DE1263112B

DE1263112B - Cryotron oscillator

Info

Publication number: DE1263112B
Application number: DEJ22820A
Authority: DE
Inventors: Eugene Stewart Schlig; Harold Sobol
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1961-12-29
Filing date: 1962-12-12
Publication date: 1968-03-14

Description

Kryotron-Oszillator Die Erfindung betrifft einen mit mindestens einem aus einem supraleitenden Torleiter mit ihn umgebender Steuerwicklung bestehenden Kryotron bestückten Oszillator.Cryotron oscillator The invention relates to one having at least one consisting of a superconducting gate conductor with a control winding surrounding it Kryotron equipped oscillator.

Bisher bekannte Oszillatoren dieser Art besitzen den Nachteil, daß keine sinusförmige Schwingung, sondern rechteckförmige Impulse abgegeben werden.Previously known oscillators of this type have the disadvantage that no sinusoidal oscillation, but square-wave pulses are emitted.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Kryotronoszillator bereitzustellen, der sinusförmige Schwingungen abgibt, denkbar einfach aufgebaut ist und betriebssicher arbeiten kann.The object of the invention is now to provide a cryotronic oscillator provide, which emits sinusoidal vibrations, very simple structure and can work reliably.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerwicklung über einen ersten Vorwiderstand an einer ersten Spannungsquelle liegt, deren Stromfluß kleiner als die kritische Stromstärke des supraleitenden Torleiters ist, daß der supraleitende Torleiter gleichspannungsmäßig über einen zweiten Vorwiderstand an einer zweiten gleichgepolten Spannungsquelle angeschlossen ist, und daß ein Stromresonanzkreis, die Steuerwicklung und der Torleiter zu einer geschlossenen Reihenschaltung für den Schwingkreisstrom miteinander verbunden sind.According to the invention the object is achieved in that the control winding is connected via a first series resistor to a first voltage source, the current flow of which is smaller than the critical current strength of the superconducting gate conductor that the superconducting gate conductor in terms of DC voltage via a second series resistor a second voltage source with the same polarity is connected, and that a current resonance circuit, the control winding and the gate conductor to form a closed series circuit for the resonant circuit current are connected to one another.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der dem Verzweigungspunkt von Torleiter und Steuerwicklung zugeführte Strom ein urstromähnlicher Strom ist.It is advantageous if the gate ladder is the junction point and the current supplied to the control winding is a current similar to that of the original current.

Der Resonanzkreis kann dabei ein Schwingungskreis mit verteilten Schaltkreisparametern oder mit diskreten Bauelementen sein.The resonance circuit can be an oscillation circuit with distributed circuit parameters or with discrete components.

Der erfindungsgemäße Oszillator enthält also als aktives Bauelement einen Supraleiter und als passives Bauelement einen Resonanzkreis, der die Frequenz der Schwingung bestimmt. Abhängig vom besonderen Aufbau der Schaltung und ihrer Parameter ist der Spannungsverlauf der abgegebenen Schwingung im wesentlichen sinusförmig.The oscillator according to the invention thus contains as an active component a superconductor and, as a passive component, a resonance circuit that controls the frequency determined by the vibration. Depending on the particular structure of the circuit and its The parameter is the voltage curve of the output vibration, essentially sinusoidal.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung besteht darin, daß sie bei der gleichen Umgebungstemperatur wie andere Tiefsttemperaturschaltungen, welche mit erfindungsgemäßen Oszillatoren zusammenarbeiten sollen, eingesetzt werden kann. Dabei ergibt sich der weitere Vorteil, daß gleiche Herstellungsmethoden sowohl für Oszillatorschaltung als auch für daran angeschlossene Schaltungsanordnungen bei Tiefsttemperaturbetrieb Verwendung finden können.An advantage of the oscillator circuit according to the invention is that that they operate at the same ambient temperature as other cryogenic circuits, which are to work together with oscillators according to the invention, are used can. This has the further advantage that the same production methods both for oscillator circuit as well as for circuit arrangements connected to it can be used in cryogenic operation.

Weitere Vorteile und Teilaufgaben der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der nachstehend aufgeführten Zeichnungen die Erfindung näher erläutert, und aus den Patentansprüchen. Es zeigt F i g. 1 die Schaltung eines Oszillators gemäß der Erfindung, F i g. 2 und 3 jeweils die Schaltung eines Gegentaktoszillators gemäß der Erfindung, F i g. 4 und 5 erfindungsgemäße Oszillatorschaltungen unter Anwendung von Übertragungsleitungen als frequenzbestimmende Elemente.Further advantages and subtasks of the invention emerge from the the following description, which is based on exemplary embodiments with the help of The drawings listed below explain the invention in more detail, and from the Claims. It shows F i g. 1 shows the circuit of an oscillator according to the invention, F i g. 2 and 3 each show the circuit of a push-pull oscillator according to the invention, F i g. 4 and 5 oscillator circuits according to the invention using transmission lines as frequency-determining elements.

In F i g. 1 ist eine Gleichspannungsquelle 10 über einen veränderbaren Widerstand 12 an einen Schalter 14 angeschlossen. Der Wert des Widerstandes 12 ist dabei groß gegenüber dem Wert des Widerstandes der über Schalter 14 anzuschließenden Schaltung, so daß der der Gleichspannungsquelle 10 entnommene Strom l" im wesentlichen als Urstrom angesehen werden kann. Bei eingelegtem Schalter 14 fließt der Urstrom aus der Gleichspannungsquelle 10 zum Verbindungspunkt 16. Zwischen dem Verbindungspunkt 16 und dem anderen an der Gleichspannungsquelle 10 liegenden Verbindungspunkt 18 sind zwei Schaltungszweige in Parallelschaltung zueinander angebracht. Der eine Schaltungszweig enthält den Torleiter 20 eines Kryotrons 22, während der andere Schaltungszweig eine Steuerwicklung 24 des Kryotrons 22, einen Kondensator 28 und eine Induktionsspule 30 aufweist; hinzu kommt, daß parallel zur Steuerwicklung 22 eine zweite Spannungsquelle liegt, welche als Serienschaltung eines Widerstandes mit einer Batterie 26 anzusehen ist. Der Urstrom lu teilt sich am Verbindungspunkt 16 in die beiden Teilströme lt und I3 auf. Dabei fließt der Strom lt durch den Torleiter 20 des Kryotrons 22 und der Teilstrom I" durch den aus dem Kondensator 28 irrid der Induktionsspule 30 dargestellten Serienschwingkreis.In Fig. 1 is a DC voltage source 10 via a variable Resistor 12 connected to a switch 14. The value of resistor 12 is large compared to the value of the resistance of the switch 14 to be connected Circuit, so that the current 1 "drawn from the DC voltage source 10 is essentially can be seen as a primordial stream. When the switch 14 is inserted, the primary current flows from the DC voltage source 10 to the connection point 16. Between the connection point 16 and the other connection point 18 located at the DC voltage source 10 two circuit branches are attached in parallel to each other. The one Circuit branch contains the gate conductor 20 of a cryotron 22, while the other Circuit branch a control winding 24 of the cryotron 22, a capacitor 28 and an induction coil 30; in addition, parallel to the control winding 22 a second voltage source is connected, which is a series circuit of a resistor with a battery 26 is to be seen. The Urstrom lu divides at the connection point 16 into the two partial flows lt and I3. The current flows through the gate conductor 20th of the cryotron 22 and the partial current I ″ through the from the capacitor 28 irrid of the induction coil 30 shown series resonant circuit.

Alle Leitungen, welche die Bauelemente der Schaltungsanordnung untereinander verbinden, bestehen aus Material, welches -im Sinne der Supraleitung hart ist, während - der Torleiter 20 aus einem Material besteht, das in diesem Sinne als weich anzusehen ist. Die Gleichspannungsquelle 10 stellt also den Betriebsstrom für die Oszillätör'schaltung bereit, während die Batterie 26 den Vorstrom Ib zum Kryotron 22 liefert.All lines that connect the components of the circuit arrangement to one another connect, consist of material which -in the sense of superconductivity is hard, while - The goal ladder 20 consists of a material that is to be regarded as soft in this sense is. The DC voltage source 10 thus provides the operating current for the oscillator circuit ready while the battery 26 supplies the bias current Ib to the cryotron 22.

Nach Schließen des Schalters 14 fließt der Strom I" über den Verbindungspunkt 16. Im eingeschwungenen Zustand wird--d6rTS-frömpfäd des Gleichstroms r. durch den Parallelzweig dargestellt, der den Torleiter 20 enthält. Für den Übergangszustand sei angenommen, daß ein Teil dieses Stromes, nämlich Teilstrom I" zum Verbindungspunkt 32 fließt, der in dem den Berienschwingkreis__enthaltenden Parallelzweig liegt. In Richtung auf den Verbindungspunkt-32 fließt außerdem der Strom Ib, so daß die Summe beider Ströme Is -4- 1b durch `die' Steuerwicklung 24 des Kryotrons 22 fließt. Im Verbiildgngspunkt 34 teilen , sich dann wieder beide Ströme, indem der Strom IS durch den Kondensator 28 und die Induktionsspule 30 zum Verbindungspunkt 18- und der Strom lb zur Batterie 26 fließt. Der Strom IS und der Strom It vom Torleiter 20 vereinigen sich wieder im Verbindungspunkt 18 und fließen als Ström Iu zur Gleichspannungsquelle 10 zurück. Wird nun angenommen, daß der Gesamtstrom Ib -I- 1s von der Steuerwicklung 24 des Kryotrons 22 einmagnetisches Feld im Torleiter 20 hervorruft, das größer als die kritische Feldstärke für den Torleiter 20 ist, dann erhöht sich der Widerstand des Torleiters 20 so, daß ein größerer Anteil IS des Urstroms Iu in den den Serienresonanzkreis enthaltenden Parallelzweig fließt. Dadurch wird der Kondensator 28 - aufgeladen. Je mehr sich aber die Ladung des Kondensators 28 dem Maximalwert nähert, um so geringer wird der Strom Is. Sobald aber der Strom I, so klein wird, daß die Summe des Stromes Is+Ib kleiner als der kritische Wert des Stromes für den Torleiter 20 ist, wird der Torleiter 20 wieder supraleitend, so däß der Strom It wieder durch den Torleiter 20 fließt. Im Schwingkreis ergibt sich dabei ein Stromverlauf gemäß einer gedämpften sinusförmigen Schwingung, und zwar in der Zeit, während der der Torleiter 20 einen Widerstand darstellt. Im Zeitabschnitt jedoch, für den der Torleiter 20 einen Supraleiter darstellt, ist der Stromverlauf im Schwing- ; kreis nahezu ungedämpft und ebenfalls wieder sinusförmig. Eine Schwingungsanfachung ist deshalb möglich, weil die Leistung der Gleichspannungsquelle 10 während des Zeitintervalls, in dem der Torleiter 20 einen Widerstand darstellt, größer gehalten ; werden kann als die auftretende Verlustleistung.After the switch 14 is closed, the current I ″ flows through the connection point 16. In the steady state - d6rTS-frömpfäd of the direct current r. through the Shown parallel branch that contains the gate ladder 20. For the transition state it is assumed that part of this current, namely partial current I ", to the connection point 32 flows, which is located in the parallel branch containing the linear oscillation circuit. In the direction of the connection point -32, the current Ib also flows, so that the Sum of both currents Is -4- 1b flows through `the 'control winding 24 of the cryotron 22. In connection point 34, both streams then split again by adding the stream IS through capacitor 28 and induction coil 30 to connection point 18- and the current Ib flows to the battery 26. The current IS and the current It from the gate conductor 20 reunite at connection point 18 and flow as flow Iu to the DC voltage source 10 back. It is now assumed that the total current Ib -I- 1s from the control winding 24 of the cryotron 22 causes a magnetic field in the gate conductor 20 that is greater than the critical field strength for the goal ladder 20, then the resistance increases of the gate conductor 20 so that a larger proportion IS of the primary current Iu into the series resonant circuit containing parallel branch flows. This causes the capacitor 28 - to be charged. However, the closer the charge of the capacitor 28 approaches the maximum value, the lower becomes the current Is. But as soon as the current I becomes so small that the sum of the current Is + Ib is less than the critical value of the current for the gate conductor 20 is the gate conductor 20 again superconducting, so that the current It again through the gate conductor 20 flows. In the resonant circuit, there is a current curve according to a damped one sinusoidal oscillation, namely in the time during which the gate ladder 20 a Represents resistance. In the time period, however, for which the gate conductor 20 is a superconductor represents, is the current curve in the oscillation; circle almost undamped and also again sinusoidal. An increase in vibrations is possible because the power the DC voltage source 10 during the time interval in which the gate conductor 20 represents a resistance, kept larger; can be called the power loss occurring.

Es läßt sich nun zeigen, daß die Energie im Resonanzkreis während des Zeitintervalls, in welchem der Torleiter 20 einen Widerstand bildet und der Schwingkreisstrom I, sowohl positiv als auch kleiner als der t Gesamtstrom Iu ist, in jedem Augenblick anwächst. Dabei wird nur die Verlustleistung des sich mit dem Torleiter ergebenden Widerstandes und auf Grund der Umladungsvorgänge im Serienschwingkreis berücksichtigt. Der Vorstrom Ib soll dabei verhindern, daß 6 der Torleiter 20 . während des negativen Teils der Schwingungsperiode einen Widerstand bildet. An dieser Stelle sei angemerkt, daß beim Entladen des Kondensators 28 der Schwingkreisstrom I, gegensinnig zum Vorstrom 1b fließt. Deshalb muß der Wert des Vorstroms Ib ausreichend hoch gewählt sein, damit die Schwingkreisströme nicht im negativen Teil der Schwingungsperiode den Torleiter 20 zum Widerstand werden lassen.It can now be shown that the energy in the resonance circuit during the time interval in which the gate conductor 20 forms a resistance and the Resonant circuit current I, both positive and smaller than the t total current Iu, grows in every moment. Only the power loss of the Gate ladder resulting resistance and due to the charge reversal in the series resonant circuit considered. The preliminary current Ib is intended to prevent 6 of the gate conductor 20. forms resistance during the negative part of the oscillation period. At this It should be noted that when the capacitor 28 is discharged, the resonant circuit current I, flows in the opposite direction to the bias current 1b. Therefore, the value of the bias current Ib must be sufficient be selected high so that the oscillating circuit currents are not in the negative part of the oscillation period let the goal ladder 20 become a resistance.

Andere Verlustleistungsursachen als der Widerstand des Torleiters 20, nämlich dielektrische Verluste; Schwingkreisverluste u. dgl., können zwar die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung und die Bedingungen für die Schwingungsanfachung geringfügig verändern, trotzdem bleibt aber der Verlauf der abgegebenen Schwingungen nahezu sinusförmig, wobei die äußerst geringfügigen Abweichungen-VÖn-der Siinusförni da= durch bedingt sind, daß der Torleiter 20 während eines Teils einer Schwingung einen Widerstand darstellt und während des anderen .Teils der Schwingung widerstandslos ist.Other causes of power loss than the resistance of the gate conductor 20, namely dielectric losses; Resonant circuit losses and the like, although the Operation of the circuit arrangement and the conditions for the amplification of vibrations change slightly, but the course of the given vibrations remains almost sinusoidal, with the extremely slight deviations - VÖn - the Siinusförni da = are conditioned by the fact that the gate ladder 20 during part of an oscillation represents a resistance and during the other .Teils of the oscillation without resistance is.

Die Bedingungen zur Schwingungsanfachung und zur Aufrechterhaltung der Schwingungen lassen sich unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die zugeführte Leistung gleich oder größer sein muß als die Leistung, die durch den Widerstand Rt des Torleiters 20 verschluckt wird, wie folgt angeben: Zugeführte Leistung >__ Verlustleistung Iu It Rt 2 1t1 Rt. Wenn hierin der Wert für It positiv ist, dann ergibt sich IU>It. Wenn der Wert für 1t hingegen negativ ist, dann wird Leistung verbraucht, wenn nicht das Vorzeichen von I. geändert wird. Die Schreibweise der erforderlichen Bedingungen läßt sich vereinfachen: 1. It > 0 oder IU > Is 2. 1u ? lt oder Is > 0. Zusammenfassend ergibt sich, daß für die Schwingungsanfachung oder -aufrechterhaltung die Bedingung 0 _<_ Is < IU gilt, solange der Torleiter 20 einen Widerstand darstellt.The conditions for stimulating vibrations and for maintaining the vibrations can be specified as follows, taking into account the fact that the power supplied must be equal to or greater than the power that is swallowed by the resistance Rt of the gate conductor 20: Supplied power> __ power loss Iu It Rt 2 1t1 Rt. If the value for It is positive here, then IU> It results. If, on the other hand, the value for 1t is negative, then power is consumed unless the sign of I. is changed. The notation of the necessary conditions can be simplified: 1. It > 0 or IU > Is 2. 1u ? lt or Is> 0. In summary, it follows that the condition 0 _ <_ Is < IU applies to the amplification or maintenance of the oscillation as long as the gate ladder 20 represents a resistance.

Obenstehende Bedingung gilt allerdings nur dann, wenn das Kryotron so eingerichtet ist, daß es nur dann umgeschaltet wird, wenn der Wert für I, positiv ist und wenn der Umschaltpunkt bei einem Wert für IS liegt, der kleiner ist, als der Wert für I.. Dabei muß das Vorzeichen des Vorstroms Ib während der positiven Flußrichtung des Stromes I, mit dessen Vorzeichen übereinstimmen. Außerdem muß der kritische Wert für den Strom I" nachstehend mit 1o' bezeichnet, kleiner sein als der Wert für 1u. Der kritische Wert 1J läßt sich definieren zu IC.-IC_Ib.The above condition only applies if the cryotron is set up so that it is only switched if the value for I, is positive and if the switchover point is at a value for IS that is smaller than the value for I .. The sign of the bias current Ib during the positive Direction of flow of the current I, with its sign agree. Besides, the must critical value for the current I "hereinafter referred to as 1o ', be smaller than the value for 1u. The critical value 1J can be defined as IC.-IC_Ib.

Hierin bedeutet I, den kritischen Steuerstrom für das Kryotron bei einem Vorstrom Iu-I@'. Die in den F i g. 2 und 3 gezeigten Oszillatoren verwenden je ein Kryotronpaar. Da die Schaltungsanordnungen nach F i g. 2 und 3 ähnlich sind, werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um entsprechende Teile in beiden Schaltungen in der gleichen Weise zu bezeichnen. In der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ist die erste Gleichspannungsquelle 40 über einen Widerstand 41 an einen Schalter 42 angeschlossen. Die Kryotrone 50 und 52 sind mit ihren Steuerwicklungen 74 und 76 je an eine Vorstromquelle 54 und 56 angeschlossen und, wie gezeigt, in Gegentakt geschaltet, indem der Serienschwingkreis, bestehend aus dem Kondensator 58 und der Induktionsspule 60, beide Steuerwicklungen 74 und 76 miteinander verbindet. Zur symmetrischen Einspeisung der Betriebsspannung dient eine Drossel 62. die zwischen den beiden Torleitern 70 und 72 liegt und verhindert, daß Wechselstromanteile auf die Gleichspannungsquelle 40 gelangen.Here, I means the critical control current for the cryotron at a bias current Iu-I @ '. The in the F i g. The oscillators shown in FIGS. 2 and 3 each use a pair of cryotrons. Since the circuit arrangements according to FIG. 2 and 3 are similar, like reference numerals are used to refer to corresponding parts in both circuits in the same manner. In the circuit arrangement according to FIG. 2, the first DC voltage source 40 is connected to a switch 42 via a resistor 41. The cryotrons 50 and 52 are each connected with their control windings 74 and 76 to a bias current source 54 and 56 and, as shown, are connected in push-pull, in that the series resonant circuit, consisting of the capacitor 58 and the induction coil 60, connects the two control windings 74 and 76 to one another . A choke 62, which lies between the two gate conductors 70 and 72 and prevents alternating current components from reaching the direct voltage source 40, serves for the symmetrical supply of the operating voltage.

Nach Einlegen des Schalters 42 fließt der Urstrom Iu zum Verbindungspunkt 44. Vom Verbindungspunkt 44 fließt dann der Hauptanteil des Stromes entweder durch den Torleiter 70 des Kryotrons 50 oder durch den Torleiter 72 des Kryotrons 52. Stellt so nämlich der Torleiter 72 während einer entsprechenden Betriebsphase einen Widerstand dar, dann fließt der Strom vom Verbindungspunkt 44 durch den Torleiter 70 des Kryotrons 50 zum Verbindungspunkt 80 und weiter durch die Steuerwicklung 76 des Kryotrons 52, durch die Induktionsspule 60, den Kondensator 58 und schließlich durch die Steuerwicklung 74 des Kryotrons 50 zum Verbindungspunkt 82. Die Gleichstromanteile fließen natürlich durch die Drossel 62 zur ersten Gleichspannungsquelle 40.After switching on the switch 42, the primary current Iu flows to the connection point 44. From the connection point 44 , the main part of the current flows either through the gate conductor 70 of the cryotron 50 or through the gate conductor 72 of the cryotron 52 Then the current flows from connection point 44 through gate conductor 70 of cryotron 50 to connection point 80 and further through control winding 76 of cryotron 52, through induction coil 60, capacitor 58 and finally through control winding 74 of cryotron 50 to connection point 82 The direct current components naturally flow through the choke 62 to the first direct voltage source 40.

Der Strom l. am Verbindungspunkt 44 in der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 wird abwechselnd zwischen den beiden durch die Kryotrone 50 und 52 dargestellten Parallelstrompfade hin und her geschaltet. Dies geschieht, wie oben erläutert durch den Schwingkreisstrom 1s, sowie der Kondensator 58 unter Schwingungserzeugung auf- und entladen wird. Da unter der Wirkung der Gegentaktschaltungen nach F i g. 2 und 3 symmetrisch positive und negative Halbwellen erzeugt werden, ist der Verlauf der- so erzeugten Schwingung praktisch sinusförmig.The stream l. at connection point 44 in the circuit arrangement according to FIG. 2 is alternately switched back and forth between the two parallel current paths represented by the cryotrons 50 and 52. This happens, as explained above, by the resonant circuit current 1s, and the capacitor 58 is charged and discharged with generation of oscillations. Since under the action of the push-pull circuits according to FIG. 2 and 3 symmetrically positive and negative half-waves are generated, the course of the oscillation generated in this way is practically sinusoidal.

Die Oszillatorschaltung nach F i g. 3 ist in ihrem Aufbau ähnlich wie die nach F i g. 2 mit der Ausnahme allerdings, daß zur Einspeisung der Betriebsgleichspannung an Stelle einer Drossel der Transformator 64 dient. Dabei besitzt die Primärwicklung 68 des Transformators 64 eine Mittenanzapfung, die mit der ersten Gleichspannungsquelle 40 verbunden ist, während die Enden der Primärwicklung je an einen Torleiter der Kryotrone 50 und 52 angeschlossen sind. Die Enden der Sekundärwicklung 66 sind in entsprechender Weise, wie gezeigt, mit den Steuerwicklungen der Kryotrone 50 und 52 verbunden. Auch mit dieser Schaltung ergibt sich eine praktisch sinusförmige Schwingung.The oscillator circuit according to FIG. 3 is similar in structure like the one according to FIG. 2 with the exception, however, that for supplying the DC operating voltage Instead of a choke, the transformer 64 is used. The primary winding has 68 of the transformer 64 has a center tap connected to the first DC voltage source 40 is connected, while the ends of the primary winding each to a gate conductor of the Cryotrons 50 and 52 are connected. The ends of the secondary winding 66 are in in a corresponding manner, as shown, with the control windings of the cryotrons 50 and 52 connected. This circuit also produces a practically sinusoidal one Vibration.

Erfindungsgemäße Oszillatoren lassen sich auch unter Anwendung von Übertragungsleitungen als frequenzbestimmende Bauelemente aufbauen. Oszillatoren dieser Art sind in den F i g. 4 und 5 gezeigt, wobei wiederum in beiden Schaltungsanordnungen gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauelemente verwendet werden. In F i g. 4 ist eine erste Gleichspannungsquelle 100 über einen veränderbaren Widerstand 102 an einen Schalter 104 angeschlossen. Nach Einlegen des Schalters 104 fließt der Strom aus der ersten Gleichspannungsquelle 100 zum Verbindungspunkt 106. Auch hier wiederum liefert die Gleichspannungsquelle 100 im Zusammenwirken mit dem Widerstand 102 einen Strom I., der im wesentlichen konstant ist, auch wenn sich die Spannung am Torleiter 108 ändert, also urstromähnliches Verhalten aufweist. Zwischen dem Verbindungspunkt 106 und Erde liegt ein Torleiter 108 eines Kryotrons 110. Ebenso liegt zwischen dem Verbindungspunkt 106 und Erde eine Übertragungsleitung, die aus einer supraleitenden Bezugserdungsplatte 112 und einem supraleitenden Leiter 114 besteht. Die Übertragungsleitung stellt eine offene A/4-Leitung dar, an derem Eingang der Torleiter 108 des Kryotrons 110 liegt. Eine Vorstromquelle 116 liegt über einem veränderbaren Widerstand 118 an Masse, so daß der Strom über den Leiter 120 im Torleiter 108 des Kryotrons 110 ein magnetisches Feld hervorruft. Die Leitung 120 dient also als Steuerleitung für den Vorstrom des Kryotrons 110. Das Ende des Leiters 114 der Übertragungsleitung, welches über den Torleiter 108 des Kryotrons 110 verläuft, dient als Steuerwicklung für das Kryotron 110, so daß ein Strom hierdurch ein magnetisches Feld im Torleiter 108 hervorruft. Das durch die Ströme in den Leitungen 114 und 120 im Torleiter 108 verursachte magnetische Feld bestimmt, ob der Torleiter 108 einen Widerstand darstellt oder einen supraleitenden Zustand besitzt. Der Vorstrom dient hierbei lediglich dazu, den Torleiter 108 im bestimmten Zeitintervall während der entsprechenden Halbschwingung als Widerstand zu betreiben.Oscillators according to the invention can also be constructed using transmission lines as frequency-determining components. Oscillators of this type are shown in FIGS. 4 and 5, the same reference numerals being used for the same components in both circuit arrangements. In Fig. 4, a first DC voltage source 100 is connected to a switch 104 via a variable resistor 102. After switching on the switch 104, the current flows from the first DC voltage source 100 to the connection point 106. Here again, the DC voltage source 100, in cooperation with the resistor 102, supplies a current I which is essentially constant, even if the voltage at the gate conductor 108 changes , that is, behaves similarly to urstrom-like behavior. Between the connection point 106 and earth lies a Torleiter 108 of a cryotrons 110. Similarly, located between the connection point 106 and earth, a transmission line that consists of a superconducting reference ground plate 112 and a superconducting conductor 114th The transmission line is an open 1/4 line, at the entrance of which the gate conductor 108 of the cryotron 110 is located. A bias current source 116 is connected to ground via a variable resistor 118, so that the current via the conductor 120 in the gate conductor 108 of the cryotron 110 causes a magnetic field. The line 120 thus serves as a control line for the bias current of the cryotron 110. The end of the conductor 114 of the transmission line, which runs over the gate conductor 108 of the cryotron 110, serves as a control winding for the cryotron 110, so that a current creates a magnetic field in the gate conductor 108 causes. The magnetic field caused by the currents in the lines 114 and 120 in the gate conductor 108 determines whether the gate conductor 108 represents a resistance or has a superconducting state. The bias current only serves to operate the gate conductor 108 as a resistor in the specific time interval during the corresponding half-oscillation.

