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Magnetisches Zählelement, das nach Empfang einer bestimmten Anzahl
von Eingangsimpulsen ein Ausgangssignal liefert Bei der Erfindung handelt. es sich
um ein Bauelement für Zählketten. Es besteht im wesentlichen aus einem Magnetkern
mit ungefähr rechteckförmiger Hystereseschleife und einem Transistor. Mehrere solcher
Elemente sollen hierbei entsprechend der jeweils geforderten zu zählenden Stellenzahl
hintereinandergeschaltet werden können.
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Es sind schon Zählschaltungen bekanntgeworden, die an Stelle von Transisto-r-Kippkreisen
magnetische Bauelemente, sogenannte Zähldrosseln, verwenden. Im Prinzip arbeiten
solche Zähldrosseln in der Weise, daß der Arbeitspunkt auf der Hystereseschleife
impulsweise gegen die positive Sättigung verschoben wird. Verwendet man Impulse
gleicher Zeitspannungsfläche, dann sind bei gegebener Kern-Wicklungs-Dimensionierung
eine ganz bestimmte Anzahl von n Impulsen notwendig, um die positive Sättigung des
Kernes zu erreichen. Wird im Verlauf des n-ten Impulses die Sättigung erreicht,
dann wird die Impendanz der Erregerwicklung ungefähr Null: Es fließt ein hoher Strom,
oder es liegt - falls weitere Bauelemente in diesem Eingangsstromkreis eingeschaltet
sind - die gesamte Eingangsimpulsspannung an diesen Bauelementen. Das Auftreten
dieser Spannung ist ein Kriterium dafür, daß die positive Sättigung erreicht, d.
h. der za-te Impuls eingetroffen ist. Sie kann dazu dienen, die für die nächste
Zählung erforderliche Ummagnetisierung des Kernes in die negative Sättigung einzuleiten.
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Bei einer bekannten Ausführung dieser Art werden zwei Kerne verwendet.
Der erste dient dazu, Eingangsimpulse konstanter Zeitspannungsfläche zu erzeugen.
Diese werden dann der Erregerwicklung des Zählkernes zugeführt, die in Serie mit
einem Widerstand geschaltet ist, an dem die erwähnte Signalspannung abfällt. Sie
wird einerseits zur Umrnagnetisierung des Zählkernes verwendet und an eventuell
vorhandene, folgende Zählelemente weitergegeben. Hierbei stellen zwei Zählkerne
und zwei Verstärkerröhren je Zählelement einen verhältnismäßig großen Aufwand dar.
Außerdem erzeugen sämtliche Impulse, die in den Zählkern eingespeist werden, an
dem Widerstand Spannungsabfälle. Das bedeutet einmal, daß ein Teil der für den Zählkern
bestimmten Energie verlorengeht. Gleichzeitig wird dadurch der Störab.stan.d zwischen
der gewünschten, beim n-ten Impuls an dem Widerstand abfallenden Spannung zu den
bei allen n-1 Impulsen auftretenden Störspannungen vermindert. Dadurch leidet entweder
- bei gleicher Zählleistung der Kerne - die Zuverlässigkeit der Schaltung oder die
Zählleistung je Stufe muß herabgesetzt werden.
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Es wurden auch schon Schaltungen vorgeschlagen, die mit Hilfe nur
eines Transistors gesteuert werden. Aber auch hier wird das Umsteuerkriterium von
einem mit der Erregerwicklung der Zähldrossel in Reihe geschalteten Widerstand abgegriffen
und dem Transistor zugeführt. Hierbei ergeben sich die nämlichen Nachteile, wie
oben erwähnt, obgleich hier der schaltungstechnische Aufwand geringer ist.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie besteht darin, daß bei
einer Zählschaltung, die irn wesentlichen aus einem Magnetkern mit nahezu rechteckiger
Hystereseschleife, auf dem sich eine Eingangs-, eine Ausgangs- und eine Ummagnetisierungswicklung
befinden, und einem in Abhängigkeit von der Anzahl der gespeicherten Impulse gesteuerten,
in Serie mit der Ummagnetisierungswicklung geschalteten Transistor besteht und die
nach Empfang jener bestimmten Anzahl von Eingangsimpulsen ein Ausgangssignal liefert,
eine Diode sowohl in Serie mit der Eingangswicklung als auch in dem Steuerstromkreis
des Transistors liegt.
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Diese Diode ist während der Zeit, da die n-1 Impulse in die Eingangswicklung
eingespeist werden, durch eine Gleichspannung in Durchlaßrichtung gepolt. Sie stellt
demnach für die Eingangsimpulse einen vernachlässigbar geringen Widerstand dar.
Wird nun
beim zt-ten Impuls die Sättigung des Zählkernes erreicht,
dann wird die Impedanz der Eingangswicklung angenähert Null: Die gesamte Eingangsspannung
liegt nun an der Diode und sperrt diese. Diese Spannung wird dazu verwendet, einen
Transistor, der in Reihe mit der Ummagnetisierungswicklung geschaltet ist, durchzusteuern.
Die während des Umsteuervorganges in der Primärwicklung induzierte Spannung liegt
im selben Sinn an der Diode und bewirkt, daß der Transistor während des gesamten
Umsteuervorganges geöffnet bleibt. Der Ummagnetisierungsvorgang wird demnach selbsttätig
zu Ende geführt, wenn die Sättigung des Kernes - wenn auch nur für äußerst kurze
Zeit - durch den st-ten Impuls erreicht wird. Das bedeutet, daß an die Fertigungstoleranzen
des Kernmaterials keine hohen Anforderungen gestellt werden müssen.
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Ein weiterer Vorteil, der sich durch die Verwendung einer Diode an
Stelle eines Widerstandes ergibt, besteht darin, daß der verhältnismäßig hohe Sperrwiderstand
der Diode während des Umsteuervorganges in den Arbeitskreis des Transistors transformiert
wird. Es kann demnach ein Transistor geringerer Typenleistung verwendet werden.
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Besonders vorteilhaft erweist sich ferner, daß sich durch geeignete
Dimensionierung einer dritten Ausgangswicklung erreichen läßt, daß die Zeitspannungsfläche
des bei der Ummagnetisierung abgegebenen Ausgangsimpulses den gleichen Betrag hat
wie der Eingangsimpuls. Dadurch wird eine direkte Hintereinanderschaltung der einzelnen
Bausteine zu einer Zählkette ermöglicht, ohne einen zweiten Magnetkern, der als
Impulsformerstufe dient - wie bei den bisherigen Schaltungen -, zu erfordern.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand eines Ausführungsbeispiels,
wie es in Fig. 1 dargestellt ist, erläutert werden.
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Fig. 2 zeigt schematisch die Hystereseschleife 0= f (mmf) eines solchen
Zählkernes, der z. B. für ein Dezimalsystem ausgelegt ist, d. h., beim zehnten Impuls
wird der Arbeitspunkt des Kernes von dem Remanenzpotential 09 über Punkt J in die
positive Sättigung nach OS verschoben, während zuvor die einzelnen Remanenzpunkte
(P1, 02, 03 ... über die Punkte A, B, C, P usw. erreicht wurden.
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Fig.3 zeigt die Zusammenschaltung von vier solchen Zähleinheiten zu
einer Zählkette, mit der vier Dezimalstellen bewältigt werden können.
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Nach Fig. 1 besteht das Zählelement aus einem Magnetkern c mit einer
Ausgangs-, einer Ummagnetisierungs- und einer Eingangswicklung. Die Eingangswicklung
liegt in .dem durch Klemme 1, Diode D 1, Parallelschaltung des Kondensators C 1
mit Widerstand R4, Wicklung N1, Diode D3, Klemme 2 gebildeten Stromkreis. Die Diode
D3 liegt außerdem in folgendem Stromkreis: Klemme 3, Widerstand R2, Diode D3, Widerstand
R3, Klemme 4. Sie ist hierbei in Durchlaßrichtung gepolt. Die Ummagnetisierungswicklung
N2 ist über den Transistor TR an die Klemmen 4 und 6 angeschaltet. Solange der Widerstand
der Diode D 3 klein ist (d. h. während der n-1 Impulse) liegt die
Basis des Transistors auf positiverem Potential als sein Emitter. Der Transistor
ist in dieser Zeit völlig stromlos. Beim Eintreffen des n-ten Impulses liegt dann
die gesamte Spannung als Sperrspannung an der Diode D 3 und spannt die Basis des
Transistors gegenüber dem Emitter über folgenden Stromkreis negativ vor: Widerstand
R3, Diode D3 und Widerstand R1. Die während des Umsteuervorganges in ?1' 1 induzierte
Spannung bewirkt eine Vorspannung der Diode in derselben Richtung: Der Transistor
TR wird dadurch entsprechend der- Wirkungsweise einer positiven Rückkopplung bis
zur völligen Ummagnetisierung des Kernes durchgesteuert. Hierbei hält die Diode
D 2 (durch Kurzschluß) die bei der Ummagnetisierung in der Wicklung N 1 erzeugte
Spannung von dem Ausgang der vorhergehenden Zählstufe fern. Wenn die Stufen hintereinandergeschaltet
sind, würde nämlich ein solcher Impuls den der gespeicherten Impulszahl entsprechenden
Magnetisierungszustand der vorhergehenden Stufe verändern.
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Die Diode D12 soll verhindern, daß die durch die n-1 Impulse
in der Ausgangswicklung N3 induzierten Spannungsstöße auf die nachfolgende Zählstufe
übertragen werden. Die Diode D 12 ist nicht erforderlich, wenn die nachfolgende
Stufe eine Diode D 1 enthält.
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Um Fertigungstoleranzen der Magnetkerne auszugleichen bzw. um die
Anzahl rot der zur Sättigung des Kernes erforderlichen Impulse bzw. deren Spannungszeitintegral
in gewissen Grenzen beliebig wählen zu können, ist ein Widerstand R5 vorgesehen,
mit dessen Hilfe eine bestimmte Vormagnetisierung einstellbar ist.
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Die der Beschreibung und den Patentansprüchen zugrunde liegende Polarität
der Spannungen und der Dioden gilt bei Verwendung eines p-n-p-Transistors. Kehrt
man die Polaritäten um, dann kann selbstverständlich auch ein n-p-n-Transistor verwendet
werden.
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Ebenso können z. B. statt der dargestellten Kristalldioden auch Gleichrichter
mit Röhren od. dgl. verwendet werden.