DE1512752B2 - Digital und analog arbeitende verknuepfungsschaltung - Google Patents

Description

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Neuron aktiviert und erzeugt Ausgangsimpulse. Die strom und längs der Ordinate die Ausgangsspannung Frequenz und/oder Amplitude der Ausgangsimpulse einer digital und analog arbeitenden Verknüpfungshängt von der Amplitude des effektiven Erregungs- schaltung gemäß der Erfindung dargestellt. Die Kenneingangssignals ab und steigt mit zunehmender Am- linie 10 hat für unterhalb eines Schwellwertes /« plitude des effektiven Erregungseingangssignals bis 5 liegende niedrige Werte des Eingangsstroms einen zu einem Sättigungswert an, von wo ab sie auch bei Bereich 12, in dem die Ausgangsspannung praktisch weiter zunehmendem Eingangssignal nicht mehr wei- Null ist. Am Schwellwert /_θ hat die Kennlinie eine ter ansteigt. digitale Spannungsstufe 13, bei der die Ausgangs-

Daß die biologischen Neuronen mit Impulsen und spannung abrupt auf einen Wert V₁ ansteigt. Dieses nicht mit Gleichstromsignalen arbeiten, hat seinen xo Verhalten kann als digital bezeichnet werden, da der Grund vermutlich in den sehr hohen Widerständen Wert des Ausgangssignals für ein unter dem Schwellder die Verbindung zwischen den Neuronen herstel- wert liegendes Eingangssignal den Wert Null und für !enden Nerven. Dieses Problem tritt jedoch bei der ein Eingangssignal des Schwellwertes einen von Null elektrischen Nachbildung eines biologischen Nerven- wesentlich verschiedenen Wert hat. Durch dieses systems nicht auf, und man kann daher auf die Er- 15 digitale Verhalten wird die Gefahr verringert, daß die zeugung von Impulsen verzichten, was zu einer Verknüpfungsschaltung durch Störsignale oder Signalerheblichen Verringerung des schaltungstechnischen Schwankungen fälschlich ausgelöst wird, und es wird Aufwandes führt. Dementsprechend kann auch auf dadurch die Eigenschaft biologischer Neuronen, undie Impulsintegration im Eingangskreis verzichtet beachtliche Reize zu ignorieren, nachgebildet,
werden. ao Wenn der Eingangsstrom vom Schwellwert aus

Die prinzipiellen Eigenschaften eines biologischen weiter ansteigt, durchläuft die Kennlinie 10 einen Neurons, nämlich praktische Unempfindlichkeit gegen Bereich 14, in dem die Ausgangsspannung stetig andie Eingangssignale bis zu einem bestimmten Schwell- steigt/Dieser Bereich kann als Analogbereich bewert, anschließend sprunghafter Anstieg des Aus- zeichnet werden, da jedem Eingangsstromwert ein gangssignals auf einen von Null nennenswert ver- as entsprechender Ausgangsspannungswert zugeordnet schiedenen Wert und schließlich das stetige Ansteigen ist. In F i g. 1 ist im Bereich 14 ein linearer Anstieg des Ausgangssignals auf den Sättigungswert sollen der Ausgangsspannung dargestellt, da die unten bejedoch erhalten bleiben, da sie für technische Anwen- schriebenen Ausführungsbeispiele jeweils einen linear düngen eine Reihe von Vorteilen mit sich bringen. arbeitenden Verstärker enthalten, der Anstieg, der

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend 30 Ausgangsspannung im Analogbereich könnte aber

die Aufgabe zugrunde, eine digital und analog arbei- auch logarithmisch sein.

tende Verknüpfungsschaltung mit dem eingangs an- Die Ausgangsspannung steigt im Kennlinienbereich gegebenen Verhalten anzugeben, die sich durch einen 14 bis zu einem Sättigungswert V₂ an und bleibt dann einfachen Aufbau und eine hohe Betriebssicherheit im Bereich 16 auch bei weiter ansteigendem Einauszeichnet. :■;'·■■ 35 gangsstrom praktisch konstant auf dem Sättigungs-

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch wert. Die Kennlinie 10 entspricht also in ihren

eine Verknüpfungsschaltung der eingangs genannten wesentlichen Eigenschaften der eines biologischen

Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Neurons.

Operationsverstärker so geschaltet und vorgespannt Fi g. 2 zeigt das Schaltschema einer Ausführungsist, daß er das effektive Eingangssignal erst bei Errei- 40 form einer Verknüpfungsschaltung mit der Ubertrachen des Schwellwertes mit hohem Verstärkungsgrad gungskennlinie nach Fig. 1. Die Verknüpfungszu verstärken beginnt und sich bei einem vorgegebe- schaltung 20 enthält zwei gepaarte Transistoren 22, nen Wert des Ausgangssignals sättigt und daß 24. Die Transistoren 22 und 24 sind in diesem Falle die Gegenkopplungsschaltung ein Bauelement mit pnp-Transistoren mit Emitter 26 bzw. 28, Kollektor Schwellwertverhalten enthält, das die Gegenkopplung 45 30 bzw. 32 und Basis 34 bzw. 36 und liegen in einer erst wirksam werden läßt, wenn das Ausgangssignal Schaltungsanordnung 25. Die Emitter 26 und 28 sind des Verstärkers den Zwischenwert erreicht und dann jeweils über einen Widerstand 38 bzw. 40 mit einem den Verstärkungsgrad derart herabsetzt, daß sich die Verbindungspunkt 41 verbunden. Die Kollektoren 30 stetige Funktion zwischen dem stufenartigen Anstieg und 32 sind jeweils über einen Widerstand 42 bzw. und der Sättigung ergibt. 5° 44 mit einem Verbindungspunkt 46 verbunden, der

Eine solche Schaltungsanordnung hat alle vorteil- seinerseits über einen Widerstand 48 an einen Be-

haften Eigenschaften eines biologischen Neurons, zugspotentialpunkt (Masse) der Schaltungsanordnung

läßt sich mit einfachen Mitteln aufbauen und zeichnet 25 angeschlossen ist. Die Basen 34 und 36 sind an

sich durch eine hohe Betriebssicherheit und Stabilität, einem Verbindungspunkt 51, der mit Masse verbun-

auch im Temperaturverhalten, aus. 55 den ist, zusammengeschaltet. Die Transistoren 22

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- und 24 arbeiten somit in Basisschaltung. Der Verbindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.' dungspunkt51 ist ferner über einen Widerstand 52

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Er- und ein Diodenpaar 54, 56 mit dem Verbindungs-

findung an Hand der Zeichnung näher erläutert, es punkt 46 gekoppelt. Die gleichsinnig gepolten Dioden

zeigt 60 54 und 56 leiten in der Durchlaßrichtung den Strom

F i g. 1 die Eingangsstrom-Ausgangsspannungs- vom Verbindungspunkt 46 zum Verbindungspunkt

Kennlinie einer Verknüpfungsschaltung gemäß der 51. Zwischen der Kathode der Diode 54 und dem

Erfindung, Widerstand 52 befindet sich ein Verbindungspunkt 53.

Fig. 2 und 3 Schaltbilder zweier Ausführungs- Die Schaltungsanordnung25 enthält ein Netzwerk beispiele von Verknüpfungsschaltungen gemäß der 65 zum algebraischen Summieren von zugeführten ErErfindung mit der in Fig. 1 dargestellten Übertra- regungs- und Sperrsignalen. Die Erregungssignale gungskennlinie. . . gelangen über Eingangsklemmen 57_P 57₂ bis 57„ und

In Fig. 1 ist längs der Abszisse der Eingangs- über entsprechende Widerstände 59,, 59₂ bis 59„ zum

Emitter 26 des Transistors 22. Die Parallelwiderstände 59, bis 59„ bilden ein Widerstandsnetzwerk 60, das die den Eingangsklemmen zugeleiteten Erjegungssignale linear addiert. Die Sperrsignale gelangen zu Eingangsklemmen 62_1? 62₂ bis 62„ und über entsprechende Widerstände 64_t, 64₂ bis 64_n zum Emitter 28 des Transistors 24. Die Parallelwiderstände 62j bis 62„ bilden ein Widerstandsnetzwerk 66, das die zu den Eingangsklemmen 6I₁ bis 62„ gelangenden inhibitorischen Eingangssignale summiert. Die Schaltungsanordnung 25 erhält ihre Betriebsvorspannung dadurch, daß der Verbindungspunkt 41 an eine positive Spannungsquelle -f V₁ und der Verbindungspunkt 53 an eine negative Spannungsquelle — V₂ angeschaltet ist. Der Widerstand 40 ist aus unten erläuterten Gründen kleiner bemessen als der Widerstand 38.
Die Schaltung 25 ist an einen Funktionsverstärker

68 angekoppelt, um die Spannungsstufe 13 der Übertragungskennlinie nach F i g. 1 zu erzeugen. Der Funktionsverstärker 68 hat einen invertierenden Eingang (7) 69 und einen nicht invertierenden Eingang (NI) 70. Ein solcher Verstärker hat ohne Gegenkopplung einen hohen Verstärkungsgrad. Im Funktionsverstärker 68 wird ein dem invertierenden Eingang

69 zugeführtes Eingangssignal in seiner Polarität um- «5 gekehrt, dagegen ein dem nicht invertierenden Eingang 70 zugeführtes Eingangssignal mit der ursprünglichen Polarität übertragen. Das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers 68 gelangt zur Basis 72 eines als Emitterfolger geschalteten Transistors 74. Der Kollektor 76 des Transistors 74 ist direkt an die positive Spannungsquelle + V₁ angeschlossen, während sein Emitter 78 über eine Temperaturkompensationsdiode 80 und einen Widerstand 82 an Masse liegt. Der Emitter 78 ist an die Anode der Diode 80 angeschlossen, während deren Kathode mit einer Ausgangsklemme 84 für die Verknüpfungsschaltung 20 verbunden ist.

Der Emitter 78 des Ausgangstransistors 74 ist ferner über ein Rückkopplungsnetzwerk 90 mit dem Transistor 24 der Schaltungsanordnung 25 gekoppelt. Das Rückkopplungsnetzwerk 90 enthält einen nichtlinearen Widerstand mit einem Schwellwert, z. B. eine Diode 92. In Reihe mit dieser Diode 92 liegt ein Widerstand 94. Die Diode 92 ist mit ihrer Anode an den Emitter 78 des Ausgangstransistors 74 angeschlossen.

Die Verknüpfungsschaltung, ohne die Vorspannungsquelle V₁ und V₂, kann aus einer integrierten Schaltung bestehen. Man kann sogar eine ganze An-Ordnung von solchen Schaltungen auf einer einzigen Platte aus Halbleitermaterial anbringen und so untereinander verbinden,. daß verschiedene Verknüpfungen, die von einem gegebenen System verlangt werden, bewirkt werden. Außerdem kann man die Verknüpfungsschaltung auch mit diskreten Bauelementen aufbauen.

Im Betrieb liefert die Verknüpfungsschaltung eine Übertragungscharakteristik von der in F i g. 1 wiedergegebenen Art, wobei sie den zusätzlichen Vorteil hat, daß sie unempfindlich gegen Schwankungen der Umgebungstemperatur ist. Im Ruhezustand wird auf Grund der Tatsache, daß der Widerstand 40 kleiner ist als der Widerstand 38, ein größerer Stromanteil aus der Betriebsspannungsquelle durch den »Sperr«- Transistor 24 als durch den »Erregungs«-Transistor 22 der Schaltung 25 geleitet. Das Ausgangssignal des Transistors 24 gelangt; zum invertierenden Eingang 69 des Funktionsverstärkers 68. Der Funktionsverstärker 68 liefert an den Ausgangstransistor 74 ein negatives Signal, das diesen Transistor in den gesperrten Zustand vorspannt. Es erscheint folglich am Ausgang 84 kein Ausgangssignal. Die Verknüpfungsschaltung erzeugt also für niedrige Werte der Erregungssignale 20 kein Ausgangssignal, so daß auf diese Weise der Anfangsbereich 12 der Kennlinie nach F i g. 1 entsteht. Wenn die Erregungssignale den Pegel der inhibitorischen Signale übersteigen, liefert der Erregungs-Transistor 22 mehr Strom an den nicht invertierenden Eingang 70 des Funktionsverstärkers 68, als der Sperr-Transistor 24. an den invertierenden Eingang 69 dieses Verstärkers liefert. Dadurch wird der Ausgangstransistor 74 in Flußrichtung vorgespannt. Auf Grund des hohen Verstärkungsgrades des Funktionsverstärkers 68 erscheint im Ausgangssignal der digitale Stufenanstieg 13 der Kennlinie nach Fig. 1. Eine Rückkopplung findet so lange nicht statt, bis das Ausgangssignal des Transistors 74 den Schwellwert der Diode 92 übersteigt. Wenn durch das Ausgangssignal die Diode 92 in ihren niederohmigen Arbeitsbereich gesteuert wird, gelangt über die Diode 92 ein Gegenkopplungssignal zum Transistor 24. Durch diese Gegenkopplung wird der Gesamtverstärkungsgrad der Verknüpfungsschaltung 20 verringert; der im wesentlichen linear ansteigende Teil 14 der Ubertragungskennlinie 10 nach F i g. 1 erzeugt. Im Verlauf des weiteren Anstiegs der Erregungssignale sättigt sich die Verknüpfungsschaltung 20 schließlich, so daß der im wesentlichen konstante Teil 16 der Kennlinie 10 entsteht.

Die Verknüpfungsschaltung 20 bildet nicht nur effektiv die wesentlichen Funktionen eines biologischen Neurons nach, sondern zeigt auch wünschenswerte elektrische Eigenschaften. Durch die Gegenkopplung im analogen Arbeitsbereich erfolgt eine Temperaturstabilisierung. Ferner hat die Verknüpfungsschaltung 20 wegen der Basisschaltung der Eingangstransistoren 22 und 24. einen niedrigen Eingangswiderstand. Dies ermöglicht eine lineare Summierung der Eingangssignale durch die Eingangswiderstandsnetzwerke.

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform einer Verknüpfungsschaltung 100, die ebenfalls eine Übertragungskennlinie gemäß Fig. 1 hat. Die Verknüpfungsschaltung 100 enthält einen ersten Funktionsverstärker 102 der bereits beschriebenen Art mit einem invertierenden Eingang (Z) 104 und einem nicht invertierenden Eingang (NI) 106. Der Eingang 106 ist über einen Widerstand 108 geerdet, während der Eingang 102 den Summierungseingang der Verknüpfungsschaltung bildet. Mit dem invertierenden Eingang 104 des Funktionsverstärkers 102 ist eine Anzahl von Eingangsklemmen HO₁, HO₂ bis HO_n über entsprechende Parallelwiderstände 112_X, 112₂ bis 112,, gekoppelt. Dem invertierenden Eingang 104 des Verstärkers 102 wird zusätzlich von einer negativen Spannungsquelle — F₃ über einen Widerstand 114 eine negative Vorspannung zugeführt. Die Ausgangsklemme 116 des Verstärkers 102 bildet einen Sperrsignalausgang der Verknüpfungsschaltung 100.

Die Ausgangsklemme 116 ist über einen Gegenkopplungszweig mit der Reihenschaltung zweier Widerstände 118 und 120 mit dem invertierenden Eingang 104 des Verstärkers 102 gekoppelt. Der Verbindungspunkt 122 der Widerstände 118 und 120 ist über eine in der Durchlaßrichtung gepolte Diode 124

mit einem zweiten Verbindungspunkt 126 gekoppelt. Eine zwischen Masse und den Verbindungspunkt 126 gekoppelte, in Durchlaßrichtung gepolte zweite Diode 127 hält den Verbindungspunkt 126 auf einem Pegel unterhalb Nullpotential. Der Verbindungspunkt 126 ist über einen Widerstand 128 mit dem negativen Pol einer Betriebsspannungsquelle — F₃ verbunden.

Die Verknüpfungsschaltung 100 enthält außerdem eine Sättigungsschaltung 130 mit einem Transistor 132, dessen Kollektor 134 und Emitter.136 an die beiden Enden des Spannungsteilers aus den Widerständen 118 und 120 angeschlossen sind. Die Basis 138 des Transistors 132 erhält über den Anschlußpunkt 140 eines Spannungsteilers 142 eine Vorspannung. Der Spannungsteiler 142 enthält einen Widerstand 144, der zwischen Masse und den Schaltungspunkt 140 geschaltet ist, sowie die zwischen den Punkt 140 und die negative Spannungsquelle — F₃ geschaltete Reihenschaltung eines Widerstandes 146 und zweier Dioden 148 und 150. Die Dioden 148 und 150, deren Durchlaßrichtung vom Punkt 140 zur negativen Spannungsquelle — F,_t weist, dienen zur Temperaturkompensation.

Der erste Funktionsverstärker 102 ist über einen Widerstand 152 mit dem invertierenden Eingang (/) 154 eines zweiten Funktionsverstärkers 156 gekoppelt. Der nicht invertierende Eingang (NI) 158 dieses zweiten Funktionsverstärkers liegt über einen Widerstand 160 an Masse. Der Ausgang des zweiten Funktionsverstärkers 156 ist mit der Basis 162 eines als Emitterfolger geschalteten Transistors 164 verbunden. Der Kollektor 166 des Transistors 164 ist direkt mit einer positiven Spannungsquelle -f F₄ verbunden, während der Emitter 168 dieses Transistors über einen Widerstand 170 an Masse liegt. An den Emitter 168 ist eine Ausgangsklemme 172 angeschlossen, die einen Erregungssignal-Ausgang der Verknüpfungsschaltung 100 bildet. Die Ausgangsklemme 172 ist außerdem über einen Widerstand 174 auf den invertierenden Eingang 154 des Funktionsverstärkers 156 rückgekoppelt.

Im Betrieb werden den Eingangsklemmen HO₁ bis 110,, der Verknüpfungsschaltung 100 sowohl Erregungs- als auch Sperr-Eingangssignale positiver bzw. negativer Polarität zugeleitet. Durch die Eingangswiderstände 112j bis 112,, werden die Eingangssignale entgegengesetzter Polarität algebraisch addiert, derart, daß der erste Funktionsverstärker 102 ein positives Eingangssignal erhält, wenn die positiven Erregungs-Eingangssignale den Pegel der negativen Sperr-Eingangssignale sowie einen durch die Spannungsquelle — F₃ bestimmten Schwellwert übersteigen. Der Anfangsbereich 12 und damit die Schwellwertcharakteristik der Übertragungskennlinie nach F i g. 1 wird also durch negatives Vorspannen des Funktionsverstärkers 102 erzeugt. Der Funktionsverstärker 102 hat, da sein nicht "invertierender Eingang 106 geerdet ist und die Eingangssignale dem invertierenden Eingang 104 zugeleitet werden, einen niedrigen Eingangswiderstand, so daß das Widerstandsnetzwerk "I12_t bis 112,, die den Eingangsklemmen HO₁ bis 110,, zugeführten positiven und negativen Eingangssignale linear und algebraisch summiert. Wenn die positiven Erregungs-Eingangssignale die negativen Sperr-Eingangssignale und die negative Vorspannung übersteigen, erzeugt der Funktionsverstärker 102 eine negative Stufe im Ausgangssignal. Dieses Signal wird im zweiten Funktionsverstärker 156 umgekehrt, so daß die digitale Spannungsstufe 13 der Kennlinie nach F i g. 1 am Erregungssignalausgang 172 erzeugt wird. .

Über das Widerstandsnetzwerk 118 und 120 erfolgt keine Rückkopplung, da die Diode 124 durch die negative Spannungsquelle -F₃ in der Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Die Kathode der Diode 124 ist wegen des Flußstromes der zweiten Diode 127 auf einen dem Diodenspannungsabfall entsprechenden Pegel unter dem Nullpegel geklemmt. Solange die Diode 124 in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, wird das gesamte Ausgangssignal des Funktionsverstärkers 102 über diese Diode abgeleitet, so daß es nicht zum Eingang 104 gelangen kann. Wenn das negative Ausgangssignal am Sperrsignal-Ausgang' 116 des Funktionsverstärkers 102 ausreichend negativ ist, um die Diode 124 in derSperrichtung vorzuspannen, wird diese Diode gesperrt, und die negativen Ausgangssignale gelangen zurück zum invertierenden Eingang 104, des Funktionsverstärkers 102. Da das rückgekoppelte Signal negativ ist, wirkt es als'Gegenkopplung, Die Gegenkopplung erniedrigt den hohen Verstärkungsgrad des Verstärkers 102, so daß das Ausgangssignal bei weiterem Ansteigen der Erregungs-Eingangssignale analog ansteigt, entsprechend dem Bereich 14 der Kennlinie nach Fig. 1.

Wenn das Eingangssignal so weit ansteigt, daß der Funktionsverstärker 102 in die Sättigung ausgesteuert wird, wird es durch das Nebenschlußnetzwerk 130 am Funktionsverstärker 102 vorbei geleitet. Der Transistor 132 ist wegen der negativen Vorspannung seiner Basis 138 normalerweise gesperrt. Wenn jedoch der Absolutwert des Ausgangssignals des Funktionsverstärkers genügend ansteigt, wird der Sperrsignal-Ausgang 116 immer stärker negativ und folglich der Emitter 136 des Transistor 132 schließlich negativer als dessen Basis. Die Vorspannung dieses Transistors ist so bemessen, daß bei der Sättigungsspannung F₂ der Basis-Emitter-Übergang in der Durchlaßrichtung vorgespannt wird und ein niederohmiger Nebenschluß des Verstärkers 102 entsteht. Das Ausgangssignal der Schwellwertschaltung 100 bleibt daher im wesentlichen konstant, entsprechend dem Bereich 16 der Übertragungskennlinie 10 nach Fig. 1. ,

Das Nebenschlußnetzwerk mit dem Transistor 132 soll verhindern, daß der Verstärker 102 bei Sättigung einen hohen Widerstand aufweist. Man kann daher die Funktion des Transistors 132 auch durch anderweitige Bauelemente erreichen. Beispielsweise kann man an Stelle des Netzwerkes 130 eine Zener-Diode 180 (in Fig. 3 gestrichelt angedeutet) in solcher Polung verwenden, daß sie in der Sperrdurchbruchsrichtung vom Eingang 104 zum Ausgang 116 leitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209 640/108

Claims (5)

1 2 klemme des Verstärkers angeschlossenen WiderPatentansprüche: ständen (5P1 bis 59„) enthält, die Erregungs- und Sperr-Eingangssignale entgegengesetzter Polarität

1. Digital und analog arbeitende Verknüpfungs- algebraisch addiert.

schaltung mit Erregungs- und Sperreingängen zur 5 6. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 3, Nachbildung der Arbeitsweise eines biologischen dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungs-Neurons, bei welchem das Ausgangssignal bei eingangssignale einem ersten Transistor (22) und niedrigen Werten des effektiven Eingangssignals die Sperreingangssignale einem zweiten Transistor (Summe der Erregungseingangssignale abzüglich (24) zugeführt sind und daß die Transistoren der Summe der Sperreingangssignale, soweit diese io derart miteinander gekoppelt sind, daß bei ZuDifferenz größer oder gleich Null ist) im wesent- führung von Erregungs- und Sperrsignalen der liehen gleich Null ist, bei Erreichen eines Schwell- gleichen Polarität die letzteren von den ersteren wertes stufenartig auf einen vorgegebenen Zwi- algebraisch subtrahiert werden,
schenwert ansteigt, in einem zwischen dem

Schwellwert und einem Sättigungswert liegenden 15

mittleren Bereich des effektiven Eingangssignals >

eine stetige, monoton wachsende Funktion des Die vorliegende Erfindung betrifft eine digital und Eingangssignals ist und für über dem Sättigungs- analog arbeitende Verknüpfungsschaltung mit Erwert liegende Werte des effektivenEingangssignals regungs- und Sperreingängen zur Nachbildung der praktisch konstant bleibt, mit einem Operations- 20 Arbeitsweise eines biologischen Neurons, bei welverstärker hohen Verstärkungsgrades und einer chem das Ausgangssignal bei niedrigen Werten des die Übertragungskennlinie des Verstärkers beein- effektiven Eingangssignals (Summe der Erregungsflussenden Gegenkopplungsschaltung, dadurch eingangssignale abzüglich der Summe der Sperrgekennzeichnet, daß der Operationsver- eingangssignale, soweit diese Differenz größer oder stärker (68, 102) so geschaltet und vorgespannt 25 gleich Null ist) im wesentlichen gleich Null ist, bei ist, daß er das effektive Eingangssignal erst bei Erreichen eines Schwellwertes stufenartig auf einen Erreichen des Schwellwertes (I Θ) mit hohem Ver- vorgegebenen Zwischenwert ansteigt, in einem zwistärkungsgrad zu verstärken beginnt und sich bei sehen dem Schwellwert und einem Sättigungswert einem vorgegebenen Wert (F₂) des Ausgangs- liegenden mittleren Bereich des effektiven Eingangssignals sättigt und daß die Gegenkopplungsschal- 30 signals eine stetige, monoton wachsende Funktion tung (92, 94; 118; 120, 124) ein Bauelement (94, des Eingangssignals ist und für über dem Sättigungs- 124) mit Schweliwertverhalten enthält, das die wert liegende Werte des effektiven Eingangssignals Gegenkopplung erst wirksam werden läßt, wenn praktisch konstant bleibt, mit einem Operationsdas Ausgangssignal des Verstärkers den Zwi- verstärker hohen Verstärkungsgrades und einer die schenwert (F₁) erreicht und dann den Verstär- 35 Übertragungskennlinie des Verstärkers beeinflussenkungsgrad derart herabsetzt, daß sich die stetige den Gegenkopplungsschaltung.
Funktion (14) zwischen dem stufenartigen An- In der deutschen Patentschrift 1 293 844 (Fig. 18) stieg und der Sättigung ergibt. ist bereits eine digital und analog arbeitende Schal-

2. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 1, tungsanordnung dieser Gattung vorgeschlagen wordadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement mit 40 den. Die vorgeschlagene Anordnung enthält einen Schwellwertverhalten eine Diode (92,124) ist, die Verstärker mit linearer Charakteristik, die bekanntin Reihe mit oder parallel zu der Gegenkopp- lieh durch starke Gegenkopplung eines Verstärkers lungsschaltung (94; 118, 120) liegt. mit hohem Verstärkungsgrad erreicht werden kann.

3. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 1 Bei der vorgeschlagenen Schaltung werden das oder 2 mit einem Operationsverstärker, der einen 45 Schwellwertverhalten und der stufenartige Anstieg invertierenden und einen nicht invertierenden des Ausgangssignals durch einen in Reihe mit der Eingang aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgangsleitung geschalteten Schalter erzeugt. Bei mit dem einen Eingang (70) der Ausgang einer der vorliegenden Verknüpfungsschaltung wird ein ersten Summierschaltung (22, 60) für die Er- anderer Weg beschritten, wie noch erläutert werden regungssignale gekoppelt ist, daß mit dem ande- 50 wird.

ren Eingang (69) der Ausgang einer zweiten Es sind ferner aus den USA.-Patentschriften

Summierschaltung (24, 66) für die Sperrsignale 3 097 349 und 3 218 475 elektrische Schaltungsanord-

gekoppelt ist und daß die Schaltung bezüglich nungen bekannt, die die Arbeitsweise von biologi-

der Eingänge (69, 70) des Verstärkers (68) eine sehen Neuronen nachahmen. Man nimmt heute an,

solche Unsymmetrie (38 φ 40) aufweist, daß eine 55 daß ein biologisches Neuron von anderen Neuronen

die Sperrsignale bevorzugende Vorspannung ent- und/oder Synatzen sowohl erregende als auch sper-

steht, die den Schwellwert (Ze) ergibt (Fig. 2). rende Eingangsimpulse erhält, die eine bestimmte

4. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 1 Dauer und Amplitude haben. Die Erregungsimpulse oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem sind bestrebt, das Neuron zu aktivieren, während die Eingang (104) eines Operationsverstärkers (102) 60 Sperrimpulse eine solche Aktivierung zu verhindern eine algebraische Summierschaltung (11^₁ bis streben. Anscheinend werden die Erregungs- und 112„) für die Erregungs- und Sperrsignale sowie Sperrimpulse algebraisch addiert, und die Summe eine Vorspannungsanordnung (114) gekoppelt ist, wird unter Bildung eines stetigen Signals integriert, die eine den Schwellwert bestimmende Vorspan- Wenn das resultierende effektive Eingangssignal nung liefert (Fig. 3). 65 (worunter die Differenz zwischen Erregungssignal

5. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 4, und Sperrsignalen verstanden werden soll) einen vordadurch gekennzeichnet, daß die Summierschal- gegebenen Schwellwert des den Erregungssignalen tung eine Anzahl von parallel an die Eingangs- entsprechenden Vorzeichens überschreitet, wird das