DE19703780A1

DE19703780A1 - Trinomial transistor for switching and amplifying electronically

Info

Publication number: DE19703780A1
Application number: DE1997103780
Authority: DE
Inventors: Thomas Frohberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-01
Filing date: 1997-02-01
Publication date: 1998-08-06

Abstract

The transistor has doped semiconducting elements. Its logic is based on the number 3 instead of the number 2. A resistor can be connected after the transistor component to enable three states to be achieved by current level addition. Alternatively, the transistor element can be connected to an AC source, possibly with a variable multivibrator circuit, in order to achieve the three states. A fourth doped layer can be introduced to enable the three states to be achieved internally.

Description

1. Description of the known prior art

Aus der Druckschrift (Vgl. pmd, S. 6) ist die Grundbauform von Transistoren bekannt. Diese Bauform basiert auf binärer Logik. Transistoren bilden für die u. a. für die Rechentechnik eines der grundlegenden Bauelemente. Im Sinne immer vervollkommneter Miniaturisierung wird es angestrebt, die Strukturen so zu verbessern, daß höchste Packdichte in integrierten Schaltkreisen erreicht wird. Der Transistor ist heute ein nicht mehr wegzudenkendes Bauelement in allen elektrotechnischen und elektronischen Anwendungsgebieten.From the document (see pmd, p. 6), the basic design of transistors is known. These Design based on binary logic. Transistors form for the u. a. for the Computing technology one of the basic components. In the sense always perfected miniaturization, it is aimed to structure so too improve that highest packing density is achieved in integrated circuits. The Today, transistor is an indispensable component in all electrotechnical and electronic fields of application.

2. Disadvantages of the prior art

Der vorangehend beschriebene Stand der Technik hat den Nachteil, mit zunehmender Miniaturisierung inzwischen an physikalische Grenzen zu stoßen, in denen sich die herkömmliche Bauweise nicht mehr unverändert weiterführen läßt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß integrierte Schaltungen nur in der Ebene, d. h. zweidimensional, realisierbar sind, obwohl räumliche, d. h. dreidimensionale Schaltungen weit weniger Platz in Anspruch nehmen würden.The prior art described above has the disadvantage with increasing miniaturization is now reaching physical limits, in where the conventional construction can no longer continue unchanged. Another disadvantage is that integrated circuits only in the plane, d. H. two-dimensional, realizable, although spatial, d. H. three-dimensional Circuits would take up far less space.

3. Object of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Miniaturisierungsgrad elektronischer Schaltungen zu erhöhen, den Materialaufwand zu senken und die Umwelt zu schonen.The object of the invention is the degree of miniaturization of electronic Increase circuits, reduce material costs and protect the environment conserve.

4. Solution of the task

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die unten skizzierte Bauform auf trinominaler (d. h. auf der Zahl 3 basierender) Logik aufbaut. Nachfolgender Exkurs soll verdeutlichen, daß dieses Zahlensystem sinnreich und das Ökonomischste ist.This object is achieved in that the sketched below design trinominal (i.e., number 3 based) logic. Subsequent excursion should clarify that this number system is ingenious and the most economical.

foray

Im Laufe der computergeschichtlichen Entwicklung wurde mit verschiedenen Zahlensystemen experimentiert, Beispiele hierfür sind der ENIAC mit einem dekadischen System oder frühe Computer mit einem oktalen System (vgl. Voltz, S. 158). Das schon von Konrad Zuse prädestinierte (vgl. Voltz, S. 43) binäre System setzte sich jedoch aufgrund seiner einfachen schalttechnischen Umsetzung durch. Dies ist jedoch bedingt durch die evolutionäre Entwicklung der Rechentechnik. In der Tat läßt sich für die Lochkartenkodierung (vgl. Voltz, S. 42) kein anderes als das binäre System anwenden.In the course of computer historical development has been with various Number systems experimented, examples of which are the ENIAC with a decadal system or early computer with an octal system (see Voltz, p. The However, predestined by Konrad Zuse (see Voltz, p. 43) binary system sat down due its simple switching technology implementation by. However, this is due to the evolutionary development of computing technology. In fact, for the Punch card coding (see Voltz, p. 42) do not use any other than the binary system.

Mathematical considerations 1. Economics of number systems

Der wesentliche Inhalt der Meßbarkeit der Ö. ist, möglichst viele Elemente mit möglichst wenigen Zuständen weniger Schalter darzustellen. Beim Binärsystem werden 128 Elemente bekanntlich mit je zwei Zuständen von 7 Schaltern dargestellt (vgl. Gates, S. 47).The essential content of the measurability of Ö. is to include as many elements as possible as few states as possible to represent fewer switches. With the binary system 128 elements are known, each with two states of 7 switches (see Gates, p.

Mittels der Formel
By means of the formula

läßt sich die Ökonomie der Zahlensysteme messen. Nachstehende Wertetabelle soll dies veranschaulichen.the economics of number systems can be measured. The following table of values is intended to illustrate this.

Zur Beachtung:
Please note:

→ the number k = 12 is the least common multiple of the numbers 2, 3, 4 and 6 (for comparison purposes), every other real number leads to the same result
n n (k / n) 1 1 2 64 3 81 4 64 6 36 12 12 16 8th verbal: with 12 / n switches can be for 2 so 64 elements, for 3 even 81 elements represent, the 4 is just as effective as the 2 (two bits could be here even to a double-bit contract).

2. The Euler number

Erweitert man den Definitionsbereich auf R (Menge der reellen Zahlen), so ergibt sich die Formel
If you extend the domain to R (set of real numbers), you get the formula

Das Maximum dieser Funktion liegt bei e = 2,718, . . ., also nahe der 3. Damit ergibt sich folgende grafische Darstellung:
The maximum of this function is e = 2.718,. , ., so close to the 3. This results in the following graphical representation:

Es ist auch zu erkennen, daß die y-Werte für 2 und 4 gleich sind. Das gleiche Ergebnis läßt sich mittels Kurvenscharen mit unterschiedlicher Parametrisierung sowie mit der Integralrechnung erzielen. Darauf soll hier aber verzichtet werden.It can also be seen that the y-values for 2 and 4 are the same. The same result can be by means of curves with different Parameterization and with the integral calculus achieve. But it should be waived.

So ergibt sich, neben den bereits bekannten Herleitungen der Zahl e
Thus, in addition to the already known derivations of the number e

unt. Annäherung (vgl. Gilde/Altrichter, S. 101)
unt. rapprochement (see Guild / Altrichter, p.

ob. Annäherung
ob. approach

direkte Berechnung (vgl. Gilde/Altrichter, S. 101 → Taylorscher Entwicklungssatz)
direct calculation (see Guild / Altrichter, p. 101 → Taylor's theorem)

eine weitere Art der Darstellung:
another type of presentation:

verbal: e liegt dort, wo die Funktion
verbal: e is where the function

maximal ist
Ende des Exkursesis maximum
End of the excursion

Oben erklärtes trinominales System wird im 3-Transistor durch Einführung eines weiteren Schaltzustandes eingesetzt. Dies läßt sich durch Addition von Stromstärken (vgl. Voltz, S. 151) realisieren. Es gibt zwei Möglichkeiten:
The above-explained trinominal system is used in the 3-transistor by introducing a further switching state. This can be realized by adding current intensities (see Voltz, p. There are two possibilities:

0,1,2 (Stromstärken)
0,1,-1 (Stromrichtungen).0,1,2 (currents)
0.1, -1 (current directions).

So muß der Transistor entsprechend schaltungstechnisch erweitert werden:
Thus, the transistor must be extended accordingly circuit technology:

- Downstream of a resistor
- Connection to AC source
- new transistor design

5. Advantages of the invention

Die Erfindung hat den Vorteil, aufgrund höherer logischer Ökonomie spezifisch geringere Gehäuseabmessungen als die herkömmlichen Bauformen zu ermöglichen. Darüber hinaus ermöglicht sie es, die Umweltbelastung zu vermindern und vor allem die Rechengeschwindigkeit zu erhöhen, womit gegebenenfalls höhere Entwicklungs kosten relativiert werden. Man kann Daten kompakter speichern, Bauelemente noch dichter packen und eventuell eine 3-D-Bauweise forcieren. Weiterhin stehen für die Entwicklung optischer oder biochemischer Rechentechnik Möglichkeiten offen. Man könnte so auch höhere Kosten für alternative Grundstoffe (GaAs) oder Methoden vermeiden. Während einerseits an Ressourcen gespart werden kann, indem man z. B. den ASCII-Zeichenvorrat vermindert, besteht andererseits die Möglichkeit, bei gleichem Ressourcenaufwand deutlich mehr Elemente zu verschlüsseln:
z. B. 18 Zustände:
The invention has the advantage of allowing smaller housing dimensions than the conventional designs due to higher logical economy. In addition, it makes it possible to reduce the impact on the environment and, above all, to increase the computing speed, whereby, if necessary, higher development costs are put into perspective. It is possible to store data more compactly, pack components even more tightly and possibly force a 3-D design. Furthermore, there are possibilities for the development of optical or biochemical computing technology. You could also avoid higher costs for alternative materials (GaAs) or methods. While on the one hand resources can be saved by z. If, for example, the ASCII character set is reduced, there is the possibility of significantly more elements to be encrypted with the same amount of resources:
z. Eg 18 states:

9 Bit 512 Elemente
6 "Trit" 729 Elemente (Trit=trinominal digit).9 bits 512 elements
6 "Trit" 729 elements (Trit = trinominal digit).

In Hinblick auf die ständige Miniaturisierung der Computertechnik, die mittlerweile auf quantenmechanische Probleme (vgl. bdwp, S. 29) stößt, öffnen grundsätzlich andere Lösungen weitere Horizonte. Das 3er-System ist aufgrund seiner mathematischen Allgemeingültigkeit vor allem auch auf andere (u. a. nichttechnische) Fachgebiete anwendbar, die sich mit Entscheidungsproblemen (vgl. Boolesche Algebra, Fuzzy Logic) beschäftigen.In view of the constant miniaturization of computer technology, meanwhile On quantum mechanical problems (see bdwp, p. 29), open in principle, other solutions other horizons. The 3-system is due to its mathematical General validity especially in other (and non-technical) fields applicable, dealing with decision problems (see Boolean algebra, Fuzzy Logic).

6. Description of embodiments of the invention

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben.The invention will be described with reference to drawings.

Fig. 1 zeigt die Bauform, wie in 4. beschrieben: Nachschaltung eines Widerstandes: In den parallel geschalteten Kollektorstromkreis wird in ein Widerstand R zwischen geschaltet. Somit werden die unterschiedlich hohen Ströme gefiltert und es gibt drei Zustände der Form: 00, 0B und AB, wobei 0<A<B und B(0B)<B(AB) ist (Monotonie). Fig. 1 shows the design, as described in 4. Following: Residual of a resistor: In the parallel-connected collector circuit is connected in a resistor R between. Thus, the different high currents are filtered and there are three states of the form: 00, 0B and AB, where 0 <A <B and B (0B) <B (AB) (monotonicity).

Fig. 2 zeigt die Bauform, wie in 4. beschrieben: Anschluß an Wechselstromquelle: Herkömmlichen Transistor an Wechselspannung anschließen, so daß Emitter und Kollektor ständig vertauscht werden. Ist dieser Wechsel zu schnell, läßt sich auch eine, je nach gewünschtem Effekt andersgeartete Multivibratorschaltung (vgl. rft, S. 2) einbauen. Fig. 2 shows the design as described in 4. Connection to AC source: Connect conventional transistor to AC voltage, so that the emitter and collector are constantly reversed. If this change is too fast, it is also possible to install a different type of multivibrator circuit (see rft, page 2), depending on the desired effect.

Fig. 3 zeigt die Bauform, wie in 4. beschrieben: neues Transistordesign:
An den Kollektor wird eine offene Wechselspannungsquelle (zu Wechselgeschwindigkeiten siehe Multivibratorschaltung (vgl. rft, S. 2)) sowie ein weiteres Gebiet mit der gleichen Dotierung wie die Basis ("Zusatzkollektor")angeschlossen. Fig. 3 shows the design as described in 4: new transistor design:
An open AC voltage source is connected to the collector (for switching speeds see Multivibrator circuit (cf rft, p. 2)) and another area with the same doping as the base ("additional collector").

Liegt nun Plus an, fließen die Elektronen (ausgehend von c) vom Kollektor nach a, bei einem Minus fließt der Strom entsprechend von a nach d (teils auch zur Basis, durch Überangebot an Elektronen wird Mehrzahl jedoch in den "Zusatzkollektor" gedrückt). Dabei unterscheiden sich jeweils nicht nur die Stromrichtungen, sondern auch die Stromstärken, bedingt durch die Position der Zusatzleitung im Kollektor.If plus is present, the electrons (starting from c) flow from the collector to a, in the case of a minus, the current flows accordingly from a to d (partly also to the base, however, due to an oversupply of electrons, a majority is placed in the "additional collector" pressed). In each case not only the current directions differ, but also also the current strengths, due to the position of the additional line in the collector.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Version von Fig. 3. Bei Minus ist die Sperrichtung bei a geschaltet, der Transistor funktioniert wie gehabt, bei Plus fließt ein Teil des Stromes von c nach a. Ggf. ist die Kollektorschicht dünner zu gestalten, um den Durchlaß nach a zu erhöhen. FIG. 4 shows a modified version of FIG. 3. In the case of minus, the blocking direction is switched at a, the transistor functions as usual, with plus a part of the current flows from c to a. Possibly. the collector layer is made thinner to increase the passage to a.

7. Bibliography

1. Martin u. a .: Tafelwerk, Volk und Wissen Verlag, Berlin, 1991
2. Hannspeter Voltz: People and Computers, Markt & Technik Verlag, Munich, 1993
3. F. Leuschner: Semiconductor, Polytechnic Museum Dresden, Dresden 1992
4. Instructions for the semiconductor-Bastlerbtl. 6 and 7, RFT semiconductor plant Frankfurt / O., 1972
5. Kaltenbach u. a .: Taschenlexikon der Computerwelt, Markt & Technik Verlag, Munich, 1988
6. Follmann u. a .: Encyclopedia, Bassermann, Niedernhausen, 1991
7. Guild / Altrichter: More fun with the Calculator, Leipzig, 1982
8. bild der wissenschaft plus: Research location Germany, reprint of the Philip Morris Foundation, 1994
9. Gates: The Way Forward, Hoffmann and Campe, 1995.

Claims

1. Device / method for switching / amplification in electrical and electronic circuits, of doped semiconductor element, characterized in that the switching logic is based on the number 3 instead of the number 3.

2. Device / method according to claim 1, characterized in that the Transistor device, a resistor is connected downstream to Amperage addition to reach three states.

3. A device / method according to claim 1, characterized in that the Transistor element to an AC voltage source, possibly with variable Multivibrator circuit, connected to three states (0), (+) and (-) to to reach.

4. Apparatus / method according to claim 1, characterized in that a fourth doped layer is added, so that the switching behavior within the Modified component, so as to achieve three states.