DE1254685B - Magnetkernschalter fuer Mehrfachkopplung von Signalen unter gleichzeitiger Signalverstaerkung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/18

Nummer: 1 254 685

Aktenzeichen: R 38563 VIII a/21 al

Anmeldetag: 10. August 1964

Auslegetag: 23. November 1967

Die Erfindung betrifft Magnetkernschalter für die Mehrfachkopplung oder Mehrfachverteilung von Signalen unter gleichzeitiger Signalverstärkung.

In der Regeltechnik arbeitet man vielfach mit Systemen, bei denen ein Vorgang oder ein Verfahren an einer großen Anzahl von Stellen überwacht wird, indem an jeder Uberwachungsstelle ein Meßfühler vorgesehen ist, der den Stand des betreffenden Vorgangs oder Verfahrens anzeigende Dauersignale als Regelgrößen erzeugt. Die erzeugten Regelsignale werden zwecks Übertragung an eine Zentrale auf eine gemeinsame Leitung mehrfachgeschaltet. Die Regelsignale, die von den Meßfühlern, bei denen es sich z.B. um Meßwertumwandler wie Thermoelemente, Dehnungsmesser od. dgl. handeln kann, erzeugt werden, können langsam schwankende Gleichströme extrem niedriger Leistung in der Größenordnung von Bruchteilen von 1 Watt sein. Derart leistungsschwache Signale sind im allgemeinen zu schwach, um Mehrfachschaltereinrichtungen auszusteuern. Es war daher bislang üblich, die einzelnen Signale vor der Mehrfachschaltung getrennt zu verstärken. Bei derartigen Verstärkersystemen wurden häufig getrennte Gegenkopplungsanordnungen benötigt, um die schwachen Nutzsignale vor der Eingabe in den Mehrfachschalter zu stabilisieren. Dies ist natürlich mit einem erheblichen zusätzlichen Schaltungsaufwand verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Mehrfachschaltanordnung zu schaffen, welche es ermöglicht, auch extrem leistungsschwache Nutzsignale ohne vorherige Verstärkung zu schalten und zugleich zu verstärken.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung einen Magnetkernschalter für die Mehrfachkopplung von Signalen unter gleichzeitiger Signalverstärkung vor, der gekennzeichnet ist durch eine Anzahl von matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordneten, jeweils zwei stabile Sättigungszustände aufweisenden magnetischen Gegentaktmodulatoren mit je einer eigenen, die beiden in an sich bekannter Weise aus magnetischem Material mit annähernd gleichartiger, rechteckiger Hysteresisschleife bestehenden Elemente des betreffenden Modulators in Reihe verkoppelnden Signalleitung zum Einkoppeln von Nutzsignalen und einer sämtliche Modulatoren verkoppelnden gemeinsamen Leitung zum Auskoppeln von Nutzsignalen sowie durch Treiberstufen für die einzelnen Zeilen, von denen je eine durch eine Erregerwicklung mit sämtlichen Modulatoren jeder Zeile gekoppelt ist, und Treiberstufen für die einzelnen Spalten, von denen je eine durch eine Erregerwick-Magnetkernschalter für Mehrfachkopplung von Signalen unter gleichzeitiger Sigrialverstärkung

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York, N. Y.

(V. St. A)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Marshall Cheek Kidd, Wayland, Mass.;
Alan Gordon Atwood, Chelmsford, Mass.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 14. August 1963 (302172)

lung mit sämtlichen Modulatoren jeder Spalte gekoppelt ist, wobei jeweils die Treiberstufen für die Zeilen die Modulatoren der betreffenden Zeilen durch eine erste Erregersignalfolge in den einen stabilen Sättigungszustand steuern und die Treiberstufen für die Spalten die Modulatoren der betreffenden Spalten durch eine zweite Erregersignalfolge, die mit der ersten Erregersignalfolge zeitlich verflochten ist, in den anderen stabilen Sättigungszustand steuern, derart, daß der Modulator am Schnittpunkt der jeweils angesteuerten Zeile und Spalte abwechselnd zwischen seinen beiden stabilen Sättigungszuständen geschaltet wird und dabei ein mit dem eingekoppelten Nutzsignal moduliertes Ausgangssignal erzeugt. Durch diese Maßnahmen, insbesondere dadurch, daß man als Kernelemente für die Schaltmatrix sogenannte magnetische Gegentaktmodulatoren mit zwei getrennten Erregerwicklungen, über die zeitlich ineinander verschachtelte Erregerimpulsfolgen eingekoppelt werden, verwendet, wird erreicht, daß man nicht nur die eingekoppelten leistungsschwachen Signale ohne vorherige Verstärkung schalten kann, sondern es werden zugleich auch diese Signale auf Grund des Modulationsvorgangs in den Gegentaktmodulatoren verstärkt, wobei der Verstärkungsgrad durch entsprechende Bemessung der Eingangs- und/ oder Ausgangswicklungen sowie durch eine entsprechende Gegenkopplung verschieden gewählt wer-

