DE1146534B - Bistabile Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine bistabile Schaltung mit zwei in Reihe an eine Speisespannungsquelle geeigneten Wertes angeschlossene Tunneldioden, welche unter dem Einfluß eines Steuerstromes von einem Zustand niedriger bzw. hoher Stromleitung in einen Zustand hoher bzw. niedriger Stromleitung überführbar sind. Solche Schaltungen finden vielfach z. B. in der Rechenmaschinentechnik Anwendung.

Bei den bekannten bistabilen Schaltungen handelt es sich aber nicht um Tunneldioden mit verschiedenen Kennlinien.

Die Erfindung bezweckt, eine Schaltung zu schaffen, die mit geringem Steuerstromverbrauch einen beträchtlichen Strom zuverlässig ein- und ausschalten kann, und sie weist das Kennzeichen auf, daß Tunneldioden mit ungleichen Stromspannungskennlinien verwendet werden und der Höchststromwert der einen Tunneldiode beträchtlich größer ist als der der anderen Tunneldiode und der Wert der letzteren wenigstens einige Male größer ist als der Mindeststromwert der zuerst genannten Tunneldiode.

Eine solche Schaltung hat gegenüber bekannten Schaltungen den Vorteil, daß die Linearität über ein größeres Spannungs- und Stromgebiet erhalten bleibt. Außerdem genügt bereits ein recht geringer Steuerstrom, wenn eine der Tunneldioden einen niedrigen Höchststromwert hat.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. In

Fig. 1 ist eine Schaltung nach der Erfindung, in

Fig. 2 sind Kennlinien von in dieser Schaltung verwendeten Tunneldioden, und in

Fig. 3 ist die Schaltungskennlinie der vollständigen Schaltung dargestellt.

Die Schaltung nach Fig. 1 enthält eine erste Tunneldiode 1 und eine zweite Tunneldiode 2, die in Reihe an eine Speisespannungsquelle e angeschlossen sind. Der Verbindungspunkt 3 der Tunneldioden 1 und 2 ist über einen Widerstand 4 mit einer Stromquelle z"_s verbunden, durch den der Strom in den Tunneldioden auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Dem Punkt 3 werden weiterhin Steuerströme U über Trennwiderstände 5, 6 und 7 zugeführt, mittels deren die Schaltung von einem Zustand niedriger Stromleitung in einen Zustand hoher Stromleitung übergeführt werden kann. Der Steuerstrom kann die Form eines Gleichstromes oder eines Impulses haben. Im nachfolgenden wird mit U insbesondere die Abweichung des Steuerstromes von einem Leerlaufwert (der gegebenenfalls = 0 sein kann) bezeichnet. Mit Hufe eines Rückstellstromes (üblicherweise in Form eines Impulses), der über den Widerstand 8 dem Punkt 3 Bistabile Schaltung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 29. Juli 1960 (Nr. 254 369)

Johannes Cornells Balder

und Jan te Winkel, Eindhoven (Niederlande),

sind als Erfinder genannt worden

zugeführt wird, wird die Schaltung wieder von ihrem Zustand hoher Stromleitung in denjenigen niedriger Stromleitung zurückgeführt.

Nach der Erfindung werden ungleiche Tunneldioden verwendet. Die Kennlinien Z₁ bzw. z"₂ nach Fig. 2 stellen die Ströme Z₁ bzw. z₂ dar, welche in der Vorwärtsrichtung durch die Tunneldioden 1 und 2 als Funktion von der Spannung ν am Punkt 3 fließen. Diese Kennlinien haben einen solchen Charakter, daß der Strom bei Zunahme der Vorwärtsspannung an den Dioden steil zunimmt, dann einen Höchstwert i_pi bzw. Z₂₁₂ erreicht, dann allmählich auf einen Mindestwert i_dl bzw. Z^₂ abnimmt, wobei die Dioden während dieser Strecke einen negativen Widerstand aufweisen, und schließlich wieder allmählich ansteigt. Die Biegepunkte b_x und b₂ in den negativen Widerstandsteilen liegen dabei gewöhnlich nahe den Höchststromwerten i_pi bzw. i_P2. (Da in Fig. 2 als Abszisse die Spannung ν am Punkt 3 aufgetragen ist, bedeutet eine kleine Spannung an der Diode 1, daß die Spannung ν einen der Speisespannung e nahekommenden Wert hat; eine Zunahme der Spannung an der Diode 1 bedeutet, daß die Spannung ν sich weiter nach links verschiebt.)

Durch Benutzung dieses negativen Widerstandsteiles in der Kennlinie einer Tunneldiode kann mit Hufe nur einer Tunneldiode und eines Widerstandes (der z. B. die Diode 2 ersetzt) bereits eine bistabile

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Schaltung erzielt werden. Infolge des allmählichen .'· Verlaufs des negativen Widerstandsteiles der Kennlinie, oder, mit anderen Worten, weil der Biegepunkt b dem Höchstwert i_p so nahe liegt, ist ein größerer Steuerstrom notwendig, um die Schaltung von einem Zustand' geringer Stromleitung (Zustand 0) in einen Zustand hoher Stromleitung (Zustand 1) zu bringen. Ein solcher Widerstand würde in Fig. 2 nämlich der gestrichelten Linie entsprechen; die Zustände 0 und 1 würden dann den Schnittpunkten A und B dieser gestrichelten Linie mit der Kurve Z₁ entsprechen, und der erforderliche Steuerstrom Z₁ müßte wenigstens den durch den Pfeil angedeuteten Wert haben. Zwar würde U kleiner werden, wenn der an die Stelle der Diode 2 tretende Widerstand kleiner gewählt werden würde, d. h. die gestrichelte Linie in Fig. 2 einen steileren Verlauf hätte, aber dadurch fällt auch der Unterschied zwischen den Strömen in den Zuständen 1 und 0, also zwischen den den Punkten B und A von Fig. 2 entsprechenden Strömen ab, wobei außerdem die Zuverlässigkeit der Schaltung dann beträchtlich geringer wird, da dann die Lage des Schnittpunktes A von kleinen Toleranzen in den Kennlinien der Tunneldioden beträchtlich abhängig wird.

