DE887549C - Elektronenroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Elektronenröhren mit solchen Eigenschaften, die sie zur Ausführung von auf einer Funktionstafel, beispielsweise einer Funktionstafel für Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division, verzeichneten Funktionen oder für eine Schaltanordnung geeignet macht, bei der sie die Steuerung der Einzelauswahl von mehr Laststromkreisen, als Kontrollstromkreise vorhanden sind, ausführen kann.

Wenn auch die Erfindung auf jedes Zahlensystem anwendbar ist, wird sie im nachfolgenden jedoch nur in Anwendung auf das binäre Zahlensystem beschrieben, und zwar wegen der arithmetischen Einfachheit dieses Systems und wegen der Leichtigkeit, mit der binäre Zahlen in einem physikalischen System dargestellt werden können. Das binäre System ist ebenso wie das Dezimalsystem ein besonderes System innerhalb einer Klasse von Zahlensystemen, die als allgemeines Zahlensystem bezeichnet wird.

Jede Dezimalzahl besteht aus einer Reihe einstelliger Ziffern in bestimmter Ordnung; sowohl die einstelligen Ziffern selbst als auch ihre relative Stellung zum Dezimalpunkt gibt eine bestimmte Auskunft über die zahlenmäßige Größe, die die Ziffer ausdrückt. So drückt die Dezimalzahl 782,64 tatsächlich die Summe

7x100 + 8x10 + 2 + 6x0,1 + 4x0,01
oder in exakterer Form

7 XIO² + 8 XIO¹ + 2X10° + 6 ΧΙΟ"¹ + 4 ΧΙΟ"²

aus. Gemäß dem obigen Beispiel besteht also eine Dezimalzahl aus einer Reihe von ganzen Ziffern zwisehen 0 und 9, die mit abnehmenden Potenzen der Basis 10 multipliziert sind.

Gemäß dem obigen-Beispiel einer Zahl im Dezimalsystem kann allgemein eine Zahl durch eine Reihe von Ziffern

/l_M/i_w ■£ ... /x2·"·i**■ ο —~"1*^ 2 · · · ■*-*- wz

ausgedrückt werden, die die Summe

Δ λ/TI I Δ λ/ΪΖ—1 I I A 4»2 1 A Λ/ί I ,4 /η -fO.

+ ^j 4/ 1 1 Δ /If 2 I Δ η/^~ΪΚ

si—^r -f Ji—2' ~Γ ■ · ■ ^¹ —ιη'

ausdrückt, wobei r die Basis darstellt und jede ganze Zahl sein kann. Im Dezimalsystem beispielsweise ist r — io.

Ai ist die j'-te Ziffer und kann jeden ganzen Wert zwischen ο und r ■—ι annehmen, d. h.

ο iS Ai ^ r—i, im Dezimalsystem also

ofg Ai ^9.

Das binäre als einfachstes Zahlensystem erhält man dadurch, daß die Basis r des allgemeinen Systems gleich 2 gemacht wird. In diesem Falle ist

so daß jede Ziffer nur die Werte ο oder 1 besitzen kann. Die Rechenregeln dieses Systems sind sehr einfach, wie sich aus einem Vergleich der Multiplikationsund Additionstafeln im Dezimal- und binären System für einstellige Zahlen ergibt. Die Dezimaltafeln enthalten hundert Posten, wogegen die binären Tafeln nur vier Posten enthalten.

Multiplikationstafel im Dezimalsystem:

	0	I	2	3	4	5	6	1	8	9
0	0	0	0	0	O	O	0	0	O	0
I	0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
2	0	2	4	6	8	IO	12	14	16	18
3	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27
4	0	4	8	12	16	20	24	28	32	36
5	0	5	IO	15	20	25	30	35	40	45
6	0	6	12	18	24	30	36	42	48	54
7	0	7	14	21	28	35	42	49	56	63
8	0	8	16	24	32	40	48	56	64	72
9	0	9	18	27	36	45	54	63	72	81

Multiplikationstafel im binären System:

	0	I
0	O	O
I	O	I

Additionstafel im Dezimalsystem:

	0	X |2	2	3	4	5	6	7	8	9
0	0	I	3	3	4	5	CTn	7	8	CTN
I	I	2	4	4	5	6	7	8	9	IO
2	2	3	5	5	CTn	7	8	9	IO	II
3	3	4	6	6	7	8	9	IO	II	12
4	4	5	7	7	8	9	IO	II	12	13
5	5	6	8	8	9	IO	II	12		14
6	6	7	CTN	9	IO	II	12	13	14	15
7	7	8	IO	IO	II	12	13	14	15	l6
8	8	9	II	II	12	13	14	15	16	17
9	9	IO	12	13	14	15	l6	17	l8

Additionstafel im binären System:

0	0	I
O	O	I

I I I I IO

Ein weiterer Vorteil des binären Systems besteht in Verbindung mit Rechenmaschinen darin, daß es physikalisch einfach ist, zwei Ziffern, 0 und 1 beispielsweise, durch negative bzw. positive Spannungen, oder umgekehrt, durch Auftreten oder Ausbleiben eines Spannungsimpulses, durch Vorhanden- oder Nichtvorhandensein eines Loches in einer Karte, durch zwei Magnetisierungsrichtungen eines Elements aus magnetischem Material, durch eine negative oder positive Ladung oder in anderer Weise darzustellen.

Ein weiterer Vergleich zwischen dem binären System und dem Dezimalsystem ist nachstehend in der Form einer Zahl im binären System und ihres Äquivalents im Dezimalsystem gegeben:

Zahl im binären System: 1101,101

Entsprechende Zahl im Dezimalsystem: 13,625 Die binäre Ziffer 1101,101 bedeutet

IX2³-|-IX2²-)-OX2¹

+ 0X2-² + IX2-³ ist also gleich

8 + 4 + 0 + ι + 0,5 + 0 + 0,125

im Dezimalsystem, was die Zahl 13,625 ergibt.

Die folgende binäre Funktionstafel für die Addition und das Beispiel einer binären Addition erläutern die Bedeutung des Ausdrucks Funktionstafel. Dabei sind die beiden zu addierenden Größen zum Zwecke ihrer Unterscheidung als Addend und Augend bezeichnet, wie dies bei mathematischen Betrachtungen gebräuchlich ist.

Binäre Funktionstafel für die Addition

	Eingang	Augend	Ausgang	O
Übertrag	Addend	O	Summe J Übertrag
O	O	O	O	O
I	O	O
O	I	I	I
O	O	O		I
I	I	I
I	O	I	O
O	I

Beispiel einer binären Addition und der Addition der entsprechenden Dezimalzahlen:

Binäre Addition (Basis 2)

Übertrag ι ι Ί

Addend 1 0 1

Augend 1 1 1

Summe ι ι ο ο

Dezimale Addition
(Basis io)

Übertrag ι

Addend 5

Augend 7

Summe 12

Es sind bereits elektronische Rechenstromkreise, die die Funktionen einer gegebenen Funktionstafel ausführen, bekannt. Diese haben jedoch bisher nur begrenzte Anwendung gefunden, da sie schon für die einfacheren Arten binärer Funktionstafeln, wie sie oben beispielsweise gegeben sind, bei schnell arbeitenden Rechenmaschinen sehr komplizierte Stromkreise ergeben. Beispielsweise erfordert eine Stufe einer elektronischen binären Additionsmaschine der bekannten Art, die die Funktionen einer binären Additionstafel ausführen kann, mindestens fünf normale Verstärkerröhren und zwanzig Dioden mit den zugehörigen Schaltungen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektronische Vakuumröhre geschaffen, die in einem Stromkreis nach der Erfindung arbeitet und physikalische Verwirklichungen einer besonderen Art von Funktionstafeln derart ergibt, daß, wenn der Röhre gleichzeitig eine Zahl von Eingangsspannungen entsprechend einer besonderen Zahl von Eingangsziffern in der Funktionstafel zugeführt werden, die Röhre Ausgangsströme erzeugt, die den Ausgangsziffern entsprechen, die zu der bestimmten Zahl von Eingangsziffern in der Funktionstafel gehören.

