DE1153065B - Bistabile Kippschaltung unter Verwendung eines Transfluxors - Google Patents

Description

In der elektronischen Schaltkreistechnik werden vielfach bistabile Kippschaltungen verwendet. Es sind bistabile Kippschaltungen mit zwei Eingangsklemmen bekannt, die je nach Wahl der Eingangsklemme, der ein Eingangsimpuls zugeführt wird, ein Ausgangssignal der einen oder der anderen Polarität abgeben; bekannte Abwandlungen dieser Schaltungen machen von Ausgangssignalen gleicher Polarität, aber verschiedener Intensitäten Gebrauch. Es sind auch bistabile Kippschaltungen mit einer einzigen Eingangsklemme bekannt, die nach einer geraden Zahl von Eingangsimpulsen ein Ausgangssignal der einen und nach einer ungeraden Zahl von Eingangsimpulsen ein Ausgangssignal der anderen Polarität bzw. Intensität abgeben. Die letztgenannte Art von bistabilen Kippschaltungen läßt sich als Binärteiler verwenden. Ein besonderes Anwendungsgebiet der Binärteiler sind Binärzähler, die bekanntlich aus einer Mehrzahl derartiger Binärteilerstufen aufgebaut sind, deren jede einzelne eine an ihren Eingang gelegte Impulsfolge halbiert, wodurch unmittelbar ein binäres Zählergebnis zustande kommt.

Es sind unter anderem bistabile Kippschaltungen mit Magnetkernen in Verbindung mit verstärkenden Schaltgliedern, wie Transistoren, bekanntgeworden. Eine bekannte Ausführung als Binärteiler benötigt zwei Magnetringkerne und einen Transistor in Binärteilerstufe. Die zu halbierende Impulsfolge wird den Eingangs- oder Primärwicklungen der beiden Magnetkerne gemeinsam zugeführt. Zuerst setzt sie die Kerne beispielsweise in die »1«-Lage. Der zweite Kern wird durch eine einer Zwischentaktwicklung zugeführte Folge phasenverschobener Zwischentaktimpulse immer wieder in die »O«-Lage zurückgesetzt und danach durch jeden Eingangsimpuls ummagnetisiert. Der erste Kern trägt aber keine Zwischentaktwicklung und wird daher nur durch den ersten, nicht aber durch den zweiten Eingangsimpuls ummagnetisiert. Beide Kerne tragen Sekundärwicklungen, in denen Spannungen induziert werden, wenn der betreffende Kern ummagnetisiert wird. Nach dem ersten Eingangsimpuls entstehen also in beiden Sekundärwicklungen Induktionsspannungen, nach dem zweiten Eingangsimpuls aber nur in der Sekundärwicklung des zweiten Kernes. Eine durch zweckmäßige Verknüpfung der beiden Induktionsspannungen abgeleitete Steuerspannung, z. B. die Differenz der Sekundärspannungen, überschreitet eine vorgegebene Mindestgröße nur dann, wenn die zweite Induktionsspannung allein auftritt, d. h. beim zweiten Eingangsimpuls, und steuert dann ein verstärkendes Schaltglied (z. B. einen Transistorschalter) leitend. Diesem Schalt-Bistabile Kippschaltung
unter Verwendung eines Transfluxors

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Herbert Fick, München,
ist als Erfinder genannt worden

glied sind eine Rückkopplungswicklung und ein Arbeitswiderstand nachgeschaltet. Die Rückkopplungswicklung wird so stark erregt, daß sie den ersten Kern entgegen der durch den Eingangsimpuls hervorgerufenen Erregung in die »O«-Lage ummagnetisiert. Damit ist die bistabile Kippschaltung wieder in der Ausgangslage und zu einem neuen Schaltspiel bereit. Der dritte Eingangsimpuls wirkt genau wie der erste, der vierte wie der zweite usf.

Ein Binärteiler in dieser Ausführung arbeitet bei genauer Dimensionierung betriebssicher. Er neigt jedoch zu Störungen, falls die Eingangsimpulse eine kritische Impulsdauer überschreiten. Dauert nämlich der zweite Eingangsimpuls noch an, wenn der Rückkopplungsimpuls bereits abgeklungen ist, so wird der erste Kern wieder in die »1«-Lage gesetzt. Um diese Störung, welche die Betriebssicherheit in Frage stellen könnte, zu vermeiden, sind in der Regel zusätzliche Mittel erforderlich. Beispielsweise sind die Eingangsimpulse vorab auf eine bestimmte Impulsdauer zu kürzen.

