DE1094295B

DE1094295B - Speicheranordnung und -verfahren zur Darstellung der beiden Werte einer Binaerziffer in einer geschlossenen supraleitfaehigen Schleife

Info

Publication number: DE1094295B
Application number: DEI16780A
Authority: DE
Inventors: Richard Lawrence Garwin
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1956-10-15
Filing date: 1959-07-25
Publication date: 1960-12-08
Also published as: GB861280A; DE1253316B; FR76857E; FR1192962A; GB856608A; SE306561B; NL241676A; NL221325A; NL113733C; US3259887A; US3082408A

Description

Zur Verwendung in programmgesteuerten Rechenmaschinen und ähnlichen Geräten zur automatischen Datenverarbeitung, welche aus Schaltanordnungen aufgebaut sind, in denen der Leitfähigkeitszustand eines Supraleiters bei tiefer Temperatur durch die Feldstärkeänderung eines auf den Supraleiter einwirkenden Magnetfeldes zwischen dem supraleitenden und dem normalleitenden Zustand umsteuerbar ist, sind Speicheranordnungen bekannt oder vorgeschlagen wordeni, in welchen zur Darstellung der beiden Werte einer Binärziffer in einer geschlossenen supraleitfähigen Schleife ein beliebig lange ohne Energiezufuhr fortdauernder sogenannter Suprastrom erzeugt und zum Abklingen gebracht werden kann. Der Suprastrom wird bei diesen Anordnungen in einer dünnen supraleitfähigen Schicht um Löcher oder Verunreinigungen in dieser Schicht herum, und zwar in Form einer Acht, induziert und dadurch zur Anzeige gebracht, daß sein Magnetfeld einen weiteren Supraleiter oder die Abschirmung zwischen zwei Übertragungswicklungen beeinflußt.

Diese Speicheranordnungen mit supraleitenden Elementen weisen gegenüber den bisher bekannten, vergleichbaren Speicheranordnungen eine Reihe von Vorteilen auf; sie arbeiten schneller, benötigen weniger Energie, besitzen einen größeren Störabstand und lassen sich wesentlich kleiner aufbauen. Sie haben jedoch den Nachteil, daß ihre Arbeitsweise stark von den Eigenschaften des verwendeten Supraleitermaterials auhängt, und' da dieses zur Zeit noch nicht in der erforderlichen Reinheit hergestellt werden kann, lassen sich die erzielten Ergebnisse nicht ohne weiteres reproduzieren.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Speicheranordnung, in welcher zur Darstellung der beiden Werte einer Binärziffer in einer geschlossenen supraleitfähigen· Schleife ein beliebig lange ohne Energiezufuhr fortdauernder Suprastrom erzeugt und zum Abklingen gebracht werden kann, welche diesen Nachteil nicht aufweist. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die supraleitfähige Schleife aus zwei parallel geschalteten Zweigen gleicher Induktivität aufgebaut wird, daß einer der beiden Zweige mit einem Leiter oder Leiterabschnitt versehen wird, welcher wesentlich leichter durch die Feldstärkeänderung des von dem Strom in dem Zweig erzeugten Magnetfeldes zwischen dem supraleitenden und dem normalleitenden Zustand umsteuerbar ist als der Rest der Schleife, und daß die beiden parallel geschalteten Zweige mit einer Stromquelle verbunden sind, welche zum Anregen und Löschen; des Suprastroms Ströme unterschiedlicher Richtung und Größe zu liefern in der Lage ist.

Diese Anordnung wird zweckmäßigerweise derart betrieben, daß der von der Stromquelle an die Par-Speicheranordnung und -verfahren

zur Darstellung der beiden Werte

einer Binärziffer in einer geschlossenen

supraleitfähigen Schleife

Anmelder:

IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. August 1958

Richard Lawrence Garwin, Scarsdale, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

aufschaltung der beiden Zweige gelieferte Strom zum Anregen eines Suprastroms viermal so groß und zum Löschen eines Suprastroms zweimal so groß gewählt wird wie der zum Umsteuern des leichter umsteuerbaren Abschnittes des einen Zweiges benötigte sogenannte Silsbeestrom dieses Abschnittes.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen die

Fig. 1 bis 3 drei Ausführungsbeispiele einer Anordnung nach der Erfindung mit zwei stabilen Betriebszuständen,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel mit drei stabilen Betriebszuständen und

Fig. IA bis IC und Fig. 4 A bis 4C die zu den Fig. 1 und 4 gehörenden Impulsdiagramme.

Die in Fig. 1 gezeigte Speicherschleife 10 mit fortdauerndem Strom enthält zwei Klemmen 12 und 14. Die Klemme 14 ist entweder direkt geerdet, wie die Figur zeigt, oder über eine weitere Schaltungsanordnung, die vorzugsweise supraleitfähig ist, an Erde angeschlossen. Die Eingänge, die die Form von Stromimpulsen haben, werden an die Klemme 12 angelegt. Die Schleife 10 kann bezüglich dieser Eingänge als aus zwei parallelen Strompfaden zwischen den Klemmen 12 und 14 bestehend angesehen werden, und ihr Aufbau ist so, daß diese beiden Pfade jeweils dieselbe Induktivität haben. Der eine Pfad 16 enthält eine

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Spule 15 und der andere Pfad 18 eine Spule 17. Beide leitung 19 nicht überschritten wird, bleiben beide Pfade bestehen gänzlich aus supraleitfähigem Mate- Pfade supraleitend¹. Die Stromverteilung bleibt also rial und werden, solange die Schaltung arbeitet, bei dieselbe, bis der angelegte Impuls endet. Dann fallen einer Temperatur in der Nähe des absoluten Null- die Ströme in den Pfaden zusammen mit dem angepunktes durch eine nicht gezeigte Kühlanordnung ge- 5 legten Impuls ab, und da die Pfade dieselbe Indukhalten, so daß beide Pfade in Abwesenheit eines ma- tivität haben, ist der Abfall in jedem Pfad derselbe, gnetischen Feldes ganz supraleitend sind. Wenn z. B. Am Ende des Zeitabschnitts T2 und während des foldie Arbeitstemperatur 4,2° K beträgt, bei der es sich genden Zeitabschnitts, in dem kein Stromimpuls an um eine leicht zu erreichende Temperatur handelt, da die Klemme 12 angelegt wird, fließt in keinem der bei ihr flüssiges Helium bei atmosphärischem Druck io Pfade 16 oder 18 Strom. DieArbeitsweise ist dieselbe, kocht, kann die ganze Schleife mit Ausnahme einer wenn der Schalter 30 betätigt wird, damit die Strom-Leitung 19 im Pfad 18 aus Niob bestehen. Dieses Ma- quelle 24 einen gleichen Impuls von zehn Stromeinheiterial hat eine Supraleiterübergangstemperatur von ten an die Klemme 12 anlegen kann,
etwa 8° K und bleibt bei einer Arbeitstemperatur von Während des Zeitabschnitts T 4 werden die Schalter 4,2° K supraleitend in Anwesenheit von magnetischen 15 28 und 30 gleichzeitig geschlossen, wodurch ein Feldern über 1000 Oersted. Der Leitungsteil 19 kann Stromimpuls angelegt wird, der an der Klemme 12 aus Tantal bestehen, welches Übergänge zwischen auf einen Wert von zwanzig Stromeinheiten ansteigt, dem supraleitenden und dem normalleitenden Zustand Anfangs teilt sich der Strom zu gleichen Teilen zwiin Abwesenheit eines magnetischen Feldes bei einer sehen die Pfade 16 und 18 auf. Wenn jedoch der Strom Temperatur von etwa 4,4° K erfährt. Wenn Tantal 20 im Pfad 18 versucht, über fünf Einheiten hinaus anbei einer Temperatur von 4,2° K gehalten wird, kann zusteigen, wird der Tantalabschnitt 19 normalleitend. es normalleitend gemacht werden durch angelegte ma- Infolgedessen wird der Stromaufbau in diesem Pfad gnetische Felder von etwa 100 Oersted oder darunter, bei fünf Einheiten gedrosselt und der restliche Teil je nach den Eigenschaften des betreffenden Tantal- des an die Klemme 12 angelegten Stromimpules wird Stücks. Die Supraleitfähigkeit der Tantalleitung kann 25 in den anderen Pfad geleitet, so daß gemäß Fig. 1A, auch beseitigt werden, indem man einen ausreichenden 1B und 1C ein Strom von fünfzehn Einheiten im Strom durch die Leitung schickt. Dieser Strom wird Pfad 16 und ein Strom von fünf Einheiten im Pfad 18 Silsbeestrom genannt. Der tatsächliche Silsbeestrom vorhanden ist.

für eine Tantalleitung verändert sich sowohl mit der Für die dargestellten Wellenformen ist der Aufbau Anzahl als auch mit dem Typ der darin enthaltenen 3° so, daß der Widerstand, der in den Pfad 18 einge-Veruneinigungen sowie mit der Geometrie der betref- führt wird, wenn der Abschnitt 19 normalleitend wird, fenden Leitung. Für Tantaldrähte mit gleichen Ver- automatisch eine Spannung bildet, die bei fünf Stromunreinigungsmerkmalen nimmt der Silsbeestrom mit einheiten in diesem Pfad ausreicht, um zu bewirken, der Verringerung des Drahtumfangs ab. So hat ein daß der Rest des an die Klemme 12 angelegten Stroms Tantaldraht mit einem Durchmesser von 0,25 mm 35 in den Pfad 16 geleitet wird. Wenn der Stromimpuls einen Silsbeestrom von etwa 4,5 Ampere, während ein zuerst während des Zeitabschnitts T 4 angelegt wird, Tantaldraht mit einem Durchmesser von 0,025 mm ist die in jedem Pfad entstehende Spannung gleich einen Silsbeestrom von etwa 0,45 Ampere hat. Für dem Produkt aus der Induktivität des Pfades und der die Zwecke dieser Beschreibung sei angenommen, daß Geschwindigkeit des darin erfolgenden Stromwechsels, die Arbeitstemperatur der Schaltungen· 4,2° K be- 40 Wenn- jedoch die Tantalleitung 19 normalleitend geträgt, daß die Leitung 19 ein Tantaldraht mit einem macht wird, erhöht sich die Geschwindigkeit der Silsbeestrom ist, der etwas über fünf Stromeinheiten Stromänderung im Pfad 16 und erzeugt eine induktive beträgt, und daß die übrigen Teile der Schleife 10 aus Spannung, die gleich dem Spannungsabfall über der Niob bestehen und während aller beschriebenen Ope- dann normalleitenden Leitung 19 im Pfad 18 ist. Eine rationen im supraleitenden Zustand bleiben'. 45 ähnliche ungleiche Verteilung des Stroms zwischen Nachstehend wird die Arbeitsweise der Schaltung den Pfaden 16 und 18 kann man erreichen durch die von Fig. 1 unter Bezugnahme auf die Stromwellen- Einführung eines Widerstandes in den Pfad 18, der formen von Fig. 1 A, 1 B und 1 C beschrieben, welche entweder größer oder kleiner als derjenige ist, weiden an die Klemme 12 angelegten Strom, den Strom- eher nötig ist, um eine Spannung zu erzeugen, die zustand des Pfades 18 bzw. den Stromzustand des 5° gleich der induktiven Spannung ist, welche in dem Pfades 16 darstellen. Eingangsimpulse werden der anderen Pfad beim Anstieg des angelegten Strom-Schaltung an Klemme 12 durch drei Stromquellen 22, impulses von zehn auf zwanzig Stromeinheiten er-24 und 26 zugeleitet, die jede zur Veranschaulichung zeugt wird. In solchen Fällen kann, obwohl dasselbe durch eine Batterie und einen Widerstand dargestellt Endergebnis durch entsprechende Auswahl der eleksind, und zwar unter der Steuerung von drei Schalt- 55 irischen und thermischen Zeitkonstanten für die vorrichtungen, die hier durch die Schalter 28, 30 bzw. Schaltung erreicht werden kann, einiges Hin- und 32 dargestellt sind. Zunächst ist während des Zeit- Herschwingen des Stroms zwischen den Pfaden aufabschnittsTl Strom weder im Pfad 16 noch im Pfad treten, wenn der angelegete Impuls von zehn auf 18 vorhanden, noch wird Strom an die Klemme 12 an- zwanzig Einheiten ansteigt, und die Wellenformen gelegt. Während des folgendenZeitabschnitts T2 wird 60 von Fig. IB und IC würden dann die flüchtigen der Schalter 28 betätigt, damit die Stromquelle 22 an Strombedingungeir in den Pfaden 16 und 18 nicht die Klemme 12 einen Stromimpuls mit der in Fig. 1A wirklichkeitsgetreu wiedergeben,
gezeigten Wellenform anlegen kann. Dieser Impuls Selbst wenn die Konstruktion so ist, daß die Spanhat eine Maximalgröße von zehn Stromeinheiten. Bei nung über dem Pfad 18 ausreicht, um die induktive Anlegung des Impulses teilt sich der Strom an der 65 Spannung über dem Pfad 16 bei Überleitung des gan-Klemme 12 zu gleichen Teilen zwischen die Pfade 16 zen an die Klemme 12 angelegten Stroms zu dem letzt- und 18 auf, da beide Pfade ganz supraleitend sind und genannten Pfad auszugleichen, können einige leichte beide dieselbe Induktivität haben. Der Strom in jedem Schwingungen zwischen den Pfaden auftreten, und Pfad steigt auf einen Maximalwert von fünf Strom- tatsächlich erfolgt, nachdem der Eingangsimpuls seine einheiten, und da der Silsbeestrom für die Tantal- 7° Maximalgröße erreicht hat und bei ihr konstant ge-

