DE1165662B

DE1165662B - Speicher- und Zaehlschaltung mit magnetischen Elementen rechteckfoermiger Hystereseschleife

Info

Publication number: DE1165662B
Application number: DEST19643A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Friedrich Ulrich
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1962-08-28
Filing date: 1962-08-28
Publication date: 1964-03-19
Also published as: US3358272A; GB1016580A; CH446438A; BE636625A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k Deutsche Kl.: 21 al-36/22

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

St 19643 VIII a/21 al
28. August 1962
19. März 1964

Die Erfindung betrifft eine Speicher- und Zähleinrichtung mit magnetischen Elementen rechteckförmiger Hystereseschleife, wobei die einzelnen stabilen Stellungen im Binärcode dargestellt sind.

Es ist bekannt, magnetische Elemente in Speicheroder Zählschaltungen zu verwenden. In der einfachsten Form ist für eine Anordnung zum Speichern oder Zählen von η Werten eine η-stufige Kettenschaltung gewählt, die im (1 aus n)-Code weitergeschaltet wird. Derartige Speicher- und Zählschaltungen sind sehr aufwendig, besonders bei größeren Werten von n. Man kann auch Schaltungen mit weniger Schaltstufen aufbauen, indem man eine Zählweise im Binärcode wählt. Bei Speicher- und Zählschaltungen, die magnetische Elemente verwenden, müssen pro bit jedoch mehrere Kerne verwendet werden, zudem bleibt noch ein beachtlicher Aufwand an Koppelgliedern, um die Speicherung oder Zählung im Binärcode durchführen zu können. Mit zunehmender Anzahl der erforderlichen Binärstellen ist auch der Aufwand an Koppelgliedern sehr groß. Eine Erweiterung der Speicher- oder Zählrate bringt daher immer gleich erheblich Mehraufwand an Koppelelementen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Speicher- und Zählschaltung mit magnetischen Elementen rechteckförmiger Hystereseschleife zu schaffen, die auch bei großen Werten von η im Aufwand klein bleibt und dennoch im Binärcode arbeiten kann, um die Anzahl der Speicherelemente auf einem Minimum zu halten. Die Erfindung geht von der bekannten Reihenschaltung mehrerer magnetischer Elemente, die durch unterschiedliche Feldstärkewerte steuerbar sind, aus und bildet unter Mitverwendung eines derartigen multistabilen Speicherelementes eine Speicher- und Zählschaltung im Binärcode, indem bei jedem Speicher- oder Zählimpuls der Stromfluß über diese Kettenschaltung eingeleitet wird. Bei der Umsteuerung eines magnetischen Elementes wird über den induzierten Leseimpuls die Abschaltung des Steuerstromes veranlaßt und allen magnetischen Elementen ein Rückstellstrom zugeführt, der etwas kleiner ist als der vorangegangene Umsteuerstrom, so daß alle magnetischen Elemente, die bei kleineren Feldstärken vorher schon umgesteuert wurden, wieder in ihren Ausgangszustand zurückgestellt werden. Auf diese Weise werden die magnetischen Elemente dem Binärcode entsprechend umgesteuert. Immer dann, wenn ein höherwertiges magnetisches Element umgesteuert wird, werden alle Elemente niedriger Wertigkeit zurückgestellt und erst durch die folgenden Speicheroder Zählimpulse wieder umgesteuert. Nach zweck-

Speicher- und Zählschaltung mit magnetischen
Elementen rechteckförmiger Hystereseschleife

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Phys. Friedrich Ulrich,
Stuttgart-Bad Cannstatt

mäßiger Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Speieher- und Zählschaltung werden als magnetische Elemente Magnetkerne mit unterschiedlicher Koerzitivkraft, gleiche Magnetkerne mit unterschiedlich bemessener Steuerwicklung oder unterschiedlich langem Magnetweg oder auch Transfluxoren eingesetzt. Letztere bieten bekanntlich die Möglichkeit, den Schaltzustand der Speicher- und Zählschaltung zerstörungsfrei abzulesen.

Erfindungsgemäß wird zur Ein- und Ausschaltung des Umsteuerstromes der Kette eine Kippschaltung vorgesehen, die durch die Speicher- oder Zählimpulse hi den einen Zustand und durch die in die Leseschleife induzierten Impulse wieder in den Ausgangszustand zurückgestellt wird. Die über die Leseschleife induzierten Impulse werden vorteilhafterweise über einen Indikator auf den die Rückstellung einleitenden Steuereingang der bistabilen Kippschaltung geleitet. Die Erzeugung des Rückstellstromes für die magnetischen Elemente geschieht über eine Induktivität, die mit der Kette in Reihe geschaltet ist. Der dem gerade abgeschalteten Einstellstrom der magnetischen Elemente entsprechende Entladestrom der Induktivität wird nur zum Teil über die Rückstellschleife der magnetischen Elemente geführt. Diese Reduzierung des Stromes wird dazu gewählt, daß nur die Elemente, die durch kleinere Feldstärkewerte umgesteuert wurden, wieder in den Ausgangszustand zurückgestellt werden. Eine Weiterbildung der Speicher- und Zählschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückwärtszählung die Schleifen der magnetischen Elemente umgepolt werden. Die Zählrichtung kann über ein diese Umpolung bewirkendes Schaltmittel gesteuert werden. Nach einer

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weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Kette der magnetischen Elemente nach der Speicherung oder Zählung über die steuernde Kippschaltung in den Ausgangszustand oder den Endzustand übergeführt werden. Dabei wird die bistabile Kippschaliung in eine monostabile Kippschaltung umgeschaltet. Welchen Zustand die Schaltung nach der Ausspeicherung einnimmt, hängt von der gewählten Polung der Schleifen durch die magnetischen Elemente ab. Die Schaltung kann erfindungsgemäß auch als Parallel-Serienwandler verwendet werden, wenn die magnetischen Elemente über getrennte Einstellwicklungen auf jeden beliebigen Schaltzustand einstellbar sind und dieser in Verbindung mit der monostabilen Kippschaltung in der einen oder anderen Weise ablesbar ist. Das Ausgangssignal ist eine Impulsfolge, in der die Anzahl der Impulse dem eingespeicherten Binärwert oder dem Komplementwert zum Speicherendwert entspricht.

Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1. bis 5 näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Kettenschaltung von magnetischen Elementen und der Induktivität,

F i g. 2 eine Steuerschaltung zur nacheinander erfolgenden Einstellung der Kette,

F i g. 3 die erfindungsgemäße Speicher- und Zählschaltung,

F i g. 4 eine Abwandlung der Schaltung für Vor- und Rückwärtszählung und

F i g. 5 eine Erweiterung der Steuerschaltung, so daß die Speicherschaltung automatisch den gespeicherten Binärwert im Seriencode abgibt.

In F i g. 1 ist die Grundschaltung des multistabilen Speicherelementes gezeigt. Wird der Kontakts geschlossen, dann steigt der Strom über die Einstellschleife SE durch die Magnetkerne K1... K 4 infolge der Induktivität L langsam an. Die Magnetkerne Kl... K4 sind so ausgewählt, daß sie vom Kern.O beginnend stets größere Feldstärkewerte für ihre Umsteuerung erfordern. Dies kann durch die Wahl unterschiedlichen Magnetmaterials, durch unterschiedliche Länge der Magnetwege oder auch durch unterschiedlich bemessene Einstellwicklungen SE erreicht werden. An Stelle von normalen Magnetkernen können auch Lochplatten aus Ferrit, Ringbandkerne, Transfluxoren usw. verwendet werden. Bei der Verwendung transfluxorartiger magnetischer Elemente besteht dabei noch der Vorteil, daß der Schaltzustand der Kette statisch einwandfrei abgelesen werden kann.

Sind im Ausgangszustand alle magnetischen Elemente in dem einen Remanenzpunkt »0«, dann wird durch den Stromfluß der andere Remanenzpunkt»!« eingestellt. Da der Stromanstieg zeitlich abgeflacht erfolgt, werden die Kerne zeitlich nacheinander umgesteuert. Diese Grundschaltung wird zum Aufbau der erfindungsgemäßen Speicher- und Zählschaltung verwendet.

In Fig. 2 ist ein einfacher Zähler gezeigt, bei dem die Kerne K1... K 4 nacheinander umgesteuert werden. Die Speicher- oder Zählimpulse gelangen auf den Eingang E einer bistabilen Kippschaltung aus den Transistoren TrI und Tr 2. Im Ausgangszustand ist der Transistor TrI leitend. Durch positive Steuerimpulse wird die Kippschaltung in den anderen stabilen Zustand umgesteuert. Da in diesem Zustand der Transistor 7>2 leitend ist, beginnt über die Kette aus Induktivität L und den magnetischen Elementen Kl ...KA ein Strom zu fließen. Ist der Strom so weit angestiegen, daß der Kern K1, der bei kleinstem Feldstärkewert umsteuert, kippt, dann ist dieser Kern im Zustand »1«. Bei diesem Umklappvorgang wird in der Leseschleife LS ein Impuls induziert, der über den Indikatortransistor Tr 3 verstärkt auf den Steuerkreis des Transistors Tr 2 der bistabilen Kippschaltung rückgekoppelt wird. Die bistabile Kippschaltung geht in ihren Ausgangszustand, Transistor Tr 1 leitend, zurück. Der Strom in der Kette wird abgeschaltet, so daß die Kerne K 2 bis KA, die erst bei höheren Feldstärkewerten umsteuern, in ihrem Ausgangszustand »0« verbleiben. Beim nächsten Speicheroder Zählimpuls wird die Kippschaltung erneut umgesteuert. Der Strom in der Kette fließt wieder. Da der Kern K1 bereits umgesteuert ist, steigt der Strom so lange an, bis die Feldstärke erreicht wird, die zur Umsteuerung des Kernes K 2 ausreicht. Bei dem Umklappen entsteht wieder ein Impuls in der Leseschleife LS, der zur Zurückstellung der Kippschaltung verwendet wird. Um eine Entkopplung von den Steuerimpulsen zu erhalten, empfiehlt es sich, dieselben über ein Differenzierglied auf den Eingang £ der Kippschaltung einwirken zu lassen. Bei jedem Speicher- oder Zählimpuls wird auf dieselbe Weise ein weiterer Kern in den Zustand »1« gesteuert. Für eine Speicher- oder Zählrate η sind daher η Kerne in der Kette vorzusehen. Dies führt jedoch zu einem großen Aufwand, wie bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert wurde. Die Speicher- und Zählschaltung ist noch so abzuändern, daß die Weiterschaltung der Kerne im Binärcode erfolgt. Dies zeigt die Schaltung nach Fi g. 3.

Die Einstellung der Kerne K1... K 4 erfolgt, wie bei der Schaltung nach F i g. 2, über eine bistabile Kippschaltung aus den Transistoren TrI und Tr 2. Im Ausgangszustand sind alle Magnetkerne Kl... K 4 im Zustand »0«. Bei dem ersten Speicher- oder Zählimpuls wird der Kern K1 umgesteuert und über den Indikatortransistor Tr 3 die Kippschaltung wieder zurückgestellt. Bei der Abschaltung des Stromes in der Kette wird über die Diode D und eine Rückstellschleife SR ein Stromkreis wirksam, der einen Teil des Entladestromes der Induktivität aufnimmt. Das Verhältnis zum Entladestrom kann durch den Widerstand R1 und den Parallelwiderstand R 2 eingestellt werden. Der maximal fließende Strom bei dem Entladevorgang der Induktivität darf nicht ausreichen, den gerade umgesteuerten Kern wieder zurückzustellen. Bei dem folgenden Speicher- oder Zählimpuls wird der Kern K2 umgesteuert, wie an Hand der Fig. 2 bereits erläutert wurde. Bei der nachfolgenden Entladung der Induktivität wird der Kern K2 nicht, aber der Kern Ä'l wieder zurückgestellt. Ordnet man den Kernen Kl bis K 4 die Wertigkeiten 2°, 2¹, 2-, 2^:i zu, dann erhält man eine Speicherund Zählschaltung im Binärcode. Immer dann, wenn ein Kern, z. B. .O, umgesteuert wird, werden die Kerne niedriger Wertigkeit, z.B. K 2, Kl, bei der Entladung der Induktivität wieder zurückgestellt. Ist also z. B. nur noch der Kernes umgesteuert, dann entspricht dies der Binärstellung »4«. Beim folgenden Impuls wird der Kern K1 umgesteuert, ohne daß bei der Entladung der Induktivität eine Zurückstellung erfolgt. Die Binärstellung »5« ist durch die im Zustand »1« befindlichen KerneKl und K3 gegeben. Beim folgenden Impuls wird der Kern K 2 umgesteuert und der Kern Kl wieder zurückgestellt.

Dear Ausgangscode kann durch die folgende Tabelle wiedergegeben werden:

Stellung	KA	0	KZ	0
O	0	0	0	1
1	0	0	0	-». 0
2	0	0	1	1
3	0	1	1	-*· 0
4	0	1	->· 0	1
5	0	1	0	-> O
6	0	τ—Ι	1	1
7	0	^ 0	1	-»- 0
8	1 -	0	-> O	1
9	T-H	0	0	-». O
10	1	0	1	1
11	1	1	1	-^ 0
12	1	1	-». 0	τ-Η
13	1	1	0	-ν 0
14	1	1	1	1
15	1	1

Die Pfeile bedeuten dabei die Einwirkung des Ent- _a5 ladestromkreises der Induktivität L auf die Kerne niedriger Wertigkeit.

Man kann auch ein Relais als Induktivität L einsetzen. Durch die Trägheit des Schaltmittels läßt sich der Endzustand der Speicher- und Zählschaltung auf einfachste Weise ermitteln. Solange der Strom über die Kette und damit auch über das Relais nur kurzzeitig erfolgt, spricht dieses nicht an. Erst wenn beim Erreichen der Endstellung, alle Kerne im Zustand »1«, ein weiterer Impuls einläuft, bleibt der Stromfluß über die Kette eingeschaltet, so daß das Relais ansprechen kann.

Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Schaltung nach Fig. 3, die es erlaubt, daß die Speicher- und Zählschaltung in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung arbeitet. Die Abweichung besteht nur darin, daß über ein getrenntes nicht dargestelltes Schaltmittel alle Schleifen der magnetischen Elemente umgepolt werden. Bei der gezeigten Schalterstellung si... s3 wird rückwärts gezählt. Der Einstellstrom geht über die Rückstellwicklung SR1, und nur die im Zustand »1« befindlichen Kerne können in den Zustand »0« gestellt werden. Nimmt man an, daß die Kette sich in der BinärsteUung »4« befindet, so steigt der Strom so lange an, bis der Kern .O umgesteuert wird. Über den Entladestromkreis der Induktivität L werden dann die Kerne Kl und K2 in den Zustand »1« versetzt, was der BinärsteUung »3« entspricht. Der Entladekreis wirkt in diesem FaUe auf die Einstellschleife SE. In Abhängigkeit von der SchaltersteUungil... s3 kann daher vorwärts oder rückwärts gezählt werden. Die Funktionen der EinsteU- und Rückstellschleife sind dabei jeweils vertauscht. Da der Indikator Tr 3 nur auf Impulse bestimmter Polarität anspricht, sind zwei Leseschleifen LSI und LSI vorgesehen, die über den Schaltkontakt s 3 an- oder abgeschaltet werden. Es ist stets nur eine Leseschleife mit dem Indikator so verbunden, daß dieser unabhängig von der Zählrichtung Impulse gleicher Polarität erhält.

In Fig. 5 ist die Anordnung gezeigt, wie die SpeichersteUung automatisch abgelesen werden kann. Wird nach Einspeicherung einer bestimmten Anzahl von Impulsen oder durch direkte Umsteuerung der betreffenden Magnetkerne von einer bestimmten BinärsteUung ausgegangen, dann kann durch Umschaltung der bistabilen Kippschaltung aus den Transistoren TrI und Tr 2 in eine monostabile Kippschaltung die Speicher- und Zählschaltung automatisch abgelesen werden. Bei der bistabilen Kippschaltung ist bei leitendem Transistor TrI der KoUektor infolge des Spannungsteilers aus den Widerständen R 3 und R 4 leicht positiv. Die Diode D 2 hält damit auch die Basis des Transistors TrI auf diesem Potential, so daß dieser gesperrt bleibt. Wird die Ausspeicherung eingeleitet (gezeigte Schalterstellung si... j3), dann wird über den Kontakt 5-2 und den Widerstand R 5 das Emitterpotential des Transistors TrI leicht negativ, so daß die Diode D 2 nicht mehr verhindern kann, daß der Transistor 7V2 leitend wird. Die Schaltung ist damit monostabü. Durch den Stromfluß über den Transistor Tr 2 wird ein Rückwärtszählschritt erzeugt. Der rückgekoppelte Impuls der Leseschleife unterbricht den Stromfluß über den Transistor Tr 2. Da dieser Zustand jedoch nicht stabil ist, wird nach Ablauf der Verzögerungszeit der Transistor Tr 2 wieder leitend und ein neuer Zählschritt eingeleitet. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis sämtUche Kerne wieder im Zustand »0« sind. Die Anzahl der dabei über die Kippschaltung abgreifbaren Impulse entspricht dem Binärwert, von dem aus die Ablesung ausgegangen ist. Man kann bei der Ausspeicherung die Einstell- und RücksteUschleife der Magnetkerne auch unverändert beibehalten. Bei der Ausspeicherung werden dann alle Kerne in den Zustand »1« übergeführt, und an der Kippschaltung kann eine Anzahl von Impulsen abgegriffen werden, die in bezug auf den Ausgangswert dem Komplementwert zum Endwert der Speicherschaltung entspricht.

Claims

Patentansprüche:

1. Speicher- und Zählschaltung mit magnetischen Elementen mit rechteckförmiger Hystereseschleife, bei der als multistabiles Speicherelement eine Kette von bei verschiedenen Feldstärkewerten umsteuerbaren magnetischen Elementen verwendet wird, über die bei jedem Speicher- oder Zähümpuls ein Stromfluß eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umsteuern (Zustand »1«) eines dieser Elemente (z. B. K 3) der Stromfluß über die Kette abgeschaltet und in umgekehrter Richtung in solcher Größe eingeschaltet wird, daß alle bei kleineren Feldstärkewerten vorher umgesteuerten Elemente (z.B. K 2, Kl) wieder in ihren Ausgangszustand »0« zurückgesteUt werden.

2. Speicher- und Zählschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetische Elemente der Kette Magnetkerne unterschiedlicher Koerzitivkraft gewählt werden.

3. Speicher- und Zählschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetische Elemente der Kette Magnetkerne gleichen Werkstoffes, jedoch unterschiedlich bemessener Steuerwicklung (SE) verwendet werden.

4. Speicher- und Zählschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetische Elemente der Kette Magnetkerne gleichen Werkstoffes, jedoch mit unterschiedUch langem Magnetweg gewählt werden.

5. Speicher- und Zählschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetische Elemente Transfluxoren verwendet werden, deren Schaltzustand durch bekannte Einrichtungen zerstörungsfrei abgelesen wird.

6. Speicher- und Zählschaltung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ein- und Ausschaltung des Umsteuerstromes der Kette eine Kippschaltung (TrI, Tr2) vorgesehen wird, die durch die Speicher- oder Zählimpulse (E) in den einen Zustand (7>2 leitend) und durch die in der Leseschleife (LS) auftretenden Impulse wieder zurückgestellt wird (TrI leitend).

7. Speicher- und Zählschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Leseschleife (LS) induzierten Impulse über einen Indikator (Tr 3) auf den die Zurückstellung einleitenden Steuereingang der bistabilen Kippschaltung zurückgeführt werden.

8. Speicher- und Zählschaltung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Rückstellstromes für die magnetischen Elemente eine Induktivität (L) mit der Kette in Reihe geschaltet ist, deren dem Einstellstrom entsprechender Entladestrom nur zum Teil über die Rückstellschleife (SR) der magnetischen Elemente geleitet wird.

9. Speicher- und Zählschaltung nach Ansprach 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückwärtszählung die Schleifen (SR, SE) der magnetischen Elemente umgepolt werden (F i g. 4).

10. Speicher- und Zählschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahlrichtung über ein eigenes Schaltmittel (S) festgelegt wird.

11. Speicher- und Zählschaltung nach Ansprach 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Speicherang oder Zählung die Kette in den Ausgangs- oder Endzustand gestellt wird, wobei über die Steuerschaltung eine der eingespeicherten Anzahl entsprechende Anzahl oder die zum Speicherendwert komplementäre Anzahl von Impulsen abgegeben wird.

12. Speicher- und Zählschaltung nach Ansprach 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur selbsttätigen Ausspeicherang eine bistabile Kippschaltung zu einer monostabilen Kippschaltung umgeschaltet wird (Fig. 5).

13. Speicher- und Zählschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß über getrennte Einschreibwicklungen die magnetischen Elemente (Kl. ..KA) auf jeden beliebigen Schaltzustand einstellbar sind.

14. Speicher- und Zählschaltung nach Ansprach 13, dadurch gekennzeichnet, daß die voreingestellte Speicher- und Zählschaltung in Verbindung mit einer monostabilen Kippschaltung als Parallel-Serienwandler arbeitet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 036 922.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen