DE922257C - Ferroelektrische Speichereinrichtung und Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Schaltungen für die Speicherung von Werten, insbesondere solche Schaltungen, bei denen das Speicherelement aus einem ferroelektrischen Kristall besteht.
Als ferroelektrischer Stoff wird ein Stoff definiert, der, wenn er einer wechselnden Polarisierungsspannung ausgesetzt ist, eine Abhängigkeit zwischen der elektrostatischen Polarisierungskraft und der Polarisation in deren Richtung zeigt, die

ίο ähnlich der Hysteresisschleife eines ferromagnetischen Materials ist.

Diese elektrostatische Hysteresis, wie sie zweckmäßigerweise genannt wird, ist einer Anzahl von piezoelektrischen Stoffen eigentümlich, z. B. Bariumtitanat, Rochellesalz, Monokaliumphosphat, Kaliumniobat, Natriumniobat.

Die Kristalle aller oben angeführten Verbindungen sind veränderlich in bezug auf den Temperaturbereich, innerhalb dessen sie ferroelektrische Eigenschaften zeigen, und in bezug auf die Koerzitivkraft, die Dielektrizitätskonstante und die Sättigungspolarisation. Von diesen Stoffen ist Bariumtitanat besonders für ferroelektrische Gedächtniselemente geeignet. Die Erfindung soll daher in bezug auf diesen Stoff beschrieben werden, wobei dieser Stoff als Beispiel dient, die Erfindung aber nicht auf ihn beschränkt ist.

Die Vorteile der ferroelektrischen Gedächtniselemente im Vergleich zu den ferromagnetischen sind unter anderem: a) keine Wirbelstromverluste, b) keine,mit bedeutender Leistung umzukehrenden magnetischen Gebiete, c) ein Frequenzbereich, der

sich bis zu einigen Megahertz erstreckt, während ferromagnetische Elemente im allgemeinen nur bis zu 50 Kilohertz arbeiten. Es gibt selbstverständlich im Bariumtitanat elektrostatische Gebiete, doch ist deren Umkehr mit Spannungsimpulsen, die nur V2 Mikrosekunde lang waren, durchgeführt worden. Ein allgemeiner Gegenstand der Erfindung besteht somit in der Schaffung einer verbesserten Speicherschaltung.

Speziell ist ein Gegenstand der Erfindung die Schaffung einer Speicherschaltung, die elektrostatische Gedächtnisölemente enthält.

Ein noch speziellerer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer Speicherschaltung, bei der als Gedächtniselemente Bariumtitanat in kristallischer oder keramischer Form verwendet wird.

Die bei der vorliegenden Erfindung benutzten ferroelektrischen Elemente sind sparsam in bezug auf Leistungsyerbrauch und klein an Größe und Masse, so daß die Herstellung von billigeren'und gedrängteren Gedächtnisschaltungen als mit den bisher verwendeten Gedächtniselementen - möglich wird. Dies ist ein weiterer Erfindungsgegenstand. Ein anderer Erfkidungsgegenstand ist die Schaffung einer Speicherschaltung, die bei Frequenzen in der Größenordnung von Megahertz arbeiten kann.

Die Speicherelemente der vorliegenden Erfindung können in Speicher- und Zählschaltungen verschiedener Art verwandt werden. Sie können zu einer neuartigen Verzögerungsleitung zusammengesetzt werden, wobei nur ein einziger anfänglicher Speicherimpuls notwendig ist, um die Leitung zu aktivieren. Von der Leitung kann ein entsprechen-. der Ausgangsimpuls zu irgendeinem von einer unbegrenzten Anzahl von endlichen Verzögerungsintervallen erhalten werden, die auf die Speicherung des anfänglichen Impulses folgen. Die· Schaffung einer solchen Verzögerungsleitung ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung. · -. . -

Die Eigenschaften des gedrängten Aufbaus, des großen Arbeitsfrequenzbereichs, der Einfachheit und des niedrigen Leistungsverbrauchs machen die ferroelektrischen Stoffe speziell für Speicherschaltungen im allgemeinen und für Ziffernrechengeräte und Schaltsysteme im besonderen geeignet.

Ein weiterer Erfindungsgegenstand.¹ ist' daher- die

Schaffung von verbesserten Schalfungen für die Speicherung von Nachrichten in binärer Form für Rechenvorgänge und für die Steuerung von selektiv

ansprechenden Geräten. ' :. ■..

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Erläuterung gewisser Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen besser zu verstehen sein. :.-

Fig. ι zeigt eine typische Hysteresisschleife eines Kristalls aus Bariumtitanat; . ' ; -.

Fig. 2 A zeigt ein Schaltbild einer grundsätzlichen Gedächtnisschaltung mit einem ferroalektrischen Kristall; . ■ -.·■-■

Fig. 2 B zeigt eine dynamische Hysteresisschleife, die für einen solchen Kristall in der Schaltung Mer Fig. 2 A kennzeichnend ist; .,-.....

Fig. 3 stellt die Vorgänge in der Schaltung der Fig. 2 A graphisch dar;

Fig. 4 zeigt die tatsächliche Hysteresisschleife eines BariumtitanatkrÜstall's in der Schaltung der Fig. 2 A;

Fig. 5 A stellt eine Abänderung der Schaltung der Fig. 2A dar;

Fig. 5 B zeigt ein Schaubild der Hysteresisschleife, die bei der Schaltung der Fig. 5 A durchlaufen wird;

Fig. 6 zeigt graphisch die Vorgänge in der Schaltung der Fig. S A;

Fig. 7 A und 7 B sind Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen, bei dem auf einem einzigen ferroelektrischen Kristall eine Reihe von Gedächtniszellen gebildet sind;

Fig. 8 zeigt' eine Schaltung, die eine Reihe von Gedächtniszellen enthält, welche wie in Fig. 7 A und 7B gebildet sind;

Fig. 9 A bis 9 E zeigen schematisch verschiedene erfindungsgemäße Konstruktionen von einzelnen Gedächtniszellen und die entsprechenden Schaltungen;

Fig. 10 zeigt eine Schaltung für die reihenweise Speicherung und reihenweise Ablesung von Impulsen, die Ziffern darstellen;

Fig. 11 zeigt die Impulsfolgen, die beim Betrieb der Schaltung der Fig. 10 entstehen;

Fig. 12 zeigt eine Schaltung für eine Verzögerungsleitung mit ferroelektrischen Gedächtniszellen;

Fig. 13 ist ein Schaltbild einer Zähl- und Registrierschaltung mit ferroelektrischen Gedächtniszellen ;

Fig. 14 ist ein Schaltbild einer Dauergedächtnisschaltung, bei der eine einzelne Ziffer abwechselnd in einer und dann in einer anderen ferroelektrischen Gedächtniszelle gespeichert wird.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Zahlen und Buchstaben gleiche Elemente und Zustände. . In Fig. ι ist auf der .Ε-Achse die elektrische Feldstärke in einem ferroelektrischen Kristall aufgetragen, und zwar positiv von O aus nach rechts, während die sich ergebende Polarisation des Kristalls auf der P-Achse aufgetragen ist, und zwar positiv nach oben.

Ausgehend vom Feld Null und von der Polarisation Null im Punkt O steigt die Kurve zuerst allmählich, dann schnell an und nähert sich zuletzt asymptotisch der Sättigung bei C. Durch langsames oder schnelles Entfernen des in positiver Richtung angelegten Feldes geht die Polarisation auf einen positiven Wert bei A zurück, die remanente Polarisation. Um diese zu beseitigen, muß ein negativ gerichtetes Feld angelegt werden. Dieses Feld, die Koerzitivkraft, beträgt bei Bariumtitanat etwa 250 bis 7000 Volt pro Zentimeter, je nach der Vorbehandlung des Kristalls. Analog der Hysteresisschleife von ferromagnetischem Material erhält man den übrigen Teil der vollständigen Schleife CADBC.