halten wird, eine Überleitung von genügend Strom 1 C als Plusrichtung eingetragen. Wenn die Eingänge vom Pfad 18 zum Pfad 16, um die Leitung 19 wieder enden, verläuft der in der Schleife 10 gespeicherte einen supraleitenden Zustand annehmen zu lassen. Je- fortdauernde Strom in Uhrzeigerrichtung und der doch ist die Stromverteilung, die erreicht wird, nach- Strom im Pfad 16 daher in Plusrichtung und der im dem der Eingangsimpuls seinen Maximalwert von 5 Pfad; 18 in Minusrichtung.

zwanzig Einheiten erreicht hat, im wesentlichen so, Der in der Schleife 10 gespeicherte Strom dauert

wie es Fig. IA, IB und IC zeigen, wobei der Strom fort für den Zeitabschnitt T5, währenddessen' keine im Pfad 18 gerade unter dem Schwellen- oder Silsbee- Eingänge an die Klemme 12 angelegt werden. Wähstrom für die Tantalleitung 19, d.h. fünf Strom- rend des nächsten Zeitabschnitts Γ 6 werden die Schaleinheiten·, liegt und der restliche Strom von fünfzehn io ter 28 und 30 wieder gleichzeitig betätigt. Da jedoch Einheiten in dem anderen Pfad 16 fließt. Dieser Zu- anfangs in der Schleife ein fortdauernder Strom gestand hält an, bis der Eingang an Klemme 12 durch speichert ist, kann; sich der angelegte Strom zu gleiöffnen der Schalter 28 und 30 beendet wird. Dann ist chen Teilen aufteilen, ohne die Tantalleitung 19 nordie ganze Schleife 10 supraleitend, und da der Strom malleitend werden zu lassen. Daher findet keine Änin den Pfaden 16 und 18 in einem Verhältnis verteilt 15 derung in dem durch die Schleife 10 fließenden Nettoist, das nicht proportional den Induktivitäten in die- nuß bei Anlegung des Eingangsimpulses statt, und sen Pfaden ist, fließt ein »Netto«-Fluß in der Schleife wenn der Eingang seinen Maximalwert von zwanzig 10. Da es ein Merkmal der Supraleitfähigkeit ist, daß Einheiten erreicht, wird der Strom in den Pfaden 16 der eine vollständig supraleitende Schleife durchflie- und 18 wieder in einem Verhältnis verteilt, das nicht ßende Nettofluß nicht verändert werden kann, solange 20 proportional den Induktivitäten dieser Pfade ist, d. h., die Schleife völlig supraleitend bleibt, wird ein fort- ein Strom von fünfzehn Einheiten fließt im Pfad 16 dauernder Strom nach Beendigung des Eingangs- und ein Strom von fünf Einheiten im Pfad 18. Bei Stroms in der Schleife gespeichert. Dies ist in Fig. 1A, Beendigung der Eingänge fällt der Strom in derselben 1 B und 1 C dargestellt, und zwar fallen bei Beendi- Weise ab wie zuvor, so daß ein fortdauernder Strom digung des Eingangs an Klemme 12 die Ströme in den 25 von fünf Einheiten in Uhrzeigerrichtung in der Pfaden 16 und 18, die dieselbe Induktivität haben, im Schleife 10 gespeichert bleibt. Wenn also ein Eingleichen¹ Verhältnis ab. Daher erfolgt mit dem Abfall gangsimpuls von zwanzig Stromeinheiten an die des Eingangsstromimpulses von zwanzig Einheiten Klemme 12 angelegt wird, bleibt bei Beendigung des auf Null eine Änderung von zehn Einheiten in jedem Eingangs ein fortdauernder Strom von fünf Einheiten Pfad, und ein fortdauernder Strom von fünf Einheiten 30 im Uhrzeigersinne in der Schleife, ohne Rücksicht wird in der Schleife 10 gespeichert. Da dieser Strom darauf, ob anfangs ein fortdauernder Strom in der gerade unter dem Schwellen- oder Silsbeestrom für Schleife gespeichert war oder nicht, die Leitung 19 liegt, wird kein Widerstand in die Der gespeicherte Strom dauert während des Zeit-

Schleife 10 bei Beendigung des Eingangs eingeführt, abschnitts T7 fort, und der Zustand der Schleife in und der Nettofluß in der Schleife ist etwa gleich dem, 35 bezug auf den fortdauernden Strom wird nicht durch der in der Schleife vorhanden war, als der angelegte die Anlegung eines Halbwähleingangs an die Klemme Strom zu fünfzehn Einheiten im Pfad 16 und fünf 12 während des Zeitabschnitts T8 geändert. Dieser Einheiten im Pfad¹ 18 aufgeteilt war. Durch gleich- Eingang, der durch Betätigung eines der Schalter 28 zeitige Betätigung beider Schalter 28 und 30 kann oder 30, aber nicht beider, angelegt wird, teilt sich also ein fortdauernder Strom von fünf Einheiten in 40 zu gleichen Teilen zwischen die Pfade 16 und 18 auf, der Schleife 10 gespeichert werden, während bei allei- ohne daß dadurch die Leitung 19 normalleitend wird, niger Betätigung eines Schalters kein Strom gespei- Wenn der Eingang endet, kehrt die Schleife im ihren chert wird. Der während des Zeitabschnitts T4 einge- anfänglichen Dauerstromzustand zurück, d. h., sie speicherte fortdauernde Strom hält unbestimmt lange speichert eine fortdauernden¹ Strom von fünf Einan, wenn er nicht durch die Einführung von Wider- 45 heiten in Uhrzeigerrichtung. Dieser fortdauernde ständen in die Schleife gelöscht wird. Die Gegenwart Strom kann jedoch gelöscht werden¹ durch die Andes fortdauernden Stroms zeigt die vorhergehende legung eines Stromimpulses mit entgegengesetzter gleichzeitige Anlegung von Eingängen durch die Polarität und einer Maximalgröße von zehn Einhei-Stromquellen'22 und 24 an. ten. Das geschieht durch Betätigung des Schalters 32,

Ein interessantes und ziemlich wichtiges Merkmal 50 wodurch die für den Zeitabschnitt TlO dargestellten der Schaltung von Fig. 1 ist es, daß die von den Quel- Vorgänge ausgelöst werden. Bei Anlegung des negalen 22 und 24 angelegten Impulse nicht genau gleich- tiven Halbwählimpulses neigt dieser dazu, dien Strom zeitig aufzutreten brauchen. Die Impulse brauchen im Pfad 18 zu vermehren und den in Pfad 16 zu vernur so angelegt zu werden, daß ein Pegel von zwanzig mindern. Wegen der Tantalleitung 19 im Pfad 18, die Einheiten angelegten Stroms an Klemme 12 erlangt 55 normalleitend wird, wenn der Strom in diesem Pfad wird. So kann z. B. der Schalter 28 zuerst und der fünf Einheiten überschreitet, wird jedoch dieser Schalter 30 danach geschlossen werden, undi anschlie- Stromimpuls völlig in den Pfad 16 gelenkt. Da die ßend, nachdem der angelegte Strom an Klemme 12 Leitung 19 während dieses Vorgangs normalleitend¹ einen Wert von zwanzig Einheiten erreicht und die ist, kann der Nettofluß durch die Schleife verändert beschriebene Stromverteilung (fünfzehn Einheiten im 60 werden, und wenn daher der angelegte negative HaIb-Pfad 16 und fünf Einheiten im Pfad 18) erlangt, kön- wählimpuls, der als Rückstellimpuls dient, seinen nen die Eingangsimpulse entweder gleichzeitig oder Maximalwert von zehn Einheiten erreicht, befindet nacheinander mit demselben Ergebnis beendet wer- sich ein gleicher Strom von minus fünf Einheiten in den, d. h. ein Strom von fünf Einheiten wird in jedem der Pfade 16 und 18. Bei Bendigung dieses Schleife 10 gespeichert. 65 Rückstellimpulses fällt der Strom im gleichen) Ver-

Aus den Polaritäten der zur Darstellung der Quel- hältnis in beiden Pfaden ab, da sie dieselbe Induklen 22 und 24 verwendeten Batterien geht hervor, daß tivität haben, so daß am Ende von T10. kein fortder angelegte Strom in beiden Pfaden 16 und 18 in dauernder Strom in der Schleife 10 gespeichert ist. Richtung auf Punkt 14 fließt. Diese Stromrichtung in Die Arbeitsweise während des Zeitabschnitts T12

jedem Pfad ist in den Wellenformen von Fig. IB und 70 zeigt, daß bei Anlegung eines negativen Halbwähl-

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impulses oder Rückstellimpulses an die Klemme 12 bzw. 17^4, und die Schleife unterscheidet sich von der durdh Betätigung des Schalters 32 zu einer Zeit, wenn in Fig. 1 dadurch, daß sie ganz aus demselben Suprakein Strom in der Schleife gespeichert ist, die Schleife leitermaterial, hier Tantal, besteht. Die Spulen 15^4 in denselben Zustand (kein Strom gespeichert) nach und 17^4 haben dieselbe Induktivität wie die Pfade dem Ende des Rückstellimpulses zurückkehrt. 5 16 A und 18^4, in denen sie enthalten sind. Die Spule Der Dauerstromzustand der Schleife 10 wird durch 17^4 ist jedoch kürzer und eng gewickelt mit einer eine Abfühlschaltung festgestellt, die in dem gestri- großen· ZaW von Windungen pro Längeneinheit, wähchelten Block 40 in Fig. 1 enthalten ist. Diese Schal- rend die Spule 15^4 lose gewickelt ist und eine getung enthält ein Supraleiterelement 42, das darstel- ringere Zahl von Windungen pro Längeneinheit belungsgemäß an die Spule 15 im Pfad 16 der Schleife io sitzt. Infolge dieser Anordnung erzeugt eine Strom-10 angrenzt, das aber vorzugsweise innerhalb der einheit in Spule 17^4 ein stärkeres magnetisches Feld Spule angeordnet ist. Dieses Element42 besteht aus als eine Stromeinheit in der Spule 15^4, und daher einem supraleitfähigen Material, wie z. B. Tantal, so wird die Spule 17^4 durch einen geringeren Eigendaß es, während es normalerweise bei der Arbeits- strom als die Spule 15^4 normalleitend gemacht. Funktemperatur supraleitend ist, durch das magnetische 15 tionell ist die Konstruktion dieselbe wie die der Feld der Spule 15 in den normalleitenden Zustand ge- Schleife 10 von Fig. 1, und zwar wird die Spule 17 A trieben wird, wenn ein fortdauernder Strom von fünf durch ihr eigenes magnetisches Feld normalleitend Einheiten in der Schleife 10 gespeichert ist. Um eine gemacht, wenn der sie durchfließende Strom fünf Eingute Arbeitsweise ohne strenge Schaltungsparameter heiten übersteigt. Die Geometrie und die Eigenschafzu gewährleisten, wird vorzugsweise das Abfühl- 20 ten des Tantaldrahtes, der den restlichen Teil des element 42 so hergestellt, daß es normalleitend wird, Pfades 18^4 und den ganzen Pfad 16^4 einschließlich wenn der Strom in der Spule 15 einen Wert von we- der lose gewickelten Spule 15.4 bildet, sind jedoch so, niger als fünf Einheiten überschreitet, z. B. drei daß diese Teile der Schleife einen Strom von über Stromeinheiten. fünfzehn Einheiten führen können, ohne durch ihre Die Leitung 42 empfängt Strom von der Quelle 44, 25 eigenen magnetischen Felder normalleitend gemacht und mit der Leitung 42 zu dieser Quelle parallel ge- zu werden. Die ganze Schleife 10.4 von Fig. 2 kann schaltet ist ein zweites Supraleiterelement 46. Die also aus demselben Drahtmaterial bestehen und arbeiletztgenannte Leitung ist normalerweise supraleitend, tet, wenn sie in der Schaltung von Fig. 1 benutzt kann aber normalleitend gemacht werden durch Beta- wird, ebenso wie die dort gezeigte Schleife 10. tigung des Schalters 48, wodurch eine Quelle 50 Strom 30 Die Ausgangsabfühlleitung kann innerhalb einer zu einer Spule 52 senden kann, die angrenzend an die der Spulen 17^4 oder 15^4 angeordnet sein, aber ge-Leitung 46 dargestellt, aber vorzugsweise um diese maß Fig. 2 ist eine Ab füllleitung 42 .<4 vorzugsweise herumgewickelt ist. Zwei Ausgangsklemmen 54 und in der eng gewickelten Spule 17.4 enthalten, die ein 56 sind über diese Parallelleitungen 42 und 46 ge- stärkeres magnetisches Feld erzeugt, wenn ein fortschaltet, und wenn eine oder beide dieser Leitungen 35 dauernder Strom in der Schleife gespeichert ist. Der supraleitend sind, entsteht keine Spannung zwischen Zustand der Leitung 42 A, supraleitend oder normaldiesen Ausgangsklemmen. Wenn aber beide Leitungen leitend, zeigt an, ob ein fortdauernder Strom in der normalleitend sind, was nur dann der Fall ist, wenn Schleife 10vi gespeichert ist oder nicht, und diese Leizur Zeit der Betätigung des Schalters 48 ein ausrei- tung kann ebenso wie die Leitung 42 in Fig. 1 in eine chender Strom in der Schleife 10 fließt, erzeugt der 40 Abfühlschaltung eingeschaltet werden. Strom von der Quelle 44 einen Spannungsabfall über Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Speicherdie parallel geschalteten Leitungen, und diese Span- schleife nach der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. Dort nung wird zwischen den Klemmen 54 und 56 ange- umfaßt die Schleife 105 zwei Pfade 165 und 185 zeigt. Der Zustand der Schleife 10 kann also jeder- zwischen einer Eingangsklemme 125 und einer Erdzeit abgefragt werden, z. B. während eines der mit 45 klemme 145. Der Umfang des im Pfad 185 benutzten ungeraden Zahlen bezeichneten Zeitabschnitte von Drahtes ist kleiner als der im Pfad 165. Aus diesem Fig. IA, IB und IC, indem einfach der Schalter 48 Grunde ist das durch eine Stromeinheit im Pfad 185 betätigt und dadurch die Leitung 46 normalleitend erzeugte Eigenfeld größer als das im Pfad 165 durch gemacht wird. Wenn ein fortdauernder Strom in der eine Stromeinheit erzeugte Eigenfeld. Die Geometrie Schleife 10 vorhanden ist, z. B. während der Zeit- 50 der in den Pfaden verwendeten Leitungsdrähte ist so, abschnitte T5, Tl und T9, wird eine Ausgangsspan- daß, wenn der Strom im Pfad 185 fünf Einheiten nung ständig zwischen den Klemmen 54 und 56 ange- übersteigt, die diesen Pfad bildende Leitung normalzeigt, wenn der Schalter 48 geschlossen ist. Wenn aber leitend wird, während die den Pfad 165 bildende grödie Leitung 42 supraleitend ist, z. B. während der ßere Leitung einen fünfzehn Einheiten übersteigenanderen, mit ungeraden Zahlen bezeichneten Zeit- 55 den Strom führen und im supraleitenden Zustand abschnitte, wird¹ mit Ausnahme einer etwaigen vor- bleiben kann. Da die Induktivität der Leitungsdrähte übergehenden induktiven Spannung keine Spannung zunimmt mit der Abnahme des Umfangs und mit der zwischen den Klemmen 54 und 56 erzeugt, wenn der Länge der Leitungen, wird der Pfad 185 kürzer ge-Schalter 48 betätigt wird, da der ganze Strom von der macht als der Pfad 165, so daß beide dieselbe Induk-Quelle 44 durch die dann supraleitende Leitung 42 60 tivität haben. Der Dauerstromzustand der Pfade wird geleitet wird. abgefühlt unter Verwendung einer Leitung 425, die Ein weiteres in der Schaltung von Fig. 1 verwend- so angeordnet ist, daß keine induktive Kopplung zwibares Ausführungsbeispiel für eine Supraleiter- sehen ihr und¹ der Schleife 105 besteht, wie es bei den schleife ist in Fig. 2 dargestellt. Dort werden diesel- Spulen und Abfühlleitungen für die Schleifen von ben Bezeichnungen wie in Fig. 1 mit nachgestell- 65 Fig. 1 und 2 der Fall ist. Die Leitung 42 5 ist normatem ».4« zur Darstellung für die verschiedenen Schal- lerweise supraleitend, enthält aber einen an den Pfad tungselemente verwendet. Die Schleife 10^4 von Fig. 2 165 und einen anderen an den Pfad 185 angrenzenumfaßt zwei Pfade 16.4 und 18A zwischen einer den Teil. Diese Teile der Abfühlleitung werden nor-Stromeingangsklemme 12^4 und einer Erdklemme malleitend, wenn ein fortdauernder Strom in der 14A Die Pfade 16^i und 18^4 umfassen Spulen 15^4 70 Schleife 105 gespeichert ist. Der Zustand dieser Ab-

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fühlleitung, supraleitend oder normal, zeigt an, ob ein richtet wird. Dieser Strom dauert während des Zeitfortdauernder Strom in der Schleife 105 gespeichert abschnitts T23 fort und wird während des folgenden ist oder nicht, und die Leitung 42 B kann ebenso wie Zeitabschnitts T 24 gelöscht, wenn die Speicherdie Leitung 42 in der Fig. 1 in einer Abfühl schaltung vorrichtung, hier die Schleife IOD, durch aufeinanderliegen. 5 folgende Betätigung der Schalter 74 und 76 abgefragt

Die Schaltung von Fig. 3 kann auch unter Verwen- und zurückgestellt wird. Dabei werden negative und dung von dünnen Filmleitungen an Stelle von Draht- positive Stromimpulse von zehn Einheiten machleitungen hergestellt werden, da der Querschnitts- einander während des Zeitabschnitts Γ24 an die umfang der Leitungen den Strom bestimmt, den sie Klemme 12 D angelegt. Der zuerst angelegte negative führen können, ohne durch ihr Eigenfeld normalleitend io Impuls löscht den in der Schleife IOD gespeicherten gemacht zu werden. Die Schleife kann z. B. hergestellt fortdauernden Strom. Der zweite Impuls, d. h. der werden unter Verwendung von Filmen, die gleich positive Impuls, ändert den Zustand der Schleife nicht, stark sind, von denen aber der den Pfad 185 bildende so daß am Ende von T24 die Schleife wieder im ur-Leitumgsfilm schmäler als der den Pfad 165 bildende sprünglichen» Zustand ohne gespeicherten fortdauernist. Wie bei der Verwendung von Drahtleitungen 15 den Strom ist.

weist der schmälere Pfad eine größere Induktivität Die Ausgänge für die Speicherschleife IOD werden

pro Längeneinheit auf, und daher wird der Pfad 165 durch eine Abfühlschleife40D (Fig. 4) festgestellt, langer gemacht als der Pfad 18 5, so daß beide Pfade Diese ist tatsächlich direkt über oder unter der dieselbe Induktivität aufweisen und die Schaltung Schleife IOD angeordnet, ist aber in der Zeichnung ebenso wie die Speicherschleife 10 von Fig. 1 be- 20 daneben dargestellt. Diese Schleife endet im zwei trieben werde kanu. Klemmen 54 D und 56 D, an denen während! der Ab-

Ein- weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung fragung Ausgangsspannungen erscheinen, welche den zeigt Fig. 4. Dort kann die supraleitfähige Speicher- Dauerstromzustand der Schleife anzeigen'. Gemäß schleife IOD einem der in Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Fig. 4A, 4B und 4C wird während des ersten) Teils Typen angehören. Sie enthält zwei parallele Pfade 25 des Zeitabschnitts T24 der Schalter 74 geschlossen, so 18 D und 16 D, die zwischen einer Stromeingangs- daß die Quelle 64 einen negativen Impuls vom zehn klemme 12 D und einer Erdklemme 14 D verlaufen. Stromeinheiten an die Klemme 12 D anlegen kamm. Stromeingänge werden dieser Schaltung durch vier Dieser Stromimpuls neigt dazu, dem Strom im Pfad Stromquelle!* 60, 62, 64 und 66 unter der Steuerung 18 D über den Grenzwert von fünf Einheiten hinaus von Schaltern 70, 72, 74 bzw. 76 zugeleitet. Jede der 30 _zu erhöhen, so daß dieser Pfad normalleitend wird Stromquellem 60 und 62 legt beim Schließen des züge- und der ganze Eimgangsimpuls in den anderem Pfad ordneten Schalters an die Klemme 12 D einen Strom- 16 D gelangt.

impuls am, dessen Maximalgröße zwanzig Strom- Daher tritt eine Änderung in dem Nettofluß in der

einheiten beträgt. Die von der Quelle 60 abgegebenen Schleife IOD ein, wenn der Eingangs- oder Abfrage-Impulse sind positiv und die von der Quelle 62 korn- 35 impuls von der Quelle 64 angelegt wird. Diese Ändemendem negativ. Jede der Quellen 64 und 66 legt bei rung im Nettofluß wird von der Abfühlschleife40D Betätigung des zugeordneten Schalters an die Klemme abgefühlt: und erzeugt eine Spannung zwischen den 12 D einen Stromimpuls an, dessen Maximalgröße Ausgangsklemmen 54 D und 56 D. Während des letzzehn Stromeinheiten beträgt. Die von der Quelle 64 ten Teils des Zeitabschnitts T24, wenn das positive gelieferten Impulse sind negativ und die von der 40 Rückstell- und Entnahmesignal durch die Quelle 66 Quelle 66 kommendem positiv. Die Quellen 60 und 62, unter der Steuerung des Schalters 76 angelegt wird, die Impulse unter der Steuerung der Schalter 70 bzw. wird kein Widerstand in die Schleife IOD eingeführt, 72 liefern', dienen zur Speicherung von fortdauernden und daher tritt' keine Änderung im dem Nettofluß Strömetr in der Schleife 10D, und zwar werden die durch die Schleife IOD ein. Es wird also keine Span>von der Quelle 60 kommenden Impulse willkürlich 45 nung in die Abfühlschleife40D eingeführt und zwials die binäre Eins darstellende Eingangs spei eher- schein den Ausgangsklemmen 54 D und 56 D angezeigt, impulse und die von der Quelle 62 kommendem als die Die Schleife IOD bleibt in diesem Zustand ohne

binäre Null darstellende Eingangsspeicherimpulse be- gespeichertem Strom während des Zeitabschnitts Γ25. zeichnet. Die Quellen 64 und 66 dienen zum Abfragen Während des nächsten Zeitabschnitts Γ 26 wird der des Zustandes der Schleife IOD sowie zur Rückfüh- 50 Schalter 72 betätigt, um an die Klemme 12D einen rung dieser Schleife im einen Zustand, im dem sie negativem Vollwählimpuls mit einer Maximalgröße keinen fortdauernden Strom erhält. von zwanzig Stromeinheiten anzulegen. Dieser Impuls

