DE1064985B - Impulsgesteuerter Umsetzer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich, auf signalgesteuerte Umsetzungseinrichtungen und im besonderen auf solche, die magnetische Erscheinungen zur Durchführung der gewünschten Umsetzung ausnutzen, und auf logistische Schaltungen zu deren Anwendung.

Zum Betrieb von elektronischen Rechenednrichtungen oder ähnlichen bei sehr hohen Geschwindigkeiten arbeitenden Geräten werden Verstärker zur Ausführung der verschiedenen logistiscben Aufgaben verwendet. Mit Elektronenröhren, die die Ventilwirkung eines geladenen Gitters auf einen Elektronenstrom benutzen, wird eine befriedigende Arbeitsweise als Verstärker erzielt. Ein Nachteil liegt jedoch bei der Verwendung von Elektronenröhren in der ziemlich begrenzten Lebensdauer, die durch Röhrendefekte und den zerbrechlichen Aufgaben der Röhre gegeben ist. Es wurde vorgeschlagen, Verstärkerelemente mit Elektronenröhren durch feste und dauerhafte Elemente zu ersetzen, die den die Lebensdauer begrenzenden Störungen der Elektronenröhren nicht ausgesetzt sind.

In solchen Verstärkern können ferromagnetische Materialien Verwendung finden. Sie weisen eine Hysteresisschleife auf, und die auf derartige Materialien aufgebrachten Wicklungen zeigen beim Betrieb auf den Schleifenstücken, deren zugehörige magnetische Induktion zwischen der positiven und der negativen Remanenz liegt, eine hohe Impedanz und eine niedrige, wenn sich die Induktion von der positiven Remanenz zur positiven Sättigung hin bewegt. Diese Effekte können zur Signalum ⁱSetzung und Verstärkung ausgenutzt werden. Eine Möglichkeit zur Verwendung dieses Effektes liegt darin, daß das gewünschte Ausgangssignal erzeugt wird, während sich der Kern in dem Zustand, der dem Hysteresisschleifenstück mit zugehöriger geringer Impedanz entspricht, befindet. Die Erfindung umfaßt Einrichtungen, die diesen Effekt ausnutzen. Sie werden gewöhnlich als Signalumsetzer oder -verstärker in Serienschaltung bezeichnet.

Der Gegenstand der Erfindung unterscheidet sich von dem bekannten Stand der Teclmik dadurch vorteilhaft, daß der magnetische Signalumsetzer in Serienschaltung eine besonders wirksame und schnell ansprechende Eingangsschaltung aufweist, in der ein selektiv zugeführtes Signal die Zuführung eines Stromes von einer Stromquelle steuert, der den. Zustand des magnetischen Kernes bestimmt. Eine derartige Schaltung hat den Vorteil eines Selbstschutzes gegen Wicklungsschäden infolge von Überströmen, und gleichzeitig ist sie auch anwendbar, um eine Steuerung durch eine Anzahl von gleichzeitig auftretenden Eingangssignalen zu ermöglichen.

Liegt die Arbeitsfrequenz im Megahertzbereich, so Impulsgesteuerter Umsetzer

Anmelder:
Sperry Rand Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

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

Theodore Hertz Bonn, Merion Station, Pa.,
und Robert Dutilh Torrey, Philadelphia, Pa. (V. St. A.), sind als Erfinder genannt worden

treten viele Schwierigkeiten auf, z. B. im Zusammenhang mit der Geschwindigkeit, mit der die Hysteresisschleife von einem Stoff durchlaufen werden kann, mit der Übertragung unerwünschter Energie in die Eingangsschaltungen und mit der Erzeugung falscher Ausgangssignale.

Ein Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung neuer und neuartiger Geräte zur Signalumsetzung, die in Serienschaltung arbeiten.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung neuer und neuartiger Geräte zur Signalumsetzung, die bei hohen Frequenzen erfolgreich: arbeiten.

Ferner liegt ein Ziel der Erfindung in der Schaffung neuer und neuartiger Geräte zur Signalumset-•zung, bei denen magnetische Erscheinungen zur Anwendung gelangen.

Ein anderes Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung neuer und neuartiger Geräte zur Signalumsetzung, die eine wirkungsvolle und schnell arbeitende Anordnung zur Eingabe von Signalen aufweisen.

Gemäß der Erfindung ist eine Stromquelle an die gleiche Wicklung angeschlossen wie die Signalimpulsquelle, so daß ein Strom zwischen der Stromquelle und dieser Wicklung oder zwischen der Stromquelle und der Signalimpulsquelle fließt, je nachdem, ob ein Signal von der Signalimpulsquelle zugeführt wird oder nicht.

Andere Ziele der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung in. Verbindung mit den. Zeichnungen erläutert, und zum Teil ergeben sie sich daraus von selbst. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Diagramm eine idealisierten Hysteresisschleife;

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung der Erfindung;

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Fig. 2 a stellt die Arbeitsperiode der Ausführung der Fig. 2 dar;

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer abgeändertenAusführung der Erfindung;

Fig. 3 a stellt die Arbeitsperiode der Ausführung der Fig. 3 dar;

Fig. 4 veranschaulicht einige charakteristische Kurvenformen der Ausgangssignale der Ausführung der Fig. 3;

Fig. 5 veranschaulicht einige charakteristische Kurvenformen der Arbeitsimpulse der Ausführung der Fig. 3;

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer abgeänderten Eingangsschaltung;

Fig. 6 a veranschaulicht die Arbeitsperiode der Ausführung der Fig. 6;

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Eingangsschaltung;

Fig. 7 a stellt die Arbeitsperiode der Ausführung der Fig. 7 dar;

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Eingangsschaltung;

Fig. 8 a stellt die Arbeitsperiode der Ausführung der Fig. 8 dar.

Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer abgeänderten Ausgangsschaltung;

Fig. 9 a stellt die Arbeitsperiode der Ausführung der Fig. 9 dar;

Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgangsschaltung;

Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausgangsschaltung;

Fig. IIa stellt die Arbeitsperiode der Ausführung der Fig. 11 dar;

Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführung der Erfindung;

Fig. 12 a stellt die Arbeitsperiode der Ausführung der Fig. 12 dar;

Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung einer gegenüber der Fig. 12 abgeänderten Ausführung der Erfindung;

Fig. 13 a stellt die Arbeitsperiode der Ausführung der Fig. 13 dar;

Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung der Erfindung';

Fig. 14a stellt die Arbeitsperiode der Schaltung der Fig. 14 dar;

Fig. 15 zeigt eine schematische Darstellung einer gegenüber der Fig. 14 abgeänderten Ausführung der Erfindung;

Fig. 15 a stellt die Arbeitsperiode der Schaltung der Fig. 15 dar.

Die Fig. 1 veranschaulicht eine idealisierte Hysteresisschleife eines Stoffes, der als Kern für den zu beschreibenden festen und dauerhaften Signalumsetzer verwendet werden kann. B_r bezeichnet die magnetische Induktion der Remanenz und Bg die magnetische Induktion der Sättigung. Als Kernmaterial ist eine große Anzahl von Stoffen verwendbar, wozu die verschiedenen Ferritsorten und die verschiedenen Arten von Magnetbändern einschließlich Orthonik und 4-79-Moly-Permalloy gehören. Diese Stoffe können durch unterschiedliche Wärmebehandlung abweichende Eigenschaften erhalten. Zu der großen Auswahl der verwendbaren Stoffe kommt außerdem die Möglichkeit, die Kerne der Signalumsetzer in einer Reihe verschiedener geometrischer Formen zu bauen, wozu sowohl geschlossene als auch offene magnetische Kreise gehören. Sie sind z. B. Topfkerne, stab- und streifenförmige oder Toroidkerne möglich.

Die Erfindung ist, wie man sieht, nicht auf bestimmte geometrische Kernformen oder bestimmte Kernmaterialien beschränkt. Die angeführten. Beispiele dienen, lediglich zur Erläuterung. Die einzige Forderung geht dahin, daß der Stoff eine Hysteresisschleife aufweist, die sich der in der Fig. 1 gezeigten idealisierten Hysteresisschleife möglichst nähert.

Die verschiedenen Arten der verwendeten elektrischen Impulse werden in der folgenden Weise bezeichnet: Man unterscheidet Taktgeberimpulse und Signalimpulse. Die Signalimpulse tragen; Information und werden in bestimmten Kombinationen eingegeben. Dabei hängt es von der zu übertragenden Information ab, ob Impulse auftreten oder nicht. Im Gegensatz dazu werden die Taktgebeximpulse automatisch in festen Zeitabständen eingegeben und enthalten keine Informationen. Sie können in Arbeitsimpulse und Sperrimpulse eingeteilt werden. Die Arbeitsimpulse liefern gewöhnlich die Energie zum Betrieb des Umsetzers oder öffnen zumindest ein Impulstor, so daß eine andere Quelle den Umsetzer betreiben kann. Die Sperrimpulse verhindern die Einwirkung der Arbeitsimpulse auf die Schaltung des Signaleinganges und bzw. oder die Einwirkung der Schaltung des Signalcinganges auf den Arbeitskreis.

Die Fig. 2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung der Elemente eines magnetischen Signalumsetzers. Das Teil C ist ein Kern aus ferromagnetischem Material. Die Wicklung 1 ist die Eingangs- oder Signalwicklung und die Wicklung 2 die Ausgangs- oder Arbeitswicklung. Die Arbeitsweise dieses Signalumsetzers wird unter Bezugnahme auf die idealisierte Hysteresisschleife der Fig. 1 beschrieben. An die Klemme B der Arbeitswicklung wird eine Spannung der Kurvenform B der Fig. 2 a angelegt. Ihre positive Hälfte stellt z. B. während der Zeit t_t bis i_ä den Arbeitsimpuls dar und ihre negative Hälfte z. B. während der Zeit t₂ bis t₃ einen Sperrimpuls, der verhindert, daß in den Signalzeiten t₂ bis i₃ oder i₄ bis i_g usw. ein Strom der Wicklung 2 durch die DiodeD fließt. Das Signal wird während der Signalzeiten in bestimmter Kombination auf die Klemme A gegeben. Während der Arbeitsimpulszeiten, also während der Zeiten t_t bis t₂, J₃ bis i₄, t_s bis f₆ usw., wird ein Sperrimpuls an die Klemme B₁ der Signalwicklung gelegt, der die Diode ff sperrt und verhindert, daß in der Signalwicklung Strom fließt. Das hat zur Folge, daß die Diode D nur während der Arbeitsimpulszeiten leitet und die Diodeff nur während der Signalzeiten.

Während der Arbeitsimpulszeiten erzeugt die positive Hälfte der Spannung mit der KurveinformS einen magnetischen Fluß im Kern in Richtung des am unteren Ende des Kernes angebrachten ausgezogenen Pfeiles, und der Kern, der sich zur Zeit i, im Magnetisierungszustand B_r befinden möge, ändert diesen von + B_r auf +B_s, das den Bereich niedriger Tmpedanz darstellt. Das Ergebnis dieses Vorganges ist ein Ausgangssignal, worauf der Kern in den Zustand +B_r zurückkehrt. Wird während einer der Signalzeiten ein Signal eingegeben, so wird im Kern ein Fluß in Richtung des am unteren Ende des Kerns angebrachten punktierten Pfeiles erzeugt, und der Kern ändert seinen Magnetisierungszustand von + B_r auf — B_r, das den Bereich hoher Impedanz in der der Taktgeberspannung entgegengesetzten Richtung darstellt. Der nächstfolgende Arbeitsimpuls läßt den Zustand des Kernes nach +B_r zurückkkehren, erzeugt aber keinen Ausgangsimpuls. Man sieht leicht, daß diese Anordnung für jeden Arbeitsimzuls einen

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Ausgangsimpuls liefert, sofern während der vorhergehenden Signalzeit kein Eingangssignal auf die Klemmet gegeben wurde. Die Anordnung arbeitet deshalb als Komplementbildner, da das gewünschte Ausgangssignal erscheint, wenn kein Eingangesignal 5 eingegeben wird.

Man beachte, daß die in der Fig. 2 gezeigte Anordnung wie auch die im folgenden zu beschreibende sogenannte »Serien-Umsetzer« darstellt. Das bedeutet, daß der oder die Verbraucher mit dem Kern hinsiehtlieh der Arbeitsimpulsquelle in Serie geschaltet sind. Die gewünschten Ausgangssignale kommen deshalb in der Regel dadurch zustande, daß der Kern vorübergehend von der positiven Remanenz in die positive Sättigung magnetisiert wird, wie das für den Fall der Fig. 2 erläutert wurde.

Ferner sei erwähnt, daß nicht nur die Anordnung der Fig. 2, sondern jeder »Serien-Umsetzer«, soweit er in dieser Beschreibung erläutert wird, als Komplementbildner für Impulse arbeitet, die im folgenden als »Umkehrimpulse« bezeichnet werden sollen. Unter der Einwirkung eines solchen Umkehrimpulses springt der Magnetisierungszustand des Kernes von + B_r auf — B_r oder, allgemeiner gesagt, aus einer Lage auf der Schleife, die der Zustand des Kernes als Folge eines Arbeitsimpulses erreicht hat, in die genau entgegengesetzte. Der gewünschte' Ausgangsimpuls erscheint nicht, wenn, ein Umkehrimpuls eingegeben wird, da dann der folgende Arbeitsimpuls den Kern im Magnetisierungszustand — Bh vorfindet und ihn über den Bereich der Hysteresisschleife mit zugehöriger hoher Impedanz bringen muß. Das hat zur Folge, daß der Magnetisierungszustand des Kernes bei +B_r bleibt. Der übernächste Arbeitsimpuls magnetisiert den Kern von +B_r über den Teil der Hysteresisschleife mit niedriger Impedanz in Richtung auf +B_s, sofern nicht ein den Vorgang störender Umkehrimpuls auftritt, und als Folge des fehlenden Umkehrimpulses ergibt sich ein Ausgangssignal.

Wünscht man die Anordnung als Verstärker statt als Komplementbildner zu verwenden, so daß als Folge eines eingegebenen Eingangssignals das gewünschte Ausgangssignal erzeugt wird, so kann man dieses Eingangssignal nicht in Form eines Umkehrimpulses verwenden. Der Umkehrimpuls muß von 4-5 einer Quelle geliefert werden, die nicht die Signalquelle ist, und das Signal selbst muß benutzt werden, um den Durchgang des Umkehrimpulses durch die Signal wicklung zu sperren. Ein Serienumsetzer kann deshalb nur mit Hilfe einer doppelten Negation aus einem Komplementbildner in einen Verstärker verwandelt werden.

Man beachte j edoch, daß die Bezeichnung »Verstärker«, so wie sie bisher und im folgenden in dieser Beschreibung verwendet wird, nicht auf den Fall wirklicher Verstärkung beschränkt ist, sondern in der Weise ausgedehnt wird, daß sie alle Anordnungen umfaßt, die als Folge eines eingegebenen Eingangssignals das gewünschte Ausgangssignal liefern, ohne Rücksicht darauf, ob das Leistungs-, Strom- oder ⁵» Spannungsverhältnis größer, gleich oder kleiner als Eins ist.

Die Fig. 3 zeigt einen Signalumsetzer, der die Umwandlung des Komplementbildners der Fig. 2 in einen Verstärker gemäß der obigen Erläuterung veranschaulicht. Die Wicklung 2 der Fig. 3 entspricht völlig der Wicklung 2 der Fig. 2. Die Umwandlung des Komplementbildners in einen Verstärker kommt in den Unterschieden der Wicklungen 1 der beiden Zeichnungen und der an sie angelegten elektrischen