Es ist auch eine bistabile Kippschaltung mit zwei Transfluxoren in Verbindung mit anderen Schaltgliedern, wie Drosseln, Gleichrichtern und wegen der erforderlichen Abstimmung auf die Geschwindigkeit der magnetischen Umschaltvorgänge schwierig zu dimensionierenden besonderen Verzögerungsgliedern, bekanntgeworden, bei der sich die beiden Transfluxoren ähnlich wie bei den. bekannten Flip-Flop-Schaltungen mit Röhren oder Transistoren wechselseitig einander einstellen bzw. sperren. Es ist dabei auch darauf hingewiesen, daß die beiden Transfluxoren zu einem einzigen Transfluxor mit kompli-

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zierterem Aufbau zusammengefaßt werden können. Fig. 5 einen aus zwei dieser bistabilen Kippschal-Dies ist so zu verstehen, daß die Transfluxoren rein tungen zusammengesetzten Binärteiler, additiv zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden In der Fig. 1 ist in Draufsicht ein üblicher Transkönnen unter Beibehaltung ihrer getrennten Funk- fluxor dargestellt, der für die Anwendung in der tionen und der zwischenzuschaltenden, zum Teil 5 bistabilen Kippschaltung nach der Erfindung geeignet wegen der Abstimmung auf die Geschwindigkeit der ist. Eine große Öffnung 1 und zwei kleine Öffnunmagnetischen Umschaltvorgänge schwierig zu dimen- gen 2 und 3 unterteilen ihn in die Hauptschenkel 4 sionierenden Glieder. Eine solche Zusammenfassung und 5 und die Teilschenkel 6 und 7 sowie 8 und 9. bringt schaltungsmäßig keine Vorteile. Diese Abschnitte tragen die Eingangs- oder Primär-Gegenstand der Erfindung ist eine bistabile Kipp- 10 wicklungen 10 und 11, die Zwischentaktwicklung 12, schaltung mit einem Transfluxor an Stelle der oben- die Sekundärwicklungen 13 und 14 und die Blockiererwähnten zwei Magnetkerne. Diese Anordnung ist wicklung 15.

frei von der Beschränkung hinsichtlich der Eingangs- In der Fig. 2 ist in einer übersichtlicheren, symimpulsdauer und benötigt auch keine zusätzlichen bolischen Weise derselbe Transfluxor dargestellt. Verzögerungsglieder, die wegen der erforderlichen 15 Diese Figur entsteht aus der vorigen durch AufAbstimmung auf die Geschwindigkeit der magneti- schneiden des Hauptschenkels 4 und Aufbiegen des sehen Umschaltvorgänge schwierig zu dimensionieren Transfluxors zur gestreckten Form. Die große Öffwären. nung ist also links von dem dargestellten Streifen zu

Dadurch wird ein besonders einfacher Aufbau denken.

einer betriebssicher arbeitenden bistabilen Kippschal- 20 In der Fig. 3 ist eine Kippschaltung nach der Er-

tung ermöglicht, die z. B. in einem Binärteiler ver- findung dargestellt. Der linke senkrechte Strich steht

wendet werden kann, der je Stufe nur einen Trans- für den inneren megnetischen Weg um die links zu

fluxor und ein verstärkendes Schaltglied (z. B. einen denkende große Öffnung des Transfluxors herum,

Transistor) benötigt. den der Hauptschenkel 4 und der innere Teil des

Bei der Kippschaltung nach der Erfindung ist wie 25 Hauptschenkels 5 und die inneren Teilschenkel 6

bei bekannten Schaltungen ein Transfluxor mit min- und 8 bilden. Der rechte Linienzug steht entspre-

destens drei Öffnungen und zwei Eingangs- oder chend für den äußeren magnetischen Weg um die

Primärwicklungen, die mit einem Eingangskreis, dem sämtlichen Öffnungen herum, den der Hauptschen-

eine Folge unipolarer Impulse zugeführt wird, ver- kel 4 und der äußere Teil des Hauptschenkels 5 und

bunden sind, vorgesehen, der erfindungsgemäß da- 30 die äußeren Teilschenkel 7 und 9 bilden. Der Unter-

durch gekennzeichnet ist, daß der Magnetfluß min- schied in der Größe der kleinen Öffnungen 2 und 3

destens über eine Zwischentaktwicklung und — vor- ist in der Zeichnung übertrieben,

zugsweise bei Verwendung als Binärteilerstufe — Die Eingangsimpulse werden dem Klemmenpaar

zwei Sekundärwicklungen und eine Blockierwicklung 16/17, die Zwischentaktimpulse dem Klemmenpaar

verknüpft ist mit dem Eingangskreis, mit einem Zwi- 35 18/19 zugeführt. Zwischen der Ausgangsklemme 20

schentaktkreis, dem eine Folge phasenverschobener und der mit dem negativen Potential verbundenen

Zwischentaktimpulse zugeführt wird, mit einem Klemme 21 ist ein Arbeitswiderstand 22 vorgesehen.

Sekundärkreis, in dem eine aus den induzierten Neben dem Transfluxor und dem Arbeitswiderstand

Sekundärspannungen abgeleitete Steuerspannung ein gehört zur Schaltungsanordnung nach der Erfindung

verstärkendes Schaltglied, vorzugsweise einen Tran- 40 noch ein Transistor 23. Der Emitter und das ferne

sistor, steuert, und mit einem Blockierkreis, der über Ende der Basisleitung sind an Masse gelegt,

das verstärkende Schaltglied gesteuert wird. Es kann Die Wicklungen 10 bis 15 sind unter Benutzung

auch noch ein Arbeitswiderstand vorgesehen sein, der von den Magnetringkernen her bekannten

der dann vorteilhafterweise ebenfalls dem verstärken- Karnaughschen Spiegelsymbole eingetragen. Danach

den Schaltglied nachgeschaltet wird. In Sonderfällen 45 magnetisiert ein positiver Erregerstrom, der beispiels-

ist es vorteilhaft, die Steuerspannung außerhalb der weise in der Leitung von der Klemme 18 zu der

bistabilen Kippschaltung zu erzeugen oder die Ver- Klemme 19 fließt, den magnetischen Leiter 7 inner-

stärkung außerhalb vorzunehmen. Derartige und ahn- halb der Erregerwicklung 12 in der Reflexionsrich-

liche Abwandlungen und Weiterbildungen der erfin- tung, also von unten nach oben. Des weiteren indu-

dungsgemäßen Schaltungsanordnung, z. B. auch 50 ziert eine sprunghafte Änderung der Magnetisierung,

Kombinationen mit bereits bekannten Schaltungs- beispielsweise eine Zunahme einer von unten nach

anordnungen, sind ohne weiteres denkbar. oben gerichteten Magnetisierung in dem magneti-

Die Erfindung sowie vorteilhafte Einzelheiten und sehen Leiter 7 innerhalb der Sekundärwicklunng 13,

Weiterbildungen werden an Hand eines in der Zeich- in dieser Wicklung eine Sekundärspannung, die nach

nung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgen- 55 dem Lenzschen Gesetz so gerichtet ist, daß ein von

den erläutert. Es zeigt ihr hervorgerufener Strom der ursprünglichen Ursache,

Fig. 1 einen Transfluxor in gegenständlicher Dar- d. h. der Magnetisierungsänderung, entgegenzuwirken

stellung in einer zur Anwendung in der bistabilen sucht; dazu muß dieser Strom von rechts nach links,

Kippschaltung nach der Erfindung geeigneten Aus- also zum Transistor 23 hin, fließen,

führung, 60 In der Fig. 4 ist ein Impuls- und Magnetisierungs-

Fig. 2 denselben Transfluxor in einer Übersicht- diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der

licheren, symbolischen Darstellung, beschriebenen bistabilen Kippschaltung dargestellt.

Fig. 3 eine bistabile Kippschaltung nach der Erfin- In der Zeile 24 sind die Eingangsimpulse, in der

dung in einer zur Verwendung als Binärteilerstufe Zeile 25 die Zwischentaktimpulse, in der Zeile 26

geeigneten Ausführung, 65 der durch den zweiten Eingangsimpuls mittelbar ver-

Fig. 4 ein Impuls- und Magnetisierungsdiagramm ursachte Blockierimpuls in der Reihenfolge ihres

zur Erläuterung der Wirkungsweise dieser bistabilen Auftretens eingetragen, in der Zeile 27 die sich dar-

Kippschaltung und aufhin einstellende Magnetflußverteilung in den ein-

zelnen Teilgebieten. Die Bezugszeichen der bereits aufgezählten Teilgebiete des Transfluxors sind der Übersichtlichkeit wegen nur in die Spalte 28 aufgenommen, für die Spalten 29 bis 33 gelten sie in genau derselben Weise.

Die Spalte 28 zeigt als Ausgangszustand die Flußverteilung im blockierten Transfluxor. Sämtliche Teilgebiete sind von oben nach unten magnetisiert.