Die Erfindung liegt der Erfahrungsumstand zugründe, daß diese Toleranzen einen prozentuellen Charakter haben. Die Abweichungen vom Stromwert idi sind, in absolutem Sinne gemessen, beträchtlich kleiner als die vom Stromwert i_pi. Es ist daher wichtig, daß bei den Zuständen 0 und 1 der Schaltung die Tunneldioden einen Strom führen, die von den Stromwerten ig, bzw. ip nur wenig abweicht.

Durch Verwendung zweier gleicher Tunneldioden kann man, wenn die Speisespannung w so niedrig gewählt werden, daß die Biegepunkte O₁ und b₂ der beiden Dioden einander mehr nähern, zwar eine beträchtliche Verringerung des erforderlichen Steuerstromes U erreichen, aber dadurch wird wieder beträchtlich an Zuverlässigkeit der Schaltung eingebüßt, da dann die eine Tunneldiode stets bei einem beträchtlich höheren Strom als ia betrieben wird.

Durch die besondere Wahl zweier Tunneldioden mit ungleichen Kennlinien begegnet man diesen Nachteilen. Der Höchststrom i_pi der einen Tunneldiode 1 muß dabei beträchtlich größer, z. B. um einen Faktor 3 größer sein als der der anderen, wobei der zuletzt genannte Stromwert i_P2 wieder um ein Vielfaches, z. B. um einen Faktor 6 größer sein muß als der Mindeststrom Ia₁ der zuerst genannten Tunneldiode 1.

Auf diese Weise wird bei geeigneter Wahl der Spannung e erreicht, daß in der Kennlinie Z₁ — z₂ (s. Fig. 3), welche den Unterschied zwischen den Kennlinien I₁ und /₂ von Fig. 2 darstellt, die Krümmung des Teiles der Kennlinie Z₁ links vom Biegepunkt b_x von der entsprechenden Krümmung des Teiles der Kennlinie z₂ um das Minimum ia₂ mehr oder weniger ausgeglichen wird und trotzdem die Maxima i_pi und i_m den durch die andere Tunneldiode fließenden Strömen i_kz und i_kl entsprechen, die von den Mindestwerten /^ und /^₁ nur wenig abweichen. Durch geeignete Wahl des Widerstandes des Punktes 3 gegen Erde, entsprechend der gestrichelten Linie von Fig. 3, ergeben sich die beiden stabilen Einstellpunkte A und B der Schaltung, wobei für einen Übergang vom Zustand 0 (Punkt A) in den Zustand 1 (Punkt B) nur noch ein geringer durch den Pfeil angedeuteter Steuerstrom U notwendig ist. Mittels des Einstellstromes z₂ kann dabei erreicht werden, daß im Zustand 0 der Ausgangsstrom Z₀ der Schaltung gleich 0 ist oder einen Leerlaufwert gleich dem des Eingangsstromes (Steuerstromes) hat.

Für die Tunneldiode 1 gilt daher die Bedingung, daß das Verhältnis zwischen den Stromwerten i_pi und Zd₁ sehr groß ist, z. B. ungefähr 20. Eine solche Tunneldiode ergibt sich durch Verwendung einer halbleitenden Verbindung zweier symmetrisch gegenüber der IV. Gruppe im Periodischen System angeordneter chemischer Elemente, vorzugsweise GaAs.' Für die Diode 2 dagegen ist es günstig, sie auf Basis von Ge oder gewünschtenfalls Si herzustellen; in diesem Falle ergibt sich eine kleinere Toleranz für den Höchststromwert in den Kennlinien.

Die Schaltung kann durch geeignete Stromeinstellung als UND-Schaltung bzw. als ODER-Schaltung, oder im allgemeinen als Koinzidenztor verwendet werden, wozu der Strom U von mehreren mit den Widerständen 5, 6 und 7 verbundenen Eingangsquellen gemeinsam geliefert wird. Auch kann es, z. B. zur Vermeidung von Störungen, vorteilhaft sein, den Einstellstrom z_s in Form von Torimpulsen zuzuführen^ wodurch die Schaltung während der Abwesenheit von Steuerimpulsen gesperrt ist.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: ^

1. Bistabile Schaltung mit zwei in Reihe aii eine Speisespannungsquelle geeigneten Wertes angeschlossene Tunneldioden, welche unter dem Einfluß eines Steuerstromes von einem Zustand niedriger bzw. hoher Stromleitung (Zustand 0 bzw. Zustand 1) in einen Zustand hoher bzw. niedriger Stromleitung (Zustand 1 bzw. Zustand 0) überführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß Tunneldioden mit ungleichen Stromspannungskennlihien verwendet werden und der Höchststromwert der einen Tunneldiode beträchtlich größer ist als der der anderen Tunneldiode und der Wert der letzteren wenigstens einige Male größer ist als der Mindeststromwert der zuerst genannten Tunneldiode.

2. Bistabile Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst genannte Tunneldiode auf der Basis einer Halbleiterverbindung, vorzugsweise GaAs, und die zweite auf der Basis eines Halbleiterelementes, z. B. Ge, hergestellt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1 100 692;
»British Communication and Electronics«, April 1960, S. 257, Fig. 7.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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