DE1032008B - Koinzidenzkreis mit einer Heptode - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Mit dem Aufkommen der Großrechenanlagen erlangten die logischen Schaltungen, insbesondere die elektronischen logischen Schaltungen, eine zunehmende Bedeutung. Man unterscheidet heute vier verschiedene Arten von logischen Schaltungen. Diese sind die UND-Schaltung, die ODER-Schaltung, die ausschließliche ODER-Schaltung und die ABER-NICHT-Schaltung.

Bei der UND-Schaltung, auch Koinzidenzschaltung genannt, sind wenigstens zwei Eingangskreise vorhanden, und eine Ausgangsspannung wird nur dann gebildet, wenn zur selben Zeit beiden Eingängen Impulse aufgeprägt werden.

Auch die »ABER-NICHT-Schaltung«, die man zuweilen mit »UND-NICHT«- oder mit Verbotsschaltung bezeichnet, hat zwei Eingänge. Eine Ausgangsspannung entsteht hier aber nur dann, wenn eine Spannung einem besonderen Eingang aller Eingänge bei fehlender Eingangsspannung an dem anderen Eingang zugeführt wird.

Die ODER-Schaltung wird auch als Mischerschaltung bezeichnet. Sie enthält mindestens zwei Eingänge und erzeugt eine Ausgangsspannung, wenn der eine oder der andere Eingang Spannung erhält.

Ein weiterer Sonderfall der logischen Schaltung ist die »ausschließliche ODER-Schaltung« oder Antikoinzidenzschaltung. Sie hat zwei Eingänge und erzeugt eine Ausgangsspannung bzw. einen Ausgangsstrom nur dann, wenn eine Spannung in einem Zeitpunkt nur einem einzigen Eingang aufgeprägt wird. Sie unterscheidet sich von der ABER-NICHT-Schaltung darin, daß im Ausgangskreis Strom fließt, wenn eine Spannung einem einzigen »beliebigen« der beiden Eingänge zugeführt wird, wohingegen bei der ABER-NICHT-Schaltung das einzelne Eingangssignal einem einzigen »besonderen« Eingangskreis zugeführt sein muß.

Die bisher bekanntgewordenen ausschließlichen ODER-Schaltungen bestehen aus mehreren Bauelementen, z.B. aus einer Mehrzahl von Verzögerungskreisen, von Torschaltungen oder von Umkehrkreisen (vgl. Fig. 4 der USA.-Patentschrift 2 636 133).

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine einfache wohlfeile elektronische logische Schaltung vom ausschließlichen ODER-Typ zu schaffen, welche mit einem Minimum von Bauelementen auskommt und welche mit den Eingängen direkt gekoppelt ist. Die Erfindung geht aus von einem elektronischen logischen Mehrgitter-Röhren-Schaltkreis, insbesondere für die Durchführung von UND-, ODER-, ABER-, NICHT- oder von ausschließlichen ODER-Operationen, und besteht darin, daß eine Heptode verwendet wird, in welcher bei anwachsendem Gitterstrom des ersten Gitters der Anodenstrom inner-Koinzidenzkreis mit einer Heptode

Anmelder:

IBM Deutschland

Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m. b. H., Sindelfingen (Württ), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 3. März 1955

Leonard Roy Harper, Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

halb eines bestimmten Gitterstrombereichs plötzlich vom Sättigungswert auf einen Bruchteil dieses Wertes absinkt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. An Hand der Beschreibung und der Zeichnung ist die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung nach der Erfindung; Fig. 2 stellt grafisch die am Eingang und Ausgang

der Schaltung nach Fig. 1 auftretenden Impulse dar.

Bekanntlich fließt in einer Vakuumröhre kein Anodenstrom, wenn ihr Steuergitter oder eines ihrer Steuergitter im Falle einer Mehrgitterröhre negativ bis über die Sperrspannung hinaus vorgespannt ist. Wird dieses dem Steuergitter aufgeprägte Potential vermindert bis unter den Sperrwert, dann beginnt der Anodenstrom zu fließen, und die Röhre leitet. Sobald das Gitterpotential positive Werte annimmt, fließt im Gitterkreis ein Strom in positiver Richtung. Bei stärkerem Gitterstrom steigt der Anodenstrom rasch bis zum Sättigungswert an, der durch die Röhrenparameter bestimmt ist. Der Anodenstrom bleibt dann im wesentlichen auf diesem Wert, wenn der Gitterstrom weiterhin zunimmt.

Es zeigte sich indessen, daß in einer Fünfgittermischröhre von den Typen 6 BA7, 6 BE 6 und 6 SB 7 Y beim positiven Anwachsen des Stromes im ersten Gitter der Anodenstrom plötzlich — innerhalb eines bestimmten Bereiches des Gitterstromes — auf etwa 10% seines Sättigungswertes abfällt. Beispielsweise liegt dieser Bereich für die Röhre 6BA 7 zwischen

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+ 1,2 und +2,5 mA des ersten Gitterstromes. Mit anderen Worten: Bei einem Gitterstrom von 0 bis + 1,2 mA bleibt der Anodenstrom annähernd auf seinem Sättigungswert, fällt dann aber bei weiterer Steigerung des Gitterstromes scharf ab bis auf etwa 10°/o des Sättigungswertes bei 2,5 mA und fällt weiter schwach ab bei Erhöhung des Gitterstromes.

Bei der Erfindung wird dieser Effekt für logische Schaltungsaufgaben vorteilhaft verwertet, indem eine Fünfgittermischröhre mit zwei Eingängen zum ersten Gitter mit jeweils passend gewählten Impedanzen ausgerüstet wird, während eine dritte Impedanz normalerweise die Vorspannung in den Sperrbereich einführt. Diese Vorspannung, die Amplituden der Eingangssignale und die Werte der Impedanzen sind derart bestimmt, daß bei Vorliegen nur einer Eingangsspannung noch der Sättigungswert des Anodenstromes fließt und der erste Gitterstrom zwischen Null und dem obengenannten kritischen Minimalwert liegt; ferner sind diese so gewählt, daß der erste Gitterstrom größer als der zweite kritische Wert ist, sobald beide Eingänge gleichzeitig aufgeschaltet werden. Der Anodenstrom ist dann also beträchtlich erniedrigt (etwa um den Faktor 10), so daß die Röhre in praxi als nichtleitend angesehen werden kann.

In Fig. 1 ist eine Fünfgitterröhre 10 — etwa eine der Type 6 BA 7 — schematisch aufgezeichnet, deren Kathode und fünftes Gitter geerdet sind. Der Einfachheit halber sollen die fünf Gitter der Reihe nach, bei der Kathode beginnend, mit G₁, G₂, G₃, G₄ und G₅ bezeichnet werden. Die beiden Gitter G₂ und G₄ sind miteinander verbunden und über den Widerstand 12 von 15 kOhm an eine Spannungsquelle von +150V gelegt. Die Anode ist über einen Widerstand 14 von ebenfalls 15 kOhm an die gleiche Spannung gelegt. Das Gitter G₁ ist über den Widerstand R an —175 V sowie über die beiden Widerstände R' an die beiden Eingangsklemmen X und Y geschaltet. DieBezeichung der Widerstände soll anzeigen, daß sie von anderem Ohmwert sein können als die mit R bezeichneten, wenn auch in der hier vorliegenden Schaltung sämtliche den gleichen Wert 56 kOhm besitzen.

Die Wirkungsweise der so geschalteten Röhre soll im folgenden für ein geerdetes Gitter G₃ beschrieben werden; dazu sei angenommen, daß jedes Klemmenpotential normalerweise auf +50 V liegt und daß die Signal-Eingangsspannungen sämtlich + 100 V betragen.

Die oberen fünf Impulszüge nach Fig. 2 geben die Wirkungsweise der Röhrenschaltung für verschiedene Kombinationen der von den Eingängen X und Y aufgeschalteten Spannungen wieder.

Erhalten die Eingänge Y und X keinerlei Signalspannung, liegen sie also an 50 V, so ist das Potential der Anode P und der Gitter G₂ und G₄ sämtlich + 150V, da die Röhre noch nicht leitet; nach einer einfachen Netzwerkrechnung ist das Potential des Gitters G₁ gleich —25 V (in der Zeichnung nicht eingetragen) .

Wird dem Eingang X ein Impulssignal von +100V aufgeschaltet (Y bleibt ohne Eingangssignal), so würde das Potential des Gitters G₁ auf +8,3 V steigen, wenn tatsächlich kein Gitterstrom vorhanden wäre; bei der Röhre6BA7 oder einer ähnlichen fließt jedoch etwa ein Gitterstrom von etwa 0,42 mA, wodurch sich die Spannung am Gitter G₁ auf etwa +0,3 V einstellt. Beide Werte sind größer als dem Sperrwert für die Röhre entspricht. Die Röhre führt daher Strom, und zwar in Höhe des Sättigungsstromes. Hierdurch fällt die Spannung 4er Anode P sowie der Gitter G₂ und G₄ ab, wie in der vierten und fünften Linie der Fig. 2 gezeichnet ist. Der genaue Wert dieser Spannungen an Anode und Gittern hängt natürlich vom Anodenstrom und vom Ohmwert der Widerstände 12 und 14 ab.

Das gleiche Ergebnis stellt sich ein, wenn das positive Signal von 100 V dem Eingang Y (statt wie vorher X) aufgeprägt wird: Die Röhre führt Anodenstrom, wenn X oder Y ein Signal erhalten,
ίο Sobald jedoch beide Eingänge X und Y gleichzeitig Signalspannungen von + 100λ^λ erhalten, würde das Potential am Gitter G₁ auf 41,6 V steigen, wenn keinerlei Gitterstrom fließen würde. Bei der hier betrachteten Röhre 6BA7 oder einer ähnlichen fließt jedoch ein Gitterstrom von etwa 2,5 mA. Die Gitterspannung G₁ ist daher nur etwa +2,0V. Wie oben erläutert, erreichen dann nur wenige Elektronen der Kathode die Anode auf Grund der Ausführung der beiden ersten Gitter. Die Anode stellt sich daher auf ein Potential von ungefähr +150V ein. Der genaue Wert entspricht dem Grad des Abfalls des Anodenstromes auf etwa 10% des Sättigungswertes, wie oben beschrieben wurde.

Wenn keine Impulse an der Eingangsklemme C lieas gen, d. h., wenn das Gitter G₃ mittels des Schalters 16 geerdet ist, wie in Fig. 1 gezeichnet, dann erscheinen vorübergehende Spannungsspitzen (in Fig. 2 gestrichelt dargestellt):

a) wenn der Anodenstrom von Null (im Sperrzustand) auf seinen Sättigungswert ansteigt und dann auf etwa 10% dieses Wertes sinkt, sobald beide Eingangsspannungen X und Y gleichzeitig angelegt werden, und

b) wenn der Anodenstrom hiernach beim Abschalten der Eingangsspannungen X und Y von diesem

10%-Wert auf den Sättigungswert ansteigt und auf Null in den Sperrzustand abfällt.
Die stationären Werte von Anodenstrom und -spannung entsprechen dem als »nichtleitend« bezeichneten Zustand der Röhre. Dieser Zustand kann — ohne Anlegen eines Impulses an das Gitter G₃ — am Röhrenausgang abgegriffen und verwertet werden, sobald der stationäre Zustand eingetreten, die Spannungsspitzen also abgeklungen sind. Solches taktmäßige Abgreifen ist in neuzeitlichen Rechenschaltungen durchaus üblich. Es ist zu bemerken, daß während dieses »nichtleitenden« Zustandes der Röhre in bezug auf deren Anodenkreis beim gleichzeitigen Anlegen von Signalspannungen X und Y jedoch ein Strom in voller Höhe im Gitterkreis G₂, G₄ über den Widerstand 12 fließt, wodurch das Potential dieser Gitter sich entsprechend erniedrigt, wie in der fünften Linie der Fig. 2 angegeben ist.

Im vorstehenden wurde eine einfache Schaltung für den logistischen Befehl des »exklusiven Oder« beschrieben und erläutert. An der Ausgangsklemme P erscheint eine Spannung dann und nur dann, wenn eine Signalspannung entweder am Eingang X oder an Y anliegt, nicht aber bei beiden gleichzeitig. Die Schaltung baut sich aus einer einzigen Fünfgitterröhre und fünf Widerständen in einer der Fig. 1 entsprechenden Anordnung auf.

Zusätzlich wirkt diese beschriebene Schaltung in bezug auf die Gitter G₃ und G₄ als Verkörperung des »logistischen Oder«. Aus Fig. 2 geht hervor, daß hier ein Ausgangsstrom erscheint, sobald ein Signalimpuls X oder Y oder auch beide gleichzeitig anliegen.

Bis hier war der Beschreibung zugrunde gelegt, daß das Gitter G₃ geerdet, d. h., daß der Schalter 16 in der in Fig. 1 gezeichneten Stellung ist.

Für die folgenden Erörterungen möge der Schalter 16 umgelegt und der Eingang C angeschlossen sein. Er kann den Anodenkreis sperren oder öffnen. Wenn der Eingang C normalerweise an Erde liegt und als Signal eine negative Spannung genügender Größe (z. B. —25 V) erhält zur gleichen Zeit, da ein positives Signal von 100 V an einen der Eingänge X oder Y angelegt wird, dann wird der, wie oben beschrieben, im Anodenkreis erscheinende negative Ausgang unterdrückt, wie es rechts in den oberen fünf Linien der Fig. 2 dargestellt ist. Ein solcher sperrender Impuls am Gitter G₃ hat wohlgemerkt keinerlei Einfluß auf den Gitterkreis G₂ und G₄. Wenn andererseits der Eingang C normalerweise auf negativem Potential gehalten wird (z. B. auf —25 V) und als Signal einen positiven Impuls genügender Größe erhält, um das Gitter G₃ auf Null zu bringen, während ein positives Signal von +10OV an einen oder an beide der Eingänge X und Y angelegt ist, dann wird dieser Impuls am Eingang C zum öffnenden Impuls in bezug auf den Anodenkreis. In der sechsten Linie C in Fig. 2 sind diese Impulse dargestellt. Aus der letzten Linie P' ist der hierdurch gesteuerte Ausgang am Abgriff P für die verschiedenen Signalkombinationen für X und Y zu erkennen. Durch ein Verzögern des öffnenden Steuersignals bis nach Beginn des Signalimpulses X und/oder Y und durch sein Abschalten vor Ende der Signalimpulse läßt sich erreichen, daß die obenerwähnten Spannungsspitzen im Ausgang P beim gemeinsamen Abschalten von X und Y nicht erscheinen. Wenn ein solcher öffnender Steuerimpuls an C ganz fehlt, erscheint keinerlei Ausgangs-Anodenstrom am Abgriff P, wie rechts in den beiden untersten Linien C und P' der Fig. 2 für ein Eingangssignal X dargestellt ist. In bezug auf den Gitterkreis G₂, G₄ hat auch dieser öffnende Steuerimpuls keinen Einfluß.

Wenn der Eingang C für den öffnenden Steuerimpuls benutzt wird, dann wirkt er zusammen mit einem der Eingänge X oder Y als Schaltung für den logistischen Befehl »Und« in bezug auf den Anodenstrom des Ausgangs P; wird er als Eingang eines sperrenden Steuerimpulses benutzt, so wirkt die Schaltung als Verkörperung des Befehles »Aber Nicht«.

Nach vorstehender Beschreibung lassen sich mit dieser einen einfachen Schaltung gleichermaßen die vier Funktionen »ausschließliches Oder«, »Oder«, »Und« sowie »Aber Nicht« darstellen. Die Ohmwerte der Widerstände R und R' sind dabei, wie oben ausgeführt, in Abhängigkeit von der Signalspannung und der negativen Vorspannung des Gitters G₁ so zu wählen, daß der Gitterstrom G₁ jeweils außerhalb des kritischen Bereiches liegt je nachdem, ob eine oder zwei Signalspannungen angelegt werden, und daß die Röhre gesperrt oder nichtleitend ist, wenn keinerlei Signal vorhanden ist. Wenn auch die Ohmwerte der Widerstände R und R' oben beider mit 56 kOhm angegeben wurden, so können doch auch andere diese Bedingungen erfüllenden Werte gewählt werden; so können z. B. die Widerstände R' den doppelten Ohmwert haben wie der Widerstand R, wenn die negative Vorspannung dann von 175 auf 100 V erniedrigt wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektronischer logischer Mehrgitter-Röhrenschaltkreis, insbesondere für die Durchführung von UND-, ODER-, ABER-, NICHT- oder von ausschließlichen ODER-Operationen, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Heptode, mit solcher Arbeitsweise, daß bei anwachsendem Gitterstrom des ersten Gitters der Anodenstrom innerhalb eines bestimmten Gitterstrombereiches plötzlich vom Sättigungswert auf einen Bruchteil dieses Wertes absinkt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit mehreren sperrenden oder öffnen-, den Signalimpulsfolgen, die jeweils über vorgespannte Eingangskreise einem oder mehreren Röhrengittern zugeführt werden, eine logische Schaltungsoperation durchgeführt wird oder mehrere logische Schaltungsoperationen durchführbar sind.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eingabe zweier getrennter Signalimpulsfolgen an das erste Gitter der Heptode jeweils eine Impedanz angeschlossen ist, die mit einer gemeinsamen negativen Vorspannung über eine weitere Impedanz so auf die Größe der eingehenden Signalspannung abgestimmt sind, daß bei der Eingabe nur einer einzigen Signalspannung die Größe des ersten Gitterstromes zwischen Null und einem ersten kritischen Wert liegt und der Anodenstrom zu einem Maximum wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitiger Eingabe zweier Signalspannungen der erste Gitterstrom größer als ein zweiter kritischer Wert ist und der Anodenstromverlauf ein Minimum hat.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenstrom der Heptode durch eine Vorspannung am dritten Gitter der Heptode normalerweise blockiert ist und durch Eingabe positiver Impulse am dritten Gitter geöffnet wird.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von den öffnenden positiven Impulsen mindestens einer in Übereinstimmung mit den beiden gleichzeitig am ersten Gitter eingeführten Signalspannungen erfolgt.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite und das vierte Röhrengitter zusammen und über eine zusätzliche Impedanz an die positive Klemme einer Spannungsquelle angeschlossen sind, so daß bei getrennter oder gleichzeitiger Einführung von Signalspannungen im Stromkreis der dritten und vierten Impedanz ein Ausgangsstrom im Stromkreis des zweiten und vierten Röhrengitters zustande kommt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809' 530/Π1 6.