Jetzt sei die Arbeitsweise der Schaltung im Ver- hat eine ähnliche Wirkung wie der während des Zeitbindung mit den in Fig. 4A, 4B und 4C gezeigten abschnitts T22 angelegte positive Impuls, nur verläuft Wellenformen beschrieben, welche den an die Klemme 55 der durch die Amlegung des negativen Impulses in 12 D angelegten Strom, den Strom im Pfad 18 D bzw. der Schleife gespeicherte fortdauernde Strom im den Strom im Pfad 16 D darstellen. Wie in Fig. 1 Gegensinne des Uhrzeigers. Dieser fortdauernde stellen positive Ströme in Fig. 4A, 4B und 4C einen Strom im Gegensinne des Uhrzeigers bleibt während Strom in Richtung auf Klemme 14 D dar, und nega- des Zeitabschnitts T27 in der Schleife gespeichert, tive Ströme stellen Ströme dar, die von Klemme 14 D 60 Während des Zeitabschnitts T28 wird die Schleife wegführen. Während des ersten in Fig. 4 A, 4B und wieder durch die aufeinanderfolgende Betätigung der 4 C gezeigten Zeitabschnitts T21 wird kein Strom an Schalter 74 und 76 abgefragt. Der zuerst angelegte die Klemme 12 D angelegt und kein Strom in der negative Entnahme- und Rückstellimpuls hat eine Schleife IOD gespeichert. Während des Zeitabschnitts solche Richtung, daß der Strom im Pfad 18D ver-T22 wird der Schalter 70 betätigt, und die Quelle 60 65 ringert und der im Pfad 16 D erhöht wird. Daher kann kann einen Stromimpuls vom zwanzig Einheiten an sich der an die Klemme 12 D angelegte Strom zu gleidie Klemme 12 D anlegen. Die Arbeitsweise gleicht chen Teilen zwischen die beiden Pfade aufteilen, ohne der oben in Verbindung mit Fig. IA, IB und IC be- einem Widerstand in die Schleife IOD einzuführen, schriebenem, so daß ein fortdauernder Strom von fünf so daß nach dem Ende dieses Impulses die Schleife Einheiten im Uhrzeigersinne in der Schleife IOD er- 70 in ihren Ausgangszustand zurückkehrt, in dem ein

Claims

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fortdauernder Strom von fünf Einheiten im Gegen- Zeitabschnitts erzeugt, in dem die Entnahmeoperation sinne des Uhrzeigers gespeichert ist. Während der ausgeführt wird. Wenn die Schleife einen fortdauern-Anlegung dieses negativen Halbwählentnahme- und den Strom im Gegensinne des Uhrzeigers speichert, -rückstellimpulses erfolgt also in der Schleife IOD was eine binäre Null darstellt, erzeugt eine Rückstellkeine Flußänderung, und daher werden keine Span- 5 und Entnahmeoperation eine Spannung zwischen den nungen in der Abfühlschleife 40 D induziert. Wenn Klemmen 54 D und 56 D nur während des letzten jedoch durch die Betätigung des Schalters 76 der Teils der Entnahmeoperation, d. h. wenn der positive positive Entnahme- und Rückstellimpuls angelegt halbe Entnahme- und Rückstellimpuls angelegt wird, wird, hat der an die Klemme 12D angelegte Impuls Diese an den Klemmen 54D und 56 D erzeugten Auseine solche Richtung, daß die Neigung besteht, den io gangsimpulse können so gesteuert werden, daß z. B. Strom im Pfad 18 D zu erhöhen und den im Pfad 16 D nur die während des ersten Teils einer Entnahme- und zu verringern. Daher wird der Pfad 18 D normal- Rückstelloperation entstehenden Impulse verwendet leitend, und der ganze angelegte Strom wird in den werden. In diesem Falle zeigt ein. während einer EntPfad 16 D geleitet. Dabei erfolgt eine Änderung in nahmeoperation erzeugter Spannungsausgang an, daß dem Nettofluß in der Speicherschleife IOD, die eine 15 eine binäre Eins in der Schleife IOD gespeichert war, Spannung in der Abfühlschleife 40 D erzeugt, welche und das Fehlen einer Spannung zeigt an, daß eine zwischen den Klemmen 54 D und 56 D angezeigt wird. binäre Null in der Schleife stand.
Bei Beendigung des positiven Entnahme- und Rück- Die Schaltung der Schleife IOD kann auch als

Stellsignals kehrt die Speicherschleife 10 D in einen Schaltung mit drei stabilen Zuständen¹ benutzt werden. Zustand zurück, in dem sie keinen fortdauernden ao Der erste stabile Zustand, der durch Betätigung des Strom enthält. Schalters 70 ohne Rücksicht auf den Ausgangszustand