Die Sättigungspolarisation beträgt bei Bariumtitanat etwa 16 Mikrocoulomb pro Quadratzenti-

meter. Bei diesem Stoff beträgt die reversible Dielektrizitätskonstante (der Betrag der Änderung der Polarisation mit der Feldstärke bei einem Einheitswürfel) oder die Neigung der Kurve in unmittelbarer Nähe des Punkts C oder des Punkts D etwa 1200. Die Sättigungsfeldstärke ist etwa vierbis achtmal so groß wie die Koerzitivkraft.

Schleifen der in Fig. ι dargestellten Art werden zweckmäßigerweise auf dem Schirm eines Kathoden-Strahloszillographen aufgezeichnet. Eine für diesen Zweck geeignete Schaltung wurde von C. B. S a w y e r und C.H.Tower beschrieben, und zwar im Aufsatz »Rochellesalz als Dielektrikum«, Physical Review, Bd. 35, S. 269, 1930. Eine Hysteresisschleife von Bariumtitanat, die auf diese Weise bei 60 Perioden erhalten wurde, wird im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben.

Man hat gefunden, daß Bariumtitanat für Gedächtnisschaltungen als Kristall besser geeignet ist als in Form von keramischen Platten, wie sie bereits lange für Kondensatoren benutzt werden. Kristalle, deren Durchmesser nicht größer als etwa 6,3 mm ist, können zur Bildung einer beträchtlichen Zahl von Gedäc'htniszellen dienen.

In Fig. 2 A ist schematisch die grundsätzliche Schaltung für die Speicherung der binären Ziffern »1« und »0« angegeben. Sie enthält den Bariumtitanatkristall 10, an dessen gegenüberliegenden Seiten Silberplättchen befestigt sind, die als Kondensatorplatten 11 und 12 dienen. Die Dicke des Kristalls kann 0,25 mm betragen, während die Platten 11 und 12 einen Durchmesser von 0,5 mm aufweisen können.

Die Platte 12 ist über den Kondensator 13 mit Erde verbunden. Parallel zum Kondensator liegt eine Diode 14, die z. B. aus Germanium oder Kupferoxydul' bestehen kann. Eine am Kondensator 13 auftretende Spannung geht über die Klemme 15 zu einem nicht gezeichneten Verbraucherkreis.

An den Kristall 10 können über die Widerstände 18 und 19 von den Batterien 16 und 17, die zusammen mit je einem Schalter Impulsgeneratoren darstellen, positive oder negative Spannungsimpulse angelegt werden.

Es sei angenommen, daß zu Beginn ein positiver Impuls angelegt wurde, um den Kristall zur positiven Sättigungspolarisation zubringen, wonach er in den Zustand A (s. Fig. 1) zurückkehrt. Auf den Platten 11-12 bleibt keine äußere Ladung zurück, doch besteht innerhalb des Kristalls die remanente Polarisation des Zustands A, während die Spannung am Kristall auf Null zurückgegangen ist. Weiter sei, angenommen, daß ein negativer Impuls der binären Ziffer »1« und kein Impuls der Ziffer »0« entspricht.

Nun soll an den Kristall 10 ein solcher negativer Impuls angelegt werden, der die gleiche Größe wie der positive Impuls aufweist, welcher zu Beginn den Kristall polarisiert hat. Die Spannung am Kristall 10, die nach Aufhören des anfänglichen Polarisierungsimpulses Null war, ist während des Anliegens des Speicherimpulses negativ und geht danach wieder auf Null zurück. Die kleine Spannung am Kondensator 13, die während des anfänglichen positiven Impulses positiv gegen Erde war, wurde nach Aufhören dieses Impulses in der Diode 14 ausgeglichen. Während des Speicherimpulses wird eine gegen Erde negative Spannung über die Diode, welche wie angegeben gepolt ist, ausgeglichen. Die Diode 14 ist für einen negativen Impuls im wesentlichen ein Kurzschluß, während sie eine langsame Ableitung für den positiven Impuls, der anfänglich den ferroelektrischen Kristall polarisiert hat, ergibt.

Die Ziffer »1«, die nunmehr als remanente negative Polarisation (Zustand B) im Kristall gespeichert ist, kann ohne Verlust tagelang gespeichert bleiben. Um sie als Spannungsimpuls bei 15 abzulesen, wird der Generator für positive Impulse, der durch die Batterie 16 dargestellt ist, betätigt, um die Polarisation des Kristalls 10 vom Zustand B zum Zustand C und dann nach Beendigung des Ableseimpulses zum Zustand A umzuwandeln. Während dieses Impulses tritt am Kondensator 13 bei der Klemme 15 ein positiver Spannungsimpuls auf, der nur langsam verschwindet, weil die Diode 14 eine hohe Impedanz bei dieser Polung aufweist.

Die Hintereinanderschaltung des Kristalls 10 und des festen Kondensators 13 kann für den angelegten Impuls, sei er positiv oder negativ, als ein Spannungsteiler betrachtet werden. Der Bruchteil eines jeden Impulses, der an der Klemme 15 auftritt, ist durch das Verhältnis der Kapazitäten des Kondensators 13 und des Kristalls 10, wenn der Impuls positiv ist (Ablesung), und durch das Verhältnis der Impedanzen der Diode 14 und des Kristalls 10 bestimmt, wenn der negative Speicherimpuls angelegt wird. Im letzteren Fall ist der Ausgangsimpuls bei 15 klein im Vergleich zu demjenigen, der durch den Ableseimpuls hervorgerufen wird. Für die Hervorbringung des anfänglichen Zustands, für die Speicherung der Ziffer »1« und für die Ablesung der Ziffer sind numerisch gleiche Spannungsimpulse zweckmäßig. Wie bereits erwähnt, reichen Impulszeiten von 1 Mikrosekunde oder weniger aus.

Die gewöhnlich getroffene Übereinkunft, daß ein negativer Spannungsimpuls die Ziffer »1« speichert und kein Impuls der Ziffer »o« entspricht, bedeutet, daß ein negativer Impuls die remanente Polarisation des Kristalls 10 von A nach B umwandelt, während die Ziffer »o«, die keinem Impuls entspricht, die Polarisation bei A läßt. Bei dieser Übereinkunft läßt sich leicht zeigen, daß ein an den ferroelektrischen Kristall im Zustand A angelegter positiver Ableseimpuls an der Klemme 15 nur einen kleinen positiven Impuls gegen Erde hervorruft. Dies ist an Hand der Fig. 2 B ersichtlich. Fig. 2 B zeigt die dynamische ferroelektrische Hysteresisschleife, die beim Betrieb der Schaltung der Fig. 2 A entsteht. Hier ist auf die Ordinate Q die innere Ladung des Kristalls 10 aufgetragen, welche gleich der inneren Polarisation P pro Flächeneinheit der Platte 11 oder 12 ist. Auf der Abszisse ist die angelegte Spannung V aufgetragen, welche gleich der angelegten elektrischen Feld-

stärke E mal der Kristalldicke T ist. Für jedes Segment der Schleife ist die Kapazität des Kristalls io das Verhältnis der Änderung der Polarisation pro Volumeneinheit zur Änderung des angelegten

und V-ET ist, wird

Feldes. Wenn Q = -

-^- = —?— ——-. Aus der Figur ist zu entnehmen, daß

dies Verhältnis groß ist an den steilen Teilen der Segmente, nämlich von B nach C und von A nach D; es ist klein von C nach A und von D nach B. Da der Kondensator 13 eine feste Kapazität besitzt, ist die an ihm auftretende Spannung ein großer Bruchteil des während des Ablesens angelegten - Impulses.

Wenn die Diode 14 nicht vorhanden wäre, würde dasselbe während der Speicherung der Ziffer »1« der Fall sein.

Die Ziffer »o« wird durch keinen Impuls gespeichert, also ist der Kristall im Zustand A. Ein positiver Ableseimpuls kann nun die Polarisation von A nach C verändern, und zwar auf einem Weg, auf dem die Kapazität des Kristalls 10 klein ist. Der Ausgangsimpuls an der Klemme 15 ist jetzt klein im Vergleich zu demjenigen, der durch einen gleichen, im Zustand B angelegten Ableseimpuls hervorgerufen wird, jedoch weisen beide Impulse dieselbe Polarität auf.

Fig. 3 zeigt in Form eines Diagramms die oben beschriebenen Verhältnisse. Der Pfeil gibt die Richtung der Zeit an. Die Vorgänge sind auf den mitZahlen bezeichneten Linien wie folgt dargestellt. Auf der Linie I: Speicherung der Ziffern »I« und »o« durch einen negativen Impuls bzw. durch keinen Impuls; auf der Linie 2: eine Folge von positiven Ableseimpulsen; auf der Linie 3: die Spannung am ferroelektrischen Kristall, und auf der Linie 4: die Ausgangsimpulse an der Klemme 15 in Fig. 2 A.

Es ist offensichtlich, daß es durch Umkehr aller Polaritäten und des Anschlusses der Diode 14 möglich ist, die Ziffer »1« bei B und nicht bei A (Fig. 2 B) zu speichern. Überdies kann die Diode 14 durch einen Widerstand ersetzt werden, der gleich dem Sperrwiderstand der Diode 14 ist. Der hierbei auf tretende Nachteil besteht darin, daß der Speicherimpuls an der Klemme 15 erscheint, was in manchen Fällen aber zulässig ist.

Die Impulslänge Γ auf den Linien 1 und 2 (Fig. 3) beträgt z. B. 1 Mikrosekunde. Die Kapazität des Kondensators 13 muß selbstverständlich zwischen der hohen und der niedrigen Kapazität [C" und C) des Kristalls 10 liegen. Weiterhin sind die Zeitkonstanten zweckmäßigerweise durch die folgenden Beziehungen zwischen den Werten der Widerstände 18 und 19, dem Sperrwiderstand R_B der Diode 14, den Kapazitäten der Schaltung und der Impulslänge gegeben:

R₀C"

T.

Die Kapazitäten C und C" sind annähernd durch Messung der Neigung der nahezu geradlinigen Teile der Abschnitte C-A und B-C auf der OsziMographenspur zu bestimmen. Ein Beispiel ist in Fig. 4 dargestellt. Um die dort gezeichnete Hysteresisschleife zu erhalten, wurde ein 0,25 mm dicker Bariumtitanatkristall mit Platten aus Silber von einem Durchmesser von 0,50 mm versehen und an den Kristall eine Spannung von 180 Volt Spitze angelegt. Da die Maßstäbe der Abszisse und Ordinate bekannt waren, war es möglich, C zu 37 pF und C" zu 600 pF abzuschätzen.

Genauere Werte dieser Kapazitäten werden durch Messung der Spannung des Ableseimpulses und der Ausgangsimpulse für eine gespeicherte »1« und eine gespeicherte »0« erhalten (Linien 2 und 4 in Fig. 3). Es ist leicht zu zeigen, daß die Spitzenspannung E₁ des Ableseimpulses zu den Spitzenspannungen E₂ und E₃ der Ausgangsimpulse für eine gespeicherte »1« bzw. eine gespeicherte »o« folgendermaßen in Beziehung steht:

C"

E₁ C" 4- C ' E₁ C + C

(2)

Messungen an der Schaltung, bei der die Schleife der Fig. 4 erhalten wurde, wobei C zu 312 pF gewählt wurde, ergaben 400pF für C" und 34pF für C; ifie tatsächlichen Werte von C und C" sind niedriger als diejenigen, welche aus der Oszillographenspur geschätzt wurden, da bei den letzteren Werten die Krümmungen an den Enden der betrachteten Abschnitte vernachlässigt sind.

Aus Gleichung (1) ergibt sich, daß R_B etwa 500 Ohm, R₀ etwa 250 Ohm bei dieser speziellen Schaltung bei T gleich 1 Mikrosekunde sein sollte. Ferner sieht man, daß das Verhältnis der Spannungen der Ausgangsimpulse für die Ziffern »1«

τ? ρ

und »o« r = -~ = 5,7 ist, während -=r- = 0,56 und

Jl₃ JC₁

C" = ii,8C'= X C ist.

Wenn die Werte von C, C" und ihr Ver-

C"

hältnis X = —₇ einmal bestimmt sind, wobei irgendein zweckmäßiger Wert von C zur Messung von E₁, E₂ und E₃ verwandt wird, erlauben die Gleichungen (2) den Wert von C zu berechnen, um ihn für einen gewünschten Wert von r zu verwenden. Es kann gezeigt werden, daß

C=C"

r — z

χ — r

(3)

Ein praktischer Wert für r ist 5, das Verhältnis der Ausgangsspannungsspitzen für eine gespeicherte n₅ »1« und eine gespeicherte »o«. Die Gleichung (3) zeigt dann, daß bei dem in Fig. 4 dargestellten

Kristall [x <= 11,8) C zweckmäßigerweise ^- oder 235 pF für r = 5 ist, was -§- = 0,63 und-f⁵-= 0,126

ergibt. C" und χ sind Eigenschaften des besonderen Kristalls, während r auf Grund des Unterscheidungsvermögens des an die Klemme 15 (Fig. 2 A) angeschlossenen Verbraucherkreises gewählt werden kann.

Es kann leicht gezeigt werden, daß die mittlere Leistung, die zur Speicherung von Ziffern »i«

erforderlich ist, P₃ = — C" E\ η beträgt, wobei η

die Anzahl von Ziffern angibt, die pro Sekunde gespeichert werden. Hierbei ist angenommen, daß jede gespeicherte Ziffer abgelesen wird, bevor die nächste gespeichert wird. In gleicher Weise ist die mittlere

Ableseleistung P_R = ^-C" E\n. In jedem Fall ist E₁ die Amplitude der Speicher- und Ablesespannungsimpulse. Der Ausdruck für P_R bezieht sich auf die Bedingung C = C", welche die maximale Ableseleistung erfordert.

Offenbar ist es für den Betrieb bei hohen Frequenzen wünschenswert, die erforderliche Leistung soweit wie möglich herabzusetzen. Dies bedeutet eine Verkleinerung von C". Ein praktischer Wert

7**

für C" ist ioo pF. Wenn -—-= 0,5 ein hinreichendes

Verhältnis von Ausgangs- zu Eingangsspannung ist, kann C ebenfalls 100 pF gemacht werden. In diesem Fall führt Gleichung (3) zu dem Wert χ = 8, d.h. C= 12,5 pF. Dies sind praktisch annehmbare Werte für den Betrieb bei Frequenzen, die bei 1 Megahertz oder höher liegen. Die im vorigen Abschnitt gegebenen Ausdrücke für die Leistungen zeigen, daß bei der Schaltung der Fig. 2 A bei C = C = 100 pF die Gesamtleistung P₃ + P_R bei M=I 000 000 etwa 1 Watt für eine Speicherimpulsspannung von E₁ = 100 Volt und 0,01 Watt für E₁ = 10 Volt beträgt. Bei derselben Gedächtnisschaltung beträgt sie bei 100 Hertz 100 Mikrowatt für E₁ = 100 Volt und 1 Mikrowatt für E₁ = 10 Volt.

Die Schaltung der Fig. 2 A ist offensichtlich zur Speicherung und Wiedergabe von durch zwei Zustände, wie z. B. »Ein« und »Aus«, dargestellten Nachrichten für denselben Zweck geeignet wie die ferromagnetischen Kerne im Aufsatz von An Wang in den Proceedings of the Institute of Radio Engineers, Bd. 39, S. 401, April 1951, »Magnetic Delay-Line Storage«.

Bei der soeben beschriebenen Gedächtnisschaltung löscht ein einziger Ableseimpuls die in dem ferroelektrischen Kristall durch den vorangehenden negativen Speicherimpuls aufgespeicherte Ziffer. Dies kommt daher, weil der Sperrwiderstand der Diode 14 so niedrig ist, daß der Kristall 10 während des Ableseimpulses bis zum Zustand C aufgeladen wird, wonach der Kristall zu seinem ursprünglichen Zustand, nämlich A₁ zurückkehrt. Um dies zu verhindern und um die Möglichkeit einer wiederholten Ablesung und die Löschung mit einem gegebenenfalls angelegten Löschimpuls vorzusehen, wird die grundsätzliche Schaltung der Fig. 2 A gemäß Fig. 5 A abgeändert.

In Fig. 5 A ist eine Quelle für positive Löschimpulse hinzugefügt, die durch die Batterie 20 dargestellt ist, welche über einen Widerstand 21 arbeitet. Diese Batterie wird so gesteuert, daß zu einem gewählten Zeitpunkt ein verhältnismäßig langer Impuls angelegt wird, um den Kristall 10 zu seinem anfänglichen, positiv polarisierten Zustand zurückzubringen. Die Diode 114 ist von gleicher Art wie die Diode 14 in Fig. 2 A, sie hat jedoch einen fünf- bis zehnmal so großen Sperrwiderstand wie die letztere.

Fig. 5 B stellt die Zustandsänderungen des Kristalls 10 in der abgeänderten Schaltung dar. Anfangs sei der Kristall 10 im Zustand A. Ein negativer Impuls speichert die Ziffer »1« in gleicher Weise wie vorher, wonach der Kristall im Zustand B ist. Die Diode ist hier vergleichsweise ein niedrigohmiger Nebenschluß am Kondensator für einen negativen Speicherimpuls.

Wenn jedoch ein positiver Ableseimpuls von gleicher Spannung und Dauer wie vofher an den Kristall und den in Reihe liegenden Kondensator gelangt, verhindert der hohe Sperrwiderstand der Diode 114 die vollständige Entladung des Kristalls 10. Der Kristallzustand verändert sich nur von B nach B' und kehrt am Ende des Ableseimpulses nach B" zurück. Man wird erkennen, daß das Gebiet B-B'-B" ein Teil einer kleineren Hysteresisschleife zwischen den negativen Polarisationen B und B" ist.

Ähnlich wie in Fig. 3 sind auf den Linien 1 bis 4 in Fig. 6 die nacheinander an der Schaltung der Fig. 5 A auftretenden Spannungen dargestellt. Infolge des hohen Sperrwiderstandes der Diode 114 sind die Spannungsimpulse am ferroelektrischen Element und an der Klemme 15 kleiner bzw. größer als die entsprechenden Impulse in Fig. 3. Jedoch sind der Löschimpuls auf der Linie 2 und die begleitenden ferroelektrischen Spannungen und Ausgangsimpulse. (Linien 3, 4) für eine gespeicherte Ziffer »1« gleich, aber von größerer Dauer als ihre Gegenstücke auf den Linien 2, 3 und 4 der Fig. 3.

Da der Kristall 10 in Fig. 5 A sich vom Zustand B aus nur um einen kleinen Bereich der vollen Änderung von B über C nach A ändert, bleibt die Polarisation nach der ersten Ablesung und dem ersten Ausgangsimpuls bei B" stehen. Der Kristall ist nun für einen weiteren Ableseimpuls und begleitenden Ausgangsimpuls bereit, in dessen Verfolg er sich von B" nach B'" und nach B"" verändert. Es ist zu bemerken, daß die Bereiche B bis B' und B" bis B"" im Interesse der Deutlichkeit stark vergrößert dargestellt sind.

Es ist weiter zu bemerken, daß die Neigung von B'B", die zwar geringer als die Neigung des steilsten Teils der Strecke B C ist, dennoch viel größer als bei CA ist. Wiederholte Ablesungen finden stetig kleiner werdende Neigungen vor, wie B'" bis B"", so daß der tatsächliche Wert der Kapazität C" abnimmt, da der Punkt B" oder B"" auf der Polarisationsachse ansteigt, bis zwischen Ausgangsimpulsen für eine gespeicherte »1« und eine gespeicherte »0« nur noch ein geringer Unterschied besteht. In einem besonderen Fall hat man gefunden, daß dies nach 5000 Ablesungen der Fall war.

•In Fig. 7 A bezeichnet die Zahl 30 einen ferroelektrischen Kristall, z. B. aus Bariumtitanat, der in Wirklichkeit etwa 5,1 mm lang, 0,63 mm breit und 0,25 mm dick ist, der aber der Deutlichkeit

halber stark vergrößert gezeichnet ist. Die Silberplättchen 31, die etwa einen Durchmesser von 0,5 mm besitzen und durch einen Zwischenraum von 0,13 mm getrennt sind, sind auf dem Kristall 30 eingebrannt und bilden Kondensatorplatten, an welche die Zuleitungen 32 angelötet sind. In der Figur sind acht solcher Gedächtniszellen angegeben. Man hat gefunden, daß der Zwischenraum von 0,13 mm zwischen den benachbarten Platten auf den Oberflächen des Kristalls ausreicht, um Übersprechen zwischen den Zellen trotz des gemeinsamen Dielektrikums zu vermeiden.

Fig. 7 B zeigt eine Aufsicht der in Fig. 7 A in Seitenansicht dargestellten Zellen. Fig. 8 zeigt eine Anordnung, bei der vier ferroelektrische Gedächtniszellen auf einem einzigen Kristall wie in Fig. 7 verwendet werden und die geeignet ist, z. B. die binäre Zahl »ion« (im Dezimalsystem 11) zu speichern. Hier ist als zweckmäßig angenommen, die normale Polarisation im Punkt B (Fig. 1) nämlich als negative remanente Polarisation anzusetzen. Negative Ableseimpulse ergeben dann negative Ausgangsimpulse und lassen den ferroelektrischen Kristall 30 im Zustand B zurück. Sonst ist die Arbeitsweise die gleiche wie bei den Fig. 2 A und 3, wobei der Anschluß der Dioden 14 in geeigneter Weise abgeändert ist. Um die Eingangsimpulse voneinander zu trennen, sind sie durch die Dioden 34 entkoppelt, die wie in Fig. 2 A aus Germanium- oder Kupferoxydulelementen bestehen können.

Die positiven oder Null-Speicherimpulse werden, nicht notwendigerweise gleichzeitig, an die Eingänge a, b, c und' d angelegt. In Fig. 8 können negative Impulse von einer durch die Batterie 17 dargestellten .Quelle gleichzeitig die gespeicherten Ziffern »1« oder »o« ablesen, um negative Ausgangsimpulse an den Ausgangsklemmen a! bis d' zu erzeugen. Für die Zahl »ion« stellen diese Ausgänge »r« bei a', c' und if' und »o« bei b' dar. Diese Ausgangsimpulse sind, abgesehen von der Polarität, gleich den in Fig. 3, Linie 4, gezeichneten Impulsen. Bei der Schaltung der Fig. 8 sind die durch die Dioden gegebenen Impedanzen so niedrig, daß eine vollständige Ladungsumkehr des Kristalls 30 eintritt. Infolgedessen werden wie in Fig. 2 A die aufgespeicherten Ziffern in den 'einzelnen Zellen völlig gelöscht. Es kann selbstverständlich durch eine leicht einzusehende Änderung beim Anlegen der Ableseimpulse erreicht werden, daß die gespeicherten Ziffern nicht gleichzeitig, sondern in irgendeiner gewünschten Aufeinanderfolge erscheinen. Außerdem können durch Umkehr der Polarität der Speicher- und Ableseimpulse und umgekehrten An-Schluß der Dioden 14 und 34 die Äusgangsimpulse positiv gemacht werden.

Es kann zweckmäßig sein, statt einer Vielzahl von auf einem einzigen Kristall gebildeten Gedächtniszellen einzelne getrennte Zellen zu verwenden. Andere Ausführungsformen von Gedächtniszellen sind in den Fig. 9 A, 9 C und 9 E dargestellt.

In Fig. 9 A ist ein ferroelektrischer Kristall 10 mit eingebrannten Silberplatten 11 und 12 und Zufähr üngsdrähten 31 in einem z.B. aus Kunststoff bestenenden Schutzgehäuse 35 eingeschlossen. Die Leitungen 31 gehen durch das Gehäuse 35 hindurch, welches mit einem beliebigen Gas gefüllt sein kann.

Fig. 9 C zeigt eine auseinandergezogene Ansicht eines Aufbaus, der besonders für die Verwendung in der Schaltung der Fig. 8 geeignet ist; Fig. 9B zeigt ein Schema dieses Aufbaus. Hier sind die Gleichrichter 14 und 34 der Fig. 8 mit dem Kristall 10 und seinen Zuleitungen gemäß Fig. 1 zu einer zusammenhängenden Anordnung vereinigt. Der Kristall 10, der zweckmäßigerweise Scheibenform mit Silberplatten 11 und 12 und zugehörigen Zuleitungen besitzt, ist zwischen Scheibengleichrichtern 14 und 34 angeordnet, wobei die eine Elektrode des Gleichrichters 14 geerdet ist. Die An-Ordnung wird durch nicht gezeichnete federnde Mittel zusammengedrückt. Der Gleichrichter ist mit einer Zuleitung 36 zum Anschluß des Generators für die Ableseimpulse versehen. Die Platten 11 und 12 sind mit Zuleitungen versehen, um die Eingangsimpulse an der Klemme α in Fig. 8 aufzunehmen bzw. die Ausgangsimpulse an die Klemme a' zu liefern. Die Gleichrichter 14 und 34 können wie im Schema angegeben oder umgekehrt gepolt sein.

In Fig. 9E umschließt das Gehäuse 35 den Kristall 10 mit den Platten 11 und 12 und den Zuleitungen 31 zusammen mit den Germaniumdioden 134 und 144, die an die Platten 11 bzw. 12 angelötet sind. Links in Fig. 9D ist das Schema der Anordnung innerhalb des Gehäuses 35 dargestellt. Wenn ein Kondensator parallel zu einer der Dioden geschaltet wird, ergibt diese Anordnung offensichtlich ein Element, das für die Schaltung der Fig. 8 verwendbar ist.

Die in Fig. 8 dargestellte Anordnung ist eine Speicherschaltung mit parallelen Eingängen und Ausgängen, bei der den Speicherimpulsen jeweils besondere Ausgangsimpulse an besonderen Klemmen für die Speicherung und für den Ausgang folgen. Es ist ebenso möglich, aufeinanderfolgende Ziffern reihenweise an einem einzigen Eingang zu speichern und sie reihenweise an einem einzigen Ausgang abzulesen. Eine für diesen Zweck geeignete Schaltung ist in Fig. 10 dargestellt.

In Fig. 10 ist eine Schaltung gezeichnet, mit der die binäre Zahl »11« gespeichert werden kann. Die Eingangsklemme 40 ist über einen Widerstand 42 mit dem Kristall 101 verbunden, dessen Ausgangskreis wie in Fig. 2 A den durch die Diode 14 überbrückten Kondensator 13 enthält. Der Kreis einschließlich des Kristalls 101 ist mit Stufe ^₁ bezeichnet. Der Verbindungspunkt des Kristalls 101 und des Kondensators 13 ist über den Widerstand an den Kristall 102 mit seinem Ausgangskreis wie in Fig. 2 A angeschlossen. Dieser bildet die Stufe B₁. In gleicher Weise sind die Stufen A₂ und B₂ geschaltet, die ebenso ausgeführt sind wie die Stufen A₁ und B₁ und welche die Kristalle 103 und 104 enthalten, und zwar ist A₂ mit B₁ über den Widerstand 44 und B₂ mit A₂ über den Widerstand verbunden.

An der Klemme 50 werden positive Verschiebungsimpulse über die Dioden 51 an die Kristalle 101 und 103 angelegt, während negative Verschiebungsimpulse an der Klemme 60 über die Dioden 52 an die Kristalle 102 und 104 angelegt werden.

Um die Zahl »11« zu speichern, werden zwei durch eine gewählte Zeitspanne getrennte negative Speicherimpulse an die Eingangsklemme 40 gelegt, die mit Erde durch die Diode 41 verbunden ist. Die Diode ist so geschaltet, daß sie einem negativen Impuls einen hohen Widerstand bietet. Gleichzeitig mit diesen Eingangsspeicherimpulsen werden an die Klemme 60 negative Verschiebungsimpulse angelegt, während nach jedem Speicherimpuls ein positiver Verschiebungsimpuls an die Klemme 50 angelegt wird. Jede Art von Verschiebungsimpuls ist für den Kristall, an den er gelangt, ein Ableseimpuls. Er dient dazu, in dem jeweiligen Kristall einen Impuls von gleicher Polarität wie der Ver-Schiebungsimpuls zu erzeugen, welcher ein Speicherimpuls für den folgenden Kristall wird.

Ein erster negativer Eingangsimpuls, der »1« speichert, gelangt über die Klemme 40 und den Widerstand 42 zum Kristall 101. Gleichzeitig gelangt ein negativer Verschiebungsimpuls von der Klemme 60 über die Dioden 52 an die Kristalle 102 und 104 und bringt diese in den Zustand der Polarisation (J5, Fig. 2 B) und bereitet sie für ihre weitere Funktion vor.

Nach dem eben erwähnten Impuls, aber vor der Ankunft des zweiten negativen Eingangsimpulses, gelangt ein positiver Verschiebungsimpuls von der Klemme 50 über die Dioden 51 an die Kristalle 101 und 103. Dieser Impuls ist ein Ableseimpuls für die Stufe A₁, der den im Kristall 101 gespeicherten Wert löscht und dabei einen positiven Impuls erzeugt, welcher ein Speicherimpuls für den Kristall 102 wird. Die Polarisation des letzteren ändert sich dann von B nach A (Fig. 2 B). Die zunächst in der Stufe A₁ negativ gespeicherte Ziffer ist nunmehr in der Stufe B₁ positiv gespeichert, wobei die Stufe A₁ frei wird. Nun kommt der zweite negative Eingangsimpuls gleichzeitig mit einem zweiten negativen Verschiebungsimpuls an den Kristallen 102 und 104 an. Man wird ohne eine ins einzelne gehende Erklärung erkennen, daß die zweite Ziffer nun in der Stufe A₁ gespeichert ist, während die erste Ziffer von der Stufe B₁ zur Stufe A₂ als negativer Impuls verschoben ist.

Ein zweiter positiver Verschiebungsimpuls gelangt nun von der Klemme 50 zu den Kristallen 101 und 103, wobei die erste Ziffer von der Stufet, zur Stufe B₁ übertragen wird. Die binäre Zahl ist jetzt mit ihrer ersten Ziffer im Kristall 104 in der Stufe B₂ gespeichert und ihre zweite Ziffer im Kristall 102 in der Stufe B₁, und zwar in jedem Fall im Zustande (Fig. 2B).

Ein dritter negativer Verschiebungsimpuls an den Kristallen 102 und 104 verschiebt die erste Ziffer »1« zur Ausgangsklemme 70 als negativen Ausgangsimpuls und überträgt gleichzeitig die zweite Ziffer »1« zum Kristall 103 in der Stufe A_n.

Ein dritter positiver Verschiebungsimpuls an den Kristallen 101 und 103 findet am Kristall 101 keine Arbeit, überträgt aber die zweite Ziffer vom Kristall 103 zum Kristall 104 in der Stufe B₂. Dort liest ein vierter negativer Impuls an der Klemme 60 die zweite »1« als negativen Impuls an der Klemme 70 ab.

Selbstverständlich treten die positiven und negativen Verschiebungsimpulse mit derselben Frequenz auf wie die Speicherimpulse, wobei die negativen Verschiebungsimpulse zeitlich mit den Speicherimpulsen zusammenfallen, während die positiven Verschiebungsimpulse zeitlich in der Mitte zwischen den vorausgehenden und den nachfolgenden negativen Verschiebungsimpulsen liegen. Anfangs herrschen selbstverständlich die Zustände A und B (Fig. 2 B) bei den Kristallen 101, 103 und 102, 104.

Die Mittel zur Erzeugung der Verschiebungsimpudsfolgen i-n geeigneter Phasenlage und zur Einführung dec Speicherimpulse bei 40 in zeitlicher Übereinstimmung mit den negativen Impulsen bei 60 sind nicht gezeichnet, doch können sie leicht vom mit Zahlenspeicher- und Rechenschaltungen vertrauten Fachmann geschaffen werden. Es wird klar sein, daß die Schaltung der Fig. 10 leicht für reihenweisen Eingang und parallelen Ausgang oder umgekehrt abgeändert werden kann.

