DE1150709B - Bistabile Supraleiter-Kippschaltung - Google Patents

Description

Die Erscheinung der Supraleitfähigkeit, d. h. des Fehlens von elektrischem Widerstand, das bei bestimmten Materialien unterhalb bestimmter Temperaturen auftritt, ist schon in verschiedenen logischen Schaltungen ausgenutzt worden. Der grundlegende supraleitfähige Baustein, das sogenannte Kryotron, besteht aus einem Mitteldraht oder Torleiter, um den eine einschichtige Spule oder ein Steuerleiter herumgewickelt ist. Das Kryotron wird bei Supraleitertemperatur betrieben, so daß der Torleiter normalerweise supraleitend ist. Danach erzeugt dann ein Stromfluß von mindestens einer vorherbestimmten Größe durch den Steuerleiter ein magnetisches Feld, das, wenn es an den Torleiter angelegt wird, darin die Supraleitfähigkeit aufhebt, so daß der Torleiter bei der Betriebstemperatur einen normalen Widerstand aufweist. Der Steuerleiter besteht im allgemeinen aus einem Supraleitermaterial, dessen kritisches Feld einen höheren Wert hat als das des Torleiters. Das kritische Feld ist dasjenige Magnetfeld, das den supraleitenden Zustand aufhebt. Infolgedessen bleibt der Steuerleiter bei allen Werten der in der Betriebsschaltung anzutreffenden magnetischen Felder supraleitend. Durch die Kopplung der Tor- und Steuerleiter verschiedener Kryotrone sind Verstärker, Oszillatoren und logische Schaltungen konstruiert worden, die durch geringe Kosten, geringe Größe und große Zuverlässigkeit ausgezeichnet sind.

Weiterhin sind verbesserte Kryotrone, die aus gegeneinander isolierten dünnen Schichten bestehen, bekannt. Diese aus dünnen Schichten bestehenden Kryotrone weisen höhere Schaltgeschwindigkeiten auf als die aus Draht gewickelten und werden vorzugsweise in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet.

Bei einer bekannten bistabilen Kryotron-Kippschaltung besteht die Kippstufe im wesentlichen aus zwei supraleitfähigen Zweigen, die elektrisch parallel geschaltet sind. Der erste Zweig umfaßt einen Torleiter eines ersten und einen Steuerleiter eines zweiten Kryotrons und der zweite Zweig den Torleiter des zweiten und den Steuerleiter des ersten Kryotrons. Ein durch den ersten Zweig fließender Strom zeigt an, daß die Kippstufe im ersten stabilen Zustand ist, und ein durch den zweiten Zweig fließender Strom zeigt an, daß die Kippstufe im zweiten stabilen Zustand ist. Ein diesen parallelen Zweigen zugeleiteter Strom fließt durch nur einen dieser Zweige, weil der durch den einen Zweig fließende Strom den supraleitenden Zustand in dem anderen Zweig aufhebt, und bekanntlich fließt ein Strom, der zwei parallelen Zweigen, von denen einer supraleitend und der andere Bistabile Supraleiter-Kippschaltung

Anmelder:

International Business Machines Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H.E.Böhmer, Patentanwalt,
Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. Juni 1961 (Nr. 120 676)

Jere L. Sanborn, Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

normalleitend ist, zugeführt wird, ausschließlich durch den supraleitenden Zweig. Danach ist es möglich, den Strom in den einen oder den anderen Zweig zu leiten, indem der supraleitende Zweig kurzzeitig normalleitend gemacht und dadurch eine Stromverschiebung zwischen den Zweigen eingeleitet wird, die sich additiv fortsetzt, bis der ursprünglich normalleitende Zweig supraleitend wird, wonach die Schaltung dann den ursprünglich supraleitenden Zweig, in den der die Umschaltung einleitende Widerstand eingeführt worden ist, im normalleitenden Zustand hält, bis der nächste Schaltvorgang stattfinden soll.

Ein Nachteil dieser bistabilen Kippschaltung liegt darin, daß jeder der beiden Zweige einen Eingang aufweisen muß und daß diese Kippschaltung nur dadurch umgeschaltet werden kann, wenn einer der beiden Zweige über den zugehörigen Eingang normalleitend gemacht wird. Es ist nicht möglich, diese Kippschaltung durch einem einzigen Eingang zugeführte Impulse von jeweils einem Zustand in den anderen Zustand umzuschalten.

Es ist ferner eine bistabile Kryotron-Kippschaltung bekannt, die diese Nachteile vermeidet. Diese Schaltung verwendet die oben beschriebene bistabile Kipp-

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schaltung und hat zusätzlich einen Umschalter, der vier Kryotrons, davon zwei mit zwei Steuerleitern enthält. Diese bekannte Schaltung stellt zwar eine brauchbare Lösung für eine bistabile Supraleiter-Kippschaltung dar, die durch nur einem Eingang zugeführte Impulse umgeschaltet werden kann. Der Aufwand für diese bekannte Schaltung ist relativ groß, und infolge der vielen Kryotrone, die beim Kippen umgeschaltet werden müssen, ist diese Schaltung relativ langsam.

Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Kryotron-Kippschaltungen zu vermeiden. Die erfindungsgemäße bistabile Kippschaltung läßt sich durch Impulse, die einem einzigen Eingang zugeführt werden, abwechselnd in beide stabile Lagen kippen. Sie benötigt einen geringen Aufwand und hat zudem den Vorteil, daß sie schneller schaltet als die zuletzt beschriebene bekannte bistabile Kippschaltung.