Impulse zum Ausdruck. Die an die Klemme B₁ der Fig. 2 angelegten elektrischen Impulse wirken, wie oben erläutert, als Sperrimpulse. Ihre einzige Aufgabe ist es, zu verhindern, daß während der Arbeitsimpulszeiten ein Strom durch die Signal wicklung fließt. Im Gegensatz dazu wirken die an dieKlemmeS₃ der Fig. 3 gelegten elektrischen Impulse sowohl als Sperr- als auch als Umkehrimpulse. Während der Arbeitsimpulszeiten erfüllen sie die gleiche Au.fga.be wie die an die Klemme B der Fig. 2 angelegten Impulse. Während der Signalzeiten springt der Magnetisierungszustand des Kernes unter ihrer Einwirkung, wie schon gezeigt wurde, auf — B_R zurück. Da diese Impulse in Form von Taktgeberimpulsen, eingegeben werden, erfolgt das Zurückspringen des Kernzustandes auf —B_R dauernd, und daher tritt der gewünschte Ausgangsimpuls nicht auf, solange das Impulsventil G diese Umkehrimpulse durchläßt. Der gewünschte Ausgangsimpuls läßt sich also¹ nur dadurch erzeugen, daß man den Durchtritt der Umkehrimpulse durch das Impulsventil G verhindert, und das geschieht mit Hilfe des Signalimpulses, der als Sperrimpuls zur Sperrung des Impulsventils benutzt wird. Der gewünschte Ausgangsimpuls entsteht also als Folge eines eingegebenen Signalimpulses. Die Arbeitsperiode der Fig. 3 ist in der Fig. 3 a gezeigt.

Solange ein Signalimpuls fehlt, wird das Kernmaterial in einem Magnetisierungszustand betrieben, der dem Teil der Hysteresisschleife mit zugehöriger hoher Impedanz entspricht, und das erzeugte Ausgangssignal ist klein. Ein charakteristisches Beispiel für diese Art von Ausgangssignalen zeigt die Kurve X der Fig. 4. Solche Ausgangssignale treten während der Arbeitsimpulszeiten auf und werden als Restimpulse bezeichnet.

Wird ein Signalimpuls eingegeben, so verhindert das sperrende Impulsventil, daß die an die Klemme B₁ angelegten Umkehrimpulse die Wicklung 1 erreichen. Tritt dieser Fall ein, so bleibt der Magnetisierungszustand des Kernmaterials +B_R, den er am Ende des vorhergehenden Arbeitsimpulses erreicht hatte, erhalten. Der folgende Arbeitsimpuls wird nun das Material von +B_r auf + B_s magnetisieren. Das entspricht dem Teil der Schleife mit zugehöriger geringer Impedanz, die im Kern als niedrige Serienimpedanz in Erscheinung tritt. An R_l erscheint ein Ausgangssignal von der Art des in der Kurve Y der Fig. 4 gezeigten. Am Ende des Arbeitsimpulses kehrt dann das Material in den Zustand +B_r zurück. Danach kann es durch einen weiteren Umkehrimpuls an B₁ auf —-Sfl ummagnetisiert werden, oder der Durchtritt des Umkehrimpulses wird verhindert, und man erhält einen weiteren Ausgangsimpuls.

Die an den Verbraucher abgegebene Leistung kann ein Vielfaches der erforderlichen Leistung des Informationsimpulses betragen. Man kann deshalb mit dem Signalumsetzer eine Leistungsverstärkung erzielen. Auf die Größe der erzielten Leistung haben viele Faktoren Einfluß. Einer der wichtigsten hängt mit dem Ausmaß zusammen, in dem der unerwünschte Restimpuls, den die Kurve X der Fig. 4 zeigt, in der Praxis zugelassen werden kann. Einen weiteren wichtigen Faktor stellt das Verhältnis der Steigung des steilen Teiles der Hysteresisschleife zwischen +B_R und -B_r zu der Steigung des flachen Teiles der Hysteresisschleife zwischen +B_r und +B_s dar. Für den Signal umsetzer ist ein Stoff mit einer rechteckigen Hysteresisschleife erwünscht, doch keineswegs unbedingt nötig.

In. der Fig. 3 a verlaufen die Kurven der an die

Klemmen B und B₁ angelegten Spannungen spiegelbildlich zur Zeitachse. Diese Bedingung braucht jedoch nicht streng erfüllt zu sein. Die Amplituden können je nach Windungsdaten verschieden sein, und die Impulslängen können, sich je nachdem, wie weit man ein Überschneiden und damit die Sperrung für notwendig oder wünschenswert hält, unterscheiden. Während der Arbeitsimpulszeit sollte die an B₁ gelegte Spannung gleich oder größer als die Amplitude des Impulses sein, der in der Signal wicklung infolge des Durchlaufens der Hysteresisschleife während der Arbeitsimpulszeit entsteht, und ferner sollte die an B gelegte Spannung während der Signalzeiten eine genügend große Amplitude haben, um den Stromfluß in der Ausgangswicklung zu sperren.

t_v i₂, t_s usw. stellen daher die Begrenzungen der zu den Arbeits- und Signalimpulsen gehörigen Zeitabschnitte dar und geben keinesfalls die Länge dieser Impulse an. Der Zeitabschnitt zwischen f₂ und t₃, also eine Signalzeit, kann größer oder kleiner als der Zeitabschnitt zwischen t₁ und i₂, also eine Arbeitsimpulszeit, sein. Die Möglichkeit, die Länge der entsprechenden Impulszeiten zu wählen, erlaubt es, diesen signalgesteuerten Umsetzer als Speicher oder als Verzögerungseinrichtung zu benutzen.

In der bisherigen Beschreibung wurden die verschiedenen Arbeits-, Signal-, Umkehr- und Sperrspannungen mit Rechteckschwingungen dargestellt. Das ist jedoch nicht notwendig. Die verschiedenen Kurvenformen müssen lediglich folgenden Forderungen entsprechen:

1. Die Sperrspannung muß mindestens so groß sein wie die durch sie zu sperrende Spannung.

2. Die auf die Wicklungen gegebenen Impulse, die zur Folge haben, daß der Magnetisierungszustand des Kernes Teile der Hysteresisschleife durchläuft, müssen so beschaffen sein, daß das Zeitintegral ihrer Spannung gegenüber der Größe des gewünschten Ausgangssignals klein oder groß gewählt wird.

Berücksichtigt man, daß der ArbeitsimpuIs einer Quelle entnommen wird, die genau festgelegte Kurvenformen liefern kann, so zeigt sich, daß die Ausgangsimpulse dieses Verstärkers ebenfalls einheitliche, durch die Arbeitsimpulsquelle festgelegte Kurvenformen aufweisen. Der Verstärker dient deshalb auch als Impulsformer.

Die Fig. 5 gibt einige charakteristische, zur Verwendung geeignete Formen von Arbeitsimpulsen wieder. Fig. 5 a zeigt eine Sinushalbwelle, Fig. 5 b eine Dreieckskurve, Fig. 5 c einen Impuls mit einer Amplitudenspitze am Anfang, einem stark abfallenden und einem nahezu konstanten Teil, dessen Verwendung sich besonders empfiehlt, und Fig. 5 d zeigt einen trapezförmigen Impuls mit verschieden steilen Flanken.

Die Beschreibung ging bisher dahin, daß das Kernmaterial von +B_r auf — B_r ummagnetisiert werden muß. Die Aussteuerung über den ganzen Bereich B_r ist aber in Wirklichkeit nicht nötig. Das Material kann z. B. von +B_r auf +¹Z₃B_r herunter ausgesteuert werden. Diese Aussteuerung über Teile der Hysteresisschleife hat eine Leistungsverminderung zur Folge, ohne daß deshalb das beteiligte Kernmaterialvolumen verringert werden kann,

Ferner ist es möglich, das Kernmaterial über einen größeren Bereich als von — B_r bis +B_r auszusteuern.

In diesem Fall muß das Zeitintegral der Arbeitsimpulsspannung größer sein als der Wert, der nötig ist, um den Kern von —B_R auf +B_r umzumagneti-

sieren. Der Magnetisierungszustand wird sich dann über +B_r hinaus in Richtung auf B_s zu bewegen. Im andern Falle würden für diesen Vorgang zwei Arbeitsimpulszeiten gebraucht, eine, in der der Kern von — B_r auf +B_r ausgesteuert wird, und eine, um seinen Magnetisierungszustand von +B_r auf +B_s zu bringen. Im betrachteten Fall erscheint immer ein Ausgangsimpuls. Seine Dauer hängt davon ab, ob sich der Kernzustand bei — B_r oder bei +B_r befand.

Im folgenden werden einige Eingangsschaltungen zum Betrieb dieses Verstärkers sowohl mit Quellen konstanten Stromes als auch konstanter Spannung erläutert. Eine Quelle konstanten Stromes hat theoretisch den Innenwiderstand Unendlich, eine Quelle konstanter Spannung dagegen theoretisch den Innenwiderstand Null. Diese Definitionen entstammen Idealisierungen und werden lediglich zur Vereinfachung der Theorie der Schaltungen benutzt. Für die Praxis ist die Quelle konstanten Stromes eine Quelle, deren Impedanz im Vergleich zur Belastung verhältnismäßig hoch ist, und eine Quelle konstanter Spannung hat eine im Vergleich zur Belastung verhältnismäßig geringe Impedanz.

Die Fig. 6 zeigt ein Verfahren zur Verwendung einer Spannungsquelle niedriger Impedanz für die Impulse der Eingangswicklung. Eine Spannung, wie sie das Liniendiagramm der Fig. 6 a zeigt, wird einer Spannungsquelle geringer Impedanz entnommen und an die Klemme B₁ gelegt. Die Signalzeit ist in diesem Fall t₁ bis i₂. Wünscht man ein Ausgangssignal, so- wird der Klemme A in der dargestellten Weise ein Signalimpuls zugeführt. Er verhindert, daß die Quelle!^ den Kern von +B_r auf — B_r ummagnetisiert. Das unterste Liniendiagramm der Fig. 6 a zeigt einen Arbeitsimpuls. Der Zeitabschnitt i₂ bis t₃ ist die Arbeitsimpulszeit. Es ist ohne weiteres klar, daß die Dioden, der Wickelsinn der Wicklung der Spule 1 und die Polarität der zugeführten Spannung in ähnlicher Weise umgekehrt werden können, wie das weiter unten in Verbindung mit den Fig. 7, 7 a, 8 und 8 a erläutert wird.

Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei Eingangsschaltungen, die für die Eingangsgrößen eine Spannungsquelle hoher Impedanz verwenden. Die Spulen 1 und 2 eines Verstärkers sitzen auf einem Kern C aus ferromagnetischem Material. Die der Klemme B zugeführte Spannung hat die bekannte und schon beschriebene Kurvenform der wechselnden Arbeits- und Sperrimpulse. Im Beispiel der Fig. 7 und 7 a erhält die Klemme B₁ im Stromkreis der Signal wicklung während des Zeitabschnittes t₁ bis t₂ einen negativen Sperrimpuls. Während des Zeitabschnittes i₂ bis t₃ wird die Klemme B₁ positiv. Der Widerstand R_s ist genügend hochohmig, um die OuelleS₁, vom Verstärker aus gesehen, als Quelle konstanten Stromes erscheinen zu lassen. Die Signaleingangsquelle wird auf positivem Potential gehalten. Wünscht man ein Signal, so wird ein negativer Impuls an die Klemme A gelegt, um ihr Potential auf Null zu verringern. Dadurch wird die Stromzuführung der Spule 1 von der Quelle S₁ in festgelegter Reihenfolge unterbrochen. In der folgenden Arbeitsimpulszeit entsteht dann ein großer Ausgangsimpuls. Diese spezielle Wahl der Polungen sichert, daß der Verstärker einen positiven Ausgangsimpuls liefert, wenn er im Eingang einen negativen Impuls erhält. Die Polarität des Eingangssignals läßt sich durch Umpolen der Dioden H₁ und H₂, Änderung des Wickelsinnes der Spulenwicklung, Vertauschung der Polarität der der Klemme B₁ zugeführten Impulse und Verschieben des Signalspan-

