DE973541C - Impulsgesteuerter Wertespeicher - Google Patents

Description

Es ist bekannt bzw. vorgeschlagen worden, in elektrischen Rechenmaschinen u. dgl. elektronische Speicher vorzusehen, die aus Triggerkreisen bestehen. Darunter versteht man elektrische Kippanordnungen mit zwei Röhren und zwei stabilen Zuständen, die durch äußere Impulse geschaltet werden. Diese Anordnungen arbeiten praktisch leistungslos und geben auch keine Leistung ab. Sie sind daher häufig nur in Zusammenarbeit mit Verstärkern zu gebrauchen. Ferner bedingen sie in vielen Fällen eine kritische Einstellung der Schaltelemente.

Die Erfindung bezieht sich auf eine andere Speicherart, die ebenfalls für elektrische Rechenmaschinen besondere Bedeutung hat, und betrifft einen über eine Kathodenverstärkerstufe rückgekoppelten bistabilen Multivibrator.

Gemäß der Erfindung ist eine logische Schaltung, insbesondereKoinzidenzschaltung, vorgesehen, über die sowohl das Eingangssignal als auch das Rückkopplungssignal dem Eingang der ersten Röhre des Multivibrators zugeführt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die logische Schaltung im wesentlichen aus Dioden besteht, die derart geschaltet sind, daß die Rückkopplungsverbindung während der Eingangsimpulse unterbrochen wird. Mehrere Stufen können in einer Kette hintereinander und durch

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Kopplung von der„ letzten zur ersten Stufe zu einem geschlossenen Ring geschaltet sein.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.

Fig. ι ist eine schematische Darstellung einer Ringschal tang gemäß der Erfindung;

Fig. 2, 2 A, 2 B, 2 C und 2 D sind Zeitdiagramme, ίο die bestimmte Wellenformen veranschaulichen;

Fig. 3 ist die Wiedergabe eines Oszillogramms der drei in den Zeitdiagrammen gezeigten Wellenformen;

Fig. 4 stellt eine abgeänderte Ausfübrungsform einer einzelnen Speicherstufe gemäß der Erfindung dar.

Fig. ι stellt schematisch die erste, zweite und letzte Stufe eines elfstufigen Ringes dar, bei dem jede Stufe aus einer Speichereinheit gemäß der Erfindung besteht. Die erste Stufe umfaßt beispielsweise die Trioden 10 und 11 und einen Kathodenverstärker 12. Obwohl die Röhren 10 und 11 als getrennte Röhren dargestellt sind, können sie auch als Doppelröhren in einem einzigen Kolben vereinigt sein. Das Gitter 13 der Röhre 10 ist über einen Widerstand 14 und eine Diode 37 (die ein Element eines Diodenmischers 36-37 ist, der nur für Startimpulse verwendet wird) mit dem gemeinsamen Anschluß 15 eines auf positive Impulse reagierenden Koinzidenzschalters, der aus den Dioden 16 und 17 besteht, verbunden. Diese Dioden sind vorzugsweise Germaniumkristalle, jedoch können auch andere Dioden, z. B. Röhren, verwendet werden. Der gemeinsame Anschluß 15 der Dioden 16 und 17 ist über einen Widerstand 20 mit einer positiven Spannungsquelle von z.B. +150Volt verbunden. Der andere Pol der Diode 17 ist direkt an die Kathode 18 des Kathodenverstärkers 12 angeschlossen. Diese Kathode ist über einen Belastungswiderstand 19 mit einer negativen Vorspannungsquelie von z. B. —50 Volt verbunden. Der zweite Pol der anderen Diode 16 ist mit einer Leitung 21 verbunden, an welche die entsprechenden Dioden (z. B. 46) der anderen Stufen angeschlossen sind.

Fig. 2 veranschaulicht die für das Eingangssignal verwendeten Spannungsimpulse. Diese Impulse werden von einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) zu Punkt 22 auf der Leitung 21 (Fig. 1) geführt. Normalerweise wird die Eingangsspannung zwischen den Punkten A^r und P (Fig. 2) auf einem stetigen positiven Wert gehalten. In regelmäßigen Zeitabständen wird ein negativer Impuls geliefert, der die Eingangsspannung auf einen negativen Grenzwert herabsetzt, wie bei Punkt M (Fig. 2) angedeutet. Zwischen den Punkten M und N steigt die Spannung wieder auf ihren normalen positiven Wert an. Diese Impulse können von bekannten Mitteln geliefert werden, z. B. von So einer über einen Verstärker geleiteten Magnettrommelaufzeichnung.

- Die Anode 23 der Röhre 10 ist über die aus einem Kondensator 24 und einem Widerstand 25 bestehende Parallelschaltung mit einem Punkt 26 verbunden. Dieser ist über einen Widerstand 27 an eine negative Vorspannungsquelle (-50¹VoIt) angeschlossen. Das Gitter 28 der Röhre 11 ist über einen Widerstand 29 an den Punkt 26 angeschlossen. In dieser Anordnung ist bei leitender Röhre 10 die Spannung an ihrer Anode 23 niedrig, so daß die Spannung am Gitter 28 der Röhre 11 unter den Abschaltwert sinkt. Ist dagegen die Röhre 10 nichtleitend, so steigt die Spannung am Gitter 28 über den Abschaltwert, und die Röhre n ist leitend. Die beiden Röhren 10 und 11 sind also abwechselnd leitend und gesperrt.

Wenn die erste Stufe »AUS« ist, ist die Röhre 10 gesperrt, und die Röhre 11 ist leitend. Die Anode 30 der Röhre 11 ist über die Paralleschaltung von Widerstand 31 und Kondensator 32 und einen Widerstand 33 mit einer negativen Spannungsquelle (—250 Volt) verbunden. Das Gitter 34 des Kathodenverstärkers 12 ist über einen Widerstand 35 an den Verbindungspunkt der Widerstände 31 und 33 angeschlossen. Wenn die Röhre 11 leitend ist, ist die Spannung an ihrer Anode 30 niedrig genug, um die Spannung am Gitter 34 des Verstärkers 12 unter den Abschaltwert zu bringen.

Unter diesen Umständen wird die Kathode 18 des Verstärkers 12 auf einem negativen Potential gehalten. Infolge des Spannungsabfalls am Widerstand 20 wird der Punkt 15 des Diodenschalters 16-17 auf einem solchen Wert gehalten, daß die Röhre 10 unter dem Abschaltwert bleibt.

Jede beliebige Stufe im Ring kann »EINVgeschaltet werden durch einen positiven Impuls an das Gitter der ersten Röhre 10, sofern er so groß ist, daß diese leitend wird. Wenn man also annimmt, daß alle Stufen »AUS« sind und daß die erste Stufe »EIN«-geschaltet werden soll, dann kann ein positiver Startimpuls von einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) über die Mischerdiode 36 an das Gitter 13 der Röhre 10 angelegt werden, wodurch die Spannung am Gitter 13 über den Abschaltwert steigt. Wenn die Röhre 10 zu leiten beginnt, fällt die Spannung an der Anode 23, wodurch das Potential am Gitter 28 der Röhre 11 unter den Abschaltwert sinkt. Die Röhre 11 verliert ihre Leitfähigkeit, und das Potential an ihrer Anode 30 steigt an. Daraufhin steigt das Potential am Gitter 34 des Kathodenverstärkers 12 über den Abschaltwert, und letzterer wird leitend. Hierdurch wird-dessen Kathodenpotential positiv, und es gelangt ein positives Potential an die Diode 17. Zu dieser Zeit hat die Eingangsleitung 21 entweder ihr normales positives Potential oder kehrt nach einem der periodischen negativen Eingangsimpulse (Fig. 2) auf ihr normales positives Potential zurück. Der Startimpuls muß genügend lange andauern, um während dieser Zeit die positive Ausgangsspannung des Kathodenverstärkers 12 aufrechtzuerhalten. Hieraus resultiert, daß an den Anschlüssen der Dioden 16 und 17 positive Spannungen auftreten. Damit bleibt die Spannung am Gitter 13 der Röhre 10 über dem Abschaltwert, d. h., die Röhre 10 bleibt leitend auch nach dem

Aufhören des Startimpulses. Auf diese Weise wird die erste Stufe in ihrem »EIN«-Zustand »verriegelt«. Letzteres wird durch die positive Rückkopplungsspannung von dem Kathodenverstärker 12 und die positive Eingangsspannung auf Leitung 21 bewirkt. Der Kathodenverstärker liefert in jeder Stufe einen positiven Ausgangsimpuls, solange die Stufe »EIN« ist, wie nachstehend noch genauer erklärt wird.

Die Eingangsspannungswelle (Fig. 2) zur Betätigung des in Fig. 1 gezeigten Ringes besteht aus einem normalen positiven Potential, das periodisch durch negative Impulse unterbrochen wird. Bei jedem Auftreten eines dieser negativen Impulse wird die im »EIN«-Zustand befindliche Stufe »AUS «-geschaltet und die nächste Stufe automatisch »EIN«- geschaltet. Angenommen, die erste Stufe sei »EIN«, so unterbricht der erste an Punkt M (Fig. 2) auftretende negative Impuls das Zusammentreffen positiver Spannungen am Schalter 16-17, und die Eingangsleitung 21 hat jetzt ein negatives Potential. Die Spannung am Gitter 13 der Röhre 10 wird dadurch unter den Abschaltwert gebracht, die Röhre 11 beginnt zu leiten, und der Kathodenverstärker 12 wird abgeschaltet. Da der Ausgang des Kathodenverstärkers 12 jetzt negativ ist, kann die Spannung am Gitter 13 nicht über den Abschaltwert steigen, wenn auch das positive Potential wieder an die Eingangsleitung 21 (Punkt N in Fig. 2) angelegt wird. Daher wird die erste Stufe in ihrem »AUS«-Zustand gehalten.

Die zweite Stufe des Ringes umfaßt die Röhre 40 und 41 und den Kathodenverstärker 42, die den betreffenden Elementen der ersten Stufe entsprechen.

Das Gitter 43 der Röhre 41 ist über einen Kopplungskondensator 44 mit der Anode 30 der Röhre 11 in der ersten Stufe verbunden. Wenn die Röhre 11 zu leiten beginnt, fällt die Spannung an der Anode 30 und überträgt einen negativen Impuls über den Kondensator 44 an das Gitter 43. Dieser Impuls ist in Fig. 2 D dargestellt, die eine Zusammenstellung aller Übertragungsimpulse von Stufe zu Stufe ist.

An Punkt M beginnt der Übertragungsimpuls

von Stufe 1 zu Stufe 2. Wie man durch einen Vergleich von Fig. 2 D mit Fig. 2 feststellen kann, ist der negative Teil des Übertragungsimpulses breiter als der negative Eingangs impuls M-N (Fig. 2). Hierdurch wird sichergestellt, daß die Röhre 41 nichtleitend bleibt, bis die Eingangsleitung 21 ihr normales positives Potential wiedererlangt hat. Daher liefert der Kathodenverstärker 42 eine positive Ausgangsspannung zu der Diode 45 des Koinzidenzschal ters 45-46, während ein positives Potential erneut an die andere Diode 46 dieses Schalters angelegt wird.

Der Ausgangsimpuls von Stufe 2 (Fig. 2 A) beginnt an Punkt M, wenn der Kathodenverstärker 42 zu leiten beginnt (was im Augenblick der Abschaltung der Röhre41 eintritt). Die Röhre40 beginnt erst zu leiten, wenn ein zeitliches Zusammentreffen positiver Spannungen an Schalter 45-46 auftritt, und zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung am Gitter 47 über den Abschaltwert gesteigert, und die Stufe wird in ihrem »EIN«-Zustand verriegelt. Dann wird die Röhre 40 leitend, und zwar bis Punkt P (Fig. 2), wo der nächste negative Eingangsimpuls auftritt. An Punkt P wird die Koinzidenz der positiven Spannungen unterbrochen und die Spannung am Gitter 47 unter den Abschaltwert gebracht. Die Röhre 40 hört auf zu leiten, und Röhre 41 wird leitend, während der Kathodenverstärker 42 gesperrt wird. Der Ausgang des Verstärkers 42 wird negativ und beendet dadurch den Ausgangsimpuls der Stufe 2 bei Punkt P (Fig. 2 A), und von diesem Punkt ab wird die Stufe 2 im »AUS«-Zustand gehalten.

Beim »AUS«-Schalten der Stufe 2 wird die folgende Stufe automatisch »EIN«-geschaltet und bleibt »EIN«, bis der nächste negative Eingangsimpuls sie »AUS«-schaltet. Während der Zeit, in der jede Stufe »EIN« ist, liefert deren Kathodenverstärker eine positive Ausgangsspannung. Wenn die elfte oder letzte Stufe (bestehend aus den Röhren 50 und 51 und dem Kathodenverstärker 52, Fig. 1) »AUS«-geschaltet wird, steht ein Übertragungsimpuls an der Anode der Röhre 51 zur Verfügung. Soll ein geschlossener Ring hergestellt werden, so wird dieser Übertragungsimpuls über einen Kondensator 53 zu dem Gitter 28 der Röhre 11 in der ersten Stufe geleitet, wodurch die erste Stufe »EINe-geschaltet wird. Falls eine offene Kette gefordert ist, wird der Rückkopplungspfad von der letzteren zur ersten Stufe weggelassen, wodurch jede Stufe in ihrem »AUS«-Zustand bleibt, bis ein Startimpuls von außen an eine der Stufen angelegt wird.

Der geschlossene Ring oder die Kette kann zu jeder Zeit dadurch gelöscht werden, daß die Eingangsspannung negativ gehalten wird, bis der Übertragungsimpuls ausgesandt wird.

Fig. 3 ist ein Oszillogramm, das die Eingangsspannungswelle, die Ausgangsspannungswelle und das Übertragungssignal für eine einzelne Stufe wiedergibt. Die Kurve 60 zeigt eine Periode der Eingangsspannungswelle. Die Kurve 61 stellt den Ausgang einer Stufe (z. B. Stufe 2) dar. Die Kurve 62 ist das Übertragungssignal, das z. B. von Stufe 1 zu Stufe 2 übergeht, wenn die erstgenannte Stufe »AUS«-geschaltet und die letztgenannte Stufe »EIN«~geschaltet wird. In anderen Worten, die Kurve 62 zeigt die Veränderung der Spannung am Gitter 43 der Röhre 41 von Stufe 2.

Nachdem die Eingangsspannung beginnt, an Punkt 63 (Fig. 3) negativ zu werden und den Abschaltwert für die Röhre 10 (Fig. 1) unterschreitet, beginnt die Röhre 11 zu leiten. Hierdurch entsteht ein Spannungsabfall am Gitter 43, der an Punkt 64 beginnt (Fig. 3). Wenn diese Gitterspannung unter den Abschaltwert für die Röhre 41 sinkt, beginnt die Ausgangsspannung des Kathodenverstärkers 42 (Fig. 1) an Punkt 65 zu steigen (Fig. 3). Die Eingangsspannung (Kurve 60) erreicht ihren unteren Grenzwert an Punkt 66 und beginnt dann wieder zu steigen. Schließlich erreichen die steigende Ausgangsspannung (Kurve 61) und die steigende Eingangsspannung (Kurve 60) einen Punkt 67 (Fig. 3),

an dem sie positiv genug sind, um die Röhre 40 (Fig. i) in ihrem leitenden Zustand zu halten oder zu »verriegeln«. Man sieht, daß diese Verriegelung zeitlich vor dem negativen Teil des Übertragungsimpulses (Kurve 62) wirksam wird.

Fig. 4 zeigt schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel einer einzelnen Speicherstufe, die das beschriebene »Verriegelungsprinzip« verwendet. Die Röhren 70 und 71 und der Kathodenverstärker 72 sind in der gleichen Weise wie die entsprechenden Elemente in einer einzelnen Stufe der in Fig. 1 gezeigten Ringschaltung angeordnet. Im vorliegenden Falle ist jedoch das Gitter 73 der Röhre 70 über einen Widerstand 74 mit dem gemeinsamen An-Schluß 75 eines Diodenmischers, der die Dioden 76 und 77 umfaßt, verbunden. Der Verbindungspunkt 75 ist über einen. Widerstand 78 an eine Quelle negativer Vorspannung (-50¹VoIt) angeschlossen. Das andere Ende der Diode 77 ist mit der Kathode 79 des Kathodenverstärkers 72 verbunden. Während dieser Zeit, in der die Speicherstufe »EIN« und ihre Ausgangsspannung positiv ist, wird das Potential des Gitters 73 über dem Abschaltwert gehalten, wodurch die Stufe verriegelt wird. Zu anderen Zeiten wird die Röhre 70 durch die negative Vorspannung am Gitter 73 gesperrt.

Wenn die Speicherstufe mit einem Netzwerk zusammenarbeitet, um eine Koinzidenz von Impulsen festzustellen, wird die Eingangsklemme der Mischer diode 76 mit dem gemeinsamen Anschluß eines aus den Dioden 80 und 81 bestehenden Koinzidenzschalters verbunden. Dann erzeugt eine Koinzidenz von positiven Spannungsimpulsen auf den beiden Leitungen A und B, die über die Schaltdioden 80 und 81 und die Mischerdiode 76 wkkt, die Zündung der Röhre 70, d. h., die Speicherstufe wird zur Speicherung eines Impulses »EIN«-geschaltet.

Zur Lösung des gespeicherten Wertes und zur Beendigung des positiven Ausgangsimpulses kann ein negativer Löschimpuls über eine Diode 85 an die Anode 86 der Röhre 71 angelegt werden. Diese Anode ist mit dem Gitter 87 des Kathodenverstärkers 72 gekoppelt, so daß der negative Impuls den Verstärker 72 abschaltet und an seinem Ausgang ein negatives Potential erzeugt. Hierdurch wird die positive Verriegelungsspannung am Gitter 73 der ersten Röhre 70 aufgehoben. Da zu dieser Zeit keine positive Eingangsspannung besteht, nimmt das Gitter 73 sein normales negatives Potential an, und die Röhre 70 wird gesperrt.

Eine zweite mögliche Methode zur Löschung der Werte in der Speicherstufe besteht in der Verwendung eines Kathodenverstärkers 90 als Löschröhre, welche einen positiven Impuls zum Gitter 83 der zweiten Röhre 71 liefert. Bei dieser Anordnung wird das Gitter 83 von der Vorspannungsquelle von — 50 Volt getrennt und statt dessen über eine gestrichelt dargestellte Leitung 91 mit dem Ausgang 92 des Kathodenverstärkers verbunden. Dieser Anschluß ist wiederum mit einer Vorspannungsquelle von —75 Volt über den Belastungswiderstand 93 des Verstärkers 90 verbunden. Eine einzige Löschröhre 90 reicht aus, um bis zu zehn Speicherstufen zu löschen. Im gesperrten Zustand der Löschröhre 90 dient ihre auf negativem Potential liegende Kathode als Vorspannungsquelle für die einzelnen Speicherstufen.

Die bekannten Speicheranordnungen, wie sie insbesondere in elektrischen Zählern angewendet werden, haben am Ausgang nur sehr geringe Leistung, da die elektronischen Geräte praktisch leistungslos arbeiten. Im Gegensatz hierzu schafft die Erfindung einen Speicher, der in der Lage ist, merkbar Leistung abzugeben. Er kann daher unmittelbar an Leistung verbrauchende Vorrichtungen angeschlossen werden. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung gewährleisten die Kathodenverstärkerrückkopplung zusammen mit der Diodeneinführung eine hohe Stabilität, die das Umschalten von einem stabilen Zustand in den anderen erleichtert. Die Vorteile dieser Anordnung treten besonders in der Ringschaltung (Fig. 1) hervor, bei der die aufeinanderfolgende Ver- und Entriegelung der Stufen unmittelbar auf die Änderungen einer gemeinsamen Eingangsspannung folgen, ohne eine nachteilige Wirkung auf die Stabilität einer Stufe auszuüben. Die Möglichkeit, den Ring jederzeit durch Negativhalten der Eingangsspannung zu löschen, ist ebenfalls sehr vorteilhaft.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Impulsgesteuerter Speicher mit über eine Kathodenverstärkerstufe rückgekoppeltem bistabilem Multivibrator, insbesondere für elekirische Rechenmaschinen, gekennzeichnet durch eine logische Schaltung, insbesondere Koinzidenzschaltung (16, 17 bzw. 76, 77), über die sowohl das Eingangssignal als auch das Rückkopplungssignal dem Eingang (13 bzw. 73) der ersten Röhre (10 bzw. 70) des Multivibrators zugeführt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung im wesentlichen aus den Dioden (i6, 17) besteht, die derart geschaltet sind, daß die Rückkopplungsverbindung während der Eingangsimpulse unterbrochen wird.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Speicherstufen zu einer Kette hintereinandergeschaltet sind und alle Stufen von einer gemeinsamen Eingangsimpulsquelle (22) gespeist werden, während die Anoden und Gitter der zweiten Röhren (z. B. 11, 41) je zweier benachbarter Stufen miteinander gekoppelt sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen zu einem geschlossenen Ring geschaltet sind, indem die Anode der zweiten Röhre (51) der letzten Stufe mit dem Gitter der zweiten Röhre (11) der ersten Stufe gekoppelt ist.

5. Anordnung, nach'den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Löschung der Werte in einer Speicherstufe ein negativer Impuls an die Anode der zweiten Röhre (71) und

an das Gitter des Kathodenverstärkers (72) gelegt wird, der seinerseits einen negativen Impuls zum Gitter der ersten Röhre aussendet.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Löschung der Werte in einer Speicherstufe ein besonderer Kathodenverstärker (90) positive Impulse zum Gitter der zweiten Röhre (71) sendet.

In Betracht gezogene Druckschriften: Buch von W. C. El more und M. Sands : »Elecironies Experimental Techniques« (New York, 1949), S. 81 und 211;

Buch von H.J.Reich: »Theory and Applications of Electron Tubes« (New York, 1944), S. 164 bis 166; britische Patentschrift Nr. 599 256.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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