Nachstehend soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Fig. 1 stellt die Supraleiter-Kippschaltung nach der Erfindung dar;

Fig. 2 A zeigt die in der Schaltung von Fig. 1 entstehenden Stromimpulsdiagramme;

Fig. 2 B stellt die Größe der in den Kryotronen von Fig. 1 entstehenden magnetischen Felder dar;

Fig. 3 ist ein Schaltschema des Supraleiter-Schieberegisters nach der Erfindung.

Die Kippschaltung nach der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Schaltung besteht aus vier Kryotronen mit Mehrfachsteuerung, KlO, K12, K14 und K16. Das Kryotron K10 besteht aus einem Torleiter G10 und zwei Steuerleitern C10 A und C10 2?. Das Kryotron K16 gleicht dem Kryotron KlO und hat einen Torleiter G16 und zwei Steuerleiter C16 A und C16 B. Das Kryotron K12 weist einen Torleiter G12 und drei SteuerleiterC12A, CIlB und C12C auf, und ebenso hat das Kryotron K 14 einen Torleiter G14 und drei Steuerleiter C14A, C14B und C14 C.

Der Zustand des Torleiters, supraleitend oder normalleitend, wird in einem Kryotron mit Mehrfachsteuerung durch die Vektorsumme der magnetischen Felder bestimmt, die als Ergebnis des Stromfiusses durch die ihm zugeordneten Steuerleiter an ihn angelegt werden. Zur Verdeutlichung werden die Schaltungen jedoch unter Verwendung der Vektorsumme der Größe des Stromflusses durch die verschiedenen Steuerleiter beschrieben. Es sei dabei angenommen, daß ein Strom des Wertes 1 ein magnetisches Feld des Wertes 1 erzeugt und daß dieses magnetische Feld selbst den Zustand des Torleiters steuert. Die in Fig. 1 gezeigten Kryotrone sind so gewählt worden, daß ein durch den Torleiter fließender Strom des Wertes 1 und eine unter 1,5 liegende Vektorsumme der Steuerströme keinen Widerstand im Torleiter erzeugt. Wenn dagegen die Vektorsumme der Steuerströme gleich zwei oder mehr Stromeinheiten ist, ist der Torleiter selbst dann normalleitend, wenn kein Strom durch ihn fließt. Zum Beispiel reicht das Fließen einer Stromeinheit durch den Steuerleiter C10 A in der in Fig. 1 angegebenen Richtung nicht allein aus, um den Torleiter GlO bei der Betriebstemperatur in den normalleitenden Zustand zu bringen. Wenn zusätzlich zu dem Stromfluß durch den Steuerleiter ClOA eine Stromeinheit in der dargestellten Richtung durch den Steuerleiter ClOB fließt, ergibt sich eine Vektorsumme von zwei Stromeinheiten, und diese reicht aus, den Torleiter GlO normalleitend zu machen. Bei dem Kryotron K12 ist eine durch den Steuerleiter C12 B in der gezeigten Richtung fließende Stromeinheit ungenügend, um den supraleitenden Zustand im Torleiter G12 aufzuheben. Wenn jedoch gleichzeitig und zusätzlich eine Stromeinheit durch den Steuerleiter C12 C fließt, ergibt sich eine Vektorsumme von zwei Stromeinheiten, die ausreicht, um den Torleiter G12 in den normalleitenden Zustand zu bringen. Jetzt

ίο wird durch das Fließen einer Stromeinheit durch den Steuerleiter C12 A in der gezeigten Richtung, die der Richtung des durch C12C und C12B fließenden Stroms entgegengesetzt ist, der wirksame Steuerstrom auf eine Einheit reduziert, so daß der Torleiter G12 wieder supraleitend werden kann. Für die als Beispiel gewählten Kryotronmerkmale ist also eine Vektorsumme von 0 oder einer Einheit des Steuerstroms unwirksam, um den zugeordneten Torleiter normalleitend zu machen, während zwei oder mehr Ein- heiten des Steuerstroms den zugeordneten Torleiter in den normalleitenden Zustand schalten. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß nicht jedes der Kryotrone dieselben Eigenschaften zu haben braucht, denn durch Verändern der Steuerleitereigenschaf ten könnten auch verschiedene Kombinationen von Eigenschaften gewählt werden. In den dargestellten Beispielen sind gleiche Eigenschaften nur aufgenommen worden, um die Darstellung der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung zu erleichtern.

Gemäß Fig. 1 wird der Hauptkippstrom aus einer Urstromquelle 18, bei der es sich z. B. um einen mit einer Batterie in Reihe liegenden relativ hohen Widerstand handeln kann, zu einer Klemme 20 und von dort aus durch einen von zwei Parallelzweigen (Hauptzweigen) zu einer Klemme 22 geleitet. Die Klemme 22 ist an eine ebensolche Kippschaltung angeschlossen oder geerdet. Der erste dieser parallelen Zweige, der z. B. eine binäre 1 oder den ersten stabilen Zustand der Schaltung darstellt, besteht aus dem Torleiter GlO des Kryotrons KlO und dem Steuerleiter C12 B des Kryotrons K12. Ebenso umfaßt der zweite Parallelzweig, der eine binäre 0 oder den zweiten stabilen Zustand der Schaltung darstellt, den Steuerleiter C14 B des Kryotrons K14 und den Torleiter G16 des Kryotrons K16. An ein weiteres Paar paralleler Hilfszweige ist eine Hilfsstromquelle 24 angeschlossen. Der Strom aus der Quelle 24 ist zusammen mit dem Eingangskippimpuls wirksam, um den Zustand der Schaltung zu verändern. Der Strom aus der Quelle 24 fließt zunächst zu einem Verbindungspunkt 26 und dann durch einen der Parallelzweige zu einer Klemme 28. Auch die Klemme 28 kann entweder an eine ähnliche Schaltung angeschlossen oder geerdet sein wie die Klemme 22.

Der erste dieser zusätzlichen parallelen Zweige besteht aus dem Steuerleiter C10 A des Kryotrons GlO und dem Torleiter G14 des Kryotrons K14. Der zweite besteht aus dem Torleiter G12 des Kryotrons K12 und dem Steuerleiter C16 B des Kryotrons K16.

Ein Vormagnetisierungsstrom, der die Größe einer Stromeinheit hat, wird einer Klemme 30 und dann durch den Steuerleiter C14 A des Kryotrons K14 und den Steuerleiter C12 C des Kryotrons G12 der Erde zugeleitet. Kippimpulse werden über einen einzigen Pfad zugeführt, der je einen Steuerleiter jedes der vier Kryotrone der Schaltung umfaßt. Die Kippimpulse werden an zwei Klemmen 32 gelegt und durch den Steuerleiter C12 A des Kryotrons G12, den Steuer-

leiter ClOB des Kryotrons XlO, den Steuerleiter C16 A des Kryotrons K16 und den Steuerleiter C14 C des Kryotrons K14 zur Erde geleitet. Die Stromquellen 24 und 18 sowie die Größe der den Klemmen 32 zugeführten Kippimpulse sind so eingerichtet, daß sie eine Stromeinheit liefern, also dieselbe Größe wie die des der Klemme 30 zugeführten Vormagnetisierungsstroms, damit die Wirkungsweise der Schaltung leichter verständlich wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß diese vier Stromwerte auch beliebig anders festgesetzt werden können, was entsprechende Änderungen in den Eigenschaften der Kryotrone bedingt.

In der nachstehenden Beschreibung der Wirkungsweise der Schaltung von Fig. 1 wird auf die idealisierten Impulsdiagramme von Fig. 2 A und 2 B Bezug genommen. Zur Zeiti₀ befindet sich die Kippschaltung im zweiten stabilen Zustand, in dem der Strom aus der Quelle 18 im zweiten Parallelzweig durch den Steuerleiter C14 B und den Torleiter G16 fließt. Dieser Strom ist in den Figuren mit Z₂ bezeichnet. Zur Zeit t₀ fließt kein Strom aus der Quelle durch den ersten die binäre 1 darstellenden Parallelzweig, der den Torleiter G10 und den Steuerleiter G12 B umfaßt, und dieser Strom, der jetzt den Wert 0 hat, ist in den Zeichnungen mit Z₁ bezeichnet. In ähnlicher Weise wird der Strom aus der Quelle 24 zur Zeit t₀ durch den Torleiter G12 und den Steuerleiter C16 B geleitet, die in Fig. 1 als Stromzweig Z₄ dargestellt sind. Dies ist der Fall, weil der dazu parallel verlaufende Zweig Z₃ zur Zeit i₀ normalleitend ist. Der durch den Steuerleiter C14 A fließende Vormagnetisierungsstrom I_B und der durch den Steuerleiter C14 B des Kryotrons K14 fließende Strom Z₂ leiten jeder eine Stromeinheit in derselben Richtung,"wodurch eine Vektorsumme von zwei Stromeinheiten entsteht. Diese Vektorsumme genügt, um den Torleiter G14 normalleitend zu machen. Die Steuerleiter des Kryotrons G12 werden jedoch nur durch eine Stromeinheit erregt, weil der Strom I_B durch den Steuerleiter C12 C fließt, so daß der Torleiter G12 des Stromzweiges/₄ supraleitend bleiben kann. Von den beiden an den Punkt 26 angeschlossenen parallelen Zweigen ist der eine normalleitend und der andere supraleitend, und der von der Quelle 24 kommende Strom, der zum Punkt 26 gelangt, fließt vollständig durch den supraleitenden Pfad. Daher hat zur Zeit t₀ der Strom I₁ die Größe 1, und Z₃ ist gleich 0, wie es Fig. 2 A zeigt.

Zur Zeit t_t wird ein Kippstrom I_T in Höhe einer Stromeinheit an die Klemmen 32 gelegt. Dieser Strom, der durch den Steuerleiter C12/1 des Kryotrons K12 fließt, hebt das Feld auf, das durch die den Steuerleiter C12 C durchfließende eine Stromeinheit erzeugt wird, und daher ist die Vektorsumme des Stroms gleich 0, und entsprechend ist das magnetische Feld gleich 0, und der Torleiter G12 kann daher supraleitend bleiben. Außerdem fließt Strom I_T durch den Steuerleiter C10 B. Jedoch hat jetzt der durch den Steuerleiter C 1OA fließende Strom den WertO, und daher wird eine Vektorsumme von einer Stromeinheit den Steuerleitern des Kryotrons K10 zugeführt, und dessen Torleiter G10 bleibt supraleitend. Als nächstes fließt Strom I_T durch den Steuerleiter C 16^4 des Kryotrons K16. Zu dieser Zeit fließt außerdem Strom Z₄ durch den Steuerleiter C16 B des Kryotrons K16, und daher hat die Vektorsumme des Stroms durch die Steuerleiter des Kryotrons K16 den Wert von zwei Stromeinheiten. Das genügt, um den supraleitenden Zustand im Torleiter G16 des Kryotrons K16 zu beenden. Weil der Torleiter G16 normalleitend ist, beginnt der Strom /., auf 0 abzusinken, da der Hauptstrom aus dem die binäre 0 darstellenden Zv/eig in den die binäre 1 darstellenden Zweig umgeleitet wird. Auf die Wertminderung des Stroms I._z folgt notwendigerweise eine Erhöhung des Wertes des Stroms I₁, bis der ganze Strom aus der Quelle 18 in dem die binäre 1 darstellenden Zweig fließt und der Strom I₁ die Größe einer Stromeinheit erreicht. Außerdem fließt Strom I_T durch den Steuerleiter C14 C des Kryotrons K14. Vor der ZeUi₁ war der Torleiter G14 des Kryotrons K14 normalleitend. Als Ergebnis des Anlegens von Strom I_T zur Zeit t_t wird der Torleiter G14 jedoch supraleitend. Die Ursache dafür ist, daß der Strom I_T in der dem Strom I_B im Steuerleiter C14 A entgegengesetzten Richtung fließt und daß außerdem der Strom Z₂ auf einen Wert 0 reduziert ist. Der Wert des Stroms Z₁ ist auf eine Stromeinheit angestiegen und fließt durch den Steuerleiter C12 B des Kryotrons G12. Dieser Strom fließt in derselben Richtung, in der der Vormagnetisierungsstrom Iß durch den Steuerleiter C12 C fließt. Während des Zeitabschnittes T₁-T₂ ist jedoch die Richtung des Stroms I_T, der durch den Steuerleiter C12 A fließt, den Strömen I₁ und I_B in den anderen Steuerleitern des Kryotrons K12 entgegengesetzt. Die Vektorsumme der Ströme in den Steuerleitern des Kryotrons K12 beträgt daher eine Stromeinheit, und der Torleiter G12 bleibt supraleitend, so daß weiterhin der Strom Z₄ durch seinen festgelegten Zweig fließen kann. Durch das Anlegen des Kippstroms I₇ zur Zeit t_x wird also der Zustand der Kippschaltung dadurch verändert, daß der Hauptspeicherstrom aus einem der Hauptparallelpfade in den anderen umgeleitet wird, aber der bestehende Stromfluß aus der Hilfsstromquelle 24 bleibt unverändert. Zur Zeit t_t wird durch das Anlegen des Kippstroms I₇ sichergestellt, daß die Torleiter der Kyrotrone K12 und K14 supraleitend werden oder bleiben, und der Strom I_T hat in Verbindung mit dem Strom I₁ die Wirkung, daß der Hauptspeicherstrom aus dem die binäre 0 darstellenden Zweig in den die binäre 1 darstellenden Zweig umgeleitet wird.

Durch die Beendigung des Kippstroms I₇ zur Zeit t₂ wird ein zusätzlicher Schaltvorgang eingeleitet, der die Kippschaltung so vorbereitet, daß sie beim Anlegen des nächsten Kippimpulses ihren Zustand ändert. Dies geschieht zur Zeit i₂, da der Torleiter G12 des Kryotrons K12 durch die kombinierte Wirkung des Fließens von StTOmZ₁ durch den Torleiter C12 B und von Vormagnetisierungsstrom Zg durch den Torleiter C12 C normalleitend wird. Diese in gleicher Richtung fließenden Ströme bilden eine Vektorsumme von zwei Stromeinheiten, wodurch der supraleitende Zustand des Torleiters G12 beendet wird. Zu dieser Zeit ist der für den Strom Z₃ vorgesehene Stromzweig supraleitend, da der Torleiter G14 des Kryotrons ZC14 supraleitend bleibt, weil nur eine einzige Stromeinheit zu den Steuerleitern dieses Kryotrons gelangt, denn jetzt fließt Vormagnetisierungsstrom I_B durch den Steuerleiter C14 A, und der Wert des durch den Steuerleiter C14 β fließenden Stroms Z₂ ist jetzt gleich 0. Durch den normalleitenden Torleiter G12 wird also der Strom aus der Hilfsstromquelle 24, der zum Punkt 26 gelangt, aus dem Z₄-Zweig in den Z₃-Zweig umgeleitet, wie es die Im-

den Anfangszustand zurückgeführt worden, wie er zur Zeit t₀ dargestellt ist, und das weitere Anlegen zusätzlicher Kippimpulse führt zu entsprechenden Operationen, wobei die Schaltung abwechselnd in den

5 ersten und den zweiten stabilen Zustand geschaltet wird.

Wenn also ein Kippimpuls angelegt wird, wird dadurch der Zustand der Schaltung mit dem in einem der Zweige I₃ oder /₄ fließenden Hilfsspeicherstrom

ο verändert; außerdem wird der Hilfsspeicherstrom wahlweise bei Beendigung des Kippimpulses in einen bestimmten dieser Zweige geleitet, was einzig und allein vom Zustand der Kippschaltung zur Zeit der Beendigung des Kippimpulses abhängt. Man beachte

pulsdiagramme von Fig. 2 A zeigen. Bei Beendigung des Kippimpulses nimmt daher der Strom I₃ den Wert einer Stromeinheit an, und der Strom T₁ wird auf 0 reduziert.

Wenn zur Zeit t₃ ein zweiter Kippimpuls angelegt wird, kehrt der Hauptspeicherstrom in den die binäre 0 darstellenden Zweig zurück. Durch das Ende des zweiten Kippimpulses wird zur Zeit t_i der Hilfsspeicherstrom aus dem Zweig I₃ in den Zweig Z₄ umgeleitet und dadurch die Schaltung für den nächsten Kippimpuls vorbereitet. Durch den zweiten Kippimpuls, der zur Zeit t_s angelegt wird, werden die Torleiter G12 und G14 der KryotroneÜC12 bzw. K14 in

den supraleitenden Zustand geschaltet oder darin ge- p halten, damit der Fluß des Hilfsspeicherstroms aus *5 auch, daß die Klemme 22, an der der Hauptspeicherder Quelle 24 nicht behindert wird. Im Kryotron K14 strom rekombiniert wird, direkt an die Klemme 26 wirkt der durch den Steuerleiter C14 C fließende angeschlossen werden könnte, wobei dann die Hilfs-Kippstrom dem durch den SteuerIeiterC14^4 fließen- stromquelle 24 wegfiele, ohne daß die Wirkungsweise den Vormagnetisierungsstrom I_B entgegen, und daher der Schaltung verändert oder ihre Geschwindigkeit ist die Vektorsumme der Steuerleiterströme gleich 0. a° herabgesetzt würde. Da die Kippimpulse an eine be-Beim Kryotron K12 liegen die Dinge ähnlich, denn stimmte Klemme gelegt werden und da der angelegte obwohl der durch den Steuerleiter C12 C fließende Kippimpuls unabhängig vom Zustand der Schaltung Vormagnetisierungsstrom I_B und der durch den zu einem einzigen Zweig geleitet wird, sind höhere Steuerleiter C12 B fließende StTOmZ₁ eigentlich eine Betriebsgeschwindigkeiten möglich als in Schaltungen, Vektorsumme von zwei Stromeinheiten ergeben, wird 25 in denen die Kippimpulse zuerst wahlweise zu einer durch den durch den Steuerleiter C 12^4 fließenden von zwei Eingangsklemmen geleitet werden müssen Kippstrom I_T die Vektorsumme des dem Torleiter oder in denen die Eingangskippimpulse zuerst einen G12 zugeführten Stroms auf eine Stromeinheit redu- bestimmten Zweig durchlaufen müssen, der durch ziert, und dieser Torleiter kann daher wieder supra- den Zustand der Kippschaltung bestimmt und geleitend werden. Der dem Steuerleiter C16 A zugeleitete 30 steuert wird.

Kippstrom I_T kann den Torleiter G16 jetzt nicht in Um die Wirkungsweise der Schaltung von Fig. 1 den normalleitenden Zustand bringen, da der durch noch deutlicher zu machen, sei nun auf Fig. 2 B den Steuerleiter C16B fließende Strom /₄ den Wert 0 Bezug genommen, worin die Vektorsumme der jedem hat. Im Kryotron K10 ergeben jedoch der durch den der vier Kryotrone der Schaltung zugeführten Steuer-Steuerleiter ClOS fließende Kippstrom I₇ und der 35 ströme während der auch in Fig. 2 A angegebenen durch den Steuerleiter C10 A fließende Strom I₃ zu- Zeitabschnitte dargestellt ist. Während des Zeitsammen die Vektorsumme von zwei Stromeinheiten, abschnitts zwischen t₀ und I₁ ist die Vektorsumme so daß der Torleiter GlO normalleitend wird. Durch der dem Kryotron K10 zugeführten Ströme gleich 0, die Einschaltung des normalleitenden Torleiters GlO die Vektorsumme der dem Kryotron K16 zugeführin den vom Strom I₁ durchflossenen Zweig wird eine 40 ten Ströme gleich 1, die Vektorsumme der dem Umleitung des Hauptstroms aus der Quelle 18 von Kryotron K14 zugeführten Ströme gleich 2 und die dem normalleitenden /j-Zweig in den supraleitenden Vektorsumme der dem Kryotron K12 zugeführten /₂-Zweig eingeleitet. Auf diese Weise wird der Wert Ströme gleich 1. Man sieht also deutlich, daß wähvon I₁ auf 0 reduziert und der von I₂ auf eine Strom- rend des Zeitabschnitts von t₀ bis Z₁, d. h. vor dem einheit erhöht. Diese Impulsdiagramme zeigt wieder 45 Anlegen eines Kippimpulses, der Torleiter G14 des Fig. 2 A. Man sieht also, daß während des Zeit- Kryotrons £14 der einzige normalleitende Torleiter abschnitts von t₃ bis i₄ beim Anlegen des zweiten der Schaltung ist. Während des Zeitabschnitts t_t Kippimpulses der Strom I₃ in seinem supraleitenden bis r₂ ist die Vektorsumme des Steuerstroms des Zweig bleibt und der Hauptspeicherstrom aus dem Kryotrons K16 auf zwei Stromeinheiten gestiegen, die binäre 1 darstellenden Zweig in den die binäre 0 5° Während dieses Zeitabschnitts ist also als einziger darstellenden Zweig umgeleitet wird. Damit wird die der Torleiter G16 normalleitend. Ebenso ist während Schaltung aus dem ersten in den zweiten stabilen Zu- des Zeitabschnitts t₂ bis t₃, also vor dem Anlegen des stand umgeschaltet. Wieder wird durch die Be- nächsten Kippimpulses, der Torleiter G12 des Kryoendigung des Kippstroms zur Zeit i₄ eine Umleitung irons K12 der einzige, der normalleitend ist, und im Hilfsspeicherstrom herbeigeführt, damit die Schal- 55 danach ist während des Anlegens des zweiten Kipptung auf den nächsten angelegten Kippimpuls an- impulses, also während des Zeitabschnitts t_s bis i₄, spricht. Dies erfolgt zur Zeiti₄, da bei Beendigung der Torleiter GlO des Kryotrons .00 als einziger von Ij der durch den Steuerleiter C 14^4 des Kryo- normalleitend. Während jedes der angegebenen Zeittrons .04 fließende Strom I_B zusammen mit dem abschnitte, die einen vollständigen Arbeitsumlauf durch den Steuerleiter C14 B fließenden Strom /„ der 60 bilden, ist also jeweils nur ein einziger Torleiter jetzt den Wert 1 hat, eine Vektorsumme von zwei normalleitend, und während des Anlegens eines Stromeinheiten erzeugt und dadurch den supraleiten- Kippimpulses wird entweder der Torleiter G10 oder den Zustand des Torleiters G14 beendet. Durch der Torleiter G 1.6 normalleitend und schaltet die diesen in den /_S-Zweig eingeführten Widerstand wird Schaltung aus dem einen stabilen Zustand in den dann der Hilfsspeicherstrom aus der Quelle 24 in den 65 anderen, und während des Zeitabschnitts zwischen /₄-Zweig umgeleitet, der jetzt supraleitend ist, wo- den Kippimpulsen wird der Torleiter G12 oder der durch der Wert von I₃ auf 0 reduziert und der Wert Torleiter G14 normalleitend und errichtet den Hilfsvon J₄ auf 1 erhöht wird. Jetzt ist die Schaltung in Speicherstrom in einem der Zweige I₃,1₄, wodurch

ίο

C4,2AF, C40CE und C42AE fließt. Durch Verbindungsströme wird die in einer ersten Stufe gespeicherte Information zu einer zweiten Stufe übertragen und darin gespeichert. Es werden zwei solche 5 Verbindungsströme verwendet, von denen der erste, der mit I_x bezeichnet ist, die Stufen E und F verbindet und außerdem die Stufe G mit der nächstfolgenden Stufe verbindet. Ein zweiter Verbindungsstrom Iy verbindet die Stufen F und G miteinander

die Schaltung für den nächsten angelegten Kippimpuls vorbereitet wird.

Man beachte, daß in der Schaltung von Fig. 1
weder ein Paar von Auslesekryotronen noch ein
Rückstellkryotron dargestellt ist, um einen bestimmten Zustand der Schaltung herbeizuführen, wenn ihr
anfänglich Strom zugeleitet wird. Diese Schaltungen
gehören aber zum bekannten Stand der Technik,
und die Beschreibung der Erfindung als solche soll

nicht durch ihre Darstellung unnötig kompliziert io sowie die Stufe E mit der vorhergehenden Stufe oder

werden. Es könnte zum Beispiel ein elementares dem vorgeschalteten Informationsregister. Jeder

Paar von Abfühlkryotronen eingebaut werden, indem dieser Verbindungsströme fließt durch einen von

ein Steuerleiter eines !Cryotrons in jeden der Parallel- zwei Parallelzweigen 1 oder 0. Durch diese Bezeich-

pfade, die den binären Zustand darstellen, aufge- nung soll die Wirkungsweise des Schieberegisters

nommen wird. Die Torleiter dieser Abfühlkryotrone 15 weiter erläutert werden, und zwar wird durch das

werden dann mit einer Abfühlstromquelle parallel Fließen von Verbindungsstrom durch den 1-Zweig

geschaltet. Wenn durch den Steuerleiter eines der beim Anlegen eines Schiebeimpulses eine 1 zwischen

Abfühlkryotrone Strom fließt, wird der entsprechende den Stufen übertragen, und wenn Verbindungsstrom

Torleiter normalleitend, und daher fließt der Abfühl- durch den O-Zweig fließt, wird beim Anlegen des

strom durch den anderen supraleitenden Torleiter, 20 Schiebeimpulses eine 0 zwischen den verbundenen

um den Zustand der Kippschaltung anzuzeigen. Stufen übertragen. Die Schiebeimpulse werden den

Ebenso ist es möglich, zahlreiche Rückstellvorrich- Stufen E, F und G einzeln über die Leitungen 56, 58

tungen nach Bedarf zu verwenden, wie z. B. das in und 60 zugeführt. Diese Leitungen könnten auch in

Fig. 3 dargestellte Rückstellschema. Reihe geschaltet werden, damit ein einziger Schiebe-

Fig. 3 veranschaulicht ein bevorzugtes Ausfüh- 25 impuls gleichzeitig zu allen Stufen des Schieberegisters

rungsbeispiel der Erfindung in Form eines Schiebe- gelangt.

registers. Es sind nur drei Stufen dargestellt, aber es Bei der Beschreibung der Wirkungsweise des versteht sich, daß nach Bedarf mehr oder weniger Schieberegisters sei zunächst angenommen, daß die Stufen verwendet werden könnten. Die Stufen E, F Stufen E, F und G jede im 0-Zustand sind und daß und G gleichen einander. Um jedoch die Zeichnung 3° die Verbindungsströme I_x und /_y jeder durch die kompakter zu gestalten, ist die Stufe F als Umkeh- O-Verbindungsleitungen fließen. Schließlich wird anrung von Stufe E bzw. G dargestellt worden. Jede genommen, daß vor dem Anlegen des ersten Schiebe-Stufe enthält vier Kryotrone K 40, K 42, K 44 und impulses an die Stufe E der Verbindungsstrom I_Y K 46, und zwar ist an das Bezugszeichen der Kryo- durch eine Leitung 54 zur Stufe E fließt und so antrone jeweils die Stufenbezeichnung angehängt. So 35 zeigt, daß ein Wert 1 in der vorhergehenden Stufe ist das Kryotron 40 in Stufe £ mit K 4OE, in Stufe F oder einem vorgeschalteten Register gespeichert ist. mit K 40 F und in Stufe G mit K 40 G bezeichnet. Wenn jetzt ein Schiebeimpuls über Leitung 56 an Die Torleiter der verschiedenen Kryotrone sind zu- Stufe E angelegt wird, wird diese Stufe in den 1-Zusätzlich ähnlich wie in Fig. 1 gekennzeichnet. So ist stand geschaltet. Das ist der Fall, da der Schiebeder Torleiter des Kryotrons X 40 E mit G 40 E und 40 strom durch den Steuerleiter C 44 BE fließt und der Torleiter des Kryotrons K 40 F mit G 40 F be- gleichzeitig der Strom/_y über Leitung 54 durch den zeichnet. Wegen der zahlreich verwendeten Steuer- Steuerleiter C 44AE fließt. Diese beiden Ströme-erkryotrone sind dagegen die verschiedenen Steuerleiter geben eine Vektorsumme von zwei Stromeinheiten, jedes Kryotrons zunächst mit dem zutreffenden die dann den Torleiter G 44 E des Kryotrons K 44 E Buchstaben A, B oder C und danach mit der Stufen- 45 normalleitend werden lassen. Durch diesen normalkennzeichnung bezeichnet. So sind beim Kryotron leitenden Torleiter in dem 0-Zweig der Stufe E wird K 40 E der erste Steuerleiter mit C 40 AE, der zweite der Hauptstrom der Stufe E in den supraleitenden Steuerleiter mit C 40 BE und der dritte Steuerleiter 1-Zweig umgeleitet. In der in Verbindung mit Fig. 1 mit C 40 CE gekennzeichnet. beschriebenen Weise wird dann bei Beendigung des In dem in Fig. 3 gezeigten Schieberegister hat jede 5° Schiebeimpulses der Torleiter G 42 E des Kryotrons Stufe eine Hauptstromquelle I_E, I_F und I₀ für K 42 E in den normalleitenden Zustand gebracht. Stufe E, F bzw. G. Dieser Strom fließt durch einen Das geschieht, weil der Schieberegisterstrom nicht ersten Zweig, der z.B. in StufeE aus dem Steuer- durch den SteuerleiterC42CE fließt und gleichzeitig leiter C 40 BE und dem Torleiter G 44 £ besteht und Strom durch den Steuerleiter C 42 AE (Vormagneanzeigt, daß eine binäre 0 in der Stufe gespeichert ist, 55 tisierungsstrom/ß) fließt und der Steuerleiter C 42 BE oder er fließt durch einen parallel dazu verlaufenden durch den Strom I_E erregt ist. Der Strom I_x zwischen zweiten Zweig, der eine binäre 1 darstellt und z. B. den Stufen E und F wird also in den Verbindungsin Stufe £ aus dem Torleiter G 52 £ des Kryotrons zweig 1 umgeleitet, der aus dem supraleitenden Tor- K 52 E, dem Steuerleiter C 42 BE und dem Torleiter leiter G 40 £ und dem SteuerleiterC 44 ^4F der Stufe F G 46 £ besteht. Diese Darstellung des Zustandes einer 60 besteht. Bei Beendigung des der Leitung 56 von Stufe ist genau analog der Zustandsdarstellung in Stufe £ zugeführten Schiebeimpulses ist also die der Schaltung von Fig. 1. Die Kryotrone K52E, Stufe £ im binären 1-Zustand, und die Stufen F £52 F und K 52 G, deren Steuerleiter C 52 E, C 52 F und G bleiben im binären 0-Zustand. und C 52 G in Reihe liegen, sind Rückstellkryotrone, Ein dann der Leitung 58 in der Stufe F zugeführter deren Funktionen im Laufe der Beschreibung noch 65 zweiter Schiebeimpuls schaltet diese Stufe in den bierläutert werden. Auch hier wird jeder Stufe des nären 1-Zustand. Das geschieht, weil der der Leitung Registers ein Vormagnetisierungsstrom I_n zugeführt, 58 zugeführte Schiebestrom durch den Steuerleiter der durch die Steuerleiter C40CG,C42AG,C40CF, C44BF fließt und zusammen mit dem durch C 44.4F

fließenden Verbindungsstrom I_x ausreicht, um den Torleiter C 44 F noxmalleitend zu machen und dadurch Widerstand in den O-Zweig der Stufe F einzuführen. Infolge dieses Widerstandes gelangt dann der Hauptstrom von Stufe F in deren supraleitenden 1-Zweig, der aus dem Torleiter C 46 F und dem Steuerleiter C 42BF besteht. Gleichzeitig mit dem Anlegen des ScMebeimpulses an die Leitung 58 der Stufe F wird, wenn die aus der vorhergehenden Stufe oder dem vorgeschalteten Register kommende Information einen Wert 0 annimmt und ein Schiebeimpuls über 56 an Stufe E gelegt wird, die Stufe E in den binären O-Zustand zurückgestellt. Diese Umschaltung erfolgt, weil Strom durch den Steuerleiter C 46AE des Kryotrons K46E fließt und Strom /_y durch den Steuerleiter C 46BE fließt, wodurch der Torleiter G 46E normalleitend wird und so Widerstand in den 1-Zweig der Stufe £ eingeführt wird. Dieser Widerstand leitet den Hauptstufenstrom I_E in den O-Zweig um, der aus dem Steuerleiter C 40 BE und dem Torleiter G 44 E besteht. Bei Beendigung dieser Schiebeimpulse werden die Verbindungsströme zwischen den Stufen E und F sowie den Stufen F und G verschoben, denn durch das Abtrennen des Schiebestroms von der Leitung 58 der Stufe F wird der Steuerleiter C42CF des Kryotrons K42F abgeschaltet gleichzeitig mit der Erregung des Steuerleiters C 42BF durch den Hauptstufenstrom I_P und des Steuerleiters C 42 AF durch den Vormagnetisierungsstrom I_B. Diese Ströme sind zusammen wirksam, um den Torleiter G 42 F normalleitend zu machen und Widerstand in den die Stufen F und G verbindenden O-Zweig einzuführen, wodurch Verbindungsstrom I_Y in den 1-Zweig geleitet wird, der aus dem Torleiter G40F und dem Steuerleiter C44AG von Stufe G besteht. Ebenso wird durch Beendigung des der Leitung 56 von Stufe E zugeführten Schiebeimpulses der Steuerleiter C 40 AE von Kryotron K 40 E abgeschaltet, während der Steuerleiter C 40 BE durch den Hauptstufenstrom I_E und der Steuerleiter C 40 CE durch denVormagnetisierungsstrom/ß erregt werden. Diese Ströme sind zusammen wirksam, um den Torleiter G 4OjE normalleitend zu machen und Widerstand in den 1-Zweig zwischen den Stufen F, und F einzuführen. Durch diesen Widerstand wird dann der Verbindungsstrom I_x in den 0-Zweig gelenkt, der aus dem Torleiter G42£ der Stufe E und dem Steuerleiter C 46 BF von Stufe F besteht. Durch einen der Leitung 60 von Stufe G zugeführten Schiebeimpuls wird diese Stufe in den binären 1-Zustand geschaltet, weil der Strom I_Y durch den Steuerleiter C44.4G des KryotronsK44G und gleichzeitig Schiebestrom durch den Steuerleiter C 44 BG fließen. In ähnlicher Weise wird durch einen gleichzeitig der Leitung 58 von Stufe F zugeführten Schiebeimpuls diese Stufe in den 0-Zustand zurückgeführt, weil gleichzeitig Schiebestrom durch den Steuerleiter C 46AF und Verbindungsstrom durch den Steuerleiter C 46BF fließen.

Falls alle Stufen gleichzeitig in den binären 0-Zustand zurückgestellt werden sollen, geschieht das, indem ein Strom an eine Leitung 62 gelegt wird, die mit den Steuerleitern des Rückstellkryotrons in jeder Stufe in Reihe liegt. Durch diesen Strom wird der Hauptstufenstrom in den 0-Zweig jeder Stufe umgeleitet. Durch diesen Stromfluß in der 0-Leitung werden bei fehlenden Schiebeimpulsen alle Verbindungsströme in den 0-Zweig zurückgeleitet. Dies wird durch den Strom im 0-Zweig und den durch zwei Steuerleiter jeder Stufe fließenden Vormagnetisierungsstrom erwirkt.

Obwohl die dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung bei Supraleitertemperatur betrieben werden müssen, die im allgemeinen nahe der Temperatur des flüssigen Heliums liegt oder etwa 4,2° K beträgt, sind die Anordnung und das Verfahren zur Erlangung solcher Temperaturen nicht dargestellt worden, da sie dem Fachmann bekannt sind.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Bistabile Supraleiter-Kippschaltung, in welcher die beiden stabilen Zustände dadurch charakterisiert sind, daß Strom in dem einen oder dem anderen von zwei parallelen an eine Stromquelle angeschalteten Zweigen fließt, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden der parallelen Zweige (Hauptzweige) der Torleiter eines Kryotrons mit zwei Steuerleitern und der Steuerleiter eines Kryotrons mit drei Steuerleitern eingeschaltet ist, daß an eine Hilfsstromquelle zwei weitere parallele Zweige (Hilfszweige) angeschaltet sind, daß in jeden der Hilfszweige ein Steuerleiter des im einen Hauptzweig liegenden Kryotrons mit zwei Steuerleitern und der Torleiter des im anderen Hauptzweig liegenden Kryotrons mit drei Steuerleitern eingeschaltet ist, daß eine Vormagnetisierungsquelle vorgesehen ist, die je einen Steuerleiter der Kryotrone mit drei Steuerleitern mit Strom speist, daß ein Kippimpuls jeweils einem Steuerleiter der vier Kryotrone derart zugeführt wird, daß der Strom in dem mit dem Kippimpuls beaufschlagten Steuerleiter in den Kryotronen mit zwei Steuerleitern gleichgerichtet zu dem anderen Steuerstrom und in den Kryotronen mit drei Steuerleitern entgegengesetzt zu den übrigen Steuerströmen ist und daß die Eigenschaften der Kryotrone und die Ströme derart gewählt sind, daß in den stabilen Zuständen die beiden Hauptzweige und einer der Hilfszweige supraleitend sind und der andere Hilfszweig normalleitend ist und daß während eines Kippimpulses beide Hilfszweige und einer der Hauptzweige supraleitend sind und der andere Hauptzweig normalleitend ist.
2. 2. Bistabile Supraleiter-Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme in allen Steuerleitern aller Kryotrone gleich groß sind und daß die Kryotrone derart bemessen sind, daß sie supraleitend sind, wenn Strom in keinem oder nur einem der Torleiter fließt und daß sie normalleitend sind, wenn gleichgerichtete Ströme in zwei Steuerleitern fließen; entgegengesetzt gerichtete Ströme in zwei Steuerleitern kompensieren sich gegenseitig und haben die gleiche Wirkung wie stromlose Steuerleiter.
3. 3. Bistabile Supraleiter-Kippschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einsparung einer eigenen Hilfsstromquelle die beiden Hauptzweige und die beiden Hilfszweige hintereinander an eine Stromquelle angeschaltet sind.
4. 4. Schieberegister, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen Kippschaltungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 derart abgeändert und dadurch zusammengeschaltet sind, daß die parallel geschalteten Hilfszweige nicht mehr sämtliche

   Kryotrone einer bistabilen Kippschaltung, sondern die Torleiter der Kryotrone mit drei Steuerleitern jeweils einer bistabilen Kippschaltung und je einen Steuerleiter der Kryotrone mit zwei Steuerleitern der jeweils nachfolgenden bistabilen Kippschaltung enthalten.
5. 5. Schieberegister nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hauptzweigen der bistabilen Kippstufen des Schieberegisters, die im 1-Zustand Strom führen, Torleiter von Rückstellkryotronen vorgesehen sind, deren Steuerleiter in Serie geschaltet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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