Dieser Zustand bleibt während des Zeitabschnitts der Schaltung herbeigeführt wird, ist derjenige, in T29 unverändert, aber während T30 wird der Schal- dem ein fortdauernder Strom im Uhrzeigersinne in ter 70 betätigt, um einen positiven, die binäre Eins der Schleife 10 gespeichert ist; der zweite stabile Zudarstellenden Impuls an Klemme 12 D anzulegen. Wie 35 stand, der durch Betätigung des Schalters 72 ohne zuvor erzeugt dieser Impuls einen fortdauernden Rücksicht auf den Ausgangszustand der Schleife 10 Strom von fünf Einheiten im Uhrzeigersinne in der herbeigeführt wird, ist derjenige, in dem ein fort-SchleifelOD. Dieser Zustand hält an während des dauernder Strom im Gegensinne des Uhrzeigers in Zeitabschnitts T31, zu welcher Zeit der Schalter 72 der Schleife IOD gespeichert ist, und der dritte betätigt wird, um einen negativen, die binäre Null 30 stabile Zustand, der durch aufeinanderfolgende Betätidarstellenden Speicherimpuls in die Schleife ein- gung der Schalter 74 und 76 ohne Rücksicht auf den zuführen. Wie die Wellenformen für T32 zeigen, wird Ausgangszustand der Schaltung herbeigeführt wird, durch die Anlegung des die binäre Null darstellenden versetzt die Schleife 10 D in einen Zustand, in dem Impulses ein dauernder Strom im Gegensinne des Uhr- kein fortdauernder Strom gespeichert ist. Die drei Zuzeigers in der Schleife IOD selbst dann erzeugt, wenn 35 stände der Schaltung können durch aufeinanderbei Anlegung des binären Null-Impulses ein Uhr- folgende Betätigung der Schalter 74 und 76 abgefragt zeigerstrom in der Schleife gespeichert war. werden. Wenn sie im ersten stabilen Zustand ist und

Die Arbeitsweise ist dieselbe, wenn in der Schleife einen fortdauernden Strom im Uhrzeigersinne speianfangs ein fortdauernder Strom im Gegensinne des chert, entsteht eine Ausgangsspannung zwischen den Uhrzeigers als Ergebnis einer früheren Anlegung 40 Klemmen 54 D und 56 D nur in der ersten Hälfte der eines binären Null-Impulses unter der Steuerung des Abfragezeit. Wenn sie im zweiten stabilen¹ Zustand Schalters 72 gespeichert war, und der Schalter 70 ist und einen fortdauernden Strom im Gegensinne des wird betätigt, um einen binären Eins-Impuls an- Uhrzeigers speichert, entsteht eine Ausgangsspannung zulegen. Durch diese Maßnahme wird ein fortdauern- zwischen den Klemmen 54 D und 56 D nur im letzten der Strom im Uhrzeigersinne in der Schleife IOD ge- 45 Teil der Abfragezeit. Wenn die Schaltung im dritten speichert. Daher wird ohne Rücksicht auf den An- stabilen Zustand ist und kein fortdauernder Strom fangszustand der Schleife bei Betätigung des Schal- in der Schleife IOD gespeichert ist, entsteht in keinem ters70 zur Anlegung eines positiven Signals von Teil der Abfragezeit eine Ausgangsspannung zwischen voller Größe, das als binäres Eins-Signal bezeichnet den Klemmen 54 D und 56 D.
wird, ein fortdauernder Strom von fünf Einheiten im 5°

Uhrzeigersinne in der Schleife IOD gespeichert. Wenn Patentansprüche:

der Schalter 72 betätigt wird, um einen negativen

Eingangsimpuls von voller Größe, der als binärer 1. Speicheranordnung, in welcher zur Darstel-

Null-Impuls bezeichnet wird, anzulegen, wird ohne lung der beiden Werte einer Binärziffer in einer

Rücksicht auf den Ausgangszustand der Schleife ein 55 geschlossenen supraleitfähigen Schleife ein beliefortdauernder Strom von fünf Einheiten im Gegen- big lange ohne Energiezufuhr fließender Supra-

sinne des Uhrzeigers gespeichert. Wenn die Schalter strom erzeugt und zum Abklingen gebracht wer-

74 und 76 nacheinander betätigt werden, um halbe den kann, dadurch gekennzeichnet, daß die supranegative und positive Impulse an die Klemme 12 D leitfähige Schleife (10) aus zwei parallel geschalanzulegen, die als Entnahme- und Rückstellimpulse 60 teten Zweigen (16 und 18) gleicher Induktivität bezeichnet werden, ist die Schleife nach dieser Ent- besteht, daß einer (18) der beiden Zweige einen

nähme- und Rückstelloperation stets im gleichen Zu- Leiter oder Leiterabschnitt (19) aufweist, welcher

stand, in dem kein fortdauernder Strom gespei- wesentlich leichter durch die Feldstärkeänderung

chert ist. des von dem Strom in dem Zweig (18) erzeugten

Wenn die Schaltung anfänglich einen fortdauern- 65 Magnetfeldes zwischen dem supraleitenden und den Strom im Uhrzeigersinne als Ergebnis einer dem normalleitenden Zustand umsteuerbar ist als

früheren Anlegung eines binären Eins-Impulses spei- der Rest (15, 17) der Schleife (10), und daß die

chert, wird durch eine Entnahme- und Rückstell- beiden parallel geschalteten Zweige (16, 18) mit

operation zwischen den Klemmen 54 D und 56 D eine einer Stromquelle (22 bis 32) verbunden sind,

Ausgangsspannung nur während der ersten Hälfte des 70 welche zum Anregen und Löschen des Supra-

stromes Ströme unterschiedlicher Richtung und Größe zu liefern in der Lage ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zweige (16 A und 18A) eine Spule (15 A und 17 A), vorzugsweise aus dem gleichen supraleitfähigen Material, enthalten und daß die Spule (17^4) des einen Zweiges (18.4) mehr Windungen pro Längeneinheit aufweist und kurzer ist als die Spule (15A) des anderen Zweiges (16A).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zweige (165 und 185) aus langgestreckten Drähten bzw. aus Streifen eines dünnen Films, vorzugsweise jeweils aus dem

gleichen supraleitfähigen Material, bestehen und daß der eine Zweig (185) einen geringeren Querschnitt aufweist und kurzer ist als der andere Zweig (165).

4. Verfahren zum Betreiben einer Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Stromquelle (22 bis 32) an die Parallelschaltung der beiden Zweige (16 und 18) gelieferte Strom zum Anregen eines Suprastroms viermal so groß und zum Löschen eines Suprastroms zweimal so groß gewählt wird, wie der zum Umsteuern des leichter umsteuerbaren Abschnitts (19) des einen¹ Zweiges (18) benötigte Silsbeestrom dieses Abschnitts.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen