand umgeschaltet wird und den Arbeitsstrom in das erste Josephson-Element (Q₁, Fig. 1) zurückverlagert.
9. Josephson-Schaltkreis nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Ausgangssignals beim zweiten Pegelübergang (hoch-tief) des Eingangssignals das dritte Josephson-Element (Q₁, Fig. 3) durch den ersten Pegelübergang in den normalleitenden Zustand umgeschaltet

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wird und dabei den Arbeitsstrom in die Stromsenke (L_L) mit dem ersten Josephson-Element (Q₂, Fig. 3) verlagert, daß der zweite Pegelübergang das erste Josephson-Element in den normalleitenden Zustand überführt und dabei den Arbeitsstrom in den Ausgangskreis (L_n, R) verlagert und daß durch automatisches Umschalten des zweiten Josephson-Elements (Q₃, Fig. 3) der Arbeitsstrom wieder in das dritte Element (Q₁, Fig. 3) zurückverlagert wird.

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