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den kann. Man erhält damit auf einfache Weise eine gangssignalwicklung 22 gekoppelt ist. Die Eingangssehr leistungsfähige und verhältnismäßig wenig kost- wicklung 22 ist gegensinnig in Reihe auf die EIespielige Anordnung, die ein seit langem bestehendes mente 16 und 18 gewickelt, so daß ein in dieser

Bedürfnis in der Regeltechnik und auf verwandten Wicklung fließender Signalstrom im einen Kern einen

Gebieten befriedigt. 5 Magnetfluß, der sich zu dem von den Erreger-

Das in der gemeinsamen Ausgangsleitung auf- strömen induzierten Magnetfluß addiert, und im

tretende modulierte Ausgangssignal kann durch anderen Kern einen Magnetfluß, der dem von den einen phasenempfindlichen Gleichrichter demodu- Erregerströmen induzierten Magnetfluß entgegen-

liert und anschließend noch einmal verstärkt werden. gerichtet ist, induziert, und zwar unabhängig von der

Das verstärkte Ausgangssignal des Demodulators ίο Richtung des Signalstromflusses. Die Elemente 16

kann in die gemeinsame Leitung gegengekoppelt und 18 tragen ferner eine mit der Eingangswicklung

werden, so daß man eine Verstärkungsstabilisierung 22 gleichsinnige, gegensinnig in Reihe gewickelte

sowie Linearisierung und Stabilisierung der Magnet- Ausgangswicklung 24.

kernschaltmatrix erhält. Bei den vorbekannten Gegentaktmodulatoren ist

Statt als Mehrfachkoppler kann man die Anord- 15 nur eine Erregerwicklung, beispielsweise die Wick-

nung auch als Mehrfachverteiler betreiben. In die- lung 28 vorgesehen, der ein Wechselsignal zugeleitet

sem Fall dient die sämtliche Gegentaktmodulatoren wird, dessen Stärke ausreicht, beide magnetischen

in Reihe verkoppelnde gemeinsame Leitung als Ein- Elemente 16 und 18 abwechselnd zwischen ihren

gangsleitung, während die mit den einzelnen Modu- beiden Sättigungszuständen +Φί und — Φ5 (Fig. 3)

latoren getrennt gekoppelten Signalleitungen die ver- ao zu steuern. Bei Abwesenheit eines Eingangssignals in

schiedenen Ausgangsleitungen bilden. Die in die ge- der Eingangsleitung 22 induzieren die beiden nicht-

meinsame Leitung eingespeisten Signale werden linearen magnetischen Elemente 16 und 18 in der

durch die Gegentaktmodulatoren verteilt, indem die Ausgangswicklung 24 Spannungen, deren Frequenzen

beiden Erregerimpulsreihen wahlweise auf die ent- der Grundschwingung des Erregersignals und deren

sprechenden Zeilen und Spalten der Matrix gekop- 25 ungeradzahligen Harmonischen entsprechen. Da die

pelt werden, so daß man eine entsprechende Vertei- Hysteresisschleifert der Elemente 16 und 18 symme-

lung der Ausgangssignale erhält. trisch um ihren Ursprungpunkt liegen, werden keine

Weitere zweckmäßige Merkmale der Erfindung geradzahligen Oberwellensignale erzeugt. Da die

werden aus der nachstehenden Beschreibung ersieht- Ausgangswicklung 24 auf den Elementen 16 und 18

lieh. In den Zeichnungen zeigt 30 gegensinnig in Reihe gewickelt ist und die indu-

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfin- zierten Spannungen, die gleich groß und entgegen-

dungsgemäß aus magnetischen Gegentaktmodula- gesetzt polarisiert sind, sich gegenseitig aufheben,

toren aufgebauten Multiplexanordnung, liefert der Modulator 14 kein Ausgangssignal. Wenn

F i g, 2 eine perspektivische Ansicht eines ein- der Eingangswicklung 22 ein Gleichstrom-Eingangs-

zelnen Gegentaktmodulators mit den verschiedenen 35 signal zugeleitet wird, verschieben sich die Symme-

Ankopplungen, trieachsen der Hysteresisschleifen der beiden EIe-

F i g. 3 die Hysteresisschleif e eines in den Gegen- mente in entgegengesetzter Richtung und werden da-

taktmodulatoren verwendeten magnetischen EIe- her geradzahlige Harmonische des Erregersignals er-

mentes und zeugt. Bei Vorhandensein eines Gleichstromeingangs-

Fig. 4 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild 40 signals wird in der Ausgangswicklung24 ein Auseiner anderen Ausführungsform der erfindungs- gangssignal erzeugt. Da die beiden magnetischen gemäßen Anordnung. Elemente 16 und 18 in entgegengesetzten Richtungen

Die in F i g. 1 gezeigte magnetische Multiplex- vormagnetisiert sind, wird in der zum einen Element Schaltanordnung 10 enthält eine matrixförmige in gehörigen Teilwicklung eine höhere Spannung als in Zeilen und Spalten ausgelegte Anordnung 12 von 45 der zum anderen Element gehörigen Teilwicklüng magnetischen Gegentaktmodulatoren 14. Der Ein- erzeugt. Die Differenz dieser beiden Spannungen lit fachheit halber ist die Anordnung 12 in F i g. 1 als daher von Null verschieden. Während jeder Periode zweidimensionale 4 · 4-Matrix dargestellt; man kann der Erregergrundfrequenz treten zwei solche Nichtaber natürlich auch anderweitige Matrixanordnungen Null-Spannungsimpulse auf, was die Entstehung von verwenden. Die Modulatorspalten sind aufeinander- 50 geradzahligen Oberwellenspannungen in der Ausfolgend mit den Buchstaben A bis D bezeichnet, wäh- gangswicklung 24 zur Folge hat. Die Amplitude der rend die Zeilen aufeinanderfolgend mit den Buch- erzeugten geradzahligen Oberwellensignale ist dem stäben E bis H bezeichnet sind. Eingangssignal proportional, was bedeutet, daß das

F i g. 2 zeigt einen einzelnen magnetischen Gegen- Ausgangssignal durch das Eingangssignal moduliert

taktmodulator 14, wie er in der erfindungsgemäßen 55 ist. Als Träger für das Eingangssignal kann man eine

Anordnung Verwendung findet. Der Modulator 14 an sich beliebige geradzahlige Ausgangsharmonische

enthält zwei magnetische Elemente 16 und 18, die verwenden, wobei man sich vorzugsweise jedoch der

beispielsweise Ferritkerne, Permalloy-Magnetband- 2. Harmonischen des Erregersignals im Hinblick auf

kerne od. dgl. sein können. Das magnetische Ma- deren größere Stärke bedient.

terial ist so gewählt, daß die Elemente 16 und 18 60 Der Gegentaktmodulator 14 hat eine zweite Ereine im wesentlichen gleichartige rechteckige Hyste- regerwicklung 26. Der ersten Erregerwicklung 28 resisschleife, wie sie etwa in F i g. 3 gezeigt ist, auf- werden Erregerimpulse einer gegebenen Polarität zuweisen. Die Elemente 16 und 18 sind mit einer geleitet, während der zweiten Erregerwicklung 26 Imersten und einer zweiten Erregerwicklung 28 bzw. 26 pulse der entgegengesetzten Polarität zugeleitet werin einem gegebenen Wicklungssinn bewickelt. Das 65 den, wobei die Impulse der Wicklung 26 zeitlich Eingangssignal für den Gegentaktmodulator 14 kann gegenüber den Impulsen der Wicklung 28 versetzt von einemMeßwertumwandler20 (Fig. 2) abgeleitet sind. Durch diese Phasenverschiebung der beides werden, der mit dem Modulator 14 über eine Ein- eingekoppelten Erregerimpulsreihen in den Wick-

lungen 26 und 28 ergebt sich effektiv eine Wechsel- d. h. dem Stellzustand bzw. dem Rückstellzustand Stromerregung, und die beiden magnetischen EIe- entsprechen. Das Umschalten der bistabilen Kippmente des Gegentaktmodulators 14 werden in beiden schaltungen vom einen stabilen Zustand in den Richtungen vollständig ummagnetisiert. Werden nur anderen erfolgt durch die negativ gerichtete Flanke einer der Erregerwicklungen Impulse zugeleitet, so 5 eines dem Tasteingang T zugeleiteten Eingangswird praktisch kein Ausgang erzeugt, da diese ein- impulses, wobei an den Ausgangsklemmen »1« und seitig polarisierten Impulse die magnetischen EIe- »0« um 180° phasenverschobene Ausgangsimpulse mente in nur einer Richtung sättigen. erzeugt werden. Die bistabilen Kippschaltungen 56 In Fig. 1 ist jeder Gegentaktmodulator 14 der und 58 teilen jeweils die Frequenz des Erreger-Matrix 12 über eine eigene Eingangswicklung (nicht io signalgenerators 50 durch Zwei, so daß für die gezeigt) in der gleichen Weise wie der Modulator 14 Steuerung der Modulatoren 14 Erregersignale zur in F i g. 2 über die Eingangswicklung 22 mit dem Verfügung stehen, deren Frequenz ein Viertel der Meßwertumwandler 20 mit einer eigenen Eingangs- Frequenz des Generators 50, d. h. in dem hier gesignalquelle gekoppelt. Zu beachten ist, daß der wählten Beispiel 150 Kilohertz beträgt. Der »1«-Aus-Meßwertumwandler 20 in F i g. 2 auf keiner Seite 15 gang der bistabilen Kippschaltung 58 ist mit sämtgeerdet ist. Durch eine solche erdfreie Schaltung des liehen Zeilentreibern 30 bis 36 gekoppelt, während Eingangs wird vermieden, daß wilde Störsignale er- der »0«-Ausgang mit sämtlichen Spaltentreibern 40 zeugt werden, die möglicherweise die schwachen bis 46 gekoppelt ist, so daß diesen Treibern gegen- oder niederpegeligen Nutzeingangssignale über- phasige Signale zugeleitet werden, decken. Die Eingangsimpedanz des Gegentaktmodu- 20 Die Adressiersignale für die Zeilen und Spalten lators 14 wird durch entsprechende Bemessung der der Multiplexanordnung 10 werden von einem vier-Windungszahl an die Impedanz des Meßwert- stufigen Adressenregister 60 mit den vier bistabilen umwandlers 20 angepaßt. Im Fall eines nieder- Kippschaltungen 62, 64, 66 und 68 geliefert. Die vier ohmigen Meßwertumwandlers wird die Eingangs- bistabilen Kippschaltungen weisen 16(2⁴) diskrete leitung22 mit einer großen Windungszahl (z.B. 200 25 Kombinationen von »1«- und »0«-Signalen für die oder mehr) ausgebildet. Durch eine solche große Identifizierung der 16 Modulatoren auf. Man kann Windungszahl wird auch die Ansprechempfindlich- zum Wählen der Modulatoren natürlich auch irgendkeit der Gegentaktmodulatoren 14 erhöht. eine andere geeignete Adressiereinrichtung verwen-

Die Adressiereinrichtung für die Schaltanordnung den. Ein Schaltsignalgenerator 70, der beispielsweise

10 enthält eine Anzahl von Treiberstufen 30, 32, 34 30 ein Rechteckoszillator mit einer Frequenz in der

und 36 für jede Zeile und Treiberstufen 40, 42, 44 Größenanordnung von 500 Hertz sein kann, ist über

und 46 für jede Spalte. Der Treiber 30 ist mit der einen Kondensator 72 mit der ersten bistabilen Kipp-

Zeile E von Gegentaktmodulatoren 14 durch eine schaltung 62 im Adressenregister 60 gekoppelt. Der

Erregerwicklung 28 e gekoppelt, die sämtliche Modu- »1 «-Ausgang sämtlicher bistabilen Kippschaltungen

latoren in der gleichen Weise wie der Erregerwick- 35 ist kapazitiv jeweils mit dem Tasteingang T der

lung 28 in F i g. 2 serienmäßig verkoppelt. Die Trei- nächstfolgenden bistabilen Kippschaltung gekoppelt,

ber 32, 34 und 36 sind in entsprechender Weise mit Jede bistabile Kippschaltung im Register 60 liefert

den Zeilen F, G bzw. H durch Erregerwicklungen an ihrem »1«- und ihrem »0«-Ausgang ein Paar von

28/, 28 g bzw. 28 h gekoppelt. Der Treiber 40 ist mit komplementären Ausgangssignalen, die für die auf-

der Spalte A von Gegentaktmodulatoren 14 durch 40 einanderfolgenden bistabilen Kippschaltungen mit

eine Erregerwicklung 26 α gekoppelt, die in der 1, I; 2, 2 usw. bezeichnet sind. Der eine Ausgang

gleichen Weise wie die Erregerwicklung 26 in F i g. 2 der beiden ersten bistabilen Kippschaltungen 62

sämtliche Modulatoren serienmäßig verkoppelt. Die und 64 ist mit den Zeilentreibern 30, 32, 34 und 36

Treiber 42, 44 und 46 sind in entsprechender Weise gekoppelt, um diese Treiber nacheinander aufzu-

durch die Erregerwicklungen 26 b, 26 c bzw. 26 d 45 tasten. Entsprechend ist der eine Ausgang der beiden

mit den Spalten B, C bzw. D gekoppelt. Die Spal- letzten bistabilen Kippschaltungen 66 und 68 mit den

ten- und Zeilenerregerwicklungen sind nach dem Spaltentreibern 40, 42, 44 und 46 gekoppelt, um

Durchgang durch die entsprechenden Gegentakt- diese Treiber nacheinander zu öffnen. Es werden

modulatoren 14 gemeinsam an einen Punkt festen somit die 16 Gegentaktmodulatoren der Matrix 12

Potentials, beispielsweise den Schaltungsnullpunkt 50 nacheinander adressiert. Gewünschtenfalls kann die

oder Masse, angeschlossen. Für die Spalten- und Adressierung der Modulatoren 14 der Matrix 12 auch

Zeilentreiber kann man beispielsweise je ein drei- wahlweise erfolgen, indem man ein Paralleleingangs-

eingängiges Koinzidenz- oder UND-Gatter ver- register vorsieht, daß die binärverschlüsselte Zahl

wenden. empfängt, die den gewählten Modulator bezeichnet,

Ein Erregersignalgenerator 50 liefert die Erreger- 55 wobei die Ausgänge dieses Registers mit den ein-

signale für sämtliche Treiber der Spalten 40 bis 46 zelnen Treibergattern verbunden sind,

und Zeilen 30 bis 36. Der Erregersignalgenerator 50 Die Multiplexanordnung 10 enthält ferner eine

kann ein Rechteckoszillator sein, der mit einer ge- Ausgangseinrichtung, z. B. in Form der Ausgangs-

gebenen Frequenz von beispielsweise 600 Kilohertz signalleitung 24, die sämtliche Modulatoren 14 der

schwingt und Mittel zum Einregeln der Hinter- 60 Matrix in der gleichen Weise wie die Wicklung 24

flanken der erzeugten Impulse zwecks Phaseneinstel- in F i g. 2 serienmäßig verkoppelt. Die Ausgangs-

Iung enthält. Der Ausgang des Generators 50 wird leitung 24 ist mit ihrem einen Ende geerdet und mit

über einen Kondensator 52 auf einen Frequenzteiler ihrem anderen Ende an eine Klemme 74 angeschlos-

54, bestehend aus zwei hintereinandergeschalteten sen. Die Klemme 74 ist über einen Kondensator 76

bistabilen Kippschaltungen 56 und 58, gekoppelt. 65 mit einem Wechselstromverstärker 78 verbunden.

Jede bistabile Kippschaltung hat einen Tasteingang T Der Verstärker 78 ist auf die 2. Harmonische der

sowie zwei Ausgänge »1« und »0«, die den beiden Grundfrequenz des der Matrix 12 von der bistabilen

stabilen Zuständen der bistabilen Kippschaltungen, Kippschaltung 58 des Frequenzteilers 54 zugeleiteten

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Erregersignals, d.h. in dem hier als Beispiel gewählten Fall auf eine Frequenz von 300 Kilohertz abgestimmt. Der Verstärker 78 ist mit einem Phasendetektor 80, der beispielsweise eine Gleichrichterbrücke oder ein Ringdemodulator sein kann, gekoppelt. Ein Bezugssignal mit der gleichen Frequenz wie das Ausgangssignal (2. Harmonische) der Modulatoren 14, d. h. im vorliegenden Fall 300 Kilohertz, wird dem Demodulator 80 über die Sekundärwicklung eines Transformators 82 zugeleitet, dessen mittelangezapfte Primärwicklung an den positiven Pol +V einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist. Das Bezugssignal wird vom Erregersignalgenerator 50 abgeleitet, indem dessen Ausgangssignal durch einen Inverter oder Umkehrer 84 in seiner Polarität umgekehrt und dann über einen Kondensator 86 einer als Frequenzteiler dienenden bistabilen Kippschaltung 88 zugeleitet wird. Die bistabile Kippschaltung 88 kippt bei Empfang der negativ gerichteten Flanke des polaritätsverkehrten Signals und teilt das 600-Kilohertz-Signal des Generators 50 durch Zwei, so daß sich das 300-Kilohertz-BezugssignaI ergibt. Der »!.«-Ausgang und der »0«-Ausgang der bistabilen Kippschaltung 88 sind über die Widerstände 90 bw. 92 mit den beiden Enden der Primärwicklung des Transformators 82 verbunden.

Das demodulierte Ausgangssignal des Detektors 80 wird über ein Tiefpaßfilter 90 einem Gleichstromverstärker 92 zugeleitet. Das Gleichstromausgangssignal des Verstärkers 92 wird von einer Klemme 94 abgenommen, die den Ausgang der Multiplexanordnung 10 bildet. Das Gleichstromausgangssignal wird ferner über einen Koppelwiderstand 96 auf den Anschußpunkt 74 der Ausgangssignalleitung 24 rückgekoppelt, so daß man eine Gleichstromgegenkopplung für sämtliche Modulatoren 14 der Matrix 13 erhält. Der Gegenkopplungszweig wird durch den Widerstand 96, die gemeinsame Ausgangswicklung 24 sowie die Erdrückleitung zum Verstärker 92 gebildet. Zu beachten ist, daß der gleiche Gegenkopplungszweig für sämtliche Signaleingänge verwendet wird und die Modulatoren sowohl die Funktion der Mehrfachschaltung als auch die Funktion der Gegenkopplung ausüben.

Im Betrieb werden den einzelnen Gegentaktmodulatoren 14 getrennte Eingangssignale über die einzelnen Eingangswicklungen 22 zugeleitet. Sämtliche Zeilentreiber 30 bis 36 erhalten vom »1 «-Ausgang der bistabilen Kippschaltung 58 Erregerimpulse der einen Phase, während kurze Zeit später (¹ZiSo Millisekunden) sämtliche Spaltentreiber 40 bis 46 vom »0«-Ausgang der bistabilen Kippschaltung 58 ihre Erregerimpulse empfangen. Das Adressenregister 60 aktiviert einen bestimmten Zeilentreiber und gleichzeitig einen bestimmten Spaltentreiber. Wenn sich sämtliche bistabilen Kippschaltungen im Register 60 anfänglich im Rückstellzustand befinden, so wird durch die Hinterflanke des ersten Impulses vom Schaltsignalgenerator 70 die erste bistabile Kippschaltung 62 in den Stellzustand geschaltet. Dadurch wird der Zeilentreiber 32 aktiviert, während zugleich auch der Spaltentreiber 40 durch die Rückstellzustände der bistabilen Kippschaltungen 66 und 68 im Adressenregister 60 aktiviert wird. Somit gelangen Erregerimpulse der ersten Reihe zu sämtlichen Modulatoren der Zeile F der Matrix 12, und der Stromfluß durch die Erregerwicklung 28/ erfolgt in Richtung der Pfeile in der Wicklung 28 in F i g. 2.

Es werden daher sämtliche Modulatoren der Zeile F der Matrix 12 in der einen Richtung, beispielsweise + 0s in Fig. 3, gesättigt. Nach jedem dieser Zeilenimpulse kehrt der Magnetfiußpegel in den Modulatoren der Zeile F auf den Remanenzpegel + Φτ in F i g. 2 zurück. Als nächstes werden die Erregerimpulse der zweiten Reihe auf sämtliche Modulatoren der Spalte A der Matrix 12 gekoppelt, woraufhin der Stromfluß durch die Erregerwicklung 26 a in

ίο Richtung der Pfeile in der Wicklung 26 in F i g. 2 erfolgt. Da diese Stromrichtung der in der Wicklung 28 entgegengesetzt ist, werden die Modulatoren der Spalte A in der anderen Richtung, beispielsweise — Φs in F i g. 3, gesättigt. Nach jedem dieser Spaltenimpulse fallen die Modulatoren der Spalte A auf den Remanenzpegel — Φι zurück.

Der sowohl der Zeile F als auch der Spalte A gemeinsame Modulator AF empfängt Erregerimpulse sowohl der ersten als auch der zweiten Reihe. Diese Impulse sind miteinander verflochten oder verschaltet, so daß der Modulator AF nacheinander in jeweils entgegengesetzter Richtung magnetisisiert wird. Dies bedeutet, daß der Modulator AF effektiv eine Wechselsignalerregung erhält und mit der Schaltfrequenz der bistabilen Kippschaltung 58 abwechselnd in den positiven und den negativen Sättigungszustand gesteuert wird. Dieser gemeinsame Modulator AF ist daher der einzige in der Matrix 12, der wechselstromerregt ist und folglich als Gegentaktmodulator arbeitet.

Der gemeinsame Gegentaktmodulator AF erzeugt in der Ausgangsleitung 24 ein Wechselstromausgangssignal, das die Frequenz der 2. Harmonischen der Erregersignalfrequenz hat und durch das der Eingangsleitung 22 dieses Modulators zugeleitete Gleichstromeingangssignal amplitudenmoduliert ist. Zu beachten ist, daß die Ausgangsleitung 24 von der Eingangsleitung 22 entkoppelt ist, da die beiden Leitungen unterschiedliche Frequenzen führen. Das modulierte Ausgangssignal wird über den Kondensator 76 auf den Wechselstromverstärker 78 wechselstromgekoppelt und anschließend im Verstärker 78 verstärkt. Das verstärkte Ausgangssignal der 2. Harmonischen wird zusammen mit dem Bezugssignal der 2. Harmonischen dem Detektor 80 zugeleitet. Der Detektor 80 besorgt unter Beibehaltung der richtigen Polarität des Eingangssignals die Gleichrichtung oder Demodulation des Ausgangssignals der 2. Harmonischen, so daß am Detektorausgang eine verstärkte Version des Eingangssignals erhalten wird. Der Erregersignalgenerator 50 kann so eingestellt werden, daß das Bezugssignal und das modulierte Signal der 2. Harmonischen bei Eingabe in den Detektor 80 entweder gleichphasig oder um 180° phasenverschoben sind. Das demodulierte Signal wird im Filter 90 gefiltert und im Gleichstromverstärker 92 verstärkt, und das am Ausgang 94 erhaltene Ausgangssignal kann einer Ausgangsschaltung für die Weiterverarbeitung zugeleitet werden.

Das Ausgangssignal wird außerdem über den Koppelwiderstand 96 auf die Ausgangsleitung 24 der Matrix 12 rückgekoppelt, um eine Gegenkopplung für die Verstärkerstabilisierung des gemeinsamen Modulators zu erhalten. Dank dieser Art der Gegenkopplung des Ausgangssignals ohne Zuhilfenahme einer eigenen Gegenkopplungswicklung auf den Modulatoren verringert sich die Anzahl der Wicklungen auf den magnetischen Elementen. Durch diese

Gegenkopplung wird außerdem jeder Modulator der Matrix 12 effektiv in die Gegenkopplungsschleife einbezogen und wird die Verstärkung der Modulator-Verstärkeranordnung für eine große Zahl von Eingangssignalen stabilisiert. Durch die Gegenkopplung wird die Linearität des Ausgangssignals in bezug auf das Eingangssignal verbessert und ferner die Stabilität der Modulatoren erhöht.

Die magnetische Schaltanordnung 10 hat eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit, da die Erregersignale und nicht die Eingangssignale geschaltet werden. Auf diese Weise wird eine Schnellschaltung niederpegeliger Signale erzielt. Die magnetischen Modulatoren arbeiten sowohl als Schalter als auch als verstärkende Modulatoren.

Der erfindungsgemäße Magnetkernschalter für Mehrfachkopplung läßt sich auch als Mehrfachverteiler verwenden, wobei ein einzelnes Eingangssignal auf eine Vielzahl von Ausgängen verteilt wird. In diesem Fall benutzt man die Signalleitung 24 in F i g. 1 als einzige Eingangsleitung, indem man diese Leitung von der Klemme 74 trennt und die Eingangssignale in die Leitung 24 koppelt. Die Signalleitungen 22 (F i g. 2) der einzelnen Modulatoren 14 bilden die verschiedenen Signalausgänge. Mit jeder dieser Leitungen 22 ist jeweils eine eigene Kette, bestehend aus der Serienschaltung eines Wechselstromverstärkers 78, eines Detektors 80, eines Filters 90 und eines Gleichstromverstärkers 92, gekoppelt. Für den Betrieb der Anordnung als Mehrfachverteiler genügen ein einziges Erregersystem, ein einziges Bezugssignalsystem und ein einziges Adressiersystem von der in F i g. 1 gezeigten Art, wobei jedoch der Transformator 82 eine Vielzahl von Sekundärwicklungen, und zwar je eine für jeden Phasendetektor haben muß.

Die magnetische Schaltanordnung 10 läßt sich erfindungsgemäß auch so einrichten, daß verschiedene Eingangssignale und/oder gleiche Eingangssignale mit unterschiedlichem Grad verstärkt werden. Der Verstärkungsgrad der Anordnung 10 in F i g. 1 ist durch die folgende Gleichung gegeben:

Verstärkungsgrad = — ^ρ^-^-
Tp

(1)

45

R_F = ohmscher Wert des Gegenkopplungswiderstandes 96,

Tin ⁼ Windungszahl der Eingangswicklung 22,

T_F = Windungszahl der Gegenkopplungswicklung (Ausgangswicklung 24).

Man kann daher, indem man die Windungszahl der Eingangswicklungen 22 der verschiedenen Gegentaktmodulatoren in F i g. 1 unterschiedlich bemißt, eine unterschiedliche Verstärkung der Eingangssignale in diesen Modulatoren erreichen.

Um das gleiche Eingangssignal mit unterschiedlichem Grad zu verstärken, kann man es auf mehrere Modulatoren koppeln, wobei die diese Modulatoren verkoppelnde Eingangsleitung auf den verschiedenen Modulatoren unterschiedliche Windungszahlen hat. So ist z. B. in der magnetischen Modulatormatrix 21' nach F i g. 4 die Eingangsleitung 22' für den Eingang »1« serienmäßig mit sämtlichen magnetischen Modulatoren 14' der Zeile E gekoppelt, wobei jedoch für die verschiedenen Modulatoren dieser Zeile jeweils eine andere Windungszahl verwendet wird. Die Windungszahlen für die Modulatoren AE, BE, CE und DE können beispielsweise 10, 20, 50 bzw. betragen. Die übrigen Eingangssignale können in entsprechender Weise in die Zeilen F, G und H der Matrix 12' gekoppelt werden. Der restliche Teil der Anordnung 10' kann genauso ausgebildet sein wie in Fig. 1.

Die Verstärkungsgrade für das Eingangssignal »1« bei selektiv erregten Modulatoren AE, BE, CE und DE betragen 100, 200 500 bzw. 1000, wenn der Gegenkopplungswiderstand 96' (nicht gezeigt) einen Wert von 100 Ohm hat und eine gegenkoppelnde Wicklung (die Ausgangsleitung 24') an die einzelnen Modulatoren mit jeweils zehn Windungen angekoppelt ist. Lediglich der erregte Modulator in der durch die Eingangsleitung 22' serienmäßig verkoppelten Zeile liefert eine Verstärkung, da die nicht erregten Modulatoren der Zeile als passive Induktivitäten wirken.

Aus der Gleichung (1) ergibt sich, daß die Windungszahl, mit der die Gegenkopplungs- oder Ausgangswicklung 24' an die einzelnen Modulatoren angekoppelt ist, ebenfalls zwecks Veränderung des Verstärkungsgrades variiert werden kann, so daß sich die Verstärkung des Systems sehr vielseitig in einem gewünschten Sinne beeinflussen läßt. Es steht somit gemäß diesem Merkmal der Erfindung eine Anordnung mit veränderlichem und programmierbarem Verstärkungsgrad zur Verfügung.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Magnetkernschalter für die Mehrfachkopplung von Signalen unter gleichzeitiger Signalverstärkung, gekennzeichnet durch eine Anzahl von matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordneten, jeweils zwei stabile Sättigungszustände aufweisenden magnetischen Gegentaktmodulatoren (14) mit je einer eigenen, die beiden in an sich bekannter Weise aus magnetischem Material mit annähernd gleichartiger, rechteckiger Hysteresisschleife bestehenden Elemente (16, 18) des betreffenden Modulators in Reihe verkoppelnden Signalleitung (22) zum Einkoppeln von Nutzsignalen und einer sämtliche Modulatoren verkoppelnden gemeinsamen Leitung (24) zum Auskoppeln von Nutzsignalen sowie durch Treiberstufen für die einzelnen Zeilen (30 bis 36), von denen je eine durch eine Erregerwicklung (28) mit sämtlichen Modulatoren jeder Zeile gekoppelt ist, und Treiberstufen für die einzelnen Spalten (40 bis 46), von denen je eine durch eine Erregerwicklung (26) mit sämtlichen Modulatoren jeder Spalte gekoppelt ist, wobei jeweils die Treiberstufen für die Zeilen die Modulatoren der betreffenden Zeilen durch eine erste Erregersignalfolge in den einen stabilen Sättigungszustand steuern und die Treiberstufen für die Spalten die Modulatoren der betreffenden Spalten durch eine zweite Erregersignalfolge, die mit der ersten Erregersignalfolge zeitlich verflochten ist, in den anderen stabilen Sättigungszustand steuern, derart, daß der Modulator am Schnittpunkt der jeweils angesteuerten Zeile und Spalte abwechselnd zwischen seinen beiden stabilen Sättigungszuständen geschaltet wird und dabei ein mit dem eingekoppelten Nutzsignal moduliertes Ausgangssignal erzeugt.

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2. Magnetkernschalter nach Anspruch 1 für die Mehrfachverteilung von Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkopplung der Nutzsignale über die gemeinsame Leitung (24) erfolgt und Ausgangsnutzsignale von den einzelnen Modulatoren über die entsprechenden Signalleitungen (22) ausgekoppelt werden.

3. Magnetkernschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die gemeinsame Leitung (24) ein Demodulator (80) angekoppelt ist, dessen Ausgang zugleich mit dem Ausgangsende (74) der gemeinsamen Leitung in einem sämtliche Modulatoren stabilisierenden Sinne gegengekoppelt (96) ist.

4. Magnetkernschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitungen (22) jeweils aus gegensinnig in Reihe auf die beiden Elemente (16,18) der einzelnen Modulatoren gewickelten Wicklungen bestehen.

5. Magnetkernschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Leitung (24) mit einer Wicklung verbunden ist, die jeweils gleichsinnig mit der betreffenden Eingangswicklung auf die einzelnen Modulatoren gewickelt ist.

6. Magnetkernschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberstufen für die einzelnen Zeilen

(30) und die Treiberstufen für die einzelnen Spalten (40) jeweils als Koinzidenzgatter mit mehreren Eingängen ausgebildet sind, wobei ein Erregerimpulsgenerator (50) mit nachgeschalteter bistabiler Kippstufe (56, 58) den einen Eingang sämtlicher Zeilengatter mit Impulsen einer gegebenen Phase und den einen Eingang sämtlicher Spaltengatter mit Impulsen, deren Phase demgegenüber um 180° verschoben ist, aktiviert und wobei ein mit den anderen Eingängen der einzelnen Gatter gekoppeltes Adressierregister (60) jeweils ein bestimmtes Zeilengatter und zugleich ein bestimmtes Spaltengatter öffnet.

7. Magnetkernschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Demodulator (80) ein Phasendetektor verwendet wird, der als Bezugssignal die umgekehrten Ausgangsimpulse des Erregerimpulsgenerators (50) empfängt.

8. Magnetkernschalter nach Anspruch 4 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahlen der Eingangs- und Ausgangswicklungen der einzelnen Modulatoren (14) unterschiedlich so bemessen sind, daß die einzelnen Modulatoren jeweils einen anderen, gewünschten Verstärkungsgrad aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 003 797,1 040 596, 188, 1004 231, 1119 323.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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