Wenn an die Klemme 60 negative Versehiebungsimpulse angelegt werden, wird ihre Rückkehr von den Stufen B₁ und B₂ zu den Stufen A₁ und A₂ dadurch verhindert, daß die Werte der Widerstände 42, 43 44 und 45 groß gegen den Widerstand in Flußrichtung der Dioden 14 gemacht werden. Die Dioden 51 und 52 werden verwendet, um eine Kopplung zwischen den Kristallen 101, 103 und 102, 104 zu vermeiden. Ihre Sperrwiderstände sind groß im Verhältnis zu den Sperrwiderständen der Dioden 14. Die Verschiebungsimpulse beider Polaritäten können bei niedrigen Frequenzen von Relaiskontakten, bei hohen Frequenzen von Vakuumröhren herkommen.

Die Eingangs- und Ausgangsimpulse in Fig. 10 sind negativ. Offensichtlich können durch Umkehr der Polarität aller Dioden und Impulse bei positiven Eingangsimpulsen positive Ausgangsimpulse erhalten werden. Man wird erkennen, daß zur Speicherung jeder Ziffer eine ^4-Stufe und eine 5-Stufe erforderlich sind. Daher erfordern zusätzliche Ziffern die Erweiterung der Schaltung der Fig. 10 in leicht verständlicher Weise.

In Fig. 11 sind die negativen Eingangsimpulse an der Klemme 40, welche die Ziffern »1« speichert, auf der Linie 1 dargestellt. Die Linien 2 und 3 zeigen die positiven Verschiebungsimpulse an der Klemme 50 und die negativen Verschiebungsimpulse an der Klemme 60. Die Ausgangsimpulse der Stufen A₁, B₁, A₂ und B₂ (dem endgültigen Ausgang) sind auf den Linien 4, 5, 6 und 7 dargestellt. Die Eingangs- und Verschiebungsimpulse an den Klemmen 40 und 60 und die Ausgangsimpulse haben die gleiche Polarität. Der erste gespeicherte Impuls ist auch der erste abzulesende [mpuls. Bei dieser Schaltung haben infolge der

Änderung der Polarität bei der Übertragung eines Speicherimpulses von einer ^4-Stufe zu einer B-Stufe die Speicherimpulse und die endgültigen Ausgangsimpulse die gleiche Polarität. Die B-Ver-Schiebungsimpulse sind die Impulse, die den Ableseimpulsen der vorher beschriebenen Schaltungen entsprechen, da stets ein B-Impuls (Linie 3 der Fig. 11) zeitlich mit einem endgültigen Ausgangsimpuls (Linie 7 der Fig. 11) übereinstimmt.

Die kleineren, auf den Linien 4, 5 und 6 dargestellten positiven und negativen Impulse entsprechen dem Anlegen eines positiven oder negativen Verschiebungsimpulses an einen ferroelektrischen Kristall, der bereits im Zustand der PoIarisation der jeweiligen Polarität ist. Dies wurde an Hand der Fig. 2 B schon erklärt. Aus der Fig. 11 ist außerdem zu erkennen, daß die erste Ziffer vom dritten negativen Verschiebungsimpuls und die zweite Ziffer vom vierten abgelesen wird.

Während bei der Schaltung der Fig. 10 mehrere Versc'hiebungsimpulse und zwei Stufen für jede gespeicherte Ziffer notwendig sind, besteht diese Forderung bei der Verzögerungsleitungsspeicherschaltung, die nun an Hand der Fig. 12 beschrieben werden soll, nicht.

In Fig. 12 werden getrennte einfache Kristalle 10 verwendet, die wie in Fig. 8 jeweils eine Ziffer an einem der Eingänge a, b, c und d speichern. Die positiven Eingangs impulse speichern getrennt die . Ziffern, während gleichzeitig negative Impulse diese ablesen. In der Figur sind vier Speicherungen dargestellt, doch kann auf diese Weise offensichtlich jede gewünschte Anzahl von Ziffern gespeichert werden. Durch Umkehr der Diodenanschlüsse kann die entgegengesetzte Impulspolarität verwendet werden.

Ein einziger negativer Ableseimpuls, der gleichzeitig an die Dioden 34 gelegt wird, löst alle gespeicherten Ziffern auf einmal aus. Nun enthalten die Ausgangskreise der einzelnen Kristalle 10 mehrere Teile einer Verzögerungsleitung, die allgemein mit der Zahl 100 bezeichnet ist, und zwar enthält jeder Ausgangskreis drei Teile. Die Leitung 100 ist eine Verzögerungsleitung bekannter Art. Die Spulen 101 haben eine Induktivität von n oder 12 Mikrohenry, die Kondensatoren 102 eine Kapazität von 75 pF und die Widerstände 103 einen Wert von 430 Ohm, während die Kondensatoren 105 die Hälfte der Kapazität der Kondensatoren 102 aufweisen und die Kondensatoren 106 so groß sind, daß ihre Kapazität zusammen mit der äußeren Erdkapazität des Abgriffs zwischen einem Kristall 10 und der Leitung 100 gleich der Kapazität von 75 pF der Kondensatoren 102 ist. Wenn die Klemme 110 als Ausgangsklemme verwendet wird, kann eine Diode 108 parallel zum Ausgangswiderstand 103 geschaltet werden, um zu verhindern, daß Eingangsimpulse am Ausgang erscheinen. Die Eingangsimpulse a, b, c und d können in irgendeiner Reihenfolge angelegt werden. Ein einziger Ausgangsimpuls liest über die Dioden 34 gleichzeitig, soweit es die Kristalle 10 selbst betrifft, alle gespeicherten Ziffern ab. Bei der Ablesung wandern diese Ziffern von den entsprechenden Abgriffen nach beiden Richtungen auf der Verzögerungsleitung, so daß sie an der Klemme 1 ro in umgekehrter Reihenfolge ihres Eintrittspunktes an der Leitung 100 erscheinen. Wenn a, b, c und d im gleichen Augenblick abgelesen werden, ist d' der erste Impuls, der an der Klemme 110 erscheint. In der entgegengesetzten Übertragungsrichtung ist a' der erste Impuls, der am entgegengesetzten Ende der Leitung 100 ankommt.

Die Zeitverzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Abgriffen und zwischen den Impulsen an der Klemme 110 beträgt 1 Mikrosekunde, was ausreicht, um Eingangsimpulse von Va Mikrosekunde als einzelne Ausgänge erkennen zu können. Der Wert der Widerstände 103 ist gleich dem Wellenwiderstand der Leitung 100.

Fig. 13 zeigt das Schaltbild einer Zähl- und Registrierschaltung. Im einzelnen sind die erste, zweite, neunte und zehnte von insgesamt zehn Stufen dargestellt, die jeweils ein ferroelektrisch.es Gedächtniselement 10 wie in Fig. 2 A enthalten. Bei allen ungeradzahligen Stufen, wie 1 und 9, ist der ursprüngliche Zustand der ferroelektrischen Polarisation negativ, während bei den geradzahligen Stufen, wie 2 und 10, dieser Zustand positiv ist (Zustand B bzw. A in Fig. 1). Dies wird dadurch erreicht, daß die Relais R₁ bis R₁₀ momentan betätigt werden, um einen Anfangspolarisierungsimpuls anzulegen, und zwar einen positiven Impuls von der Batterie 150 für die geraden Stufen und einen negativen Impuls von der Batterie 151 für die ungeraden Stufen. Dann werden die Relais R₁ bis R₁₀ stromlos gemacht, und die Kristalle 10 sind bereit, um aufeinanderfolgende (entweder positive oder negative) zu zählende Impulse aufzunehmen. Die Impulse werden angelegt, indem zuerst das Relais 152, dann das Relais 153 betätigt wird, so daß die zehn Impulse entweder von der Batterie 154 oder von der Batterie 155 an den Kristall der Stufe ι gelangen. Die Relais A₁ bis A₁₀ sind zunächst, wie gezeichnet, unbetätigt.

Da die Stufe 1 anfänglich negativ polarisiert ist, erzeugt der erste positive Impuls von der Batterie 154 einen positiven Impuls von der Stufe I, welcher zum Kristall der Stufe 2 übergeht und den Kristall der Stufe 1 positiv polarisiert zurückläßt. In der Stufe 2 wird die anfänglich positive Polarisation durch den positiven Ableseimpuls von der Stufe 1 nicht beeinflußt. Der positive Impuls von der Batterie 154, welcher der erste zu zählende Impuls ist, hat die beiden Kristalle in den Stufen 1 und 2 im Zustand A (Fig. 1) zurückgelassen, so daß kein Impuls hinter die Stufe 2 gelangt, bis ein negativer Impuls, welcher der zweite zu zählende Impuls ist, von der Batterie 155 durch Betätigung des Relais 153 angelegt wird.

Dieser Impuls findet positive Polarisation in der Stufe ι vor, läßt diese Stufe negativ polarisiert zurück und erzeugt einen negativen Impuls, der die Polarisation der Stufe 2 umkehrt und von der Stufe 2 einen negativen Impuls an die Stufe 3 gibt. Diese Stufe ist bereits negativ polarisiert und bleibt

daher durch den negativen Impuls von der Stufe 2 unbeeinflußt.

Der zweite angelegte Impuls hat somit sowohl die Stufe ι als auch die Stufe 2 negativ polarisiert zurückgelassen, und ein negativer, von der Stufe 2 an die Stufe 3 gelangter Impuls hat in letzterer keine Änderung hervorgebracht. Wenn man das Anlegen der Impulse fortsetzt, und zwar ungeradzahlige Impulse positiv und geradzahlige negativ, so ergibt sich eine fortgesetzte Änderung des Polarisationszustandes der ferroelektrischen Kristalle in den Gruppen.

Die aufeinanderfolgenden Eingangsimpulse lassen die Polarisationszustände der Kristalle, die anfänglieh in den Stufen 1, 3, 5, 7 und 9 negativ und in den Stufen 2, 4, 6, 8 und 10 positiv waren, wie folgt zurück: Impuls 1 +, Stufe 1, 2 positiv; Impuls 2—, Stufe i, 2, 3 negativ; Impuls 3 +, Stufe 1, 2, 3, 4 positiv; usw.

In kurzen Worten: Der ra-te Impuls läßt die ersten η Stufen in der gleichen Polarität zurück, wie sie der Impuls hatte, wobei die späteren Stufen ihre anfängliche Polarität haben. Wenn, wie als Beispiel in Fig. 13 gezeichnet ist, zehn Stufen verwendet

werden, von denen die geraden Impulse positiv und die ungeraden negativ sind, werden alle ferroelektrischen Elemente negativ polarisiert.

Um die in den Kristallen der Fig. 13 gespeicherten Impulse abzulesen, werden die Relais A₁ bis A₁₀ geschlossen, wobei die Stufen voneinander getrennt und die Kristalle einzeln an die Ausgangsklemmen O₁ bis O₁₀ angeschlossen werden. Dann werden die Relais R momentan betätigt, wobei die Kristalle auf ihre anfängliche Polarisation zurückgebracht werden. Beim Schließen dieser Relais, gelangen von den Kristallen, welche durch den zuletzt angelegten Impuls in einem zum anfänglichen entgegengesetzten Zustand zurückgelassen sind, Impulse zu den zugehörigen Ausgangsklemmen.

Diese Ausgangsimpulse haben die anfängliche Polarität des Kristalls, von dem sie herkommen.

Als Beispiel sei das Zählen und Ablesen von vier Impulsen und deren Weitergabe an eine (in Fig. 13 nicht gezeichnete) Registriereinrichtung betrachtet. Der vierte Impuls läßt die ersten vier Stufen negativ polarisiert zurück, während die übrigen sechs Stufen in ihrem anfänglichen Zustand bleiben. Von den ersten vier Stufen sind die Stufen 2 und 4 entgegengesetzt zu ihrem anfängliehen Zustand polarisiert. Ein positiver Impuls von der Batterie 150 bringt von jeder dieser Stufen einen positiven Ausgangsimpuls an den Klemmen O₂ und O₄ hervor. An allen anderen Klemmen erscheint kein Impuls.

Ein weiteres Beispiel: Nach dem zehnten Impuls sind alle zehn Stufen negativ polarisiert, d. h. die Stufen 2, 4, 6, 8 und 10 befinden sich in einem dem anfänglichen entgegengesetzten Zustand. An allen entsprechenden Ausgangsklemmen erscheinen positive Impulse. Allgemein ist festzustellen, daß die Ausgangsklemme mit der höchsten Zahl, an der ein Impuls abgelesen wird, die Zahl der gezählten Impulse hat und daß die Polarität der Ausgangsimpulse positiv bei einer geraden und negativ bei einer ungeraden Zahl von Eingangsimpulsen ist. Zusätzlich zu einem Impuls an der Ausgangsklemme mit der höchsten Zahl erscheinen, gleiche Impulse an jeder Klemme mit der zweitniedrigeren Zahl.

Die Quelle der zu zählenden Impulse und die Registriereinrichtungen für die Ausgangsimpulse sind nicht Teile der vorliegenden Erfindung und sind daher nicht gezeichnet. Es ist klar, daß die wenigen als Beispiele beschriebenen Stufen auf eine gewünschte gerade nder ungerade Anzahl erweitert werden können.

Die Relaissysteme R und A, die als getrennte Relais gezeichnet sind, können jeweils ein einziges Relais mit einem geeigneten Kontaktsatz bilden. Alle Polaritäten können umgekehrt werden.

Da die gespeicherten Impulse durch momentanes Anlegen der gleichen Spannungen von den Batterien 150 und 151 abgelesen werden, die auch anfänglich die Schaltung vorbereiten, ist es offensichtlich, daß die Schaltung nach der Ablesung bereit ist, aufs neue zu zählen, sobald die Relais R und A stromlos sind.

Fig. 14 zeigt eine gegenüber Fig. 10 abgeänderte Schaltung, die gestattet, einen an die Eingangsklemme 160 gelegten negativen Speicher impuls wiederholt ohne Amplitudenverlust abzulesen. Die Kristalle io« und io⁶ sind, wie in Fig. 10, mit Erde verbunden. Die Dioden sind in den beiden Fällen entgegengesetzt gepolt. Die Elektrode 12 des Kristalls io^a ist über den Widerstand 25 an die Elektrode 11 des Kristalls io^& angeschlossen. Die Spannungsquellen 26 und 27 erlauben das Anlegen von Polarisierungs- und Verschiebungsimpulsen, und zwar von positiven Impulsen an den Kristall io^a und von negativen an den Kristall io⁶. Die Dioden 24 sind entgegengesetzt gepolt, um einem negativen Impuls an der Klemme 160 und einem positiven Impuls über den Widerstand 25 eine niedrige Impedanz zu bieten. Ebenso sind die Dioden 14 gepolt, um negativen bzw. positiven, an die Kristalle io^a und io^& gelegten Impulsen eine niedrige Impedanz gegen Erde zu bieten. Wenn der Schalter S, wie gezeichnet, geschlossen ist, ist die Ausgangsklemme 165 und die Elektrode 12 des Kristalls io^ö über den Widerstand 28 mit der Eingangsklemme 160 verbunden.

Um einen negativen Impuls (Ziffer »1«) zu speichern, wird der Schalter 6¹ geöffnet, und die ferroelektrischen Kristalle werden durch momentanes Anlegen der Quellen 26 und 27 zum Arbeiten vorbereitet, um die Kristalle io^a und io^& positiv bzw. negativ zu polarisieren. Welche Impulse bei diesem Anlegen der Quellen auch immer erzeugt werden, es entsteht keine Wirkung an der Klemme 165, da der Schalter S geöffnet ist.