Die Spalte 29 zeigt die Wirkung des ersten Zwischentaktimpulses. Dieser sucht den mit ihm verketteten Teilschenkel 7 umzumagnetisieren. Das ist jedoch nur möglich, wenn dabei ein geschlossener Magnetkreis ummagnetisiert wird. Der allerkürzeste magnetische Weg um die kleine Öffnung 2 herum scheidet aus, denn der benachbarte Teilschenkel 6 ist bereits in der entsprechenden Richtung gesättigt, kann also in diese Richtung nicht mehr ummagnetisiert werden. Der zweitkürzeste magnetische Weg für die Ummagnetisierung schließt sich über den inneren Teil des Hauptschenkels 5 und über den inneren Teilschenkel 8. Längs dieses Weges ist die Ummagnetisierung möglich. Auf diese Weise wird der Transfluxor »entriegelt« oder »eingestellt«.

Die Spalte 30 zeigt die Wirkung des ersten Eingangsimpulses. Dieser sucht die mit ihm verketteten Teilschenkel 7 und 8 wieder in die Ausgangslage umzumagnetisieren. Das ist auch möglich, denn es können sich geschlossene Ummagnetisierungskreise ausbilden, weil der Fluß in den benachbarten Teilschenkeln 6 bzw. 9 gleichzeitig mit dem in 7 und 9 umklappen kann.

Durch den ersten Eingangsimpuls werden in den beiden Sekundärwicklungen auf den Teilschenkeln 7 und 8 Sekundärspannungen induziert. Da diese gegeneinander wirken, wie aus den entsprechenden Spiegelsymbolen leicht zu erkennen ist, wird der Transfluxor durch die resultierende Steuerspannung noch nicht leitend gesteuert.

Die Spalte 31 zeigt die Wirkung des zweiten Zwischentaktimpulses. Dieser sucht wieder den Teilschenkel 7 umzumagnetisieren. Diesmal kann sich der Ummagnetisierungskreis über den benachbarten Teilschenkel 6 schließen, weil dessen Fluß gleichzeitig mit dem in 7 umklappen kann. Übrigens rufen zwischendurch auftretende zusätzliche Zwischentaktimpulse keine Störungen hervor, sofern sie nicht zeitlich gerade mit einem Eingangsimpuls zusammenfallen.

Die Spalte 32 zeigt die Wirkung der ansteigenden Flanke des zweiten Eingangsimpulses. Dieser sucht wieder die Teilschenkel 7 und 8 in die Ausgangslage umzumagnetisieren. Das ist aber diesmal nur noch für den Teilschenkel 7 möglich, dessen Fluß zusammen mit dem des benachbarten Teilschenkels 6 umklappen kann.

Daher wird durch den zweiten Eingangsimpuls nur in der einen Sekundärwicklung auf dem Teilschenkel 7 eine Sekundärspannung erzeugt. Durch die nun von dieser allein bestimmte Steuerspannung wird der Transistor nunmehr leitend gesteuert. Dadurch kommt ein Blockierimpuls zustande.

Die Spalte 33 zeigt die Wirkung dieses durch den zweiten Eingangsimpuls mittelbar hervorgerufenen Blockierimpulses. Dieser blockiert zunächst den linken Teil des Hauptschenkels 5 und damit aber auch zwangläufig den ganzen Transfluxor und stellt so den Ausgangszustand gemäß Spalte 28 wieder her. Damit ist ein volles Schaltspiel der bistabilen Kippschaltung beschrieben. Mit dem nächsten Zwischentaktimpuls wird der Transfluxor wieder eingestellt und ist dann zu einem weiteren Schaltspiel bereit.

Es könnte so erscheinen, als ergäbe sich die vorstehend beschriebene Wirkungsweise nur unter der Voraussetzung, der zweite Eingangsimpuls sei bereits vor dem durch ihn mittelbar hervorgerufenen Blokkierimpuls abgeklungen. Es ergibt sich jedoch aus dem in der Spalte 32 dargestellten Zustand auch dann derselbe Endzustand gemäß Spalte 33, wenn nach dem Ende des Blockierimpulses auf den in der Spalte 33 dargestellten Zustand der Rest des noch nicht abgeklungenen Eingangsimpulses einwirkt. Denn da auch der Eingangsimpuls in Blockierrichtung magnetisiert, hat er keinen Einfluß mehr auf den bereits blockierten Transfluxor, ändert also den bereits erreichten Zustand nicht mehr; dieser ist daher wirklich der Endzustand.

In dieser Eigenschaft der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegt ein wesentlicher Vorteil gegenüber anderen bistabilen Kippschaltungen. Sie ermöglicht den Verzicht auf die für den Aufbau einer betriebssicher arbeitenden bistabilen Kippschaltung erforderlichen zusätzlichen Schaltungsmittel und schwierigen Dimensionierungsmaßnahmen.

