DE2811188B2

DE2811188B2 - Josephson-Schaltkreis mit automatischer Rückstellung

Info

Publication number: DE2811188B2
Application number: DE2811188A
Authority: DE
Inventors: Sadeg M. Yorktown Heights N.Y. Faris (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1978-03-15
Publication date: 1979-09-13
Also published as: JPS5711511B2; DE2811188A1; DE2811188C3; IT1111166B; IT7820836A0; FR2396458B1; CA1100194A; FR2396458A1; GB1579517A; JPS5412695A; US4144465A

Description

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

Josiephson-Schaltkreise enthalten Elemente, deren Wirkungsweise auf dem nach Josephson benannten Tunneleffekt beruht. Die theoretische Erklärung des Josephson-Effekts erfolgte zuerst in Physics Letters, Juli 1962, Seiten 251 bis 253. Seit damals sind zahlreiche andere Veröffentlichungen über Josephson-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 Picceekundenbereich zu erzeugen.

Ein Josephson-Element ist im wesentlichen eine bistabile Einrichtung, da das Element in seinem supraleitenden oder Null-Spannungszustand (ohne Spannungsabfall) einen Strom bis zu einer bestimmten Schwelle durchläßt und so lange in dem supraleitenden 2)ustand verbleibt, wie diese Schwelle nicht überschritten wird. Die Schwelle ist eine Funktion der EiIementiparameter und außerdem von magnetischen

Feldern, die das Element durchsetzen. Zur Steuerung werden die Josephson-Elemente 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.

Ein derartiges bekanntes Element, ein sogenanntes SQUID (Abkürzung für »superconducting quantum interference device«) besteht einfach aus einem Josephson-Element mit zwei oder mehr Steuerleitern, die so angeordnet sind, daß das umschaltende Element einem Magnetfeld ausgesetzt werden kann, das seinerseits die Resultierende der von den Steuerleitern erzeugten Magnetfelder 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 Zustand, 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 Element in den supraleitenden Zustand zurückkehren, mußten deshalb im Stand der Technik besondere zusätzliche Einrichtungen 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 w irde 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 Schaltkreis einzubauen, daß kein besonderer Rücksetz-Impuls erforderlich ist, da solche Impulse nur zur Verzögerung der Ausgangssignale 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 Polaritätsübergangeiner Rechteckwelle als Eingangssignal einen relativkurzen 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 Ein-

gangs-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-Elemevit 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 Steuerleiter, der 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 desen /^nplitude 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-Element 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 verbunden, die den Schaltkreis versorgt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem ein Ausgangssignal beim P jgelübergang 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 Jostphson-Element und der Induktivität in der Stromsenke angeschlossen.

Schaltet das erste Josephson-Element in den normalleitenden Zustand um, so fließt in der ersten Ausführungform 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 dahrr 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 dein der Strom im ersten Josephson-Element auf Null abfällt. Dann schaltet das erste Josephson-Element 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.

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 Zastand 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, aas 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 Einganpsschaltkreises überschreitet der im zweiten Josephson-Element fließende Strom den Schwellwert (der beim negativen Pegelübergang des Eingangsschaltkreises herabgesetzt wird), so daß das zweite Josephson-Element 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 Schwellwert des dritten Josephson-Elements überschreitet, das in Serie geschaltet ist, schaltet das dritte Josephson-Element in den normalleitenden Zusstand 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 Pegel* übergang des Eingangsschaltkreises schältet das erste Josephson-Element wiederum in den normailettenden Zustand um, die Schrittfolge wiederholt sich also.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen tragen einander entsprechende Bauelemente gleiche Bezugszeichen. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltkreisdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 2 A bis 2 H Wellenformen, die bei der Simulation des Schaltkreises nach Fig. 1 erhalten wurden, und

Fig. 3 ein schematisches Schaltkreisdiagramm einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Schaltkreisdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der Schaltkreis enthält drei Josephson-Kontakte, Q₁, Q₂ und Q₃. Ein Gleichstrom I_g fließt in einen Verzweigungspunkt 10, der mit jedem der Josephson-Kontakte Q₁ ' bis Q.. verbunden ist. Die andere Klemme des Josephson-Kontakts Q₁ ist mit einer Stromsenke verbunden.

Ein Schaltkreis, der eine Stromsenke darstellt, ist parallel zu Q₁ geschaltet und enthält Q₂ sowie eine Induktivität L₁. Ebenfalls parallel zu Q₁ liegt ein Ausgangsschaltkreis mit Q, sowie einer Induktivität L_R und einem Widerstand/?. Das Ausgangssignal des

Schaltkreises wird Si! dcf !iiuükUviidi L_K uiltl ucili

Widerstand R abgenommen. Der Eingang des Schaltkreises ist mit einer Klemme eines Steuerleiters STEUERUNG 1 für Q₁ verbunden. Mit diesem Steuerleiter ist ein Steuerleiter STEUERUNG 21 für Q₂ in Reihe geschaltet. Ein Gleichstrom l_g fließt in die Klemme 10 über einen weiteren Steuerleiter STEUERUNG 22 für Q₂. Q₂ ist ein Josephson-EIement, das im Stand der Technik unter der Bezeichnung SQUID (Abkürzung für Superconductive Quantum Interference Device) bzw. als Interferometer mit aufgespaltenem Feld bekannt ist. Ein derartiges Element ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3978351 beschrieben. Das resultierende Magnetfeld, dem das Josephson-EIement 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, obwohl 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_g kleiner als der Schwellwertstrom I_MO von Q₁ und Q₂ sein, aber größer als der Schwellwertstrom von Q₃.