nungsniveaus umkehren oder die des Ausgangssignals durch Umpolen der Diode D und Vertauschen der Polaritäten der auf B gegebenen Impulse. Die Anordnung zur Umkehrung der Polung des Eingangssignals wird in der Fig. 8 im Zusammenhang mit der Fig. 8 a dargestellt. Diese Anordnung liefert ein positives Ausgangs signal, wenn dem Eingang ein positiver Impuls zugeführt wird. Die Arbeitsimpulszeit ist J₁ bis i₂, und i₂ bis i₃ stellt wie in der Fig. 7 a die Signalzeit dar. Der Wickelsinn der Spule 1 der Fig. 8 ist jedoch gegenüber dem der Spule 1 der Fig. 7 umgekehrt und die Polarität der an die Klemmen B₁ und A gelegten Spannungen vertauscht. Wird ein Ausgangssignal gewünscht, so muß der Klemme A ein positiver Impuls zugeführt werden, um das Potential der Klemme A im Zeitabschnitt t₂ bis t₃ auf Null zu bringen, wie das die Fig. 8 a zeigt. Der Verstärker hat dann sowohl positive Eingangs- als auch Ausgangssignale.

Die bereits im einzelnen dargestellte Gleichheit verschiedener Spannungen gilt nur für den Fall, daß das Windungsverhältnis von Arbeits- zu Eingangswicklung Eins ist. Sind die Windungszahlen verschieden, was vorkommen kann, so gilt die Gleichheit nur, wenn eine Spannung mit dem Windungsverhältnis multipliziert wird. Ferner liegt der Beschreibung dieses Verstärkers eine bestimmte Festsetzung der Impulspolungen zugrunde. Durch Ändern des Wickelsinnes können entweder die Signalpolung oder die Polung des Arbeitsimpulses oder beide umgekehrt werden.

In Verbindung mit dem oben beschriebenen Verstärker ist die Beseitigung der Restausgangssignale oder Restimpulse von Interesse. Die Fig. 9 zeigt eine Schaltung zu ihrer Unterdrückung. Die Wicklung 2 stellt die Ausgangsspule eines magnetischen Verstärkers dar. An die Klemme B wird ein positiver Arbeitsimpuls gelegt, und gleichzeitig wird der KlemmeL ein negativer Impuls zugeführt, wie dies Fig. 9 a zeigt. Der negative Impuls ist so groß, daß der Punkt E auf Nullpotential liegt, wenn vom Verstärker kein Impuls zu erwarten ist. Die Spannung des Punktes L wird mit anderen Worten gleich dem Spannungsabfall des Reststromes über dem Widerstand R gemacht. Bei einem erwünschten Ausgangssignal nimmt der Punkt E ein positives Potential von der Kurvenform der an die Klemme B angelegten Spannung an. Eine weitere Möglichkeit zur Unterdrückung eines Restimpulses besteht darin, eine positive Gleichspannungsquelle mit dem Punkt T der Verbraucherimpedanz zu verbinden, anstatt der Klemme L einen negativen Impuls zuzuführen. In der Fig. 9 ist dieser Fall durch punktierte Linien dargestellt.

Die Fig. 10 zeigt ein Verfahren mit einem nichtlinearen Siliziumkarbidwiderstand, bei dem an Stelle der in der Fig. 9 dargestellten Diode ein Siliziumkarbidwiderstand verwendet wird. Das durchkreuzte Widerstandssymbol bezeichnet einen Siliziumkarbidwiderstand. SeinWiderstand ist für die niedrige Spannung des Restimpulses sehr hoch, wogegen er für Spannungen von der Größenordnung des Ausgangsimpulses einen sehr kleinen Widerstand bildet.

Die Fig. II und IIa veranschaulichen eine weitere Form einer Schaltung zur Unterdrückung von Restimpulsen. Die Spule 2 ist die Ausgangsspule eines magnetischen Verstärkers. Der Klemme B werden, wie die Figur zeigt, Arbeits- und Sperrspannungen zugeführt. Der Strom durch den Widerstand R ist gleich dem Restimpulsstrom, der von Erde über, die Diode M und den Widerstand R zur Quelle — E fließt. Besteht

der Ausgangsimpuls des Verstärkers nur aus dem Restimpuls, so fließt der Restimpulsstrom über die Serienschaltung der Diode D mit dem Widerstand R, und die Ausgangsspannung bleibt annähernd Null. Tritt jedoch der gewünschte Ausgangsimpuls auf, so unterbricht die DiodeiW den Stromkreis, und die Ausgangsspannung springt auf den Wert des Arbeitsimpulses. Der Arbeitsimpuls führt der Schaltung zur Unterdrückung des Restimpulses, d. h. der Verbindung von R mit — E in diesem Fall eine Leistung zu, die gleich dem Produkt aus Ausgangsspannung und Restimpulsstrom ist. Da das annähernd gleich der zur Magnetisierung des Kernes erforderlichen Leistung ist, entzieht die Schaltung zur Unterdrückung des Restimpulses der Ausgangsleistung einen Anteil von der Größe der Eingangsleistung. Ferner sei bemerkt, daß der Widerstand R bei der Verwendung des Verstärkers zur Speisung von Impulsventilschaltungen alle Ströme übernehmen kann, die der Verstärker zu liefern hat.