Die Elektronenröhre nach der Erfindung besitzt eine Elektronen emittierende Kathode, eine Mehrzahl von Eingangselektroden, denen zwei verschiedene Eingangsspannungen einzeln und getrennt zugeführt werden können, wobei jede Kombination dieser Eingangsspannungen an den Eingangselektroden eine einzige charakteristische Potentialverteilung in dem Bereich zwischen den Eingangselektroden und der Kathode ergibt. Die Richtung des größten Potentialgradienten für jede dieser charakteristischen Potentialverteilungen bestimmt die Richtung des Elektronenflusses, und mindestens eine Ausgangselektrode wird im Verhältnis zur Kathode auf einem positiven Potential gehalten und dient als Ziel für den Elektronenfiuß in einer Richtung, wie er durch den maximalen Potentialgradienten bestimmt ist. Die zu diesem Ziel fließenden Elektronen sind als Strahl begrenzt, und zwar mindestens teilweise in Abhängigkeit von Strombegrenzungsmitteln im äußeren Stromkreis der Kathode oder der Eingangselektroden.

Eine vorzugsweise Ausführungsform der Röhre besitzt eine zylindrische Kathode mit Eingangs- und Ausgangselektroden in Form von Abschnitten von Zylinderflächen oder Konoiden, die mit der Kathode konzentrisch sind.

Bei einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform besitzt jede Eingangselektrode eine Mehrzahl von Teilelektroden, wobei jede Kombination der Eingangsspannungen an den Teilelektroden zu einer Mehrzahl von eindeutigen charakteristischen Spannungsverteilungen in dem Bereich zwischen den Teilelektroden und der Kathode führt, so daß für jede Kombination vonEingangsspannungeneineMehrzahlvonElektronenstrahlen auf eine Ausgangselektrode gerichtet ist.

Die Röhre gemäß der Erfindung kann die Größe einer normalen oder Miniaturempfängerröhre besitzen und beispielsweise eine zentrale zylindrische Kathode aufweisen, um welche die Eingangs- und Ausgangselektroden konzentrisch angeordnet und als Abschnitte von Zylinder- oder Konoidflächen ausgebildet sind. Jedem Eingangskanal entspricht eine Eingangselektrode und jedem Ausgangskanal eine Ausgangselektrode. Während des Betriebes ergibt jede bestimmte Kombination von Eingangsspannungen einen gebündelten Stromfluß in einer oder mehreren bestimmten Richtungen auf eine entsprechende Kombination von Ausgangselektroden. Reihenwiderstände oderandereStrombegrenzungsmittel.z.B.eineVakuumröhre, entweder im Kathodenstromkreis oder in den Eingangsstromkreisen begrenzen die Ausbreitung des oder der Elektronenbündel auf eine geeignete Breite. Die Wirkung der Reihenwiderstände besteht darin, das Verhältnis der positiven und negativen Spannungen an den Eingangselektroden im Verhältnis zur Kathode einzustellen und damit die Breite des oder der Elektronenstrahlen zu steuern. Jede Ausgangselektrode ist so angeordnet, daß sie den maximalen Potentialgradienten für die zugehörige Kombination von Eingangsspannungen an den Eingangselektroden schneidet.

Andere vorzugsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im nachstehenden in Verbindung mit der Erläuterung der Anwendung der erfindungsgemäßen Röhre zur Erfüllung der Anforderungen der verschiedenen Funktionstafeln beschrieben.

Eine Röhre nach der Erfindung kann als physikalische Verwirklichung einer binären Funktionstafel zur Ausführung von Rechnungen im Zusammenhang mit den obenerwähnten Strombegrenzungsmitteln wirken. Beispielsweise erfordert die Addition einer binären Funktionstafel drei Eingänge, einen für die Übertragsziffer, einen für den Addenden und einen für den Augenden, und zwei Ausgänge, einen für die Summenziffer und einen für die Übertragsziffer zur nächsten Stelle. Entsprechend der binären Funktionstafel für die Addition können acht (2³) verschiedene Anordnungen der Eingangsziffern für den Übertrag, den Addenden und den Augenden vorkommen. Den acht verschiedenen Anordnungen der Eingangsgrößen entsprechen vier verschiedene Anordnungen der Ausgangsgrößen für die Summe und den Übertrag. Die Ziffern in der binären Funktionstafel können durch Spannungen dargestellt werden, wobei die Ziffer 0 durch eine negative und die Ziffer 1 durch eine positive Spannung dargestellt werden, oder umgekehrt. Die erfindungsgemäße Röhre, die die Bedingungen der binären Funktionstafel für die Addition erfüllt, besitzt in einer vorzugsweisen Ausführungsform eine zentrale, Elektronen emittierende Kathode, die von drei Eingangssteuerelektroden umgeben wird, die jede die Form eines Zylinderabschnitts besitzt und koaxial mit der Kathode, die von der üblichen zylindrischen Form sein kann, angeordnet ist. Jede Eingangselektrode hat mindestens eine Öffnung; zwei

Ausgangselektroden sind koaxial um die Außenseite der Eingangselektroden herum angeordnet. Die Ausgangselektrode für den Übertrag hat eine Rippe, die über die Zwischenräume zwischen den Eingangselektroden und radial in Richtung mit der Kathode sich erstreckt. Die Summenausgangselektrode besitzt eine Rippe, die sich über den mittleren Teil aller Eingangselektroden und radial in Richtung mit der Kathode erstreckt. Weiterhin kann zwischen den

ίο Eingangs- und den Ausgangselektroden eine weitere Elektrode angeordnet sein, die in der üblichen Weise als Schirmgitter wirkt. Sind zwei Eingangselektroden positiv, während die andere negativ ist, wie das der Fall ist, wenn der Übertrag und der Addend gleich ι sind, so werden die von der Kathode emittierten Elektronen zwischen den beiden positiven Eingangselektroden auf die Übertragausgangselektrode gerichtet. Ein Strom an der Übertragausgangselektrode entspricht einem Übertrag von i, und das Fehlen des Stromes an der Summenelektrode ergibt eine Summe von o, was mit den Ausgangsgrößen der binären Funktionstafel für die Addition übereinstimmt, wenn der Eingangsübertrag und der Addend gleich ι und der Augend gleich ο sind. Sind an alle drei Eingangselektroden positive Spannungen angelegt, also der Addend, der Augend und der Übertrag je gleich i, so fließen sechs Elektronenströme von der Kathode, je einer durch die Eingangselektrode und je ein weiterer durch die Zwischenräume zwischen den Eingangselektroden. In diesem Falle enthalten sowohl die Summen- als auch die Übertragelektrode Strom, so daß sich eine Summe von ι und ein Übertrag auf die nächste Stelle ebenfalls von ι ergibt, was mit der binären Funktionstafel für die Addition übereinstimmt.

Die Strombegrenzungsmittel, die bei den erfindungsgemäßen Elektronenröhren Verwendung finden, ergeben eine Stabilisierung der Röhre. Ist der Widerstandswert der Strombegrenzungsmittel groß im Verhältnis zu dem entsprechenden Widerstand der Röhre, so können die Eingangsspannungen der Röhre in einem weiten Bereich schwanken, da der Elektronenstrom, der die Eigenschaften der Röhre bestimmt, lediglich von dem Verhältnis zwischen den positiven und den negativen Eingangsspannungen zur Kathodenspannung abhängt. Besteht das Strombegrenzungsmittel aus einem Widerstand im Kathodenstromkreis, so regelt der Spannungsabfall über den Widerstand entsprechend dem Elektronenstromfluß von der Kathode aus die Kathodenspannung, die damit ihr Verhältnis zu der Spannung aller Eingangselektroden in einem geeigneten Bereich aufrechterhält. Indessen können auch Widerstände in den Stromkreisen der Eingangselektrode dem gleichen Zweck dienen, da der Elektronenstrom zu den Eingangselektroden dann eine Regelung von deren Spannungen im Verhältnis zu der Kathodenspannung verursacht.