Zur Beschreibung der Wirkungsweise des Schaltkreises wird angenommen, daß alle Josephson-Elemente in ihrem supraleitenden Zustand sind und daß Z₁ = I_g, 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 kleiner als Z₁ zu machen, wenn im Steuerletter von Q, Strom entsprechend der Eingangs-Wellenform fließt. 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 / größer als der Schwellwertstrom von Q₃, schaltet dieses ebenfalls in den normalleitenden Zustand um, wenn der Strom I₃ den Wert I_MO überschreitet. Der Wert von I₃ wird damit schneller verringert, I_g fließt dann in die Stromsenke. Der Strom in der Stromsenke nimmt infolge des Vorhandenseins von L_L mit konstanter Geschwindigkeit zu. Da das resultierende Magnetfeld für Q₂ im wesentlichen Null ist, da I_g gleich dem im Steuerleiter der Steuerung 21 fließenden Strom ist, aber die entgegengesetzte Polarität aufweist, fließt der gesamte Strom in die Stromsenke, und sowohl Q₁ als Q₃ schalten in den supraleitenden Zustand zurück. Wenn Q₁ im supraleitenden Zustand ist, stabilisiert sich der Strom in der Stromsenke. Beim negativen Pegelübergang des Eingangssignals ändert sich das resultierende Magnetfeld für Q₂ drastisch, da dann kein dem Magnetfeld von I_g 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 Q₁, und die Stromverteilung ändert sich allmählich, bis der gesamte Strom l_g durch Q₁ fließt und Q₂ wieder in den supraleitenden Zustand zurückschaltet. An dieser Stelle hat der Schaltkreis einen gesamten Arbeitszyklusdurchlaufen und kann einen erneuten positiven Pegelübergang des Eingangssignals empfangen.

c:_ c.k.nu.; ~„u π:_ ι :» j λ :

pulse in der Größenordnung von 50 Picosekunden erzeugt werden können, weist beispielsweise folgende Werte für seine Parameter auf:

L₁ = 30OpH;

L„ = 15 pH;

R = 1 Ohm.

Die Elemente Q₁ und Q₂ sind Interferometer mit einer Feldaufspaltung 1-2-1 (beispielsweise der in der I 'S -Patentschrift 3978351 genannten Art) mit L/_O/0_O = O,21 (₀ ist ein einzelnes Flußquant); Iy₀ = 2,28 mA; R₁ = 7 Ohm; C_; = 7,4 pF. Q₃ kann ein einzelner Kontakt sein mit I_MO — 1,14 mA; R₁ = 14 Ohm und C)= 3,7 pF. J= 1,5mA und der Eingangsschaltkreis weisen eine Periode von 950 Picosekunden bei einem Übergang von 0 m 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 / zu 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 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 Q₃ in Fig. 2C, der Strom in Q₂ in F!g. 2D; Fig. 2E zeigt das Magnetfeld, dem Q₂ ausgesetzt ist und stellt die Differenz zwischen I_g und dem Eingangssignal (Fig. 2A) dar. Die Spannung an Q₁, Q₂ und Q₃ ist in den F ig. 2Fbzw. 2G und 2H dargestellt. Die Wellenform der Fig. 2C gibt auch einen Hinweis auf die an L_R und dem Widerstand verfügbare Ausgangsspannung.

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

In Fig. 3 wird dem Josephson-EIement Q₁ ein direkter Arbeitsstrom I_g zugeführt. Eine Stromsenke

liegt parallel zu Q₁ und besteht aus einem Josephson-Element Q, und einer Induktivität L_L. Derselbe Ausgangsschaltkreis wie in Fig. 1 mit einem Josephson-Element Q₃, einer Induktivität L_R und einem Widerstand R ist mit einer Klemme im Schaltpunkt ■ 10 angeschlossen.

Im Gegensatz zu Fig. I ist der Ausgangsschaltkreis jedoch in diesem Fall parallel zum Josephson-Element Q₂ gelegt und nicht parallel zum Josephson-Element Q₁. Wenn gewünscht, können für den Schaltkreis von " Fig. 3 dieselben Parameter verwendet werden, die für die Schaltung nach Fig. 1 angegeben wurden.

Im Betrieb kann angenommen werden, daß der Arbeitsstrom ganz durch Q₁ fließt, wenn das Eingangssignal Null ist. Bei einem positiven Pegelübergang des hingangsschaltkreiseswird Q₁ in den normalleitenden f.üütuPiu ürngCSCimitCi, uu uilT ΓΐΓι/€ϊί33ίΓΟΓΓϊ t ΓΐϋΓί über der Schwelle liegt, die durch den Eingangsimpuls herabgesetzt wurde. Zur gleichen Zeit steht der Eingangsstrom I₁ dem Magnetfeld von l_g im Josephson- ' Element Q₁ entgegen und Strom kann somit in die Stromsenke abgelenkt weiden; da die Stromsenke die Induktivität L_L umfaßt, wird der Strom langsam von Q, nach Q₁ verlagert Im Ausgangsschaltkreis fließt solange kein Strom, wie Josephson-Element Q₁ im -'' supraleitenden Zustand verbleibt, da im wesentlichen keine Spannung vorhanden ist, die einen Strom in diesem Kreis erzeugt. Unter der Annahme, daß der Eingangsi npuls lang genug ist, fließt somit im wesentlichen der gesamte Arbeitsstrom /in die Stromsenke ;< und kein Strom in das Josephson-Element Q₁, so daß dieses in den supraleitenden Zustand zurückschaltet. Bei einem negativen Pegelübergang des Eingangssignal schaltet Josephson-Element Q₂ jedoch in den normalleitenden Zustand. Das resultierende Magnetfeld für Q₁ ändert sich nämlich schnell, wenn I₁ dem Wert Null zustrebt, so daß Q₂ in den normalieitenden Zustand übergeht. Da sich der Strom durch die Induktivität L_L nicht momentan ändern kann, verlagert sich der Strom, der vorher durch Q₁ floß, nun schnell in " den Ausgangsschaitkreis. Bei diesem Stromanstieg w;rd jedoch die Stromschwelle von Q_i überschritten, d;;s <wnit ebenfalls in den normalleitenden Zustand umschaltet. Der Strom durch den Ausgangskreis fällt diirp.it schnei! 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 Q₂ und Q₃ aufhört, schalten beide in den supraleitenden Zustand zurück. Dadurch wird der Ausgangsimpuls in der Reihenschal- >' tung des Ausgangsschaltkreises beendet, und der gesamte Arbeitszyklus ist durchlaufen. Das Ausgangssignal, das an L_R und R abgegriffen werden kann, ist 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 Fig. 1 und 3 sind in dem Sinne komplementär, als der Schaltkreis nach Fig. 1 einen Ausgangsinipuls 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 Pegdübergang 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 Q₂. Im Schaltkreis nach Fig. 3 enthält der erste stromführende Kreis Q₂, der Ausgangskreis wiederum Q₃ und der Rücksetzkreis Q₁.

Die erfindungsgemäßen Schaltungen können durch viele Veränderungen modifiziert werden. Beispielsweise läßt sich die Arbeitsweise der Schaltkreise dadurch selektiv machen, daß Q, mit einem Steuerleiter und einer Schwelle 1_MO versehen 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 l_g und es ergeben sich kurze Impulse. Die Amplitude und die Dauer dieser impulse können mit Hilfe des Steuerstroms für Q₃ geändert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Josephson-Schaltkreis mit automatischer Rückstellung, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Josephson-Element (Q₁, Fig. 1, bzw. Q₁, Fig. 3) einen parallelgeschalteten Ausgangskreis mit einem zweiten Josephson-Element (Q₃) und einer induktiven Last (L_s, R) aufweist, daß ein parallel zum ersten Josephson-Element liegender Kreis mit einem dritten Josephson-Element (Q₂, Fig. 1, bzw. Q₁ Fig. 3) sowie einer Induktivität (L,) vorgesehen ist, die gegenüber der Induktivität (L_Ä) des Ausgangskreises einen großen Wert aufweist, daß der Arbeitsstrom (/_g) den Schwellwertstrom des zweiten Josephson-Elements überschreitet, jedoch kleiner ist als der Schwellwertstrom des ersten Josephson-Elements und des dritten Josephson-Elements, daß das e rste und das dritte Josephson-Eiemcnt einen gemeinsamen Steuerleiter aufweisen, dem das Eingangssignal zugeführt wird, und daß das dritte Josephson-Element einen zusätzlichen Steuerleiter aufweist, der einen nach Amplitude und Polarität so gewählten Gleichstrom führt, daß das vom Eingangssignal erzeugte Magnetfeld verringert wird.

2. Josephson-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Steuerleiter des dritten Josephson-Elements ein Teil der Zufühmngs'"itung für den Arbeitsstrom (/_f) des Schaltkreises ist.

3. Josephson-Schaltkreis nach Anspruch 1 'und 2, dadurch gekennzeichr»et, daß die Josephson-Elemente zwei- oder mehrkon.aktige Josephson-Interferometer sind.

4. Josephson-Schaltkreis nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und dritte Josephson-Element (Q₁, Q₂) zwei- oder mehrkontaktige Josephson-Interferometer sind, das zweite Josephson-Element (Q₃) ein Josephson-Kontakt.