DE1055595B - Magnetische Kippschaltung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Kippschaltung, insbesondere auf eine dynamische Speicherschaltung.

Solche Schaltungen können z. B. in elektronischen Rechenmaschinen oder Selbstanschluß-Fernsprechschaltungen zur zeitlichen Speicherung von Nachrichten in binärem Kode zur Verwendung kommen.

Es ist bereits eine magnetische Kippschaltung bekannt, bei der Mittel vorgesehen sind, um Spannungsimpulse entgegengesetzter Polarität abwechselnd zu erzeugen, und bei der die Impulse von einer Polarität an eine Reihenschaltung zweier Wicklungen geführt werden, die mit einem ersten bzw. mit einem zweiten Kern aus magnetischem Material mit rechteckförmiger Hystereseschleife gekoppelt sind. Die Impedanz dieser Reihenschaltung wird dabei im wesentlichen durch die Wicklung auf dem ersten Kern bestimmt, derart, daß, wenn der Reihenschaltung ein Impuls zugeführt wird, der die AVicklung durchsetzende Strom auf dem zweiten Kern unterhalb des kritischen Wertes bleibt, der nötig ist, um diesen Kern seinen magnetischen Remanenzzustand wechseln zu lassen, wenn sich der erste Kern in einem magnetischen Remanenzzustand befindet, in dem dieser Kern unter dem Einfluß des Impulses selbst seinen Remanenzzustand wechselt, aber der die Wicklung auf dem zweiten Kern durchsetzende Strom den genannten kritischen Wert übersteigt, wenn sich der erste Kern im entgegengesetzten Remanenzzustand befindet, in dem dieser Kern vom Impuls weiter in die Sättigung gesteuert wird.

Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung werden die Impulse der anderen Polarität ausschließlich einer Wicklung auf dem zweiten Kern zugeführt, und weiter ist ein Kopplungskreis zwischen den beiden Kernen vorgesehen, derart, daß die Schaltung nach zwei Impulsen gleicher Polarität in den gleichen Zustand zurückkehrt. Diese Schaltung kann deshalb als Frequenzteilungsschaltung benutzt werden und bei Impulszählschaltungen zur Verwendung kommen. Die Schaltung hat aber keine Speicherwirkung, weil immer der gleiche Zyklus von Zustandsänderungen durchlaufen wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft — wie bereits bemerkt — eine Kippschaltung, die als Speicherelement verwendet werden kann. Bei der Schaltung nach der Erfindung werden die Impulse der anderen Polarität ebenfalls einer Reihenschaltung zweier Wicklungen auf den Kernen zugeführt, wobei die Impedanz in diesem Kreis in bezug auf die Impulse der anderen Polarität auf entsprechende Weise im wesentlichen durch die Wicklung auf dem zweiten Kern bestimmt wird; anders gesagt kann der die Wicklung auf dem zweiten Kern durchsetzende Strom den kritischen Wert nur übersteigen, wenn der zweite Magnetische Kippschaltung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken_r
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. Η. Zoepke₁ Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 11

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 21. Juni 1957

Jean Franpois Marchand, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

Kern durch die Impulse weiter in die Sättigung gesteuert wird. Ferner sind Mittel vorgesehen, um die Kerne in einen gleichgerichteten' magnetischen Anfangszustand entweder in einer oder in der anderen Richtung zu führen. Entsprechend der Richtung des Anfangszustandes wird unter Steuerung der Impulse entgegengesetzter Polarität ein Zyklus durchlaufen, bei dem der erste Kern fortwährend seinen Zustand wechselt und der zweite Kern im gleichen Zustand verbleibt, oder ein Zyklus, bei dem der erste Kern im gleichen Zustand verbleibt und der zweite Kern fortwährend seinen Zustand ändert.

Grundsätzlich kann die Richtung der positiven Magnetisierung beliebig gewählt werden, da die Hystereseschleife symmetrisch ist. Unter dem gleichgerichteten magnetischen Zustand der Kerne ist im vorliegenden Fall aber insbesondere der Zustand zu verstehen, in den die Kerne gelangen, wenn einer Reihenschaltung der Wicklungen ein hinreichend starker Impuls zugeführt wird. Ein solcher gleichgeriöhteter magnetischer Zustand kann also immerhin . entweder positiv oder negativ sein. Für den obwaltenden Zustandsänderungszyklus charakteristische Ausgangsimpulse können einem mit mindestens einem der Kerne gekoppelten Kreis entnommen werden.

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Reihenschaltung zweier Wicklungen;

909 507/393

Fig. 2 zeigt ein idealisiertes Beispiel einer rechteckigen Hystereseschleife;

Fig. 3, 5 und 6 zeigen dynamische Speiaherschaltungen;

Fig. 4a und 4b beziehen sich auf Tabellen, an-Hand deren die Wirkungsweise dieser Schaltungen näher erläutert wird.

Fig. 1 zeigt eine Reihenschaltung zweier Wicklungen WA und WB auf Kernen A und B aus magnetischem Material mit rechteckförmiger Hystereseschleife, wie in Fig. 2 idealisiert dargestellt. Die Kerne können sich je in zwei verschiedenen Remanenzzuständen befinden, die als die Zustände 1 und 0 bezeichnet sind. Die Windungszahl der Wicklung WA ist größer als die der Wicklung WB. Der Reihenschaltung können durch nicht näher dargestellte Mittel Spannungsimpulse zugeführt werden, wie durch den Pfeil P angedeutet. Befindet sich der Kern A im Zustand 1, so wird das Material dieses Kernes unter Steuerung eines Impulses weiter in den Zustand magnetischer Sättigung gesteuert, wobei der Zweig a-b-a der Hystereseschleife durchlaufen wird. Da die Sättigungsinduktion Bs nur wenig von dem Remanenzwert im Zustand 1 verschieden ist, beträgt die wirksame Permeabilität während des Impulses im wesentlichen 1, so daß die Impedanz der Wicklung WA einen verhältnismäßig niedrigen Wert hat und dem Gleichstromwiderstand im wesentlichen entspricht. Der die Reihenschaltung durchsetzende Strom kann dann bis zu einem solchen Wert ansteigen, daß die kritische Feldstärke Hc im Kern B überstiegen wird. Sollte sich der Kern B im Zustand 0 befinden, so wird dieser also in den Zustand 1 übergeführt, wobei der Zweig der Hystereseschleife c-d-e-f-g-b-g-a durchlaufen wird. Würde sich der Kern B im Zustand 1 befinden, so verbleibt er natürlich in diesem Zustand. Befindet sich der Kern A im Zustand 0, so wird dieser durch den Impuls in den Zustand 1 übergeführt, wobei der Zweig c-d-e-f-g-b-g-a der Hystereseschleife durchlaufen wird. Weil hierbei eine verhältnismäßig große Änderung der magnetischen Induktion B auftritt, ist die effektive Permeabilität des Kernes A verhältnismäßig groß, so daß die Wicklung auf dem Kern eine verhältnismäßig große Impedanz hat, derart, daß der die Wicklung WB durchsetzende Strom nur einen Wert anzunehmen vermag, der kleiner als der der kritischen Feldstärke Hc entsprechende ist. Der Impuls P verteilt sich über die Wicklungen WA und WB, wobei der größte Teil P 1 über der Wicklung WA, der kleinste Teil P 2 über der Wicklung WB auftritt. Die Magnetisierung im Kern B durchläuft den Zweig c-d-c der Hystereseschleife, falls sich der Kern B im Zustand 1 befindet. Der Kern B verbleibt dann also im Zustand 0. Befindet sich der Kern B im Zustand 1, so verbleibt er natür-Hch in diesem.

Die dynamische Kippschaltung nach Fig. 3 wird über die Tordurahlaßschaltung PS, die normalerweise leitend ist, mit der Wechselspannung eines Generators GR gespeist, dessen Frequenz z. B. 1 MHz ist. Der Generator führt während der positiven Perioden über die Tordurchlaßschaltung PS Impulse an die Reihenschaltung GleichrichterGl_j Wicklungen WAl und WB 1 auf den Kernen A und B und Widerstand R1, wie durch den Pfeil p angedeutet. Während der negativen Perioden führt der Generator GR über die Tordurchlaßschaltung PS einen negativen Impuls an die Reihenschaltung Gleichrichter G2, Wicklungen WA2 und WB2 auf den Kernend und B und Widerstand R2, wie durch den Pfeilw angedeutet. Die Wicklung

WA 1 besitzt mehr Windungen als die Wicklung WB1, die Wicklung WB 2 mehr Windungen als die Wicklung WA 2. Die bei der Wicklung angedeuteten Punkte bezeichnen auf übliche Weise die Enden der Wicklungen, an welche der positive Strom geführt werden muß, um die entsprechenden Kerne in den Zustand 1 zu bringen. Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende:

Wie aus folgendem näher hervorgeht, kann die Kippschaltung mittels der Generatorschaltung GR in zwei verschiedene Reihen von Zustandsänderungen gesteuert werden. Bei der einen Reihe von Zustandsänderungen, die als »Zyklus A« bezeichnet und in Fig. 4 a dargestellt ist, wechselt der Kernyi fortwährend seinen Zustand, und der Kern B verbleibt immer im Zustand 1. Bei der anderen Reihe von Zustandsänderungen, die als »Zyklus B« bezeichnet und in Fig. 4 b dargestellt ist, wechselt der Kern B fortwährend seinen Zustand, und der Kern A verbleibt im Zustand 1. Die Kerne A und B können dadurch in den Zustand 0 geführt werden, daß der Steuerklemme SET ein starker negativer Impuls zugeführt wird. Wenn der folgende Impuls des Generators GR zufällig ein negativer Impuls-» ist, verbleibt die Schaltung in diesem Zustand, weil der Impuls die Kernet und B gerade in den Zustand 0 zu steuern bestrebt ist. Beim darauffolgenden positiven Impuls p geht der Kern A in den Zustand 1 über, wodurch der Zustand 1-0 entsteht, wie in Fig. 4 a dargestellt. Obwohl der Impuls eine solche Polarität 'hat, daß er den Kern B in den Zustand 1 zu bringen sucht, verbleibt trotzdem der Kern B im Zustand 0, weil die Wicklung WA1 beim Urnkippvoargang des Kernes A eine verhältnismäßig hohe Impedanz hat, wodurch der die Reihenschaltung der Wicklungen WAl und WBl durchsetzende Strom auf einen niedrigen Wert begrenzt wird. Beim darauffolgenden negativen Impuls n, der den Kern B weiter in die Sättigung steuert, ist die Impedanz der Wicklung WB 2 verhältnismäßig niedrig, so daß der die Wicklung WA2 durchsetzende Strom einen solchen Wert annimmt, daß der Kern A in den Zustand 0 zurückkehrt, wenn der Anfangszustand wieder erreicht worden ist. Der nächste positive Impuls p bringt die Schaltung wieder in den Zustand 1-0 usw. Da im Zyklus A der Kern A fortwährend seinen Zustand wechselt und die Wicklung WA1 also eine hohe Impedanz hat, kann der den Widerstand R1 durchsetzende Strom nur einen geringen Wert annehmen, und an der Ausgangsklemme UB werden nur kleine Impulse auftreten. Dagegen treten in der Reihenschaltung WA 2 und WB2 und am Widerstand R2 verhältnismäßig starke Stromimpulse auf, wodurch an der Ausgangsklemme UA verhältnismäßig starke Spannungsimpulse erscheinen, was für den Zyklus A charakteristisch ist. Die Kippschaltung kann zum Befolgen des Zyklus B dadurch in den Zustand 1-1 geführt werden, daß der SteuerMemme SET ein starker positiver Impuls zugeführt wird. Ist der nächste Impuls des Generators GR zufällig ein positiver, so verbleibt die Schaltung in diesem Zustand, weil der Impuls die Kerne t und B in Richtung positiver Sättigung treibt. Infolge des nächsten negativen Impulses η geht der Kern B in den Zustand 0 über, wobei die WicklungfFS2 eine verhältnismäßig hohe Impedanz hat und der die Wicklung WA 2 durchsetzende Strom derart begrenzt wird, daß der Kern A seinen Zustand nicht ändern kann. Beim nächsten positiven Impuls ρ verbleibt der Kern A im Zustand 1, und die Wicklung WA1 hat eine so niedrige Impedanz, daß der die Wicklung WB1 durchsetzende Strom den

Claims (6)

Kern B in den Zustand 1 steuert. Damit ist der Anfangszustand wieder erreicht, wonach sich der Vorgang wiederholt und bei jedem negativen. Impuls der Kern B in den Zustand 0 übergeht und bei jedem positiven Impuls in den Zustand 1 zurückkehrt. Beim Zyklus B entstehen verhältnismäßig starke Ausgangsimpulse an der Ausgangsklemme ÜB. Statt Reihenwiderstände Rl und R2 zum Abnehmen von Ausgangsimpulsen können audh nicht dargestellte Hilfswicklungen auf den Kernen A und B angeordnet werden; in diesem Fall können verhältnismäßig starke Impulse der Hilfswicklung des Kernes A im Zyklus A und der Hilfswicklung des Kernes B im Zyklus B entnommen werden. Die geschilderte Kippschaltung kann vorteilhaft als Speicherschaltung bei elektronischen Rechenmaschinen oder in Selbstanschluß-Fernsprechzentralen zur Verwendung kommen. Die Kippschaltung hat, ebenso wie die im folgenden zu beschreibenden dynamischen Speicherschaltungen nach den Fig. 5 und 6, den Vorteil, daß der Generator GR eine unbestimmte Zeit ausgeschaltet werden kann, dhne daß der Signalinhalt verlorengeht. Zu diesem Zweclc sind die Kerne A und B mit einer dritten Wicklung WA 3 und WB 3 ausgestattet, die entgegengesetzt in Reihe geschaltet sind. Wenn der Kern A im Zyklus A in den Zustand 0 übergeht oder der Kern B im Zyklus B in den Zustand 1 geführt wird, erscheint am Punkt SS ein negativer Impuls. Wünscht man nun die Impulszufuhr zur Stromersparnis eine Weile zu unterbrechen, so wird der Kontakt CS geschlossen, wodurch die negativen Impulse über den Gleichrichter G 3 und den Kontakt CS an die bistabile Durcblaßschaltung PS geführt werden, die dann die Impulszufuhr unterbricht, wonach die Generatorschaltung gegebenenfalls ausgeschaltet werden kann. Die Kippschaltung befindet sich dann im Zustand 0-0 bei Befolgung des Zyklus A oder im Zustand 1-1 bei Befolgung des Zyklus B. Wie aus dem oben Geschilderten hervorgeht, wird bei Wiedereinschaltung des Generators GR die Kippschaltung aufs neue im Zyldus A bzw. B unabhängig von der Polarität des ersten Impulses des Generators GR gesteuert. Bei der Kippschaltung nach Fig. 5 sind die Wicklungen WA1 und WA 2 des Kernes A durch Gleichrichter Gl und G2 in Reihe mit der Wicklung WB des Kernes B geschaltet. Die Windungszahl der Wicklung WB ist kleiner als die der Wicklung WA1, aber größer als die der Wicklung WA 2. Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung entspricht der nach Fig. 3, und die Einrichtung ist ebenfalls entsprechend einem Zyklus A oder einem Zyklus B steuerbar; im letztgenannten Fall können der Ausgangsklemme UB verhältnismäßig starke Impulse entnommen werden. Bei der Kippschaltung nach Fig. 6 sind die Wieklungen WA1 und WB1, die in diesem Fall eine gleiche Anzahl von Windungen haben, über die normalerweise als leitend angenommene Tordurchlaßschaltung PS an den Generator GR angeschlossen. Die Kerne A und B sind weiter durch einen Gleichstrom, der von der Gleichstromquelle GB geliefert wird und den Widerstand W 3 und die entgegengesetzt in Reihe geschalteten Wicklungen WA 2 und WB 2 der Kerne A und B durchfließt, in positiver bzw. negativer Richtung vorpolarisiert, wobei der Gleichstrom einen solchen Wert hat, daß die vorpolarisierenden Felder HA und HB (Fig. 2) die kritische Feldstärke Hc nicht überschreiten. Die Wicklungen WA1 und WB1 sind derart geschaltet, daß die positiven Impulse p die Kerne A und B in Richtung 1 und die negativen Im- pulse η umgekehrt in Richtung 0 zu steuern suchen. Die Kerne A und B können zum Befolgen des Zyklus A durch die Zufuhr eines starken negativen Impulses an die Steuerklemme SET in den Zustand 1 geführt werden. Ist der nädhste Impuls des Generators GR ein negativer, so verbleibt die Schaltung natürlich wieder im Zustand 0-0. Infolge des darauffolgenden positiven Impulses p geht der Kern A in den Zustand 1 über. Obwohl dieser Impuls die Neigung hat, auch den Kern B in den Zustand 1 zu führen, und die Windungszahl der Wicklungen WAl und WBl gleich ist, verbleibt der Kern B trotzdem in dem Zustand 0, weil die Kernet und B in positiver bzw. negativer Richtung vorpolarisiert sind und die Feldstärke H im Kern A den kritisdhen Wert Hc früher als im Kern B erreicht. Sobald der Kern A seinen Zustand wechselt, wird die Impedanz der Wicklung WA1 verhältnismäßig hoch, wodurch der Strom in der Reihenschaltung begrenzt wird und keinen solchen Wert annehmen kann, daß die Feldstärke Hc im Kern B überstiegen wird. Dies ließe sich auch so sagen, daß dem Umkippen des Zustandes des Kernes A infolge der Vorpolarisierung sozusagen nachgeholfen wird, während dem Umkippen des Zustandes des Kernes B durch die Vorpolarisierung entgegengewirkt- wird. Infolge des nächsten negativen Impulses η kehrt der Kern A in den ZustandO zurück, während der Kern B im Zustandl verbleibt, weil der Impuls diesen Kern weiter in den Sättigungszustand steuert, wonach sich der Vorgang wiederholt. Die Kippschaltung kann zum Befolgen des Zyklus B dadurch in den Zustand 1-1 geführt werden, daß der Steuerklemme SET ein starker positiver Impuls zugeführt wird. Wenn der nädhste Impuls des Generators GR positiv ist, verbleibt die Kippschaltung wieder in diesem Zustand. Infolge des nächsten negativen Impulses n geht der Kern B in den Zustand 0 über. Obwohl dieser Impuls auch den Kern./i in den Zustand 0 zu steuern sucht, verbleibt der Kern A im Zustand I1 weil der Umkippvorgang des Kernes B wieder durch die Vorpolarisierung des Kernes B begünstigt wird, sie dagegen dem Umkippvorgang des Kernes A entgegenwirkt, und beim Umkippen des Kernes B die Wicklung WB1 eine hohe Impedanz darstellt. Während des Zyklus B erscheinen verhältnismäßig starke Impulse an der Ausgangsklemme UB; während des Zyklus A haben die Impulse an der Klemme UB nur einen vernachlässigbaren kleinen Wert. Gegebenenfalls können auch während des Zyklus A einer Hilfswicklung des Kernet Impulse entnommen werden. Der Generator GR kann durch Schließen des Kontaktes CS zeitweise ausgeschaltet werden, wodurch die beim Übergang des Kernes A in den Zustand 0 oder des Kernes B in den Zustand 1 auftretenden negativen Impulse am Punkt 6\ίΓ über den Gleichrichter G 3 und den Kontakt CS an die Tordurchlaßschaltung PS geführt werden, wodurch diese gesperrt wird Wenn der Generator GR aufs neue eingeschaltet wird, befolgt die Kippschaltung wieder den vorangehenden Zyklus, unabhängig von der Polarität des ersten Impulses des Generators GR. Patentansprüche:

1. Magnetische Kippschaltung, bei der Mittel vorgesehen sind, um Spannungsimpulse entgegengesetzter Polarität abwechselnd zu erzeugen, wobei die Impulse einer Polarität an eine Reihenschaltung zweier Wicklungen geführt werden, die mit einem ersten bzw. einem zweiten Kern aus

magnetischem Material mit rechteekförmiger Hystereseschleife gekoppelt sind, und die Impedanz der Reihenschaltung im wesentlichen durch die Wicklung des ersten Kernes bestimmt ist, derart, daß bei der Zufuhr eines Impulses an die Reihenschaltung der die Wicklung des zweiten Kernes durchsetzende Strom unterhalb des kritischen Wertes bleibt, der nötig ist, um den zweiten Kern seinen magnetischen Remanenzzustand wechseln zu lassen, wenn der erste Kern in einem magnetischen Remanenzzustand ist, in dem dieser Kern unter dem Einfluß des Impulses seinen Remanenzzustand wechselt, aber der die Wicklung des zweiten Kernes durchsetzende Strom den genannten kritischen Wert übersteigt, wenn sich der erste Kern im entgegengesetzten Remanenzzustand befindet, in dem dieser Kern vom Impuls weiter in die Sättigung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der anderen Polarität ebenfalls an eine Reihenschaltung zweier Wieklungen auf den Kernen geführt werden und die Impedanz in diesem Kreis in bezug auf die Impulse der anderen Polarität auf entsprechende Weise im wesentlichen durch die Wicklung des zweiten Kernes bestimmt ist und daß Mittel vorgesehen sind, um die Kerne in einen gleichgerichteten magnetischen Anfangszustand entweder in einer oder in der anderen Richtung zu führen, derart, daß entsprechend der Richtung des Anfangszustandes unter Steuerung der Impulse entgegengesetzter Polarität ein Zyklus durchlaufen wird, in dem der erste Kern fortwährend seinen Zustand wechselt und der zweite Kern im gleichen Zustand verbleibt, oder aber ein Zyldus befolgt wird, in dem der erste Kern im gleichen Zustand verbleibt

und der zweite Kern fortwährend seinen Zustand wechselt.

2. Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Kreis die Wicklung des ersten Kernes eine größere Windungszahl als die Wicklung des zweiten Kernes und im zweiten Kreis die Wicklung des zweiten Kernes eine größere Windungszahl als die Wicklung des ersten Kernes hat.

3. Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Reihenschaltungen eine Wicklung auf einem der Kerne gemeinsam ist, deren Windungszahl größer als die der Wicklung auf dem anderen Kern im einen Kreis, aber kleiner als die der Wicklung auf dem anderen Kern im anderen Kreis ist.

4. Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse entgegengesetzter Polarität an die gleiche Reihenschaltung zweier Wicldungen auf den Kernen geführt werden, deren Windungszaihl wenigstens nahezu gleich ist, und daß die Kerne unterschiedlich mit einer Feldstärke kleiner als die kritische Feldstärke vorpolarisiert sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um der Schaltung entsprechend dem befolgten Zyklus von Zustandsänderungen Ausgangsimpulse zu entnehmen.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Impulszufuhr in einem Zeitpunkt zu unterbrechen, in dem die Kerne in einen gleichgerichteten magnetischen Zustand gelangen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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