DE1089199B

DE1089199B - Waehlerschaltung

Info

Publication number: DE1089199B
Application number: DEST12913A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Fries
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1957-08-28
Filing date: 1957-08-28
Publication date: 1960-09-15
Also published as: BE570715A; CH362552A; US3115617A; FR1211554A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wählerschaltung für Ausgangsgrößen, die von zwei Eingangsgrößen abhängen und von der Reihenfolge dieser Eingangsgrößen unabhängig, also zumindest paarweise untereinander gleich sind. Dabei wird durch den Wählvorgang unter einer Vielzahl von Schaltelementen ein bestimmtes markiert, indem beispielsweise ein bestimmter Leitungsweg geöffnet oder geschlossen wird oder indem in einem Netzwerk gewisse Potentialänderungen bewirkt werden. Derartige Anordnungen können in Rechenmaschinen zur Addition bzw. Multiplikation zweier Ziffern oder Zahlen verwendet werden, sie können aber auch ganz allgemein bei der Darstellung symmetrischer Funktionen f (^x> y) ⁼ f (y> ^x) ^{von zwe}i Veränderlichen χ und y Anwendung finden.

Für die genannten Grundoperationen sind in der Rechenmaschinentechnik bereits Anordnungen bekanntgeworden, die zwei diskreten Eingangsgrößen i = l...n und k = 1.. .n gewisse Ausgangsgrößen fm,, ζ. B. fw = i + k oder fm —i · k, zuordnen. So wurden hierfür schon Matrixausführungen bzw. Wähleranordnungen nach Art der Schaltungen Fig. 1 und 2 vorgeschlagen. Für das Rechnen im Dezimalsystem, also für η = 10, handelt es sich um Schaltungen mit zweimal zehn Eingängen und hundert Ausgängen. In beiden Ausführungen sind w² UND-Schaltungen vorgesehen, die jeweils einen der Ausgänge mit je einem der Eingänge i und k verknüpfen. Die volle Besetzung dieser Schaltungen entsprechend allen n² Kombinationen (i; k) bedeutet in Anbetracht der Symmetriebedingung f_i]e = f_k{ einen unnötigen Aufwand. Dieser Nachteil wird nach der Erfindung in einer Wählerschaltung mit zweimal η Eingängen für zwei Eingangsgrößen i und k (i = 1... η und k = 1.. .n) zur Auswahl von Ausgangsgrößen fj_fc, die symmetrische Funktionen f [i,k) = f (k, i) darstellen, dadurch vermieden, daß (w 4- 1) η 12 den Kombinationen [i; k) für Werte i ^j k bzw. i ^ entsprechende UND-Schaltungen vorgesehen und mit den η Eingängen für »-Markierung einerseits sowie mit den η Eingängen für ^-Markierung andererseits derart verbunden sind, daß über die Eingänge zuführbare Markierpotentiale den UND-Schaltungen für i =k direkt und allen übrigen UND-Schaltungen über % Sammelschienen zugeführt werden, die jede über entkoppelnde Schaltglieder mit je einem Eingang für «'-Markierung und mit dem entsprechenden Eingang (gleicher Nummer) für k-Markierung verbunden sind. Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Matrixausführung mit hundert Ausgängen, Fig. 2 eine Wähleranordnung mit hundert Ausgängen, Fig. 3 eine Matrixausführung nach der Erfindung, Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer Wähleranordnung nach der Erfindung.

Wählerschaltung

Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz

Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen,

Hellmuth-Hirth-Str. 42

Nikolaus Fries, Stuttgart-Feuerbach,
ist als Erfinder genannt worden

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Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zunächst die Wirkungsweise bekannter Schaltungen erläutert werden. Fig. 1 zeigt eine Matrixausführung. In ihr sind

ao Zeilendrähte Hi und Spaltendrähte Vt durch UND-Schaltungen S«. verbunden, z. B. H₈ und V₉ durch S₈₉. Die Eingänge für i- und ^-Markierung sind mit 1,2... 9, 0 numeriert. Von den UND-Schaltungen sind in Fig. 1 nur S₁₁ und S₀₀ eingezeichnet und die übrigen strichpunktiert angedeutet. Jede der UND-Schaltungen besteht aus zwei Dioden G_itc und Gl_t und einem Arbeitswiderstand Rue- Bei der in Fig. 1 eingezeichneten Durchlaßrichtung wird die Matrix mit Dauerstrom betrieben, d. h., die nicht markierten Zeichen- und Spaltenkontakte werden an positive Betriebsspannung und die Arbeitswiderstände an Masse gelegt. Alle nicht markierten Ausgangskontakte P^ nehmen dann wegen des kleinen Durchlaßwiderstandes der Dioden ein positives Potential an, das praktisch dem der nicht markierten Zeilen- und Spaltenkontakte gleich ist. Wird nun zugleich ein Zeilen- und ein Spaltenkontakt an Masse oder an negatives Markierungspotential gelegt, so geht das Ausgangspotential an dem betreffenden Ausgangskontakt Pj^ auf Null. Dieser Potentialabfall erfolgt mit einer Zeitkonstanten, die dem Produkt aus dem Arbeitswiderstand Riic und aus der Kapazität der an den Ausgangskontakt Pijc angeschlossenen (in Fig. 1 nicht eingezeichneten) Ausgangsleitung entspricht.

Eine weitere als Wählerschaltung bekannte Ausführung zeigt Fig. 2. Die Eingänge i und k sind wieder mit 1,2... 9,0 numeriert. An jeden Eingangskontakt für ^-Markierung ist eine Gruppe von Transistoren angeschlossen. Zu jeder Transistorgruppe gehört ein gemeinsamer Transistor T₁C, dessen Emitter an Masse, dessen Basis über einen Basiswiderstand Bjc an den Eingangskontakt und dessen Kollektor an eine Gruppenschiene L^ gelegt ist (in Fig. 2 nur für k = 1 eingezeichnet). An die Gruppenschienen sind mit ihrem Emitter die Transistoren Tu₀ entsprechend der Bezifferung k angeschlossen. Die Basis jedes Tran-

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sistors Tm ist über einen .Basiswiderstand .B_ijc und eine · Im Ruhezustand sind die Eingangskontakte positiv

Sammelschiene si mit dem entsprechenden Eingangs- markiert oder frei. Es fließt dann über die Vorwiderstände,

kontakt für z-Markierung verbunden, z. B. T₁₁ über B₁₁ die Matrixdioden und die Arbeitswiderstände ein Dauer-

mit S₁. Der Kollektor jedes Tiansistors T_iJc ist über einen strom, während die Entkopplungsdioden keinen Strom

Arbeitswiderstand Rm an gemeinsame Speisespannung 5 führen. Werden nun je ein Zeilen- und ein Spaltenkontakt

gelegt. Die Ausgangskontakte P₁-/- liegen zwischen den i und k geerdet oder an negatives Markierpotential gelegt,

Transistoren Τ& und den zugehörigen Arbeitswider- so werden, falls i h ist, die beiden Sammelschienen ν = i

ständen R^. und ν = k über die Dioden Gi bzw. G^ ebenfalls geerdet

Im Ruhezustand sind die Eingangskontakte der oder negativ vorgespannt und damit der Strom über den

Schaltung nach Fig. 2 an Masse oder an positives Po- io Arbeitswiderstand Ra unterbrochen, da jetzt die Matrix-

tential gelegt. Die Speisespannung ist negativ. Als dioden der betreffenden UND-Schaltungen S_a sperren. In

Transistoren seien hier pnp-Transistoren vorausgesetzt, dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel ist die untere

dann sind im Ruhezustand alle Transistoren T_k und T_ih Hälfte der Matrix mit UND-Schaltungen besetzt, also

gesperrt, und wegen ihres hohen Sperrwiderstandes liegen * S^ k. Bei der Markierung der Eingangskontakte sind

alle Ausgangskontakte praktisch auf dem durch die 15 aber beliebige i und k auch i<k zugelassen. Über die

negative Speisespannung über die Arbeitswiderstände R_ik Sammelschienen sind jedoch i und k vertauschbar. Um

aufgezwungenen Potential. tue Vertauschbarkeit der Eingangsgrößen i und k zu

Wird nun ein negatives Markierungspotential an je erläutern, sei noch ein Beispiel betrachtet,

einen der Kontakte für i- und Α-Markierung gelegt, so a) i = 7, k = 3: An die Zeilenleitung i =7 und die

werden die entsprechenden in Reihe liegenden Tran- 20 Spaltenleitung k = 3 wird negatives Potential angelegt,

sistoren Tj₁ und T^ leitend, es fließt ein Arbeitsstrom Dadurch wird der Gleichrichtei G₇ am linken Rand über

