DE1153071B - Schieberegister fuer binaere Informationen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schieberegister für binäre Informationen.

Von Schieberegistern wird im allgemeinen eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit verlangt. Aus diesem Grunde werden vorwiegend Röhren oder Transistoren zu ihrem Aufbau verwendet. Jedoch auch diese Elemente weisen Trägheiten auf, die häufig zu groß sind, um die gewünschten Arbeitsgeschwindigkeiten zu erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schieberegister zu entwickeln, das nicht nur durch einen einfachen Aufbau gekennzeichnet ist, sondern auch eine sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schieberegister vorgeschlagen, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Stufe des Schieberegisters aus einer Tunneldiode besteht, die über einen Widerstand mit einem annähernd konstanten Strom beaufschlagt wird und der über eine Diode anodenseitig Rückstellimpulse zugeführt werden, daß die Ausgangsinformation der vorangegangenen Stufe einen Kondensator über einen Ladewiderstand auflädt, wobei der Kondensator mit seiner dem Ladewiderstand zugewandten Seite über eine Diode an die Anode der Tunneldiode angeschlossen ist und auf seiner anderen Seite von den Schiebeimpulsen beaufschlagt wird, und daß der Punkt zwischen Ladewiderstand und Kondensator über einen weiteren Widerstand durch eine Spannung negativ vorgespannt wird.

Bevor die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert wird, soll an Hand der Fig. 1 kurz auf die Eigenschaften einer Tunneldiode hingewiesen werden. Eine Tunneldiode ist bekanntlich ein Halbleiterelement, dessen Stromspannungskennlinie einen besonderen Verlauf aufweist. In Fig. 1 ist die Strom-Spannungskennlinie einer Tunneldiode als voll ausgezogener Kurvenzug dargestellt. Im Bereich sehr kleiner Spannungen e und im Bereich großer Spannungen verläuft die Kennlinie mit positiver Steigung. Dies sind die Abschnitte/i und B in Fig. 1. In dem dazwischenliegenden Bereich C, also in dem Bereich für mittlere Spannungswerte, verläuft die Kennlinie dagegen mit negativer Steigung. Das bedeutet, daß in diesem Bereich ein stabiler Betrieb nicht möglich ist.

Fig. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt eine einzige Stufe eines Schieberegisters. In Fig. 3 ist dann ein Schieberegister dargestellt, das aus drei Stufen nach Fig. 2 besteht. In Fig. 2 ist eine Tunneldiode TD mit ihrer Anode über einen Vorwiderstand R1 an den positiven Pol einer Spannungsquelle V angeschlossen. Die Kathode der Tunneldiode ist an das Bezugspotential 1 angeschlossen. Die Schieberegister für binäre Informationen

Anmelder:

Associated Electrical Industries Limited,
London

Vertreter: Dr.-Ing. A. Schmidt, Patentanwalt,
Berlin 19, Württembergallee 8

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 10. August 1960 (Nr. 27 734)

Jack Connett, Swinton (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

Spannungsquelle V treibt über die Tunneldiode TD einen annähernd konstanten Strom. Er möge die Größe Z₂ von Fig. 1 haben. Man erkennt, daß man durch Anlegen einer positiven oder negativen Spannung an die Anode der Tunneldiode diese wahlweise aus dem einen in den anderen ihrer beiden stabilen Arbeitsbereiche kippen kann (Punkte d und g in Fig. 1). Die Registerstufe ist in der Lage, eine Einheit einer digitalen Information zu speichern. Diese digitale Einheit hat entweder den Wert L (vorhanden) oder den Wert 0 (nicht vorhanden). Der Betriebszustand der Tunneldiode im Punkt g entspricht dem Wert L, und der Betriebszustand der Tunneldiode im Punkt d entspricht dem Wert 0. Die Speicherung der in einer Registerstufe gespeicherten digitalen Einheit erfolgt durch den Kondensator Cl. Die im Kondensator Cl gespeicherte Information stammt von der vorangehenden Registerstufe und stimmt überein mit der Betriebsstellung der Tunneldiode der vorangehenden Registerstufe. Befindet sich die Tunneldiode der vorangehenden Stufe in der Arbeitsstellung L (Arbeitspunkt g), dann liegt die Anode dieser Tunneldiode auf verhältnismäßig hohem Potential, so daß der Kondensator Cl über den Ladewiderstand R 2 aufgeladen wird. Befindet sich dagegen die Tunneldiode der vorangehenden Stufe in der Arbeitsstellung 0 (Punkt d in Fig. 1), dann findet keine nennenswerte Aufladung des Kondensators Cl statt. Der Kondensator C1 ist über eine Diode D1 an die Anode der Tunneldiode TD angeschlossen. Außerdem ist an die

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Anode der Tunneldiode eine weitere Diode D 2 angeschlossen, über die die vom Eingang 4 kommenden Rückstellimpulse in die Anordnung eingeführt werden. Die Schiebeimpulse werden über den Eingang 5 auf den Kondensator C1 gegeben. Sollen die in dem Schieberegister enthaltenen Informationen um eine Stufe weitergeschoben werden, so wird auf den Eingang 5 ein positiver Schiebeimpuls gegeben. Diesem Schiebeimpulse geht unmittelbar ein negativer Rückstellimpuls voraus, der über den Eingang 4 zur Einwirkung gebracht wird. Der Rückstellimpuls bewirkt, daß die Tunneldiode, sofern sie im Kennlinienpunkt g arbeitet, in den Kennlinienpunkt d zurückgekippt wird, d.h. die am Ausgang3 der Stufe auftretende Spannung vom Werte el auf den Werte 2 sinkt. Die Tunneldiode wird nämlich durch den negativen Rückstellimpuls über die Diode D 2 praktisch kurzgeschlossen, so daß ihr Strom kurzzeitig unterhalb des zum Kennlinienpunkt / gehörenden Wert absinkt. Durch den Schiebeimpuls wird nun, je nachdem, ob der Kondensator C1 geladen oder nicht geladen ist, die Tunneldiode wieder in den Arbeitspunkt g zurückgekippt, oder sie verharrt im Arbeitspunkt d. Ist nämlich der Kondensator Ci geladen, dann gelingt es der an ihr liegenden Spannung, zusammen mit dem Schiebeimpuls einen Strom über die Diode Dl zu treiben, der die Tunneldiode in den Arbeitspunkt g kippt, ist dagegen der Kondensator Cl nicht geladen, dann ist das Potential im Punkt α so niedrig, daß die Diode D1 trotz des Schiebeimpulses ihren sperrenden Zustand nicht verläßt. In diesem Falle verharrt die Tunneldiode im Arbeitspunkt d. Am Ausgang 3 erscheint die Wertigkeit 0 der digitalen Informationseinheit. Über den Widerstand R 3 fließt nur ein sehr kleiner Strom. Seine Aufgabe besteht darin, sicherzustellen, daß im Falle des ungeladenen Kondensators die Spannung im Punkt α so weit negativ ist, daß beim Auftreten des Schiebeimpulses kein Strom über die Diode D1 fließen kann.

Beim Aufbau der Schaltung nach Fig. 2 sind noch die folgenden Einzelheiten zu beachten: Der Rückstellimpuls muß verhältnismäßig leistungsstark sein, damit er mit Sicherheit die Tunneldiode aus dem Arbeitspunkt g in den Arbeitspunkt d zurückkippt. Ferner empfiehlt es sich, über den Eingang 4 der Anordnung eine geringe positive Vorspannung zuzuführen, damit die Diode D 2 dann, wenn kein Rückstellimpuls auftritt, mit Sicherheit sperrt. Der Schiebeimpuls muß verhältnismäßig schmal sein. Seine Größe soll etwa 300 mV betragen. Außerdem muß der Schiebeimpuls genügend Strom hergeben können, d. h. genügend leistungsstark sein, damit der Punkt e in Fig. 1 überwunden wird. Die Zeitkonstante des Ladekreises, bestehend aus den Gliedern/?2 und Cl, muß groß sein im Verhältnis zu der Dauer des Rück-Stellimpulses, damit der Ladevorgang durch den Rückstellvorgang praktisch nicht beeinflußt wird. Ferner sei beachtet, daß die Arbeitsweise jeder Registerstufe mit einer Spannungsverstärkung verbunden ist. Während nämlich zum Kippen der Tunneldiode nur eine Spannung erforderlich ist, die die Spannung an der Tunneldiode vom Werte₂ bis zu dem zum Kennlinienpunkte gehörenden Spannungswert erhöht, springt die Ausgangsspannung der Registerstufe vom Wert e₂ auf den Wert e_v

Fig. 3 zeigt ein aus drei Stufen S₁, S₂, S₃ zusammengesetztes Schieberegister. Der Aufbau jeder Stufe stimmt überein mit dem Aufbau nach Fig. 2. Die Rückstellimpulse werden für alle Stufen gemeinsam über die Leitung 4 zugeführt und die Schiebeimpulse entsprechend über eine gemeinsame Leitung 5. In der in Fig. 3 angedeuteten Weise können beliebig viele Stufen hintereinandergeschaltet werden.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung, in welcher der Schiebeimpuls von dem Überschwingen eines Transformators abgeleitet wird, der den Rückstellimpuls zur Verfugung stellt. Der Rückstellimpuls wird in der Weise gewonnen, daß ein negativer Impuls einen Transistor T kurzfristig auf stromdurchlässig steuert, der mit der Primärwicklung P eines Transformators F in Reihe geschaltet ist und von einer Spannung V gespeist wird. Der an der Sekundärwicklung infolge des Stromanstieges über die Primärwicklung auftretende negative Spannungsimpuls wird als Rückstellimpuls verwendet. Wenn der Strom über die Primärwicklung verschwindet, bricht das im Transformator aufgebaute Feld zusammen, wobei in der Sekundärwicklung ein kräftiger Spannungsstoß in entgegengesetzter Richtung induziert wird. Dieser wird über Dioden D 3 und D 4 geformt und als Schiebeimpuls verwendet. Durch Wahl einer geeignet großen Induktivität des Transformators F kann dieser Schiebeimpuls eine beachtliche Energie aufweisen.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schieberegister für binäre Informationen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe des Schieberegisters aus einer Tunneldiode (TD) besteht, die über einen Widerstand (R 1) mit einem annähernd konstanten Strom beaufschlagt wird und der über eine Diode (D 2) anodenseitig Rückstellimpulse zugeführt werden, daß die Ausgangsinformation der vorangegangenen Stufe einen Kondensator (Cl) über einen Ladewiderstand CR 2) auflädt, wobei der Kondensator mit seiner dem Ladewiderstand zugewandten Seite über eine Diode (D 1) an die Anode der Tunneldiode (TD) angeschlossen ist und auf seiner anderen Seite (5) von den Schiebeimpulsen beaufschlagt wird, und daß der Punkt (a) zwischen Ladewiderstand (R2) und Kondensator (C 1) über einen Widerstand (R 3) durch eine Spannung (—V) negativ vorgespannt wird.

2. Schieberegister nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiebeimpuls und der kurz vorher auftretende Rückstellimpuls aus einer einzigen Impulsfolge gewonnen werden, die einen Transistor (T) (Fig. 4) auf- und zusteuert, der mit einem Transformator (ZO in Reihe an einer Spannung (V) liegt, so daß an der Sekundärwicklung (S) des Transformators, entsprechend dem Auf- und Abbau des Feldes im Transformator, zwei Impulse entgegengesetzten Vorzeichens entstehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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