In der Fig. 5 ist ein aus zwei der beschriebenen bistabilen Kippschaltungen zusammengesetzter Binärteiler dargestellt. Die Eingangswicklungen 10' und 11' der zweiten Binärteilerstufe sind dem Transistor 23 der ersten Binärteilerstufe nachgeschaltet dadurch, daß die Ausgangsklemme 20 mit der Eingangsklemme 16' und die Klemme 17' über den weiteren Arbeitswiderstand 34 mit der auf negativem Potential liegenden Klemme 35 verbunden ist. Die Zwischentaktimpulswicklungen 12,12' der beiden Stufen sind in Reihe geschaltet dadurch, daß die Klemme 19 mit der Klemme 18' verbunden ist. An dem der zweiten Stufe nachgeschalteten Arbeitswiderstand 22 entsteht eine gegenüber der Eingangsimpulsfolge im Verhältnis 2²:1 untersetzte Ausgangsimpulsfolge. In entsprechender oder ähnlicher Weise können auch mehr als zwei Binärteilerstufen in Reihe geschaltet und als entsprechend stärker untersetzender Binärteiler betrieben werden. Das ist besonders für die Verwendung in Binärzählern von Bedeutung.

Die Erfindung wurde an Hand eines speziellen Ausführungsbeispieles erläutert. Wie schon erwähnt, ist für das Wesen der Erfindung weder die äußere Form des Transfluxors noch die Anordnung und Auslegung der Wicklungen entscheidend. Vielmehr sind mannigfache Abwandlungen denkbar, wobei auch Kombinationen mit bekannten Schaltungsanordnungen, z. B. auch anderen Binärteilerstufen, möglich sind. So können insbesondere die kleinen Öffnungen miteinander vertauscht und/oder die Wicklungen 10, 12, 13 nach innen verlagert werden. Die Eingangsund die Zwischentaktimpulse können die Rollen tauschen. Durch eine zusätzliche Wicklung entstehen Zähler, denen ungeradzahlige Zählerergebnisse zu entnehmen sind. Die Zwischentaktimpulse lassen sich auch durch eine ständige Vormagnetisierung ersetzen.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Bistabile Kippschaltung, vorzugsweise zur Verwendung als Binärteilerstufe, unter Verwendung eines Transfluxors mindestens mit drei Öffnungen und zwei Eingangs- oder Prirnärwicklun-

gen, die mit einem Eingangskreis, dem eine Folge unipolarer Impulse zugeführt wird, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfluß mindestens über eine Zwischentaktwicklung und — vorzugsweise bei Verwendung als Binärteilerstufe — zwei Sekundärwicklungen und eine Blockierwicklung verknüpft ist mit dem Eingangskreis, mit einem Zwischentaktkreis, dem eine Folge phasenverschobener Zwischentaktimpulse zugeführt wird, mit einem Sekundärkreis, in dem eine aus den induzierten Sekundärspannungen abgeleitete Steuerspannung ein verstärkendes Schaltglied, vorzugsweise einen Transistor, steuert, und mit einem Blockierkreis, der über das verstärkende Schaltglied gesteuert wird.

2. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Primäroder Eingangswicklung bei ihrem Wirksamwerden eine Magnetisierung in Blockierrichtung und durch die Zwischentaktwicklung eine entgegengesetzt gerichtete Magnetisierung hervorgerufen wird.

3. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine derartige Verknüpfung der Steuerspannung mit den Sekundärspannungen, daß das verstärkende Schaltglied nur dann leitend gesteuert wird, wenn die Steuerspannung eine vorgegebene Polarität und Mindestgröße besitzt.

4. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den induzierten Sekundärspannungen abgeleitete Steuerspannung nur dann die vorgegebene Polarität und Mindestgröße besitzt, wenn nicht beide Induktionsspannungen auftreten, sondern nur die eine Induktionsspannung, welche an der mit der Zwischentaktwicklung versehenen Öffnung entsteht.

5. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Sekundärspannungen abgeleitete Steuerspannung des verstärkenden Schaltgliedes die Differenz der Sekundärspannungen ist.

6. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine einzige Blockierwicklung vorgesehen und auf dem Hauptschenkel des Transfluxors angeordnet ist.

7. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem verstärkenden Schaltglied ein Arbeitswiderstand nachgeschaltet ist.

8. Binärteiler unter Verwendung mehrerer bistabiler Kippschaltungen nach Anspruch?, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stelle oder an die Seite des Arbeitswiderstandes die nächste Stufe des Binärteilers tritt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1098 036.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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