über den zugehörigen Widerstand R^, und durch den die Zeilenleitung i = 7 und die Spaltenleitung k = 7 und

Spannungsabfall an diesem Widerstand wird das Aus- den Widerstand R₇ auf Durchlaß geschaltet, so daß die

gangspotential am Ausgangskontakt Pm angehoben. So Zeilenleitung i = 7 das angelegte negative Potential

werden bei negativer Markierung der Kontakte k = 1 25 annimmt. Weiterhin wird der Gleichrichter G₃ am oberen

und i = 0, also bei Zuführung des Markierpotentials über Rand über die Spaltenleitung k= 3 und den Widerstand

B₁ einerseits und über S₀ und B₀₁ andererseits, die Tran- R₃ auf Durchlaß geschaltet, so daß die Spaltenleitung

sistoren T₁ und T₀₁ leitend, und ihrem geringen Durchlaß- k = 3 ebenfalls das angelegte negative Potential annimmt,

widerstand entsprechend wird durch den Spannungsabfall Für die am Kreuzungspunkt der Zeilenleitung i = 7 und

an R₀₁ das Potential des Ausgangskontaktes P₀₁ nahe an 30 der Spaltenleitung k = 3 liegende UND-Schaltung S₇₃

das Massepotential angehoben, d. h. praktisch P₀₁ gegen sind damit beide Bedingungen erfüllt, so daß diese

Masse kurzgeschlossen. anspricht (s. eingezeichnete strichpunktierte Wirkungs-

Nach der Erfindung wird nun der'Schaltungsaufwand linien).

dadurch wesentlich verringert, daß Sammelschienen für b) i = 3, k = 7: An die Zeilenleitung i = 3 und die

den Anschluß der UND-Schaltungen über entkoppelnde 35 Spaltenleitung k = 7 wird negatives Potential angelegt.

Schaltglieder jeweils mit den Kontakten gleicher Nummer Dadurch wird der Gleichrichter G₃ am linken Rand über

für i- und ^-Markierung verbunden werden. Es werden die Zeilenleitung i = 3 und die Spaltenleitung k — 3 und

nunmehr (n + 1) n\2 an Stelle von n² UND-Schaltungen den Widerstand R₃ auf Durchlaß geschaltet, so daß die

benötigt. Im Falle η = 10 bedeutet das ein Verhältnis Zeilenleitung i = 3 und die Spaltenleitung k = 3 das an

55:100. Selbstvertsändlich wird die entsprechende Ein- 40 die Zeilenleitung i = 3 angelegte negative Potential

sparung von 45% wegen des Aufwandes für die Ent- annehmen. Weiterhin wird der Gleichrichter G₇ am oberen

kopplung nicht ganz erreicht, aber der Fachmann Rand über die Spaltenleitung k = 7 und den Widerstand

erkennt sofort, daß die mit dieser Einsparung vorhandene R₇ auf Durchlaß geschaltet, so daß die Spaltenleitung

Vereinfachung der Schaltung auf der Ausgangsseite k = 7 und die mit dieser verbundene Zeilenleitung i = 7 wesentliche Vorteile für die nachgeschalteten Bau- 45'ebenfalls das an die Spaltenleitung k=7 angelegte

gruppen zur weiteren Auswertung der Ausgangsdaten negative Potential annehmen. Es nehmen also die Zeilen-

mit sich bringt. leitungen i = 3 und i = 7 und die Spaltenleitungen

Als erstes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3 eine Matrix- k = 3 und k = 7 negatives Potential an. Für die am ausführung mit zweimal zehn Eingängen, den Zeilen- Kreuzungspunkt der Zeilenleitung i = 7 und der Spaltenkontakten i = 1,2. ..9,0 und den Spaltenkontakten 50 leitung k =3 liegende UND-Schaltung S₇₃ sind damit k = 1,2.. .9,0. Allgemein ist eine solche Matrixschaltung beide Bedingungen erfüllt, so daß diese anspricht so aufgebaut, daß die (ti + 1) nj2 UND-Schaltungen den (s. eingezeichnete gestrichelte Wirkungslinien).
Elementen einer Dreiecksmatrix entsprechen, deren in An Stelle der UND-Schaltungen mit Halbleiterdioden der Hauptdiagonalen (i = k) miteinander verbundene können, wenn Schaltungen mit kleinem Innenwiderstand Zeilendrähte Hi und Spaltendrähte V^ die Sammel- 55 benötigt werden, auch UND-Schaltungen verwendet schienen bilden. In dem Beispiel nach Fig. 3 ist η = 10. werden, die aus einer Reihenschaltung mit einem Arbeits-Der Zeilendraht H₅ ist mit dem Spaltendraht F₅ ver- widerstand und zwei Transistoren bestehen, deren bunden, ebenso die anderen Zeilen und Spaltendrähte. Basiselektrode an den entsprechenden Zeilen- bzw. Spal-Die Darstellung der UND-Schaltungen, die aus zwei tendraht angeschlossen ist.

Dioden und einem Arbeitswiderstand bestehen, ent- 60 Ein weiteres nach der Erfindung aufgebautes Ausspricht der Matrixausführung nach Fig. 1. Als Ent- führungsbeispiel ist als Wähleranordnung mit Transistoren kopplungsglieder werden Halbleiterdioden Gi und Gj₁ ausgeführt. Einen Ausschnitt für die Eingangskontakte verwendet, z. B. für die aus H₅ und V₅ gebildete Sammel- i = 7, 8, 9, 0 und k = 7, 8, 9 zeigt Fig. 4. Diese Wählerschiene (v = 5) die Dioden G₅. Die Sammelschienen sind schaltung ist so ausgelegt, daß jeweils mehrere aus über Vorwiderstände R_v an positive Betriebsspannung 65 Transistoren aufgebaute UND-Schaltungen zu Gruppen V-\- gelegt, so die Sammelschiene (v = 5) über R₅. Die derart zusammengefaßt sind, daß je Gruppe ein gemein-UND-Schaltungen in den Hauptdiagonalen sind an die samer Transistor Tj₀ vorgesehen ist, dessen Emitter entsprechenden Eingangskontakte direkt angeschlossen, geerdet, dessen Basis mit der Sammelschiene s« über beispielsweise die UND-Schaltungen für die Kombination einen Basiswiderstand B₁- gemäß ν = k und dessen (i; k) = (5; 5) über die Leitungen £Γ₅₅ und F₅₅. 70 Kollektor mit einer Gruppenschiene Lj. verbunden ist,

und daß an diese Gruppenschiene Ljc die Emitter von jeweils η—k Transistoren T« mit i =k + l, k + 2.. .n angeschlossen sind, deren Basiselektroden über Basiswiderstände Ba an die Sammelschienen s_v gemäß υ =i und deren Kollektoren über Arbeitswiderstände 2?» an gemeinsame Speisespannung gelegt sind.

Zur Erläuterung sei der Fall i = 9, k = 8 an Hand der Fig. 4 betrachtet. Bezugszeichen sind nur insoweit eingetragen, als sie sich auf die Transistorgruppe für k = 8 beziehen. Der gemeinsame Transistor T₈ ist mit seiner Basis über den Basiswiderstand B₈ an die Sammelschiene s ₈ und mit seinem Kollektor direkt an die Gruppenschiene L₈ gelegt. An die Gruppenschiene L₈ sind zwei Transistoren T₉₈ und T₀₈ mit ihrem Emitter angeschlossen. Da auch bei diesem Beispiel wieder an die Numerierung 1, 2.. .8, 9,0 für die Eingänge gedacht ist, liegt der Fall η = 10 vor, es wird jedoch an Stelle der Nummer 10 hier nur 0 geschrieben. Deshalb folgt in der Numerierung für i auf i = k + 1 also auf i = 9 in diesem Falle nicht 10, sondern 0, womit die laufende t-Numerierung abbricht. Entsprechend sind die Basiswiderstände bzw. die Arbeitswiderstände zu T₉₈ und T₀₈ mit B₉₈ und B₀₈ bzw. .R₉₈ und i?₀₈ bezeichnet. B₉₈ bzw. B₀₈ Hegen an den Sammelschienen s₉ bzw. s₀, .R₉₈ und .R₀₈ an negativer Speisespannung V—. Die Schaltung wird so betrieben, daß im Ruhezustand alle Eingangskontakte an positivem Potential oder an Erde liegen. Werden nun die Eingangskontakte i = 9 und k = 8 negativ markiert, so werden über die Entkopplungsdioden G₉ am linken Rand und G₈ am oberen Rand die Sammelschienen S₈ und S₉ negativ markiert und damit die Transistoren T₈ und T₉₈ leitend, so daß durch den Spannungsabfall an R₉₈ das Potential am Ausgangskontakt P₉₈ angehoben wird. Bei Vertauschung der Markierung, d. h. für i = 8 und k = 9, werden ebenfalls die Sammelschienen S₈ und S₉ markiert, in diesem Falle aber über die Dioden G₈ am linken und G₉ am oberen Rand.

Werden dagegen die Kontakte für i = k = 8 markiert, so spricht die aus den Transistoren T₈₈ und T₈₈ gebildete UND-Schaltung an, und das Potential von P₈₈ wird angehoben. Die UND-Schaltungen für Kombination (i; k) mit i = k sind direkt an die Eingangskontakte angeschlossen, im betrachteten Fall i = k = 8 über den Basiswiderstand B₈₈ und Leitung F₈₈ einerseits und über Basiswiderstand B₈₈- und Leitung H₈₈ andererseits.

Diese Wählerschaltungen nach der Erfindung sind besonders für den Aufbau von Einmaleinskörpern oder zur Addition bzw. Subtraktion in elektronischen Rechenanlagen geeignet.

Claims

Patentansprüche:

1. Wählerschaltung mit zweimal η Eingängen für zwei Eingangsgrößen^ und k (i=l.. .n und fe = l...n) zur Auswahl von Ausgangsgrößen fm, die symmetrische Funktionen f (i, k) = f (k, i) darstellen, dadufch gekennzeichnet, daß (n + 1) w/2 den Kombinationen (i; k) für Werte i ^k bzw. i>.h entsprechende UND-Schaltungen vorgesehen und mit den η Eingängen für t-Markierung einerseits sowie mit den η Eingängen für Α-Markierung andererseits derart verbunden sind, daß über die Eingänge zuführbare Mariderpotentiale den UND-Schaltungen für i = k direkt und allen übrigen UND-Schaltungen über η Sammelschienen zugeführt werden, die jede über entkoppelnde Schaltglieder mit je einem Eingang für »-Markierung und mit dem entsprechenden Eingang (gleicher Nummer) für ^-Markierung verbunden sind.

2. Wählerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die (n + 1) w/2 UND-Schaltungen den Elementen einer Dreiecksmatrix entsprechen, deren in der Hauptdiagonalen (i = k) miteinander verbundene Zeilendrähte (Hi) und Spaltendrähte (Vjc) die Sammelschiene bilden.

3. Wählerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleiterdioden (G«, Gk) als entkoppelnde Schaltglieder verwendet werden.

4. Wählerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die UND-Schaltungen aus je zwei mit gemeinsamem Arbeitswiderstand (Roe) in gleicher Durchlaßrichtung verbundenen Halbleiterdioden (G«. und G-J₁) bestehen.

5. Wählerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die UND-Schaltungen je aus einem Arbeitswiderstand in Reihe mit zwei Transistoren bestehen, deren Basiselektroden an die entsprechenden Zeilen- und Spaltendrähte angeschlossen skid.

6. Wählerschaltung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere aus Transistoren aufgebaute UND-Schaltungen zu Gruppen derart zusammengefaßt sind, daß je Gruppe ein gemeinsamer Transistor (2^) vorgesehen ist, dessen Emitter geerdet, dessen Basis mit der Sammelschiene (s_v) über einen Basiswiderstand (B_&) gemäß ν — k und dessen Kollektor mit einer Gruppenschiene (Ljc) verbunden ist und daß an diese Gruppenschiene (Lj;) die Emitter mit jeweils (n—k) Transistoren Ta₁ = k -\-l,k-\-2...n angeschlossen sind, deren Basiselektroden über Basiswiderstände (Bijc) an die Sammelschiene (s_v) gemäß υ = i und deren Kollektoren über Arbeitswiderstände (RiJc) an gemeinsame Speisespannung gelegt sind.

7. Verwendung der Wählerschaltung nach einem odei mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Addition zweier Eingangswerte.

8. Verwendung der Wählerschaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Anspiüche als Einmaleinskörper.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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