DE1053219B - Logisches Schaltelement - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft logische Schaltelemente, die in Rechenmaschinen verwendet werden können, und bezieht sich insbesondere auf ein neuartiges auf Signale ansprechendes Element, das eine Leistungsverstärkung liefert und in der Lage ist, sowohl direkte Ausgangssignale als auch komplementäre Ausgangssignale in Impulsform zu liefern.

Bei Rechenmaschinen ist es häufig, z. B. wenn es sich um stellenweise rechnende Binärmaschinen handelt, erforderlich, sowohl ein direktes als auch ein komplementäres Ausgangssignal in Abhängigkeit von Eingangssignalen zu erzeugen. Ein direktes Ausgangssignal ist ein Signal, das bei Anwesenheit eines Eingangssignals auftritt. Ein komplementäres Ausgangssignal ist ein Signal, das nur in Abwesenheit eines Eingangssignals auftritt. Bisher sind derartige Ausgangssignale durch Verwendung von verhältnismäßig komplizierten Schaltungen erzeugt worden; im allgemeinen sind mehrfache logische Schaltelemente notwendig gewesen, um jeweils eine Art der Ausgangssignale zu liefern.

Um die obenerwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden, sind verschiedene Arten von logischen Schaltelementen vorgeschlagen worden, die in der Lage sind, in einer einzigen Schaltung sowohl ein direktes als auch ein komplementäres Ausgangssignal zu liefern; bei einem solchen logischen Schaltelement ζ. Β. wird ein Transformator mit drei Wicklungen verwendet. Die eine Wicklung des mit drei Wicklungen versehenen Transformators ist an einen Transistor angeschlossen, wobei der Leitfähigkeitszustand des Transistors die effektive Impedanz des Transformators bestimmt, d. h., die Wicklung ist an den Transistor derart angeschlossen, daß, wenn der Transistor nicht leitet, die Wicklung unterbrochen ist, so daß die anderen Transformatorwicklungen eine hohe Impedanz aufweisen. Wenn der Transistor leitet, ist die Wicklung kurzgeschlossen, und dieser Kurzschluß wird transformatorisch auf die anderen Wicklungen übertragen, so daß sie einen niedrigen Widerstand aufweisen. Eine Quelle von Leistungsimpulsen ist an das eine Ende der zweiten Wicklung des Transformators angeschlossen, so daß direkte Ausgangssignale selektiv am anderen Ende dieser zweiten Wicklung auftreten; komplementäre Ausgangssignale erscheinen selektiv an der dritten Transformatorwickkmg in Abhängigkeit von Eingangssignalen, die dem erwähnten Transistor zugeführt werden.

Wenn auch logische Schaltelemente dieser Art zufriedenstellend arbeiten, haben sie doch den Nachteil, daß ein Transformator mit drei Wicklungen benötigt wird, wodurch die Kosten und die Aufbauschwierigkeiten der gesamten Schaltung erhöht werden. Außerdem sind keine Mittel vorgesehen, um den Logisches Schaltelement

Anmelder:

Sperry Rand Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerifca vom 4. November 1955

Robert Dutilh Torrey, Philadelphia, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Transistor wirksam in den Ausgangszustarid zurückzuführen, d. h. ihn zu reinigen, wodurch die zulässige Wiederholungsfrequenz des gesamten logischen Schaltelements etwas verringert wird. Die vorliegende Erfindung liefert eine Verbesserung des logischen Schaltelementes, durdh. welche die erwähnten Nachteile durch die Verwendung eines Transformators mit nur zwei Wicklungen vermieden werden, von denen die eine an dem einen Ende mit regelmäßig auftretenden Leistungsimpulsen gespeist wird, während an dem anderen Ende dieser Wicklung der eine Ausgang liegt, und bei dem an der zweiten Wicklung ein zweiter Ausgang angeschlossen ist, sowie dadurch, daß eine Spannungsklemmschaltung an das mit dem ersten Ausgang verbundene Ende der ersten Wicklung angeschlossen ist, um diesen Ausgang normalerweise auf einem festen Bezugspotential zu halten, so daß die Leistungsimpulse die erste Wicklung durchsetzen und in der zweiten Wicklung Spannungen induzieren, die komplementäre Spannungen am Ausgang ergeben, und daß ein Transistor an die Klemmschaltung angeschlossen ist, dem Steuersignale am Eingang zugeführt werden, so daß das Potential der ersten Ausgangsklemme über den festgehaltenen Bezugswert ansteigt und ein Ausgangssignal entsteht, während gleichzeitig der Durchfluß von Leistungsimpulsen durch die erste Wicklung verhindert wird, so daß dann kein Ausgangssignal an dem zweiten Ausgang auftritt.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes logisches Schaltelement zur Verwendung in Rechenmaschinen zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines logischen Schaltelementes, das sowohl direkte

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als auch komplementäre. Ausgangssignale in Abhängigkeit von der Anwesenheit oder dem Fehlen von Eingangssignalen liefert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein logisches Schaltelement 'zu schaffen, das ,verhältnis.-mäßig einfach im Aufbauest und mit verhältnismäßig kleinen Abmessungen hergestellt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein logisches Schaltelement zxr schaff en, das einen Transformator mit zwei Wicklungen und einen Transistor in derartiger Schaltung enthält, daß direkte und komplementäre Ausgangssignale an verschiedenen Punkten der Schaltung in Abhängigkeit von Eingangssignalen abgenommen werden können, die dem Transistor selektiv zugeführt werden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten logischen "Schaltelementes, das günstigere Arbeitscharakteristiken aufweist und mit höherer Frequenz betrieben werden kann, als dies bisher der Fall war.

Ein weiteres Ziel der "Erfindung besteht in der Schaffung eines logischen Schaltelementes, das eine hohe Leistungsverstärkung Jiat und sowohl direkte als auch komplementäre Ausgangssignale liefert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines logischen Schaltelementes, welches sowohl direkte als auch komplementäre Ausgangssignale in einer gemeinsamen Schaltanordnung liefert.

Zur Erreichung der erwähnten Ziele und Vorteile wird gemäß der Erfindung vorzugsweise ein Transformator mit einer ersten und einer zweiten Wicklung verwendet. Eine Quelle von regelmäßig auftretenden Leistungsimpulsen vorbestimmter Polarität ist mit dem einen Ende der erstenrWicklung verbunden, während das andere Ende dieser- Wicklung selektiv auf einem gewünschten Bezugspotential festgehalten wird, welches dem Bezugspotential eines direkten Ausgangssignals entspricht. Ein Transistor ist ebenfalls mi t diesem Ende der ersten Wicklung verbunden, so daß der Leitfähigkeitszustand des Transistors bewirkt, daß die Spannung an der Klemme des direkten Ausgangs von dem erwähnten Bezugspotential abweicht und einen Wert annimmt, welcher so gewählt ist, daß die Leistungsimpulse den Durchtritt des Stromes durch die erste Transformatorwicklung selektiv sperren. Komplementäre Ausgangssignale werden von der zweiten Transformatorwicklung abgenommen. Die Gesamtanordnung ist so getroffen, daß in Abwesenheit eines Eingangssignals an dem erwähnten Transistor jeder Leistungsimpuls einen Stromfluß durch die erste Transformatorwicklung bewirkt und hierbei durch die Transformatorwirkung an.der zweiten Wicklung ein komplementäres Ausgangssignal erzeugt. Wenn ein Eingangssignal an dem Transistor vorhanden ist, wird das Potential an der Ausgangsklemme des direkten Signals über das Bezugspotential angehoben, so daß ein direktes Ausgangssignal· entsteht, und gleichzeitig wird der Durchtritt eines von der Leistungsimpulsquelle gelieferten Stroms durch die erste Transformatorwicklung verhindert.

" Wie weiter unten beschrieben wird, ist die erwähnte Klemmschaltung, die mit dem anderen Ende der ersten Transformatorwicklung verbunden ist, ihrerseits mit dem Steuertransistor verbunden, so daß der Stromfluß durch die Klemmschaltung eine »Reinigung« des Transistors im gegebenen Zeitmoment vornimmt, wodurch die Gesamtwiederholungsfrequenz des logischen Schaltelementes erhöht werden kann. Die Anordnung bildet -daher ein logisches Schaltelement, das eine Leistungsverstärkung liefert und in der Lage ... ■ ist, sowohl direkte als auch komplementäre Ausgangssignale mit einer höheren Wiederholungsfrequenz abzugeben, als dies bisher der Fall war, und dies wird durch die Verwendung eines einfachen Transformators . 5. mit zwei Wicklungen ermöglicht, der mit den verschiedenen Stromquellen in der erwähnten Art in Verbindung steht.

Weitere Vorteile und Einzelheiten des Aufbaus und der Arbeitsweise gehen aus einer Beschreibung eines

ίο Ausführungsbeispiels hervor, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß das logische Schaltelement gemäß der Erfindung, welches eine Leistungsverstärkung und sowohl direkte als auch komplementäre Ausgangssignale liefert, einen Transformator T enthalten kann, der eine Primärwicklung 10 und eine Sekundärwicklung 11 aufweist, deren Polaritäten in der Zeichnung angedeutet sind. Das obere Ende der Primärwicklung 10 ist über einen Gleichrichter D₁ mit einer Quelle 12 von Leistungsimpulsen verbunden, die hochfrequente Ausgangssignale liefert, welche sinusförmig, rechteckig oder in anderer Weise wechselnd verlaufen können; die hochfrequenten Ausgangssignale weisen regelmäßig wiederkehrende positive und negative Amplituden auf, die von einem mittleren Potential-—E ausgehen. Das untere Ende der Primärwicklung 10 ist mit einer Klemmschaltung verbunden, die eine Stromquelle enthält, welche aus einer Spannüngsquelle—V, einem Widerstand R und einem Gleichrichter D₂ besteht, der an eine Gleich spannungsquelle—E angeschlossen ist. Die Span nungsquelle—E ist weniger negativ als die Span nungsquelle—V, so daß der Strom normalerweise in der Klemmschaltung von dem Punkte—E über den Gleichrichter D₂ und von' da über den Widerstand R zu der Spannungsquelle —V fließt, so daß die Klemme 13 für die direkten Ausgangssignale auf dem Poten tial—E festgehalten wird. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, kann die Spannungsquelle—V entweder eine Gleichspannung 14 oder auch eine gleichgerichtete Wechselspannung 15 liefern.

An das untere Ende der Primärwicklung 10 ist ferner ein Transistor 16 mit geerdetem Emitter 17 angeschlossen, dem selektiv ins Negative gehende Eingangssignale an der Basis von einer Impulsquelle 18 zugeführt werden. Es sei bemerkt, daß die gezeigte Schaltung des Transistors 16 eine Schaltung mit geerdetem Emitter ist, daß aber entweder eine Schaltung mit geerdetem Kollektor oder mit geerdeter Basis ebenfalls verwendet werden kann, so daß die in der Zeichnung dargestellte Schaltung nur als Beispiel dient. Ebenso kann an Stelle des Transistors 16, der ein p-n-p-Transistor ist, auch ein n-p-n-Transistor verwendet werden, wobei die verschiedenen verwendeten obenerwähnten Potentiale ebenso wie die weiter unten erwähnten entsprechend umgekehrt werden können.

Die Sekundärwicklung 11 des Transformators T ist mit ihrem oberen Ende über einen Gleichrichter D₃ an die Ausgangsklemme 19 der Komplementärsignale angeschlossen!, während das untere Ende der Sekundärwicklung 11 geerdet ist. Die Schaltung der Sekundärwicklung 11 ist daher so getroffen, daß Ausgangssignale an dem Punkt 19 dann auftreten, wenn Stromimpulse durch die Primärwicklung 10 fließen. Wenn keine Stromimpulse vorhanden sind, dann treten auch an dem Punkt 19 keine Ausgangsimpulse auf.

Beim Betrieb ist der Transistor 16 nicht leitend, wenn kein ins Negative gehendes Signal an der Eingangsklemme 18 vorhanden ist. Wenn der Transistor

16 nicht leitend ist, dann wird die direkte Ausgangsklemme 13 durch die dargestellte Schaltung auf dem Potential—B festgehalten. Da die Leistungsimpulsquelle 12 regelmäßig ins Positive gehende Impulse liefert, die von dem Wert—E bis zum Potential Null 5 verlaufen, so bewirkt jeder ins Positive gehende Impuls einen Stromimpuls über den Gleichrichter D_x und die Primärwicklung 10, solange die direkte Ausgangsquelle 13 auf dem Potential—E festgehalten wird. In Abwesenheit von Eingangssignalen treten daher regelmäßige Stromimpulse dtirdh die Primärwicklung ΙΟ, und diese Stromimpulse induzieren ihrerseits durch die Transformatorwirkung weitere Impulse in der Sekundärwicklung 11, die an der Ausgangsklemme 19 abgenommen werden können. Da diese Impulse an der Ausgangsklemme 19 auftreten, wenn keine Eingangssignale an der Klemme 18 vorhanden sind, sind die an der Klemme 19 auftretenden Impulse komplementäre Ausgangssignale.

Wenn nun ein Eingangsimpuls an der Klemme 18 auftritt, wird der Transistor 16 leitend, und diese Leitfähigkeit des Transistors 16 "bewirkt, daß das Potential am unteren Ende 20 der Primärwicklung 10 bis auf das im wesentlichen gleiche Potential ansteigt, das am Emitter 17 des Transistors liegt, nämlich das Erdpotential. Die direkte Ausgangsklemme 13 wird daher von dem Klemmpotential—E im wesentlichen auf Erdpotential angehoben, so daß ein direktes Ausgangssignal in Abhängigkeit von einem an der Klemme 18 auftretenden Eingangssignal erzeugt wird. Da der Punkt 20 auf Erdpotential angehoben wird, wenn ein Eingangssignal auftritt, wird der Gleichrichter D₁ abgeschaltet, und es fließt kein Strom durch die Transformatorwicklung 10, obwohl Leistungsimpulse an der Klemme 12 vorhanden sind. Es treten also keine Ausgangssignale an der Klemme 19 auf.

Die Arbeitsweise läßt sich also dahingehend zusammenfassen, daß regelmäßig auftretende Impulse an der komplementären Ausgangsklemme 19 bei Abwesenheit von Eingangssignalen an der Klemme 18 auftreten und daß bei Abwesenheit von Eingangssignalen die direkte Ausgangsklemme 13 auf dem Bezugspoten tial—E gehalten wird. In Abhängigkeit von einem Eingangssignal an der Klemme 18 treten jedoch keine Komplementärimpulse an der Klemme 19 auf, und die direkte Ausgangsklemme 13 wird von ihrem Potential —E auf im wesentlichen Erdpotential angehoben, so daß ein direktes Ausgangssignal entsteht.

Es sei bemerkt, daß der Kollektor des Transistors 16 wirksam mit der negativen Potentialquelle·—V über den Widerstand R verbunden ist, wenn das Eingangssignal an der Klemme 18 aufhört; diese Verbindung des Transistors 16 legt ein negatives Poten tial—E an den Kollektor des Transistors 16, so daß der Transistor nach dem Aufhören des Eingangssignals rasch in den Anfangszustand zurückgeführt, d. h. »gereinigt« wird. Diese Reinigungswirkung kann nach Bedarf z. B. dadurch verstärkt werden, daß an dem Punkt 21 ein positiver Reinigungsimpuls zugeführt wird. Es sei ferner bemerkt, daß logische Schaltelemente der dargestellten und beschriebenen Art mit weiteren Elementen ähnlicher Schaltung oder auch mit anderen Schaltelementen verbunden werden können, so daß sich eine Gesamtschaltung ergibt, die in der Lage ist, logische Rechenfunktionen auszuführen. Infolge des Bezugspotentials und der Polarität des Potentials, das normalerweise an der direkten Ausgangsklemme 13 auftritt, sollte diese Ausgangsklemme 13 vorzugsweise transformatorisch oder kapazitiv mit weiteren Kreisen einer solchen komplizierteren Schaltung verbunden werden. Auch wenn eine Schaltung mit einem Transistor in Basisschaltung verwendet wird, ist ein positives Eingangssignal erforderlich. Der sekundäre Ausgangskreis würde daher am Punkt geerdet und die Ausgangsimpulse werden dann am unteren Ende der Sekundärwicklung 11 abgenommen. Bei dieser Ausführung haben die direkten und die komplementären Ausgangsimpulse die gleiche Polarität.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Logisches Schaltelement mit einem Transformator mit zwei Wicklungen, von denen die eine an dem einen Ende mit regelmäßig auftretenden Leistungsimpulsen gespeist wird, während an dem anderen Ende dieser Wicklung der eine Ausgang liegt, und bei dem an der zweiten Wicklung ein zweiter Ausgang angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsklemmschaltung (-£, D2, J?_; — V) an das mit dem ersten Ausgang (13) verbundene Ende der ersten Wicklung (10) angeschlossen ist, um diesen Ausgang normalerweise auf einem festen Bezugspotential zu halten, so daß die Leistungsimpulse die erste Wicklung durchsetzen und in der zweiten Wicklung (11) Spannungen induzieren, die komplementäre Spannungen am Ausgang (19) ergeben, und daß ein Transistor (16) an die Klemmschaltung angeschlossen ist, dem Steuersignale am Eingang (18) zugeführt werden, so daß das Potential der ersten Ausgangsklemme (13) über den festgehaltenen Bezugswert ansteigt und ein Ausgangssignal entsteht, während gleichzeitig der Durchfluß von Leistungsimpulsen durch die erste Wicklung verhindert wird, so daß dann kein Ausgangssignal an dem zweiten Ausgang (19) auftritt.

2. Logisches Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsimpulse der ersten Wicklung über einen Gleichrichter (D₁) zugeführt werden.

3. Logisches Schaltelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (19) an die zweite Wicklung (11) über einen weiteren Gleichrichter (D₃) angeschlossen ist.

4. Logisches Schaltelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Klemmschaltung aufrechterhaltene Bezugspotential negativ gegenüber Erde ist und daß die Leistungsimpulse aus regelmäßig auftretenden positiven Impulsen bestehen, die von dem negativen Bezugspotential bis im wesentlichen auf Erdpotential ansteigen.

5. Logisches Schaltelement nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor einen geerdeten Emitter hat, während der Kollektor des Transistors mit dem anderen Ende der ersten Wicklung verbunden ist, so daß ein Leitendwerden des Transistors das Potential am anderen Ende der ersten Wicklung auf Erdpotential bringt.

6. Logisches Schaltelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Fehlen von Eingangssignalen die Klemmschaltung dazu dient, den Transistor in den Ausgangszustand zu bringen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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