Ein Verstärker kann auch unter Verwendung· nur einer Spule und eines damit verbundenen Kernes aus ferromagnetischem Material gebaut werden. Der Vorteil dieser Art von Verstärkern liegt in der einfacheren Herstellung gegenüber einem Verstärker mit zwei Spulen. Seine Begrenzung findet er darin, daß der Verstärkertyp zwar Strom-, aber keine Spannungsverstärkung zeigt. In dieser Beziehung ähnelt er dem Kathodenverstärker der Röhrentechnik und kann deshalb als magnetischer Kathodenverstärker bezeichnet werden.

Die Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung eines magnetischen Verstärkers nur einer Spule. Eine einzige Spule sitzt auf einem Kern C aus ferromagnetischem Material. Der Klemme B wird eine Spannung mit der im Liniendiagramm der Fig. 12 a dargestellten Kurvenform zugeführt, während die Klemme B₁ auf Nullpotential gehalten wird. Im Zeitabschnitt t_t bis t₂ ist die Klemme B positiv, und es fließt ein Strom von der KlemmeS über die Verstärkerwicklung, die Diode D₁ und den Widerstand R_l nach Erde. In bezug auf die Hysteresisschleife der Fig. 1 bedeutet dies eine Ummagnetisierung des Kernes von -S^ auf +B_R. Im Zeitabschnitt^ bis t_a ist die KlemmeS negativ gegen Erde, und der Strom fließt von der Klemme B₁ über den Widerstand R_s, die Diode D₂ und die Verstärkerwicklung zur Klemme B. Man beachte, daß sich R_s und R_l im allgemeinen unterscheiden, und zwar wird R_s meistens größer sein. Die der Klemme B zugeführten positiven und negativen Spannungshalbwellen brauchen deshalb nicht unbedingt die gleiche Größe zu haben.

Betreibt man den Verstärker unter diesen Bedingungen, so erhält man keine Ausgangssignale. Um die in bestimmter Reihenfolge gewünschten Ausgangssignale zu erzeugen, gibt man eine Spannung mit der in der Fig. 12 a dargestellten Kurvenform auf die Klemmet. Diese Spannung ist negativ und gleich oder größer als die während des Zeitabschnittes t₂ bis i₃ an die Klemme B gelegte negative Spannung. Sie sperrt die Diode D₂ und verhindert die Ummagnetisierung des Kernes von +B_r auf — B_R. Der folgende an der Klemme B erscheinende positive Impuls findet dann das Kernmaterial im Zustand geringer Impedanz vor, und es entsteht ein großer Ausgangsimpuls. Da R_s im allgemeinen größer als R_l gewählt wird, zeigt der Verstärker eine Stromverstärkung. Die wichtigste Eigenschaft des aus D₂, R_s und der Klemme A bestehenden Teiles der Schaltung ergibt sich daraus, daß der Zweig als Mittel zur

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Claims (3)

Sperrung des der Spule zugeführten negativen Rückmagnetisierungsimpulses dient. Andere Verfahren zur Durchführung dieser Aufgabe werden noch beschrieben. Die Fig. 13 zeigt eine abgeänderte Ausführung des magnetischen Verstärkers mit nur einer Spule der Fig. 12. Die Wirkungsweise des Kernes ist die gleiche, wie sie für die Fig. 12 beschrieben wurde. Wünscht man keinen Ausgangsimpuls, so wird das Kernmaterial zwischen den Zuständen — BR und +Br betrieben. Soll ein Ausgangsimpuls erscheinen, so erfolgt der Betrieb zwischen +Br und +Bs. Rs hat gegenüber Rl eine hohe Impedanz, und den Klemmen B und B1 werden Spannungen der in der Fig. 13 a gezeigten Kurvenformen zugeführt. Die an die Klemme B1 gelegte Spannung reicht aus, um einen. Strom zu treiben, der gleich dem für den Kern C in der Spule erforderlichen Magnetisierungsstrom ist. Von t.2 bis i3 wird die Klemme B negativ. Sie nimmt einen Wert an, der gleich der beim Ummagnetisieren des Kerns in der Spule erzeugten Spannung ist. Der Punkt E liegt dann während des Zeitabschnittes, in dem der Kernzustand von +Br auf — Br springt, auf Nullpotential. Daher ist lediglich an der Klemmet eine Eingangsspannung erforderlich, die gleich oder größer als die an die Klemme B angelegte negative Spannung ist, um dieses Ummagnetisieren zu verhindern. Die Spannung sperrt die Diode D2. Der über die Diode Dz und die Klemme A zur Signalquelle fließende Strom ist gleich dem Strom im Widerstand Rs, der seinerseits wieder gleich dem Magnetisierungsstrom ist. Man sieht also, daß bei Eingangsschaltungen dieser Art die Größe der Steuerleistung gleich der zur Ummagnetisierung des Kernes von +Br auf — BR erforderlichen Leistung ist, und sie das Minimum dessen, was vorkommen kann, darstellt. Die Klemme A erhält natürlich nur dann ein Signal, wenn man ein Ausgangssignal wünscht. Man beachte, daß sich der Grund für die Zuführung einer negativen Spannung während des Zeitabschnittes f2 bis i3 an die Klemme B aus der Forderung ergibt, während dieser Zeit ein Ansteigen des Potentials des Punktes E über das Erdpotential hinaus zu verhindern. Die Spannung sperrt die Diode D1 und unterbindet eine Einwirkung der Ausgangsschaltung auf die Eingangsschaltung. In den bisher beschriebenen magnetischen Verstärkern wird manchmal ein Dauerausgangssignal gewünscht, wenn dem Eingang Impulse zugeführt werden. Das läßt sich unter Verwendung eines Gleichrichters, geeigneter Filter oder von Integrierschaltungen im Ausgang erreichen. Der Umsetzer der Fig. 14 ist kein Komplementbildner, sondern ein Verstärker. Die Fig. 14 a zeigt die Arbeitsperiode dieses Gerätes. Trifft im Eingang dieses Verstärkers kein Signal ein, so wird der Kern während der positiven Hälfte des Arbeitsimpulses von — Br auf +Br ummagnetisiert. Während der negativen Hälfte des Arbeitsimpulses leitet die Diode D2 nicht, und es fließt ein Strom von Erde über Rl die Verstärkerspule 2 (die Ausgangswicklung) und den Widerstand R zum negativen Potential hin. Infolge dieses umgekehrten Stromes durch die Ausgangswicklung durchläuft der Magnetisierungszustand des Kernes die Hysteresisschleife im Gegenzeigersinn von +Br nach ~BR. Da der Kern im Zustand hoher Impedanz verbleibt, erhält man kein Ausgangssignal. Um die Eingangsschaltung gegen eine Beeinflussung durch die in der Ausgangswicklung fließenden Ströme zu schützen, wird die Signalwicklung an eine positive Spannung zurückgeführt, die die gleiche Größe und das entgegengesetzte Vorzeichen wie die darin vom Strom der Arbeitswicklung 2 beim Anlegen des Umkehrimpulses induzierte Spannung hat. Die Diode D1 wird infolgedessen nichtleitend. Soll die Eingangswicklung ein Signal erhalten, so wird es, wie die Fig. 14a zeigt, während der negativen Hälfte des Arbeitsimpulses eingegeben. Der so in der Signal wicklung entstehende Fluß beseitigt die Wirkung des in der Ausgangswicklung in umgekehrter Richtung fließenden Stromes, der den Kern andernfalls in der oben beschriebenen Weise von +Br auf -Br ummagnetisieren würde. Daher verbleibt der Arbeitspunkt bei +BR. Der nächstfolgende positive Arbeitsimpuls magnetisiert dann den Kern auf +Bs hoch und erzeugt so das gewünschte Ausgangssignal an RL. Die Größe des Stromes, der in der Signalwicklung zur Beseitigung der Wirkung des in der Ausgangswicklung in umgekehrter Richtung fließenden Stromes erforderlich ist, wird durch den. Einfluß des Widerstandes R bestimmt, der so gewählt werden kann, daß er den in umgekehrter Richtung durch die Ausgangswicklung fließenden Strom auf den Wert begrenzt, der gerade noch nötig ist, um den Kern auf -Br umzumagnetisieren. Unter diesen Umständen braucht die Signalquelle lediglich einen Strom dieser Größe zu liefern, um den Kern im Zustand +Br zu erhalten, vorausgesetzt, daß das Windungsverhältnis der beiden Wicklungen Eins ist. Die Fig. 15 zeigt eine Ausführung dieses Verstärkers mit nur einer Wicklung. Bis auf die Tatsache, daß hier das Eingangssignal lediglich verhindert, daß das Potential des Punktes X unter das Erdpotential sinkt, ist die Arbeitsweise dieses Verstärkers mit dem zwei Wicklungen tragenden der Fig. 14 identisch. Der Kern verbleibt daher im Zustand +BR, und der nächste Arbeitsimpuls liefert ein Ausgangssignal. Die Fig. 15 a zeigt die Kurvenformen der Spannungen dieses Verstärkers. Patentansprüche:

1. Umsetzer, der einen Kern aus ferromagnetischem Material mit zwei stabilen Zuständen der magnetischen Remanenz enthält und der an eine Arbeitsimpulsquelle angeschlossen ist, die den Kern in einem Zeitintervall in den einen dieser Zustände bringt, während eine Signalimpulsquelle selektiv einer Wicklung des Kerns Signalimpulse zuführt, die den Kern während eines anderen Zeitintervalls in den anderen Zustand bringen, und mit einem Verbraucher, der zwischen einer Wicklung des Kerns und der Arbeitsimpulsquelle liegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle {B_v R_s in Fig. 7, 8, 12 und 13) an die gleiche Wicklung angeschlossen ist wie die Signalimpulsquelle {A in Fig. 7, 8, 12 und 13), so daß ein Strom zwischen der Stromquelle und dieser Wicldung oder zwischen der Stromquelle und der Signalimpulsquelle fließt, je nachdem, ob ein Signal von der Signalimpulsquelle zugeführt wird oder nicht.

2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Fehlen von Signalimpulsen an der Signalimpulsquelle der Strom zwischen der Stromquelle und der Wicklung fließt, während beim Auftreten von Impulsen an der Signalimpulsquelle der Strom zwischen der Stromquelle und der Signalimpulsquelle fließt (Fig. 7 und 12).

3. Umsetzer nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsimpulsquelle und