DE1083579B - Logisches Schaltelement - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft logische Schaltelemente, die z. B. in Rechenmaschinen verwendet werden, und bezieht sich insbesondere auf ein neuartiges auf Signale ansprechendes Element, das sowohl einen Ausgang für direkte als auch komplementäre Impulse aufweist.

Bei Rechenmaschinen, z. B. bei solchen, die mit Binärstellen arbeiten, ist es oft erforderlich, in Abhängigkeit von Eingangssignalen direkte und komplementäre Ausgangssignale zu erhalten. Unter einem direkten Ausgangssigna! wird dabei ein solches verstanden, das nur in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Signals am Eingang auftritt, während ein komplementäres Ausgangs signal ein Signal ist, das nur bei Abwesenheit eines Eingangssignals auftritt. Bisher sind derartige Ausgangssignale mit verhältnismäßig komplizierten Schaltungen erzeugt worden, und im allgemeinen sind mehrere logische Schaltelemente erforderlich gewesen, um die jeweils gewünschte Form von Ausgangssignalen zu erhalten.

So ist es z. B. bekannt, einen Transformator mit mehreren Wicklungen zu benutzen und in einer der Wicklungen Ströme zu induzieren bzw. den Stromdurchgang durch eine Wicklung zu sperren. Die bekannten Anordnungen ergeben jedoch keine Möglichkeit, die gewünschten Funktionen unter Verwendung eines einzigen Transformators zu erreichen.

Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten bei Verwendung eines Transformators mit mehreren Wicklungen, von denen die eine einerseits an eine Quelle von regelmäßig wiederkehrenden Erregerimpulsen angeschlossen ist, dadurch behoben, daß eine Ausgangsklemme an das andere Ende dieser Wicklung angeschlossen ist, daß eine Einrichtung zum Kurzschließen einer Reihenschaltung der zweiten Wicklung in Abhängigkeit von einem Eingangssignal vorgesehen ist, die eine hohe Impedanz in dem Reihenkreis der zweiten Wicklung beim Fehlen eines Eingangssignals hervorruft, und daß eine dritte Wicklung mit einer weiteren Aüsgängsklemme verbunden ist, wodurch in Abhängigkeit von Eingangssignalen die Ausgangsimpulse nur an der ersten Ausgangsklemme auftreten, während in Abwesenheit von Eingangssignalen die Ausgangsimpulse nur ander zweiten Ausgangsklemme auftreten.

Das logische Schaltelement ist in der Lage, sowohl ein direktes als auch ein komplementäres Ausgangssignal mit einem einzigen Transformator zu liefern.

Vorzugsweise ist eine Klemmschaltung mit der ersten Ausgangsklemme verbunden, die diese Ausgangsklemme auf einem vorbestimmten Potential hält, wenn die Impedanz der ersten Wicklung den hohen Wert hat. Die Klemmschaltung enthält z. B. eine Gleichstromquelle und einen Gleichrichter, der mit dem anderen Ende der ersten Wicklung verbunden ist.

Logisches Schaltelement

Anmelder:

Sperry Rand Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v.. Amerika vom 18. August 1955

Robert Dutilh Torrey, Philadelphia, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Die Klemmschaltung ist wirksam, wenn die erste Wicklung den hohen Impedanzwert aufweist, und wird abgeschaltet, wenn die erste Wicklung die Kurzschlußimpedanz aufweist.

Die Impulsquelle liefert vorzugsweise regelmäßig auftretende, ins Positive und ins Negative gehende Potentialschwankungen und ist mit dem einen Ende der ersten Wicklung über einen Gleichrichter verbunden.

Die Einrichtung zum Kurzschließen weist vorzugsweise ein normalerweise nichtleitendes Element auf, das in Reihe mit der zweiten Wicklung des Transformators liegt und in Abhängigkeit von einem Eingangssignal leitend gemacht wird, um den Transformator wirksam kurzzuschließen. Zweckmäßig enthält das normalerweise nichtleitende Element einen Transistor, an den eine Signalquelle angeschlossen ist, die den Leitfähigkeitszustand des Transformators wahlweise verhindert.

Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung soll der Ausdruck »Transformator« ein Gerät bezeichnen, bei dem mehrere Wicklungen miteinander derart induktiv gekoppelt sind, daß ein der einen Wicklung aufgedrücktes Eingangssignal wahlweise an einer anderen Wicklung abgenommen werden kann. Ein derartig definiertes Gerät schließt auch verschiedene Arten von magnetischen Verstärkern und anderen magnetischen Anordnungen ein, die durch den allgemeinen Ausdruck »Transformator« mitumfaßt werden sollen.

009 530/279

Beim Betrieb sind die erwähnten drei Wicklungen so angeordnet, daß die Eingangssignale wahlweise der einen Wicklung zugeführt und die Ausgangssignale wahlweise von einer der beiden anderen Wicklungen entnommen werden können. Eine Erregerquelle oder eine Quelle von Leistungsimpulsen nach Art eines Taktgebers ist mit dem einen Ende, z. B. der zweiten Wicklung, verbunden, wobei direkte Ausgangssignale wahlweise an dem anderen Ende der Sekundärwicklung und komplementäre Ausgangssignale wahlweise an der dritten Wicklung-abgenommen werden können. Die Eingangssignale, die der ersten Wicklung zugeführt werden, bewirken, daß die erste Wicklung entweder eine extrem niedrige oder eine verhältnismäßig hohe Impedanz hat, und diese Änderung der Impedanz kann z. B. dadurch hervorgerufen werden, daß ein Transistor, der an die erste Wicklung angeschlossen ist, in seiner Leitfähigkeit unter der Steuerwirkung eines Eingangssignals verändert wird. Wenn die erste Wicklung den niedrigen Impedanzwert aufweist, wird diese niedrige Impedanz auf die zweite Wicklung übertragen, so daß die Leistungsimpulse in einen direkten Ausgangskreis gelangen, der mit dem anderen Ende der zweiten Wicklung verbunden ist. Wenn andererseits die erste Wicklung ihren relativ hohen Impedanzwert aufweist, wird das Potential der Leistungsimpulse im wesentlichen vollständig an der ersten Wicklung entstehen, so daß durch die Transformatorwirkung komplementäre Ausgängssignale an der dritten Wicklung erzeugt werden.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie Vorteile, Einzelheiten des Aufbaus und der Betrieb des Erfindungsgegenstandes gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, in der auf die Zeichnung Bezug genommen wird.

Fig. 1 ist ein Schaltbild' einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der ein Transistor mit geerdetem Emitter im Eingangskreis benutzt wird, und

Fig. 2 ist eine Schaltung einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der ein Transistor mit geerdeter Basis im Eingangskreis benutzt wird.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das logische Schaltelement gemäß der-Erfindung, welches eine Leistungsverstärkung ergibt und sowohl direkte als auch korn- plementäre Ausgangssignale liefert, einen Transformator !T₁ mit drei Spulen 10, 11 und 12 enthält, die miteinander induktiv gekoppelt sind, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist. Das eine Ende der Wicklung 10 ist geerdet, während das andere Ende der Wicklung 10 gegebenenfalls über einen Gleichrichter D₁ an den Kollektor eines Transistors 14 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 14 ist geerdet, während die Basis des Transistors 14 mit einem Eingangspunkt 15 verbunden ist, dem selektiv negativ verlaufende Signale nach Art des Impulses 16 zugeführt werden.

Das eine Ende der Transformatorwicklung 11 ist über einen Gleichrichter D₂, der die dargestellte Polarität hat, mit einer Quelle 17 von Zeitimpulsen verbunden, die regelmäßig wiederkehrende positive und negative Ausschläge aufweisen. Das untere Ende der Transformatorwicklung 11 kann mit einer direkten Ausgangsleitung 18 verbunden sein, wobei die Ausgangsleitung 18 gegebenenfalls durch einen Gleichrichter D₃ auf Erdpotential gehalten wird, der mit einer Quelle 19 eines konstanten Stromes zusammenarbeitet, die an das untere Ende der Wicklung 11 angeschlossen ist. Das eine Ende der Transformatorwicklung 12 ist ebenfalls geerdet, während das andere Ende der Transformatorwicklung- 12 über einen Gleichrichter D₄ mit einer komplementären Ausgangsleitung am Punkt 20 in Verbindung steht.

Beim Betrieb wird der Gleichrichter D₂ während jeder ins Positive gehenden Halbwelle der Zeitimpulsquelle 17 abgeschaltet und während jeder ins Negative gehenden Halbwelle der Zeitimpulse 17 wahlweise eingeschaltet, so daß der Strom die Transformatorwicklung 11 in Abhängigkeit vom Anlegen derartiger ins Negative gehender Zeitimpulse durchfließt. Wenn die Transformatorwicklung 11 eine verhältnismäßig hohe Impedanz hat, wird automatisch die gesamte Spannung der ins Negative gehenden Zeitimpulse der Quelle 17 an der Transformatorwicklung 11 auftreten, so daß in der Wicklung 12 durch die Transformatorwicklung eine Spannung induziert wird und ein Ausgangssignal am Punkt 20 entsteht. Wenn andererseits die Wicklung 11 eine verhältnismäßig niedrige Impedanz haben sollte, dann bewirkt der angelegte, ins Negative gehende Zeitimpuls ein Ausgangssignal am Ausgangspunkt 18.

Diese Wirkungsweise wird ohne weiteres klar, wenn man die tatsächliche Wirkung eines an der Klemme 15 aufgedrückten Eingangssignals betrachtet. Es sei zunächst angenommen, daß kein ins Negative gehendes Signal 16 der Klemme 15 zugeführt worden ist. Unter diesen Umständen ist der Transistor 14 nichtleitend, so daß der Kollektor 13 des Transistors 14 einem offenen Kreis gleichwertig ist. Die Wicklung 10, die über den Gleichrichter D₁ an den Kollektor 13 angeschlossen ist, befindet sich daher in einem offenen Kreis; ein zugeführter, ins Negative gehender Zeitimpuls der Stromquelle 17 erzeugt ein Potential an der verhältnismäßig hohen Impedanz der Transformatorwicklung 11, so daß ein Ausgangssignal an der Klemme 20 infolge der bekannten Transformatorwirkung auftritt. Da der Klemme 15 kein Eingangssignal zugeführt worden ist und trotzdem ein Ausgangssignal an der Klemme 20 bei jedem ins Negative gehenden Zeitimpuls auftritt, liefert der Ausgang der Klemme 20 ein komplementäres Ausgangssignal. Der Gleichrichter D₁ dient dazu, den Transistor 14 von dem Transformator T₁ abzuschalten, während der Transformator in die Ausgangslage zurückkehrt.

Für den Zustand des Eingangskreises ohne Signal hält die Gleichstromquelle 19 in Verbindung mit dem Klemmgleichrichter D₃ die Klemme 18 im wesentlichen auf Erdpotential, so daß kein Ausgangssignal an der Klemme 18 auftritt. Da der Klemme 15 kein Eingangssignal zugeführt worden ist, bewirkt das Fehlen eines Ausgangssignals an der Klemme 18 in Wirklichkeit ein direktes Ausgangssignal, d. h. ein solches, welches dem Eingangssignal entspricht.

Wenn ein negativ verlaufendes Signal der Klemme 15 zugeführt wird, dann wird derTransistor 14 besser leitend und infolgedessen ein Kurzschluß der Wicklung 10 des Transformators T₁ bewirkt. Dieser Kurzschluß der Wicklung 10 schließt den ganzen Transformator T₁ praktisch kurz, so daß die Wicklung 11 eine sehr kleine Impedanz aufweist. Ein ins Negative gehender Zeitimpuls der Impulsquelle 17 schaltet unter diesen Kurzschlußbedingungen den Klemmgleichrichter D₃ von dem Ausgangspunkt 18 ab, so daß ein Ausgangsimpuls an der Klemme 18 auftritt. Aus demselben Grund und infolge des Kurzschlusses des Transformators T₁ tritt kein Ausgangsimpuls an der Klemme 20 auf. Es tritt daher wiederum in Abhängigkeit von einem Eingangssignal ein komplementäres Ausgangssignal (kein Impuls) an der Klemme 20 auf, während ein direktes Ausgangssignal (ein Impuls)

an der Klemme 18 auftritt. Die einfache Anordnung des Transformators T₁ in Verbindung mit der Zeitimpulsquelle 17 und dem Transistor 14 ermöglicht es daher, sowohl direkte als auch komplementäre Ausgangssignale mit Leistungsverstärkung zu erhalten.

Die in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Schaltung enthält eine geerdete Emitterleitung für den Eingangstransistor 14. Sowohl eine geerdete Basisschaltung oder eine Schaltung mit geerdetem Kollektor kann ebenfalls verwendet werden; das in Fig. 2 dargestellte Beispiel zeigt eine Schaltung mit geerdeter Basis. Aus Fig. 2 geht hervor, daß das logische Schaltelement gemäß der Erfindung wieder einen Transformator T₂ mit drei Wicklungen 21, 22, 23 aufweisen kann, die induktiv miteinander gekoppelt sind. Die Wicklung 21 ist wieder an einem ihrer Enden geerdet und ist über einen Gleichrichter D₅ mit dem Kollektor eines Transistors 24 verbunden, dessen Basis geerdet ist und dessen Emitter mit einer Eingangsklemme 25 verbunden ist. Die Wicklung 22 ist an einem Ende ao über einen Gleichrichter D₆ mit einer Zeitimpulsquelle 26 verbunden und steht am anderen Ende mit einem Ausgang 27 für direkte Signale in Verbindung, der wahlweise durch einen Klemmgleichrichter D₇ und eine Gleichstromquelle 28 auf Erdpotential gehalten wird. Die Transformatorwicklung 23 ist in ähnlicher Weise an einem Ende mit Erde verbunden und am anderen Ende über einen Gleichrichter D₈ an einen Ausgangspunkt 29 für Komplementärsignale angeschlossen.

Es sei bemerkt, daß durch die in Fig. 2 dargestellte besondere Schaltung diese auf ins Positive gehende Eingangssignale anspricht, die der Klemme 25 zugeführt werden und nicht auf ins Negative gehende Eingangssignale an der Klemme 15 wie beim Beispiel der Fig. 1. Die verschiedenen Überlegungen bezüglich der Polarität, die in Verbindung mit Fig. 1 angestellt wurden, müssen bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 so abgeändert werden, daß sie dem Eingangssignal entgegengesetzter Polarität entsprechen. Der Gleichrichter D₆ hat entgegengesetzte Polarität wie der Gleichrichter D₂, so daß die Schaltung wahlweise auf positiv verlaufende Zeitimpulse anspricht, die der Klemme 26 zugeführt werden und nicht auf ins Negative gehende Zeitimpulse wie Fig. 1. In ähnlicher *5 Weise ist die negative Klemme der Gleichstromquelle 28 an die Ausgangsklemme 27 und an die Kathode des Klemmgleichrichters D₇ angeschlossen und nicht an die Verbindungen umgekehrter Polarität der Gleichspannungsquelle 19 und des Klemmgleichrichters D₃, die im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnt wurden.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 ist im wesentlichen die gleiche wie die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene. In Abwesenheit eines ins Positive gehenden. Eingangssignals an der Klemme 25 ist der Transistor 24 nichtleitend, wodurch die Transformatorwicklung 21 abgeschaltet ist. Die ins Positive gehenden Zeitimpulse der Quelle 26 erzeugen daher Spannungen an der Wicklung 22, die mit der Wicklung 23 transformatorisch gekoppelt sind, so daß komplementäre Ausgangssignale an der Klemme 29 entstehen, während die Klemme 27 der direkten Ausgangssignale durch die Wirkung der Gleichstromquelle 28 und des Gleichrichters D₇ auf Erdpotential festgehalten werden. In Abhängigkeit von einem ins Positive gehenden Eingangsimpuls an der Klemme 25 wird jedoch der Transistor 24 leitend gemacht, so daß er den Transformator T₂ wirksam kurzschließt. Durch diesen Kurzschluß erzeugt ein ins Positive gehender Zeitimpuls der Quelle 26 keinen Ausgangsimpuls an dem Punkt 29 der komplementären Ausgangssignale, sondern schaltet den Klemmgleichrichter D₇ ab, so daß an der Klemme 27 ein direktes Ausgangssignal geliefert wird.

Bei dem speziellen beschriebenen Ausführungsbeispiel sind p-n-p-Transistoren zur Steuerung verwendet worden. Es sei bemerkt, daß auch n-p-n-Transistoren in ähnlicher Weise verwendet werden können und daß außerdem sowohl Flächen- als auch Spitzentransistoren gemäß der Erfindung benutzt werden können. Es sei ferner bemerkt, daß zwar bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung Transistoren verwendet wurden, die normalerweise nichtleitend sind und die in Abhängigkeit von einem Eingangssignal leitend gemacht werden, um den verwendeten Transformator wirksam kurzzuschließen, daß jedoch auch die umgekehrte Betriebsart möglich ist. Der verwendete Transistor kann daher auch normalerweise leitend sein, und ein aufgedrücktes Eingangssignal kann verwendet werden, um den Transistor zu sperren. Bei dieser anderen Betriebsart wird die Lage der Ausgangsklemmen für die direkten und die komplementären Signale in Fig. 1 und 2 vertauscht. Außerdem können an Stelle der verwendeten Transistoren andere Arten von Steuerelementen oder Schaltelementen verwendet werden, um die Transformatoren wahlweise kurzzuschließen.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Logisches Schaltelement mit einem Transformator mit mehreren Wicklungen, von denen die eine einerseits an eine Quelle von regelmäßig wiederkehrenden Erregerimpulsen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangsklemme (18) an das andere Ende dieser Wicklung (11) angeschlossen ist, daß eine Einrichtung (14) zum Kurzschließen einer Reihenschaltung der zweiten Wicklung (10) in Abhängigkeit von einem Eingangssignal (16) vorgesehen ist, die eine hohe Impedanz in dem Reihenkreis der zweiten Wicklung beim Fehlen eines Eingangssignals hervorruft, und daß eine dritte Wicklung (12) mit einer weiteren Ausgangsklemme (20) verbunden ist, wodurch in Abhängigkeit von Eingangssignalen die Ausgangsimpulse nur an der ersten Ausgangsklemme (18) auftreten, während in Abwesenheit von Eingangssignalen die Ausgangsimpulse nur an der zweiten Ausgangsklemme (20) auftreten.

2. Logisches Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemmschaltung (19,D₃) mit der ersten Ausgangsklemme verbunden ist, die diese Klemme auf einem vorbestimmten Potential hält, wenn die Impedanz der ersten Wicklung den hohen Wert hat.

3. Logisches Schaltelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung eine Gleichstromquelle (19) und einen Gleichrichter (D₃) enthält, der mit dem anderen Ende der ersten Wicklung verbunden ist.

4. Logisches Schaltelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung wirksam ist, wenn die erste Wicklung den hohen Impedanzwert aufweist, und abgeschaltet wird, wenn die erste Wicklung die Kurzschluß impedanz aufweist.

5. Logisches Schaltelement nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsquelle regelmäßig auftretende, ins Positive und ins Negative gehende Potentialschwankungen liefert

und mit dem einen Ende der ersten Wicklung über einen Gleichrichter (.D₂) verbunden ist.

6. Logisches Schaltelement nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Kurzschließen ein normalerweise nichtleitendes Element aufweist, das in Reihe mit der zweiten Wicklung des Transformators liegt und in Abhängigkeit von einem Eingangssignal leitend gemacht wird, um den Transformator wirksam kurzzuschließen.

7. Logisches Schaltelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das normalerweise nichtleitende Element einen Transistor enthält und daß eine Signalquelle an den Transistor angeschlossen ist, um wahlweise den Leitfähigkeitszustand des Transistors zu verändern.

8. Logisches Schaltelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Transistors mit dem einen Ende der zweiten. Wicklung über einen Gleichrichter (D₁) verbunden ist.

9. Logisches Schaltelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Transistors und das andere Ende der zweiten Wicklung geerdet sind.

10. Logisches Schaltelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Transistors und das andere Ende der zweiten Wicklung geerdet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Proc. of the I. R. Ε.«, Mai 1955, S. 570 bis 583, insbesondere S. 577, 578.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

t 009 530/279 6.60