DE2811188C3 - Josephson-Schaltkreis mit automatischer Rückstellung - Google Patents
Josephson-Schaltkreis mit automatischer RückstellungInfo
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Description
Die 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 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 Picosekundenbereich zu erzeugen.
Ein Josephson-EIement 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 Zustand verbleibt, wie diese Schwelle nicht überschritten
wird. Die Schwelle ist eine Funktion der EIe
mentparameter 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.
mentparameter 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 biofle 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 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 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
bo Schaltung mit einer Mehrzahl von Josephson-Elementen,
die bei einem ausgewählten Polaritätsübergangeiner Rechteckwelle als Eingangssignal einen relativ
kurzen Ausgangsimpuls liefert und die sich selbst bei Auftreten des entgegengesetzten Polaritätsüber-
b5 gangs 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-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 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 -u der des Eingangskreises
entgegengesetzt ist und desen 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-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 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 iweiten Josephson-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 ' -sephson-Elements überschritten,
und dieser suialtet 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 ois zu dem Zeitpunkt, in dem
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 Pegelüberging (hoch/niedrig) ίο 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 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 supralei-
r, tenden 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 Ein-
gangsschaltkreises 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 Zustand und der Strom im Ausgangsschaltkreis
nimmt dementsprechend schnell ab Das resultierende Ausgangssignal ist somit ein scharfer
Impuls, der beim negativen Pegelübergang des
v, 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-
bo Übergang des Eingangsschaltkreises schaltet das erste
Josephson-Element wiederum in den normalleitenden Zustand um, die Schrittfolge wiederholt sich also.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. In diesen
hs 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 I1, fließt in einen Verzweigungspunkt 10, der mit jedem der Josephson-Kontakte Q1
bis Q3 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 Lt. Ebenfalls parallel zu Qx Hegt ein Ausgangsschaltkreis
mit Q, sowie einer Induktivität LR und einem Widerstand R. Das Ausgangssignal des
Schaltkreises wird an der Induktivität LR und dem
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 Ig fließt in die
Klemme 10 über einen weiteren Steuerleiter STEUERUNG 22 für Q2. Q2 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 derartiges Element ist
beispielsweise in der US-Patentschrift 3978351 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 Qx
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. ist viel kleiner (mindestens eine Größenordnung) als LL. Weiterhin sollte
der Strom I( kleiner als der Schwellwertstrorn IM0 von
Q1 und Q2 sein, aber größer als der Schwellwertstrom
von Qy
Zur Beschreibung der Wirkungsweise des Schaltkreises wird angenommen, daß alle Josephson-Elemente
in ihrem supraleitenden Zustand sind und daß /, = I1, 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 Q, kleiner als /, ra machen, wenn im
Steuerleiter 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 LLt>
LR, fließt zu Beginn der Hauptteil des Stroms durch den Ausgangsschaltkreis.
Da lt größer als der Schwellwertstrom
von Q3, schaltet dieses ebenfalls in den normalleitenden
Zustand um, wenn der Strom /3 den Wert IMO überschreitet. Der Wert von I3 wird damit schneller
verringert. Ig fließt dann in die Stromsenke. Der
Strom in der Stromsenke nimmt infolge des Vorhandenseins von L1 mit konstanter Geschwindigkeit zu.
Da das resultierende Magnetfeld für Q2 im wesentlichen
Null ist, da Ig gleich dem im Steuerleiter der Steuerung 21 fließenden Strom ist, aber die entgegengesetzte
Polarität aufweist, fließt der gesamte Strom ZO0 = 0,21 (p ist ein einzelnes Flußquant);
= 2,28 mA; R. = 7 Ohm; C = 7,4 pF. Q3 kann
einzelner ·'-'—- --=- -*-" ' -<«'-*-
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 / entgegengerichtetes Magnetfeld mehr vorhanden ist. Der effektive Schwellwert von Q2 wird
infolgedessen reduziert, und Q2 schaltet infolge des
ίο 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 I( durch Q1 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 = 30OpH;
LR = 15 pH;
R = 1 Ohm.
LR = 15 pH;
R = 1 Ohm.
Die Elemente Q1 und Q2 sind Interferometer mit
einer Feldaufspaltung 1-2-1 (beispielsweise der in der US-Patentschrift 3978351 genannten Art) mit
LI0ZO0 = 0,21 (p ist ein einzelnes Flußquant);
Iuo Q k
ein
R1 = 14 Ohm
Emgangsschaltkre
cose künden 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 geliefertwerden, 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. 2 A dargestellten Art verwendet. Der Strom durch Q1 ist durch Fig. 2B dargestellt; der Strom
so durch Q3 in Fig. 2C, der Strom in Q2 in Fig. 2D;
Fig. 2E zeigt das Magnetfeld, dem Q2 ausgesetzt ist
und stein die Differenz zwischen if und dem Eingangssignal
(Fig. 2 A) dar. Die Spannung an Q1, Q2
und Q3 ist in den F ig. 2 F bzw. 2 G und 2 H dargestellt.
S5 Die Wellenform der Fig. 2C gibt auch einen Hinweis
auf die an Ln 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. 1 kann durch eine leichte Abänderung,
bi beispielsweise wie in Fig. 3, zu diesem Zweck verwendet
werden.
In Fig. 3 wird dem Josephson-Element Q1 ein direkter
Arbeitsstrom / zugeführt. Eine Stromsenke
liegt parallel zu Q, und besteht aus einem Josephson-Element
Q2 und einer Induktivität LL. Derselbe Ausgangsschaltkreis
wie in Fig. 1 mit einem Josephson-Element Q3, einer Induktivität LR und einem
Widerstand R ist mit einer Klemme im Schaltpunkt 10 angeschlossen.
Im Gegensatz zu Fig. 1 ist der Ausgangsschaltkreis jedoch in diesem Fall parallel zum Josephson-Element
Q2 gelegt und nicht parallel zum Josephson-Element Qv 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 Q, fließt, wenn das Eingangssignal
Null ist. Bei einem positiven Pegelübergang des Eingangsschaltkreises wird Q1 in den normaiieitenden
Zustand umgeschaltet, da der Arbeitsstrom / nun über der Schwelle liegt, die durch den Eingangsimpuls
herabgesetzt wurde. Zur gleichen Zeit steht der Eingangsstrom Z1 dem Magnetfeld von Ig im Josephson-Element
Q1 entgegen und Strom kann somit in die Stromsenke abgelenkt werden; da die Stromsenke die
Induktivität LL umfaßt, wird der Strom langsam von
Q. nach Q2 verlagert. Im Ausgangsschaltkreis fließt
solange kein Strom, wie Josephson-Element Q2 im supraleitenden Zustand verbleibt, da im wesentlichen
keine Spannung vorhanden ist, die einen Strom in diesem Kreis erzeugt. Unter der Annahme, daß der Eingangsimpuls
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 Eingangssignals
schaltet Josephson-Element Q2 jedoch in den
normalleitenden Zustand. Das resultierende Magnetfeld für Q2 ändert sich nämlich schnell, wenn It dem
Wert Null zustrebt, so daß Q2 in den normalleitenden
Zustand übergeht. Da sich der Strom durch die Induktivität LL nicht momentan ändern kann, verlagert sich
der Strom, der vorher durch Q2 floß, nun schnell in
den Ausgangsschaltkreis. Bei diesem Stromanstieg wird jedoch die Slromschwelle von Q3 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 Qx 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 Reihenschaltung
des Ausgangsschaltkreises beendet, und der gesamte Arbeitszyklus ist durchlaufen. Das Aus-·,
gangssignal, das an LR 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 indem 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
Q3 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 IM0 versehen wird, die größer ist
als / . 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 1MO unterhalb den Wert Ig 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 (4)
1. Josephson-Schaltkreis mit automatischer Rückstellung, dadurch gekennzeichnet, daß
ein erstes Josephson-EIement (Q1, Fig. 1, bzw.
Q2, Fig. 3) einen parallelgeschalteten Ausgangskreis mit einem zweiten Josephson-EIement (Q3)
und einer induktiven Last (LR, R) aufweist, daß ein parallel zum ersten Josephson-EIement liegender
Kreis mit einem dritten Josephson-EIement (Q2, Fig. 1, bzw. Q1 Fig. 3) sowie einer Induktivität
(L,) vorgesehen ist, die gegenüber der Induktivität (LÄ) des Ausgangskreises einen großen
Wert aufweist, daß der Arbeitsstrom (Ig) den
Schwellwertstrom des zweiten Josephson-Elements überschreitet, jedoch kleiner ist als der
Schwellwertstrom des ersten Josephson-Elements und des dritten Josephson-Elements, daß das erste
und das dritte Josephson-EIement einen gemeinsamen Steuerleiter aufweisen, dem das Eingangssignal
zugeführt wird, und daß das dritte Josephson-EIement 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 Zuführungsleitung für den Arbeitsstrom (/t) des
Schaltkreises ist.
3. Josephson-Schaltkreis nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Josephson-Elemente
zwei- oder mehrkontaktige Josephson-Interferometer sind.
4. Josephson-Schaltkreis nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und
dritte Josephson-EIement (Q1, Q2) zwei- oder
mehrkontaktige Josephson-Interferometer sind, das zweite Josephson-EIement (Q3) ein Josephson-Kontakt.
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