Zur Erläuterung der Betriebsweise der Schaltungsanordnungen nach F i g. 4 und 5 wird angenommen, daß zunächst im Ruhezustand der Strom I. durch den supraleitenden Torleiter 108 fließt und daß die Übertragungsleitung nicht aufgeladen ist. Entweder durch hier nicht gezeigte Vorrichtungen oder durch Verkleinerung des Widerstandes 118 wird nun ein Stromimpuls kurzzeitig auf die Leitung 120 übertragen, so daß der Torleiter 108 in seinen Widerstandsbereich gelangt. Durch die Wirkung des nun auftretenden Widerstandes entsteht eine Spannung am Eingang der Übertragungsleitung. Der hierdurch bedingte Spannungssprung breitet sich über die Übertragungsleitung aus. Mit der Spannungswelle ist aber auch eine Stromwelle verbunden, deren Amplitude hinreichend groß ist, um den Widerstand des Torleiters beizubehalten, wenn der Strom durch den Leiter 114 und den Torleiter 108 fließt, so daß der Startimpuls für den Vorstrom beendet wird, indem z. B. der ursprüngliche Wert des Widerstandes 118 wieder eingestellt wird. Der Stromimpuls wandert also zum offenen Ende der.Übertragungsleitung, wo er dann zum Eingang der Übertragungsleitung reflektiert wird. Wandert der Stromimpuls über den Teil der Übertragungsleitung, der die Funktion der Steuerwicklung übernimmt, also über dem Torleiter 108 liegt, dann wird der Torleiter 108 wieder in den supraleitenden Zustand gebracht. Es läßt sich dann ein zusätzlicher negativer Stromanteil an der Übertragungsleitung beobachten, weil die Spannung am Torleiter 108 verschwindet. Erreicht dann der Stromimpuls in der Übertragungsleitung den Torleiter 108, dann. ergibt sich hierfür ein Kurzschluß, weil ja der Torleiter 108 bereits wieder supraleitend ist, so daß dann der Strom ohne Phasenumkehr reflektiert wird. Die sich so ergebende Wellenfront, einschließlich des neugebildeten negativen Anteils, breitet sich nun wieder zum offenen Ende der Übertragungsleitung aus. Der Torleiter 108 bleibt dabei im supraleitenden Zustand, weil das magnetische Feld auf Grund des Vorstroms aus der Stromquelle 116 dem magnetischen Feld der negativen Welle auf der Übertragungsleitung im Gebiet des Torleiters 108 entgegengerichtet ist und das somit resultierende magnetische Feld kleiner als die kritische Feldstärke des Torleiters 108 ist. Die Welle wird dann wiederum am offenen Ende der Übertragungsleitung reflektiert, so daß sie sich wiederum zum noch kurzgeschlossenen Ende der Übertragungsleitung ausbreitet. Dort wird sie aber wiederum ohne Phasenumkehr reflektiert. Breitet sich jedoch diesmal die Wellenfront über den über dem Torleiter 108 liegenden Leitungsabschnitt des Leiters 114 aus, dann addieren sich die Felder, die durch den Vorstrom und den Strom in der Übertragungsletungi hervorgerufen werden, so daß dann der Torleiter 108 wiederum in den Widerstandsbereich gebracht wird. Dadurch entsteht aber ein zusätzlicher Stromanteil auf der Übertragungsleitung, der sich mit der ersten Welle ausbreitet. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich, und die Schwingungen schaukeln sich auf, bis einer von zwei Begrenzungsfaktoren wirksam wird. Wird nämlich entweder der Strom im Torleiter 108 negativ oder stellt der Torleiter 108 während beider Halbwellen einen Widerstand dar, dann kann die Amplitude nicht mehr anwachsen, so daß sich ein eingeschwungener Zustand ergibt. Da die Ausbreitungszeit der Welle über die Übertragungsleitung ein Viertel der Periodendauer beträgt, läßt sich bei Verwendung eines Isoliermaterials mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten von 4 ein Oszillator mit einer Schwingfrequenz von 1 Gigahertz bauen, bei dem die Länge der Übertragungsleitung 3,75 cm beträgt.To explain the mode of operation of the circuit arrangements according to FIG. 4 and 5 it is assumed that the current I. initially flows through the superconducting gate conductor 108 in the quiescent state and that the transmission line is not charged. Either by devices not shown here or by reducing the resistor 118, a current pulse is now briefly transmitted to the line 120, so that the gate conductor 108 comes into its resistance range. The effect of the resistance that now appears creates a voltage at the input of the transmission line. The voltage jump caused by this spreads over the transmission line. With the voltage wave but also a current wave is connected, the amplitude of which is sufficiently large to maintain the resistance of the gate conductor when the current flows through the conductor 114 and the gate conductor 108 , so that the start pulse for the bias current is terminated by z. B. the original value of the resistor 118 is set again. The current pulse thus travels to the open end of the transmission line, where it is then reflected to the input of the transmission line. If the current pulse travels over the part of the transmission line which takes over the function of the control winding, that is to say lies over the gate conductor 108, then the gate conductor 108 is brought back into the superconducting state. An additional negative current component can then be observed on the transmission line because the voltage on the gate conductor 108 disappears. If the current pulse in the transmission line then reaches the gate conductor 108, then. This results in a short circuit, because the gate conductor 108 is already superconducting again, so that the current is then reflected without a phase reversal. The resulting wave front, including the newly formed negative component, now spreads again to the open end of the transmission line. The gate conductor 108 remains in the superconducting state because the magnetic field due to the bias current from the power source 116 is opposite to the magnetic field of the negative wave on the transmission line in the area of the gate conductor 108 and the resulting magnetic field is smaller than the critical field strength of the gate conductor 108 is. The wave is then reflected again at the open end of the transmission line so that it propagates again to the still short-circuited end of the transmission line. There it is reflected again without a phase reversal. If, however, this time the wave front spreads over the line section of the conductor 114 lying above the gate conductor 108, then the fields which are caused by the bias current and the current in the transmission line add up, so that the gate conductor 108 is again brought into the resistance range . However, this creates an additional current component on the transmission line that propagates with the first wave. The process described is repeated, and the vibrations swing until one of two limiting factors takes effect. If either the current in the gate conductor 108 becomes negative or if the gate conductor 108 represents a resistance during both half-waves, then the amplitude can no longer increase, so that a steady state results. Since the propagation time of the wave over the transmission line is a quarter of the period, an oscillator with an oscillation frequency of 1 gigahertz can be built using an insulating material with a relative dielectric constant of 4 and the length of the transmission line is 3.75 cm.

Folgende Daten liegen einem Oszillator zugrunde: Kryotron Torleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Indium-4000A, 0,23 # 4,8 mm Rt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,054 S2 Vormagnetisierung ... . ...... 116 0e 1u......................... 0,28 A T/TC....................... 0,840 Verstärkung ............... 4 Übertragungsleitung ZO . ..................... 0,432 Geschwindigkeit . . . . . . . . . . . . C/2 Länge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6,85 cm Oszillator Frequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,57 GHz Amplitude . . . . . . . . . . . . . . . 0,255 A kleinster Arbeitswiderstand Ina ... ............... 2S> Ausgangsleitung . . . . . . . . . . . . an Ra = 50 02; 0,49 mW an Ra = 300 S2; 0,08 MW Verlustleistung im Torleiter # . Iuz # Rt 2,1 MW Als Substrat für das Kryotron läßt sich Glas wegen seiner hohen Wärmeabsorption nicht verwenden, so daß beim Temperaturanstieg die Betriebstemperatur ebenfalls ansteigt, und zwar auf einen Wert, der größer als 90 % des kritischen Temperaturwertes ist. Bei einer solch hohen Arbeitstemperatur jedoch, ergibt sich nur eine geringfügige oder überhaupt keine Verstärkung. Außerdem befindet sich der Torleiter bei den Betriebsstromwerten immer im Widerstandsbereich. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, wird ein -Kryotronsubstrat verwendet, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, wie z. B. Saphir oder Aluminium.An oscillator is based on the following data: Kryotron gate ladder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . Indium-4000A, 0.23 # 4.8 mm Rt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.054 S2 premagnetization .... ...... 116 0e 1u ......................... 0.28 AT / TC .......... ............. 0.840 gain ............... 4 transmission line ZO. ..................... 0.432 speed. . . . . . . . . . . . C / 2 length. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.85 cm Oscillator frequency. . . . . . . . . . . . . . . . . 0.57 GHz amplitude. . . . . . . . . . . . . . . 0.255 A smallest working resistance Ina ... ............... 2S> output line. . . . . . . . . . . . at Ra = 50 02; 0.49 mW at Ra = 300 S2; 0.08 MW Power loss in the goal ladder #. Iuz # Rt 2.1 MW Glass cannot be used as a substrate for the cryotron because of its high heat absorption, so that when the temperature rises, the operating temperature also rises to a value which is greater than 90 % of the critical temperature value. At such a high working temperature, however, there is little or no gain. In addition, the gate conductor is always in the resistance range for the operating current values. To avoid this difficulty, a cryotron substrate is used, which has a high thermal conductivity, such as. B. sapphire or aluminum.

Claims

Claims: 1. With at least one consisting of a superconducting gate conductor with control winding surrounding it equipped Kryotron, characterized in that the control winding (24) is connected to a first voltage source (26) via a first series resistor (32), the current flow of which is less than The critical current strength of the superconducting gate conductor (2 (1)) is that the superconducting gate conductor (20) is connected in terms of direct voltage via a second series resistor (12) to a second voltage source (10) with the same polarity and that a current resonant circuit (28; 30), the control winding (24) and the gate conductor (20) are connected to one another to form a closed series circuit for the resonant circuit current.

2. Oscillator according to claim 1, characterized in that the branch point (16) from gate conductor (20) and control winding (24) supplied a current similar to urstrom Current (I ") is.

3. Oscillator according to claim 1 and 2, characterized in that two gate conductors (70, 72) via a throttle (62) with a central tap for feeding the power supply of the second voltage source (40) are parallel to one another and that the control windings each assigned to a first voltage source (54, 56) (74, 76) at one end above the current resonance circuit (58, hfl) with one another and at the the other end to the direct connections, on the other hand to the throttle (62) of the respective opposite gate conductor (70, 72) are connected.

4. Oscillator according to claim 3, characterized in that a transformer (64) with center tap to feed the power supply of the second voltage source (40) is used.

5. oscillator according to claim 1, characterized in that as a gate conductor (108) A current resonant circuit connecting an (n -, Z) / 4 line to the control winding (112, 114) is used.

6. oscillator according to claim 5, characterized by application a parallel cryotron circuit (Fig. 5).