Die Bedeutung des Ausdrucks groß für die Widerstandswerte der Strombegrenzungsmittel ist so zu verstehen, daß, wenn die Strombegrenzungsmittel kurzgeschlossen werden, ein verhältnismäßig großer Stromanstieg auftritt, daß jedoch, wenn die Röhre selbst kurzgeschlossen wird, sich nur ein kleiner Stromanstieg ergibt.

■ In der erfindungsgemäßen Röhre, wie sie oben mit der Wirkungsweise einer Additionsröhre erläutert wurde, folgt der Elektronenfluß dem maximalen Potentialgradienten, der von einer Mehrzahl von Eingangselektroden durch ihre Spannungen, Form und relative Lage bestimmt wird. Durch Verwendung von Strombegrerizungsmitteln mit hohem Widerstandswert werden die Elektronenwege auf einen verhältnismäßig engen Bereich um die Linie des maximalen Potentialgradienten herum begrenzt. Ablenkung des Elektronenstrahls oder der Elektronenstrahlen erfolgt durch Änderung der Spannungen einer oder mehrerer Eingangselektroden. Hat eine Röhre allgemein η Eingangselektroden, die jede eine von m diskreten Spannungen annehmen kann, so ergeben sich m" bestimmte maximale Potentialgradienten und dementsprechend mⁿ bestimmte Elektronenwege. Die Ausgangselektroden sind so angeordnet, daß bei vorgegebener Kombination der Spannungen an den Eingangselektroden eine bestimmte Ausgangselektrode Strom erhält.

Die erfindungsgemäße Röhre besitzt für das Arbeiten in einer Zelle eines binären Multiplikators vier Eingangselektroden und zwei Ausgangselektroden, da die binäre Funktionstafel für die Multiplikation zeigt, daß vier Eingangsgrößen zur Errechnung des Produktes erforderlich sind, das in Form zweier Ausgangsgrößen, nämlich als Teilprodukt und als Übertrag, erscheint. Die Eingangsgrößen sind: der Multiplikator, der Multiplikand, das Teilprodukt und der Übertrag, wobei die letzteren beiden Größen aus einer vorhergehenden Stelle geliefert werden. Die Teilprodukt- und Übertrageingangselektroden der Röhre besitzen die Form von Zylinderabschnitten mit der Kathode als Mittelachse und mit je einer mittleren öffnung. Die Multiplikator- und Multiplikandeingangselektroden besitzen ebenfalls die Form von ZyHnderabschnitten mit der Kathode als Mittelachse und haben den gleichen Radius wie die anderen Eingangselektroden. Die Multiplikator- und Multiplikandelektroden sind in Richtung der Kathodenachse seitlich versetzt. Die Teilprodukt-, Übertrag-, Multiplikator- und Multiplikandeingangselektroden sind sämtlich zylindrisch um die Kathode herum angeordnet. Die Teilproduktausgangselektrode besteht aus drei elektrisch miteinander verbundenen Rippen, wobei je eine Rippe über der mittleren Öffnung der Teilprodukt- und Übertrageingangselektrode und die dritte Rippe über dem Zwischenraum zwischen der Multiplikator- und Multiplikandeingangselektrode angeordnet sind. Die Übertragausgangselektrode besitzt die Form einer einzelnen Rippe über dem Zwischenraum zwischen der Teilprodukt- und der Übertrageingangselektrode und weist einen Ring auf, der zentrisch um die Außenseite der Teilprodukt- und Übertrageingangselektrode und um die Außenseite des Zwischenraums zwischen der Multiplikator- und Multiplikandelektrode sich erstreckt.

Wie oben erläutert, können die Ziffern des binären Systems, 0 und 1, durch negative bzw. positive Spannungen entsprechend dem Fehlen oder Auftreten eines Stroms an den Ausgangselektroden der Röhre dargestellt werden. Mit dem Ausdruck Fehlen von Strom ist ein Strom unter einer gewissen Stärke A gemeint, und der Ausdruck Auftreten von Strom bedeutet Strom

einer bestimmten Größe B, wobei B > A. Werden die erfindungsgemäßen Röhren in einer mehrstufigen binären Additionsmaschine verwendet, so kann die Anordnung so getroffen sein, daß ο und ι durch gleiche Polaritäten am Eingang und Ausgang jeder Stufe wiedergegeben werden. Es kann aber auch die eine Ziffer darstellende Polarität am Eingang jeder nachfolgenden Zelle umgekehrt sein. Wenn bei einer erfindungsgemäßen Röhre der Strom auf eine Ausgangs-ο elektrode eine positive Ausgangsspannung ergeben soll, so kann die Ausgangselektrode aus einem Material mit einem Sekundäremissionskoeffizienten von mehr als ι hergestellt und eine Sammelelektrode zwischen die Eingangselektroden und die Ausgangselektroden eingefügt sein. Die Sammelelektrode muß Öffnungen besitzen, um die Elektronenströme, die in der Röhre gebildet werden, die Ausgangselektroden erreichen zu lassen. Sie muß für den Betrieb auf einer höheren positiven Spannung als die Ausgangselektroden gehalten werden. Während des Betriebes erhalten die Sammelelektroden mehr Elektronen von der Ausgangselektrode, als sie von der Kathode aufnehmen, mit der Folge, daß ein Elektronenstrom auf die Ausgangselektrode einen Spannungsanstieg an dieser Elektrode, etwa auf die Spannung der Sammelelektrode, erzeugt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung der Zeichnungen, die bestimmte Ausführungsformen darstellen und in der Fig. ι ein Blockschaltbild einer einstufigen binären Additionsmaschine darstellt ;

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer mehrstufigen binären Additionsmaschine;
Fig. 3 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansieht einer binären Additionsröhre gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ist eine schematische Endansicht der Elektrodenanordnung der binären Additionsröhre gemäß

4.0 Fig. 5 bis 8 zeigen schematische Endansichten ähnlich Fig. 4 mit verschiedenen Arbeitszuständen der Röhre während der binären Addition;

Fig. 9 zeigt ein schematisches Schaltbild dreier Stufen einer binären Additionsmaschine mit Röhren gemäß der Erfindung und entsprechend dem Blockschaltbild in Fig. 2 ;

Fig. 10 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht einer binären Subtraktionsröhre nach der Erfindung;

Fig. 11 ist eine schematische Endansicht der Röhre gemäß Fig. 10;

Fig. 12 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht einer binären Additions- und Subtraktionsröhre nach der Erfindung;

Fig. 13 ist eine schematische Endansicht der Röhre gemäß Fig. 12 ;

Fig. 14 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht einer binären Multiplikatorröhre nach der Erfindung;

Fig. 15 ist ein Blockschaltbild einer einzelnen Stufe eines binären Multiplikators, in dem eine Röhre gemäß Fig. 14 zu verwenden ist ;
Fig. 16 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht einer einpoligen doppelt wirkenden Schaltröhre gemäß der Erfindung;

Fig. 17 ist eine schematische Endansicht der Röhre gemäß Fig. 16;

Fig. 18 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht einer 3 X 8-Matrix-Röhre gemäß der Erfindung, d. h. eine Schaltröhre mit drei Eingangselektroden und acht Ausgangselektroden.

Fig. 19 ist ein schematisches Schaltbild mit typischen Stromanschlüssen für eine 3 X 8-Matrix-Röhre gemäß Fig. 18;

Fig. 20 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht einer binären Additionsröhre mit Elektronenstrahlverdoppelung;

Fig. 21 ist eine schematische Endansicht des Elektrodenauf baus der Röhre gemäß Fig. 20;

Fig. 22, 23 und 24 sind schematische Endansichten ähnlich Fig. 21 und zeigen verschiedene Arbeitsstadien der Röhre während der binären Addition ;

Fig. 25 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht einer binären Additionsröhre mit vierfachem Elektronenstrahlbetrieb;

Fig. 26 ist eine schematische Endansicht des Elektrodenaufbaus der binären Additionsröhre gemäß Fig. 25;

Fig. 27, 28 und 29 sind schematische Endansichten ähnlich Fig. 26 mit verschiedenen Arbeitsstadien der Röhre während der binären Addition.

Eine einzelne Stufe einer binären Additionsvorrichtung ist in Form eines Blockschaltbildes in Fig. 1 dargestellt. Wie zu ersehen ist, besitzt eine einzelne Zelle drei Eingangsverbindungen, eine für den Übertrag von der vorhergehenden Stufe, eine für den Addenden und eine für den Augenden. Da die Addition des Übertrags, des Addenden und des Augenden eine Summe und einen Übertrag auf die nächste Stufe ergibt, besitzt eine einzelne Stufe zwei Ausgangsverbindungen, eine für die Summe und eine für den Übertrag auf die nächste Stufe.

In Fig. 2 ist ein Beispiel für eine binäre Addition und eine Addition der gleichen Zahlen im Dezimalsystem dargestellt. Die dezimale Zahl 5 wird im binären System 101 und die dezimale Zahl 7 im binären System in. Die Addition der binären Zahlen wird wie folgt durchgeführt:

Erste Spalte (von rechts): 1 und 1 ergibt die Summe 0 mit ι als Übertrag,

zweite Spalte: 1, 0 und 1 ergibt die Summe 0 mit 1 als Übertrag,

dritte Spalte: 1, 1 und 1 ergibt die Summe 1 mit 1 als Übertrag, und die zu übertragende 1 ergibt die vierte Ziffer nach links der Summe der beiden binären Zahlen.

Die Summe 1100 ist das binäre Äquivalent für 12 im Dezimalsystem.

Eine binäre Additionsvorrichtung mit Röhren gemäß der Erfindung erfordert eine Röhre für jede senkrecht zu addierende Zahlenreihe und entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel drei Röhren, wodurch die Additionsvorrichtung dreistufig wie im Blockschaltbild von Fig. 2 wird. Im Blockschaltbild sind die drei Stufen mit den Bezugszeichen 10, n und 12 bezeichnet, und am Eingang und Ausgang jeder Stufe sind die Ziffern 0 und 1 durch eine negative bzw. eine positive

Spannung dargestellt. Jede Stufe hat drei Eingangsstromkreise, einen für den Übertrag von der vorhergehenden Stufe, einen für den Addenden und einen für den Augenden, und zwei Ausgangsstromkreise, einen S für den Übertrag auf die nächste Stufe und einen für die Summe. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Übertrageingangsanschluß der ersten Stufe 10, die die Ziffern der ersten Spalte von rechts addiert, mit einer negativen Spannungsquelle verbunden, da kein Übertrag auf diese Stufe vorhanden ist. Der Eingangsstromkreis 15 für den Addenden der ersten Stufe ist mit einer Spannungsquelle verbunden, die eine die Addendenziffer angebende Spannung liefert und positiv ist, wenn der Addend = 1, und negativ, wenn der Addend = 0 ist. Für das in Fig. 2 dargestellte Beispiel einer binären Addition ist der Addend für die erste Stufe = 1 und der Addendeneingangsstromkreis 15 positiv. Der Augendeneingangsstromkreis 16 der ersten Stufe ist ebenfalls positiv, da der Augend = 1 ist. Da im binären System 1 + ι als Summenwert 0 ergibt, liefert der Summenausgangsstromkreis 17 der ersten Stufe eine negative Spannung, die die Ziffer ο anzeigt. Entsprechend dem Übertrag 1 bei der Addition von 1 + 1 liefert der Übertragausgangsstromkreis 18 eine positive Spannung an den Übertrageingangsstromkreis 27 der zweiten Stufe 11. Für die zweite Stufe 11 sind die Eingangsspannungen, die am Addendeneingangsstromkreis 19 und am Augendeneingangsstromkreis 20 liegen, negativ bzw. positiv, da der Addend und der Augend in der zweiten Spalte von rechts 0 bzw. 1 sind. Ein Übertrag von 1 wird voraussetzungsgemäß -auf die zweite Stufe geliefert, so daß sie 1, 0 und 1 addieren muß, was eine Summe von 0 und einen Übertrag von 1 auf die nächste Stufe ergibt. Die Summe 0 wird durch eine negative Spannung dargestellt, die vom Summenausgangsstromkreis 21 geliefert wird, und der Übertrag von ι auf die dritte Stufe wird auf deren Übertrageingangsstromkreis 28 als positive Spannung von dem Übertragausgangsanschluß 22 der zweiten Stufe übertragen. Die Addenden- und Augendeneingangsstromkreise 23 und 24 der dritten Stufe sind beide positiv, da der Addend und der Augend in der dritten Spalte von rechts des Beispiels einer binären Addition beide 1 sind. Dementsprechend sind die Summen- und Übertragausgangsanschlüsse 25 und 26 der dritten Stufe beide positiv und entsprechen der Summe und dem Übertrag von jeweils 1. Der Übertrag von 1 von der dritten Stufe wird zur links erscheinenden Ziffer der Gesamtsumme der beiden binären Zahlen. Die Polaritäten des Übertragausgangsstromkreises 26 und der Ausgangsstromkreise 25, 21 und 17 sind dann jeweils positiv, positiv, negativ, negativ, so daß als binäre Gesamtsumme 1100 erscheint.

Eine binäre Additionsröhre gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einer Stufe einer binären Additionsvorrichtung gemäß dem Blockschaltbild von Fig. 2 ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die dargestellte binäre Additionsröhre besteht aus einer zylindrischen, Elektronen emittierenden Kathode 35, die koaxial von drei Eingangselektroden 36, 37 und 38 umgeben wird. Diese Eingangselektroden haben je eine mittlere Öffnung 39, 40 bzw. 41, die Rechteckform besitzen, wobei die längeren Seiten parallel zur Achse der Kathode 35 hegen. Die Eingangselektroden 36, 37 und 38 sind zylindrisch um die Kathode 35 mit einem Zwischenraum 42 zwischen den Eingangselektroden 36 und 37 und einem Zwischenraum 43 zwischen den Eingangselektroden 37 und 38 und einem Zwischenraum 44 zwischen den Eingangselektroden 38 und 36 angeordnet. Eine Sammelelektrode 65 in Form eines Zylinders umschließt koaxial die Eingangselektroden 36, 37 und 38 sowie die Kathode 35. Diese Sammelelektrode besitzt längliche rechteckige Öffnungen 45, 46, 47, 48, 49 und 50, die die gleiche Größe und Form wie die öffnungen 39, 40 und 41 in den Eingangselektroden 36, 37 und 38 besitzen. Die Öffnung 45 hegt außerhalb der Öffnung 39, so daß ein Elektronenstrahl von der Kathode 35 in gerader Linie durch die öffnungen 39 und 45 hindurchtreten kann. In gleicher Weise liegen die Öffnungen 46, 47, 48, 49 und 50 jeweils außerhalb des Zwischenraums 42, der Öffnung 40, des Zwischenraums 43, der Öffnung 41 und des Zwischenraums 44. Wie zu ersehen ist, umschließt eine Ausgangselektrode 51 koaxial die Sammelelektrode 65 und besitzt drei Rippen 52, 53 und 54, die sich über die Länge der Sammelelektrode 65 erstrecken und radial mit den Zwischenräumen 42,43 und 44 zwischen den Eingangselektroden 36, 37 und. 38 fluchten. Eine weitere Ausgangselektrode 55 vom gleichen Durchmesser wie die Ausgangselektrode 51 besitzt drei Rippen 56,57 und 58, go die sich in umgekehrter Richtung zu der Ausgangselektrode 51 erstrecken. Die Rippen 56,57 und 58 hegen hierbei über den Öffnungen 39, 40 und 41 in den Eingangselektroden 36, 37 und 38.

Zum Beispiel kann eine binäre Additionsröhre gemäß Fig. 3 und 4 einen neunpoligen Miniatursockel mit einem 6,3-Volt-o,3-Amp.-Heizfaden und einem normalen Glaskolben besitzen. Die Durchmesser der Elektroden können ungefähr die folgenden sein:

Kathode 0,635 mm

Eingangselektroden 6,35 mm

Sammelelektrode 10,16 mm

Summen- und Übertragausgangselektroden 15,24 mm

Die an die Summen- und Übertragausgangselektroden gelegten Spannungen können bei 200 Volt liegen und der Kathodenwiderstand einen Wert in der Größenordnung von ¹J₂ bis 3 ΜΩ besitzen. Die auf die Eingangselektroden gegebenen Spannungen können beispielsweise 45 Volt negativ und 150 Volt positiv betragen.

Die Arbeitsweise der in Fig. 3 und 4 dargestellten binären Additionsröhre ist in Fig. 5 bis 8 schematisch erläutert, während in Fig. 9 die Schaltung der Röhre schematisch dargestellt ist. In Fig. 5 bis 8 ist die Sammelelektrode 65 weggelassen, da sie für die Erläuterung der allgemeinen Arbeitsweise der Röhre und ihrer erörterten Funktion nicht erforderlich ist. Gemäß Fig. 5 wird auf die Eingangselektroden 36 und 37 jeweils eine negative Spannung gegeben entsprechend dem Fall in der binären Addition, daß der Übertrag, der Addend und der Augend sämtlich gleich 0 sind. Bei negativer Spannung an allen drei Elektroden 36, 37 und 38 verhindert der um die Kathode 35 herum aufebaute Potentialgradient die Kathode 35 an der Emis-

sion von Elektronen, die die Ausgangselektroden 51 und 55 erreichen könnten. Dementsprechend sind auch keine Elektronenströme dargestellt, die zu den Rippen der Ausgangselektroden 51 und 55 fließen. Die Arbeitsweise der binären Additionsröhre gemäß Fig. 5 entspricht dem nachfolgenden Abschnitt aus der binären Funktionstafel für die Addition.

Eingang	10 Übertrag	Addend	Augend	Ausgang	Übertrag
O	O	O	Summe	O
O

In Fig. 6 ist die Eingangselektrode 36 auf positiver Spannung, während die Eingangselektroden 37 und 38 auf negativer Spannung sind.

Diese Zuordnung der Spannungen zu den Eingangselektroden entspricht in der binären Addition dem Fall, wo der Übertrag 1 und der Addend sowie der Augend gleich 0 sind. Der durch die Spannungen der Eingangselektroden 36, 37 und 38 innerhalb der Röhre erzeugte Potentialgradient ergibt einen Elektronenstrom 59, der durch die mittlere Öffnung 39 in der positiven Eingangselektrode 36 zur Rippe 56 der Ausgangselektrode 55 gerichtet ist, die ihrerseits ein höheres positives Potential als die Eingangselektrode 36 erhält. Wie weiter unten beschrieben wird, verursacht ein Elektronenstrom, der auf eine Ausgangselektrode einwirkt, in deren Ausgangsstromkreis eine positive Spannung, die zur Darstellung der binären Ziffer 1 dient. Ein Vergleich mit der Funktionstafel für die binäre Addition bestätigt, daß die in Fig. 6 gezeigte Arbeitsweise der Röhre dem nachstehenden Ausschnitt aus der binären Funktionstafel entspricht:

Eingang	Übertrag	Addend	Augend	Ausgang	Übertrag
HOO	OHO	HOO	Summe	O
I

Dabei ist zu bemerken, daß die gegebene Erläuterung der Arbeitsweise der Röhre gemäß Fig. 6 den Fall behandelt, daß die Eingangselektrode 36 positiv ist, während in anderen Fällen es die Eingangselektrode 37 oder 38 sein kann. Bei positiver Spannung an irgendeiner Eingangselektrode bildet sich ein einziger Elektronenstrom nach einer der Rippen 56, 57 oder 58 der Ausgangselektrode 55, während keine Elektronen an die Rippen 52, 53 oder 54 der Ausgangselektrode 51 gelangen, so daß diese im Verhältnis zur Ausgangselektrode 55 eine negative Spannung besitzt. Die positive Spannung der Ausgangselektrode 55 stellt hierbei die binäre Summenziffer 1 und die negative Spannung der Ausgangselektrode 51 die binäre Übertragziffer ο dar.

Fig. 7 erläutert den Fall, daß die Eingangselektroden 36 und 37 beide positiv sind, während die Eingangselektrode 38 negativ ist. Das entspricht einem Übertrag und einem Addenden von 1 und einem Augenden von 0.

Unter diesen Bedingungen verursacht der um die Kathode 35 herum aufgebaute Potentialgradient einen Elektronenstrom 60, der auf die Rippe 52 der Ausgangselektrode 51 gerichtet ist. Die Ausgangselektrode wird durch den Elektronenstrom 60 positiv, und da die Spannung der Ausgangselektrode 55 ungeändert bleibt, wird die Elektrode 55 im Verhältnis zur Ausgangselektrode 51 negativ. Die Spannungen der Ausgangselektroden55 undsi entsprechen so einer Summe von 0 und einem Übertrag von 1. Die Arbeitsweise der Röhre gemäß Fig. 7 entspricht dem nachstehenden Abschnitt aus der binären Funktionstafel für die Addition:

Gemäß Fig. 8 sind alle drei Eingangselektroden 36, 37 und 38 positiv, so daß der in der Röhre aufgebaute Potentialgradient sechs Elektronenströme 59, 60, 61, 62, 63 und 64 erzeugt, die auf die Rippen 56, 52, 57, 53, 58 und 54 der Ausgangselektroden 51 und 55 gerichtet sind. Die Elektronenströme erzeugen an den Ausgangselektroden 51 und 55 positive Spannungen, die einer Ausgangssumme von 1 und einem Übertrag von ebenfalls 1 entsprechen. Die Arbeitsweise der binären Additionsröhre gemäß Fig. 8 entspricht somit dem nachfolgenden Abschnitt aus der binären Funktionstafel für die Addition:

Eingang	Übertrag	Addend	Augend	Ausgang	Übertrag
OHH	HOH	HHO	Summe	I
O

Eingang	Übertrag	Addend	Augend	Aus	gang
I	I	I	Summe	Übertrag
I	I

Fig. 9 ist ein schematisches Schaltbild entsprechend dem Blockschaltbild in Fig. 2 und zeigt für jede Stufe schematisch eine binäre Additionsröhre 70, 71 bzw. 72. Die Stufen η, η + ι und η + 2 in Fig. 9 entsprechen der ersten, zweiten und dritten Stufe in Fig. 2. Die Elektroden der Röhren 70, 71 und 72 sind in der gleichen Weise wie in den Fig. 3 bis 8 bezeichnet. Da die Ausgangselektroden 51 und 55 an einer genügend hohen positiven Spannung liegen, um von der Kathode 35 emittierte Elektronen an sich zu ziehen, sind sie in gleicher Weise dargestellt wie Anoden in normalen Röhren. Die Sammelelektrode 65, die auch eine positive Vorspannung und Elektronendurchtrittsöffnungen besitzt, ist wie ein normales Schirmgitter dargestellt. Die Eingangselektroden 36, 37 und 38 steuern den Elektronenfluß von der Kathode nach den Ausgangselektroden 51 und 55 und sind daher wie normale Steuergitter gezeichnet. Die Röhre 70 addiert gemäß Fig. 9 die n-te senkrechte Reihe von rechts der Ziffern der binären Addition, was gemäß Fig. 2 der rechten Reihe entspricht. Die Ziffern in der zweiten Reihe von rechts sind mit η -f- 1 und in der dritten Reihe mit η + 2 bezeichnet. Widerstände 73 verbinden die einzelnen Kathoden 35 der Röhren 70,71 und 72 mit Erde. Je ein Widerstand 74 ist an die Eingangselektroden 36, 37 und 38 angeschlossen. Die Eingangselektroden 36 und 37 werden über die Widerstände 74 an die Addenden- bzw. Augendeneingangsstromkreise 75 und 76 angeschlossen. Die Ausgangselektroden 51 und 55 liegen über je einem Widerstand 77 an einer positiven Spannungsquelle 78. Die Sammelelektroden 65 sind an

eine Quelle 79 höherer Spannung als die Quelle 78 direkt angeschlossen. Die Ausgangselektroden 55 liegen außerdem über eine Verbindung 80 an einem Widerstand 81, der in Reihe mit einem weiteren Widerstand 82 an eine negative Spannungsquelle 84 angeschlossen ist. Die Eingangselektrode 38 ist an die gemeinsame Klemme 86 zwischen den Widerständen 81 und 82 über einen Widerstand 74 angeschlossen.
Die Widerstände 73 stabilisieren die Röhre während des Betriebes und beeinflussen ihre strahlbildenden Eigenschaften. Die Widerstände 74 sollen Spannungsschwankungen an den Eingangselektroden 36,37 und 38 ausgleichen. Die Widerstände 77 in den Anodenstromkreisen dienen in der üblichen Weise als Änodenbelastungswiderstände. Die Widerstände 81 und 82 wirken als Spannungsteiler, um eine geeignete Arbeitsspannung für die Eingangselektrode 38 abzugreifen. Eine binäre Subtraktionsröhre gemäß der Erfindung ist in Fig. 10 und 11 dargestellt. Die Kathode 90 und die Eingangselektroden 91, 92 und 93 mit mittleren rechteckigen öffnungen 96, 97 und 98 besitzen den gleichen Aufbau und die gleiche Anordnung wie die Kathode und die Eingangselektroden der oben beschriebenen binären Additionsröhre. Die Eingangselektroden 91, 92 bzw. 93 stellen den Minuendeneingang, den Subtrahendeneingang und den Eingang für den Übertrag dar. 94 und 95 sind die Ausgangselektroden, und zwar für den Differenzausgang und den Übertragausgang. Die Differenzausgangselektrode hat drei Rippen 99, 100 und xoi, die den Strom (und im Falle der kurzen Rippen 100 und 101 einen Teil des Stromes) auffangen, der durch die öffnungen 96, 97 und 98 der Eingangselektroden 91, 92 und 93 hindurchtritt. Die Übertrageingangselektrode ist so angeordnet, daß sie einen Teil des Stromes auffangen kann, der durch die Öffnungen 97 und 98 der Subtrahenden- und Übertrageingangselektroden 92 und 93 hindurchtritt, sowie den Strom, der durch den Zwischenraum 102 zwischen diesen beiden Eingangselektroden hindurchtritt. Die binäre Subtraktionsröhre erlaubt die Ausführung der in der nachstehenden Funktionstafel für binäre Subtraktion angegebenen Funktionen. Im Prinzip entspricht die Arbeitsweise der binären Subtraktionsröhre der der binären Additionsröhre.

Funktionstafel für binäre Subtraktion

Eingang

Ausgang

Übertrag	Subtrahend	Minuend	Differenz	Übertrag
50 0	O	O
I	O	I	O	O
O	I	I
O	O	I	I	O
55 -j-	I	O	O	I
I	O	O
O	I	O	I	I
I	I	I

In den Fig. 12 und 13 ist eine erfindungsgemäße Röhrenkonstruktion dargestellt, die die Funktionen der binären Additionsröhre und der binären Subtraktionsröhre in sich vereinigt. Diese Röhre, die als binäre Additions- und Subtraktionsröhre zu bezeichnen ist, besitzt in der Mitte eine Kathode 105, die aus zwei Teilen 106 und 107 besteht, Eingangselektroden 108, 109 und 110 der gleichen Konstruktion und Anordnung wie die Eingangselektroden sowohl der binären Additions- als auch der binären Subtraktionsröhre sowie eine Summendifferenzausgangselektrode in und eine Übertragausgangselektrode 112. Die Eingangselektroden 108, 109 und 110 besitzen mittlere rechteckige öffnungen 113, 114 und 115 und sind voneinander durch Zwischenräume 116, 117 und 118 getrennt. Die Summendifferenzausgangselektrode in hat drei Rippen 119, 120 und 121,. die so angeordnet sind, daß sie jeweils den Strom (im Falle der kurzen Rippen 120 und 121 einen Teil des Stromes) auffangen, der durch die öffnungen 113,114 und 115 der Eingangselektroden hindurchtritt. Die Übertragausgangselektrode hat drei Rippen 122, 123 und 124, die so angeordnet sind, daß sie den Strom, der durch die Zwischenräume 116, 117 und 118 zwischen den Eingangselektroden hindurchtritt, auffangen. Die Übertragausgangselektrode 112 erstreckt sich ebenfalls über einen Teil der Öffnungenii4,115 in den Eingangselektroden 109 undno. Zusätzlich können Abschirmelektroden 125, 126, 127 und 128 in der Rohre angeordnet werden, wenn die Kathode 105 aus einem Stück besteht. Die Schirmelektroden 125 und 126 sind zwischen den Eingangsund den Ausgangselektroden angeordnet und besitzen Gitteröffnungen 129 und 130, die radial mit den Zwischenräumen 116 und 118 ausgerichtet sind. Die Schirmelektroden 127 und 128 sind ebenfalls zwischen den Eingangs- und den Ausgangselektroden angeordnet und besitzen Gitteröffnungen 131 und 132, die radial mit den Öffnungen 114 und 115 in den Eingangselektroden 109 und 110 fluchten. Die Gitterelektroden 127 und 128 erstrecken sich jedoch lediglich über die Teile der öffnungen 114 und 115, die radial mit der Übertragausgangselektrode 112 fluchten.

Die Arbeitsweise der binären Additions- und Subtraktionsröhre entweder als Addier- oder als Subtrahierröhre hängt dann jeweils nur davon ab, ob der obere oder der untere Teü der Röhre verwendet wird. Bei Verwendung einer zweigeteilten Kathode hängt die Arbeitsweise davon ab, welche Kathode beheizt ist. Bei Verwendung einer einzigen Kathode und Schirrnelektroden hängt die Arbeitsweise von den Spannungen an den Schirmelektroden ab. Sind die Schirmelektroden 125 und 126 negativ und die Schirmelektroden 127 und 128 positiv, so arbeitet die Röhre als Subtrahierröhre; sind jedoch die Spannungen der Schirmelektroden umgekehrt, so arbeitet die Röhre als Addierröhre. Eine negative Spannung an beiden Schirmelektrodenpaaren ergibt eine vollständige Sperrung der Röhre.

In Fig. 14 ist eine binäre Multiplizierröhre dargestellt, die als Einzelstufe einer binären Multiplikationsvorrichtung gemäß Fig. 15 arbeiten kann. Eine einzelne Stufe einer binären Multiplikationsvorrichtung hat einen Multiplikator eingang, einen Multiplikandeingang, einen Teilprodukteingang und einen Übertrag von dem Ausgang der vorhergehenden Stufe. Die Ausgangsanschlüsse der Stufe bestehen aus einem Teilprodukt-

ausgang und einem Übertrag auf den Eingang der nächsten Stufe.

Gemäß Fig. 14 besteht eine binäre Multiplizierröhre nach der Erfindung aus einer in der Mitte angeordneten Kathode 140, einem Satz von vier Eingangselektroden, nämlich der Teilprodukt- und Übertrageingangselektrode 141 und 142 und den Multiplikator- und Multiplikandeingangselektroden 143 und 144. Die Elektroden 141 und 142 sind mit Öffnungen 145 bzw. 146 versehen und durch Zwischenräume 147 voneinander getrennt. Die Elektroden 143 und 144 besitzen keine Öffnungen und sind durch den Zwischenraum 148 in Richtung der Kathodenachse gegeneinander versetzt. Die Teilproduktausgangselektrode 149 hat drei Rippen 150, 151 und 152, die so angeordnet sind, daß sie den Strom, der durch die öffnungen 145 und 146 und den Zwischenraum 148 hindurchtritt, aufnehmen können. Die Übertragausgangselektrode 153 besitzt eine einzelne Rippe 154 zur Aufnahme des Stromes, der durch den Zwischenraum 147 zwischen der Teilprodukt- und der Übertrageingangselektrode 141 bzw. 142 hindurchtritt. Die Übertragausgangselektrode 153 besitzt außerdem einen Ring 155, der sich in der Mitte über die Teilprodukt- und Übertrageingangselektroden 141 bzw. 142 und über den Zwischenraum 148 erstreckt. Der Ring 155 nimmt den Strom von dem Bereich zwischen den Elektroden 141, 143 und 144 auf, und zwar sowohl wenn beide Elektroden 143 und 144 positiv sind als auch eine oder beide der Elektroden 141 bzw. 142.

Die allgemeine Arbeitsweise ist die gleiche wie für die binäre Additionsröhre, nur daß die binäre Multiplizierröhre die Funktionen der binären Multiplikationstafel in einer einstufigen binären Multiplikationsvorrichtung ausführen kann.

Funktionstafel für die einstufige binäre
Multiplikationsvorrichtung

Eingang	4° Multi	Multi	Teil	O	Ausgang	Über
plikator	plikand	produkt	O	Teil	trag
O	O	O	O	produkt
I	O	O	O		O
45 O	I	O	O	O
I	I	O	I
O	O	I	O
O	O	O	O
I	O	I	I		0
O	I	I	I	I
I	O	O	O
O	I	O	I
I	I	I	I
55 I	I	O	I
O	O	I	I		I
I	0	I	I	O
O	I	I
	I	I		I
	I

Die gemäß der Erfindung gestalteten Röhren können für viele andere als die im einzelnen beschriebenen Zwecke Verwendung finden. Zum Beispiel kann eine erfindungsgemäße Röhre als einpoliger Schalter mit Doppelschaltung, als Stufe für eine binäre Divisionsvorrichtung, als 3 X 8-Matrix-Schaltröhre (d. h. als Schaltröhre mit drei Eingangsstromkreisen und acht Ausgangsstromkreisen) usw. yerwendet werden, wobei die Stromkreise Strombegrenzungsmittel zur Steuerung der elektronenstrahlbildenden Eigenschaften der Röhre und zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen den positiven und den negativen Eingangsspannungen in bezug auf die Kathodenspannung aufweisen müssen.

Die Fig. 16 und 17 stellen eine vorzugsweise Ausführungsform einer einpoligen Schaltröhre mit Doppelschaltung gemäß der Erfindung dar. Diese besitzt drei Eingangselektroden 210, 211 und 212, die konzentrisch um die zentrale zylindrische Kathode 213 herum angeordnet sind. Die Eingangselektroden 210, 211 bzw. 212 besitzen längliche mittlere öffnungen 214, 215 und 216. Außerdem sind Öffnungen 217, 218 und 219 zwischen den benachbarten Kanten der Eingangselektroden 210, 211 und 212 vorhanden. Eine zylindrische Ausgangselektrode 220 ist konzentrisch um die Eingangselektroden 210, 211 und 212 angeordnet und besitzt eine breite Rippe 221, die sich über die Länge der Eingangselektroden 210, 211 und 212 erstreckt. In der Breite greift die Rippe 221 über die Eingangselektrode 210 unddieÖffnung2i7. Außerdem besitzt die Ausgangselektrode 220 eine schmale Rippe 222, die sich in der Länge über die Eingangselektroden und in der Breite über die öffnung 218 zwischen den Eingangselektroden 211 und 212 erstreckt.

Bei der in Fig. 16 und 17 gezeigten Anordnung der Eingangs- und Ausgangselektroden ist 210 die eine und 211 die zweite Eingangselektrode und 212 der Schaltereingang. Das Auftreten oder Fehlen von Strom zur Ausgangselektrode 220 wird durch das Potential einer der beiden Eingangselektroden 210 und 211 bestimmt und hängt von dem Potential an ioo der Schaltereingangselektrode 212 ab. Im allgemeinen sind die an den Elektroden liegenden Spannungen und ihr Anschluß einschließlich der Strombegrenzungsmittel zum Fokussieren des Elektronenstromes von der Kathode die gleichen wie oben für andere Bauarten der erfindungsgemäßen Röhre beschrieben.

Eine 3 χ 8-Matrix-Schaltröhre gemäß der Erfindung ist in Fig. 18 dargestellt. Die Elektroden sind konzentrisch um die Kathode 225 von kegeliger Gestalt herum angeordnet. Um den unteren Teil der Kathode 225 legt sich eine ringförmige Ablenkelektrode 226 mit einer Reihe von rechteckigen öffnungen 227. Oberhalb der Ablenkelektrode 226 sind drei Eingangselektroden 228, 229 bzw. 230 angeordnet, die die Form von Oberflächenabschnitten von Konoiden mit mittleren konischen Öffnungen 231, 232 und 233 haben. Zwischen benachbarten Kanten der Eingangselektroden 228, 229 und 230 liegen Zwischenräume 234, 235 und 236. Eine Sammelelektrode 237 für Sekundärelektronen sitzt über den Eingangselektroden 228, 229, 230 und der Ablenkelektrode 226. Sie besitzt eine Reihe von rechteckigen Öffnungen 238, die den rechteckigen öffnungen 227 in der Ablenkelektrode entsprechen, sowie eine Reihe von konischen öffnungen 239, die den öffnungen 231, 232 und 233 in den Eingangselektroden 228, 229 und 230 sowie

den Zwischenräumen 234, 235 und 236 zwischen den Eingangselektroden entsprechen. Die Sammelelektrode 237 ist ebenfalls konisch und hat eine axiale Öffnung 240 oberhalb des Endes der Kathode 225. Wie in Fig. 18 gezeigt ist, ist ein Satz von acht Ausgangselektroden 241, 242, 243, 244, 245, 246, 247 und 248 um die Außenseite der Sammelelektrode 237 herum angeordnet. Die ringförmige Ausgangselektrode 241 umgibt die Ablenkelektrode 226- Die Ausgangselektroden 242, 243, 244, 245, 246^und 247 sind jeweils außerhalb der Öffnungen 231, 232." und 233 und der Zwischenräume 234, 235 und 236 angeordnet. Die scheibenförmige Ausgangselektrode 248 ist oberhalb der Öffnung 240 der Sammelelektrode 237 ange^· bracht.

. Als Beispiel ist in Fig. 19 eine schematische Schaltung für eine 3 X 8-Matrix-Röhre gemäß Fig. 18 dargestellt. Beim Vergleich beider Figuren wird die Arbeitsweise der Röhre ohne weiteres klar. In Fig. 19 ist das Anodensymbol für sämtliche Ausgangselektroden 241, 242, 243, 244, 245, 246, 247 und 248 verwendet und das Gittersymbol für die Eingangselektroden 228, 229 und 230 sowie für die Sammelelektrode 237. Die angegebenen Spannungen sind lediglieh beispielsweise. Die Widerstände 251 sind Belastungswiderstände und der Widerstand 252 ein Strombegrenzungswiderstand. (Die Arbeitsweise eines Stromkreises mit diesem Widerstand ist im Zusammenhang mit Fig. 9 beschrieben.) Die Schalter 253, 254 und 255 dienen zum Anlegen der acht möglichen Kombinationen zweier Spannungen (annähernd ο oder + 50 Volt) an die Eingangselektroden 228, 229 und 230. Jede einzelne Kombination von Eingangsspannungen an den Eingangselektroden ergibt einen Stromfluß von der Kathode zu einer bestimmten Ausgangselektrode. Liegen z. B. alle Eingangselektroden an • ihrer negativen Spannung, wobei die Schalter 253, 254 und 255 mit Erde verbunden sind, so fließt ein Strom zur Ausgangselektrode 241. Sind alle Eingangselektroden positiv (Schalter 253, 254 und 255 an + 50 Volt gelegt), so fließt der Strom zur Ausgangselektrode 248. Für andere Kombinationen von positiven und negativen Spannungen ergibt sich ein Stromfluß zu einer der Elektroden 242, 243, 244, 245, 246 oder 247.

• Es lassen sich auch andere Arten von Schaltröhren nach der Erfindung konstruieren, und in bestimmten Stromkreisen kann es auch vorteilhaft sein, die Funktion zweier Röhren gemäß der Erfindung zu kombinieren. Zum Beispiel kann eine 4 X 16-Schaltröhre aus zwei 3 χ 8-Schaltröhren dadurch gebildet werden, daß die drei Eingangselektroden der beiden Röhren miteinander verbunden werden und ebenso die Sekundärelektronensammler, die dann die vierte Eingangselektrode ergeben. Da jede Röhre acht Ausgangselektroden besitzt, sind sechzehn Ausgangselektroden verfügbar. In ähnlicher Form kann eine 5 X 32-Schaltröhre aus vier 3 X 8-Schaltröhren gebildet werden, wobei der fünfte Eingang an die Kathoden der Röhren über je eine Diode für jede Kathode gelegt wird. In allen Fällen muß der Stromkreis Strombegrenzungsmittel, wie beispielsweise in Verbin- , dung mit Fig. 9 und 19 beschrieben,; aufweisen.

Eine Ausführungsform einer Mehrfachelektronen-* strahlröhre gemäß der Erfindung ist in den Fig. 20 bis 24 dargestellt. Die Röhre ist als binäre Additionsröhre gezeichnet, jedoch sind die anderen beschriebenen Röhrenarten in der gleichen Weise als Mehrstrahlröhren auszubilden. Gemäß den Fig. 20 bis 24 besitzt die Röhre einen Doppelstrahl, aber andere Zahlen von Strahlen können ebenso verwendet werden wie z. B. vier Strahlen gemäß Fig. 25 bis 29. Mehrstrahlröhren sind zur Erreichung hoher Arbeitsgeschwindigkeit vorteilhaft, da sie ein günstiges Verhältnis von Ausgangsstrom zu Ausgangskapazität aufweisen. Eine Mehrstrahlanordnung kann auch die Abschirmeffekte der Kathode ausschalten und ergibt eine bessere Bündelung größerer Ströme.

Die Fig. 20 bis 24 und 25 bis 29 entsprechen jeweils den Fig. 3 bis 8, und die Bezugszeichen sind so gewählt, daß die beiden letzten Ziffern die gleichen wie in den Fig. 3 bis 8 sind. Auf diese Weise erübrigt sich eine spezielle Erläuterung, und zum Verständnis des Aufbaus und der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Röhren nach den Fig. 20 bis 29 kann- die Beschreibung zu den Fig. 3 bis 8 herangezogen werden. Dabei ist nur zu bemerken, daß jede Eingangselektrode gemäß den Fig. 20 bis 29 aus einer Mehrzahl von Teilelektroden besteht, die alle mit dem Bezugszeichen der Eingangselektrode bezeichnet sind, von der sie einen Teil bilden.

Claims (13)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektronenröhre, insbesondere für elektronisch'e Rechengeräte, Schaltvorrichtungen u. dgl., gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Eingangselektroden, denen bestimmte Eingangsspannungen einzeln und getrennt zugeführt werden können, und die im Verhältnis zur Kathode derart angeordnet sind, daß jede Kombination von Eingangsspannungen eine ganz bestimmte charakteristische Potentialverteilung in dem Bereich zwischen den Eingangselektroden und der Kathode erzeugt, deren maximaler Potentialgradient für die Riehtung des von der Kathode ausgehenden Elektronenstrahls bestimmend ist, und mindestens eine Ausgangselektrode, die im Verhältnis zur Kathode auf einem positiven Potential gehalten und als Ziel für die in gerader Richtung entsprechend dem maximalen Potentialgradienten fliegenden Elektronen angeordnet ist, wobei der Elektronenstrom zur Ausgangselektrode mindestens teilweise durch Strombegrenzungsmittel im Kathodenstromkreis oder in den Eingangselektrodenstromkreisen bestimmt wird.

2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Eingangselektroden aus einer Mehrzahl von Teilelektroden besteht, die so angeordnet und geschaltet sind, daß jede Kombination der Eingangsspannungen an den Teilelektroden eine Mehrzahl von bestimmten charakteristischen Potentialverteilungen in dem Raum zwischen den Teilelektroden und der Kathode ergibt, so daß für jede Kombination von Eingangsspannungen eine Mehrzahl von Elek-

tronenstrahlen auf eine Ausgangselektrode entsteht.

3. Elektronenröhre nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangselektroden konzentrisch um die Kathode herum angeordnet sind.

4. Elektronenröhre nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Eingangselektrode mindestens eine Öffnung besitzt, durch

to die die Elektronen von der Kathode an eine der Ausgangselektroden gelangen können und die Eingangselektrode mit Zwischenräumen zwischen benachbarten Eingangselektroden angeordnet sind, durch die ebenfalls die von der Kathode ausgehenden Elektronen zu einer Ausgangselektrode gelangen können.

5. Elektronenröhre nach den Ansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode eine zylindrische Form und die Eingangs- und Ausgangselektroden die Form von Abschnitten von Zylinder- oder Konoidflächen besitzen, die konzentrisch zur Kathode angeordnet sind, und daß für jeden Eingangs- und Ausgangskanal je eine Eingangs- bzw. Ausgangselektrode vorgesehen ist, derart, daß eine gegebene Kombination von Spannungen an den Eingangselektroden einen oder mehrere bestimmte Stromflüsse auf die entsprechende Ausgangselektrode oder Kombination von Ausgangselektroden ergibt.

6. Elektronenröhre nach den Ansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsmittel in dem äußeren Kathoden- oder Eingangselektrodenstromkreis je aus einem Reihenwiderstand bestehen.

7. Elektronenröhre nach den Ansprüchen 1 und folgenden, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als binäre Additionsröhre mit drei Eingangsund zwei Ausgangselektroden, wobei die Eingangselektroden jeweils dem Addenden, Augenden und dem Übertrag einer Additionsrechnung und die Ausgangselektroden jeweils der Summe und dem Übertrag des Rechenresultats entsprechen.

8. Elektronenröhre nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als binäre Subtraktionsröhre mit drei Eingangs- und zwei Ausgangselektrpden, wobei die Eingangselektroden jeweils dem Minuenden, dem Subtrahenden und dem Übertrag einer Subtraktionsrechnung und die Ausgangselektroden der Differenz bzw. dem Übertrag des Rechenergebnisses entsprechen.

9. Elektronenröhre nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als binäre Multiplizierröhre mit vier Eingangs- und zwei Ausgangselektroden, wobei die Eingangselektroden jeweils dem Multiplikator, dem Multiplikand, dem Teilprodukt und dem Übertrag einer Multiplikationsrechnung und die Ausgangselektroden dem Teilprodukt und dem Übertrag des Rechenergebnisses entsprechen.

10. Elektronenröhre nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als 11 X ra-Matrix-Schalter, wobei η die Zahl der Eingangsstromkreise und m die Zahl der Ausgangsstromkreise angibt, mit η Eingangs- und m Ausgangselektroden.

11. Elektronenröhre nach den Ansprüchen 1 und folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Sammelelektrode, die auf einer positiven Spannung in der Größenordnung derjenigen einer Ausgangselektrode gehalten wird und die zwischen den Eingangselektroden und jeder Ausgangselektrode angeordnet ist und Öffnungen für den Durchtritt der Elektronenstrahlen zu den Ausgangselektroden besitzt.

12. Schaltung für Elektronenröhren nach den Ansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um jede Ausgangselektrode auf einem gegenüber der Kathode positiven Potential zu halten, sowie Strombegrenzungsmittel, die in Reihe mit der Kathode oder den Eingangselektroden geschaltet sind.

13. Schaltung nach Anspruch 12 für Elektronenröhren nach den Ansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, den Eingangsstromkreisen eine vorbestimmte Kombination einer oder zweier diskreter Eingangsspannungen zuzuführen, und weiterhin Mittel, die Ausgangselektroden auf einem im Verhältnis zur Kathode positiven Potential zu halten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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