Ein nunmehr an den Kristall io^a angelegter negativer Impuls liest einen negativen Impuls ab, der über den Widerstand 25 zum Kristall io^& übertragen wird. Dieser Kristall ist bereits negativ polarisiert, so daß der am Kristall io° abgelesene Impuls keine Wirkung hat. Die Ziffer ist jetzt im

Kristall ΐο^α gespeichert, der negativ polarisiert ist. Danach wird der Schalter 5" geschlossen, und es werden Verschiebungsimpulse zuerst von der Quelle 26 und dann von der Quelle 27 angelegt. Der erste Verschiebungsimpuls liest einen positiven Impuls am Kristall io^a ab, der diesen Kristall positiv polarisiert zurückläßt, wie er früher war. Dieser Ableseimpuls polarisiert über den Widerstand 25 den Kristall io⁶ positiv. Der zweite zum Kristall io⁶ kommende Verschiebungsimpuls liest dort einen negativen Impuls ab, der an der Klemme 165 erscheint und den Kristall io⁶ negativ polarisiert zurückläßt. Gleichzeitig geht der abgelesene negative Impuls zurück zur Klemme 160. Der Kristall io° war positiv polarisiert; dieser Zustand wird durch den zurückgehenden Impuls umgekehrt. Der Zustand der Schaltung ist jetzt genau so, wie er war, als die Ziffer zuerst im Kristall io^a gespeichert wurde. Offensichtlich kann sie abermals durch Wiederholung der oben beschriebenen Arbeitsfolge abgelesen werden.

Die Ziffer »1« ist somit dauernd gespeichert, zuerst im Kristall io^a, dann im Kristall io⁶, wenn die Quelle 26 allein angelegt wird. Der gespeicherte

»5 Ziffernimpuls ist negativ, wenn er sich im ersteren, positiv, wenn er sich im letzteren Kristall befindet. Er kann im ersteren bleiben, wenn weder die Quelle 26 noch 27 angelegt wird, er kann im letzteren bleiben, wenn nur die Quelle 26 angelegt wird.

Der Schalter S bleibt, abgesehen von der ersten Speicherung, geschlossen. Jede Anzahl von aufeinanderfolgenden Ableseimpulsen kann von dem im Kristall io° gespeicherten Impuls durch eine (nicht gezeichnete) Einrichtung abgeleitet werden, indem mit einer gewünschten Geschwindigkeit die nacheinander erfolgende Anlegung der Quellen 26 und 27 wiederholt wird.

Durch Umkehr aller Polaritäten können mit der Schaltung der Fig. 14 positive Impulse für die Ziffer »1« verarbeitet werden. Die Ziffer »o« wird wie bei den anderen vorher beschriebenen Schaltungen durch keinen Impuls an der Klemme 160 dargestellt.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Elektrische Impulsspeicherschaltung, insbesondere für Zählschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator in Reihe mit einem ferroelektrischen Element, welches eine anfängliche Polarisation aufweist, geschaltet ist, daß ferner parallel zu dem Kondensator ein Gleichrichter geschaltet ist, der entgegengesetzt der anfänglichen Polarisation des ferroelektrischen Elements gepolt ist, und daß schließlich an das ferroelektrische Element und den Kondensator eine Quelle für Spannungsimpulse von gewählter Dauer und mit einer Polarität, die _ der anfänglichen Polarisation des Elements entgegengesetzt ist, angeschlossen ist, um die . anfängliche Polarisation des Elements umzukehren.
2. 2. Elektrische Impulsspeicherschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Element außerdem eine zweite Quelle für Spannungsimpulse von der gewählten Dauer, aber mit der gleichen Polarität wie die anfängliche Polarisation des ferroelektrischen Elements angeschlossen ist, um dessen anfängliehe Polarisation in vorbestimmten Zeitintervallen wiederherzustellen, nachdem von der Quelle für Impulse mit einer der anfänglichen Polarisation entgegengesetzten Polarität ein Impuls an das Element angelegt war.
3. 3. Elektrische Impulsspeicherschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ferroelektrische Element aus einer Bariumtitanatplatte besteht, die

   - Elektrodemiberzüge aufweist, welche an den beiden gegenüberliegenden Oberflächen der Bariumtitanatplatte befestigt sind.
4. 4. Elektrische Impulsspeicherschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bariumtitanatplatte und die Elektrodenüberzüge in ein Gehäuse eingeschlossen sind, durch das die Anschlußleitungen von den Elektrodenüberzügen hindurchgeführt sind.
5. 5. Elektrische Impulsspeicherschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Elektrodenüberzug ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes gleichrichtendes Element angeschlossen ist.
6. 6. Elektrische Impulsspeicherschaltung nach einem der Ansprüche 1 und 2 für eine Reihe binärer Impulse, dadurch gekennzeichnet, daß das ferroelektrische Material eine für alle Bariumtitanatspeicherelemente gemeinsame Platte ist, auf deren einer Oberfläche eine erste Reihe von Elektrodenüberzügen, deren Anzahl gleich der Zahl der zu speichernden binären Impulspositionen ist, der Länge nach mit Zwischenräumen befestigt ist und auf deren anderer Oberfläche eine zweite Reihe von Elektrodenüberzügen, deren Anzahl ebenfalls gleich der Zahl der binären Impulspositionen ist, mit denselben Zwischenräumen angebracht ist und bei der die einzelnen Elektrodenüberzüge der ersten und zweiten Reihe paarweise für die aufeinanderfolgenden Impulspositionen bestimmt sind und einzelne Zuführungsdrähte mit den Überzügen einer jeden Reihe verbunden sind.
7. 7. Elektrische Impulsspeicherschaltung nach Anspruch 6 zur reihenweisen Speicherung und reihenweisen Ablesung einer Folge von Spannungsimpulsen in verschiedenen binären Impulspositionen, dadurch gekennzeichnet, daß für jede binäre Impulsposition ein Paar ferroelektrischer Elemente vorgesehen ist, wobei jeweils ein Element jedes Paares anfänglich in einer Richtung polarisiert ist, während das andere Element anfänglich in der anderen Richtung polarisiert ist, daß ferner eine erste und eine zweite Verschiebungsklemme vorgesehen sind, die an die gerad- bzw. ungeradzahligen ferroelektrischen Elemente über einzelne wie das ent-

   sprechende Element gepolte Gleichrichter angeschlossen sind, daß Mittel vorgesehen sind, um an die erste Verschiebungsklemme eine Reihe von Spannungsimpulsen von gleicher Polarität wie die Impulse und gleichzeitig mit den Impulsen der Quelle von Impulsen von entgegengesetzter Polarität wie die anfängliche Polarisation des Elements anzulegen, daß Mittel vorgesehen sind, um an die zweite Verschiebungsklemme eine Reihe von Spannungsimpulsen mit entgegengesetzter Polarität wie die Impulse und eingeschaltet zwischen die aufeinanderfolgenden Impulse der Quelle von Impulsen mit entgegengesetzter Polarität wie die anfängliche Polarisation der Elemente anzulegen, und daß schließlich eine Ausgangsklemme vorgesehen ist, die an die Verbindung des letzten ferroelektrischen Elements mit dessen Reihenkondensator angeschlossen ist.
8. 8. Elektrische Impulsspeicherschaltung nach Anspruch 6 für gleichzeitiges Anlegen einer Folge von Spannungsimpulsen in verschiedenen Impulspositionen, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse an eine vielgliedrige Verzögerungsleitung angelegt werden, an deren benachbarte Glieder jedes Paar der Reihe von Elektroden des ferroelektrischen Elements angeschlossen ist, wobei ein Ausgangskreis mit einem Widerstand das letzte Glied der Verzögerungsleitung überbrückt, die Spannungsimpulse von der Verzögerungsleitung in einer gewünschten Folge an die Elementepaare gelegt werden, um deren Polarisation umzukehren, und Mittel vorgesehen sind, mit denen danach gleichzeitig an alle ferroelektrischen Elemente ein Impuls von der zweiten Quelle gelegt wird, um die anfängliche Polarisation der Elemente wiederherzustellen.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

   © 9579 12.54