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Vor- und rückwärts laufende binäre Zählkette mit Magnetkernen und
Dioden, insbesondere zur Verwendung für die pilotgesteuerte, stufenweise Pegelregelung
in Trägerfrequenz-Nachrichtenübertragungssystemen Die Erfindung betrifft eine vor-
und rückwärts laufende binäre Zählkette mit Magnetkernen und Dioden zur Zählung
von Impulsen, die insbesondere zur Verwendung als impulsgesteuerte, rein elektronische
Einstellvorrichtung für die pilotgesteuerte, stufenweise Pegelregelung in Trägerfrequenz-Nachrichtenübertragungssystemen,
z. B. hochwertigen Vielkanal-Weitverkehrssystemen, geeignet ist.
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Eine für diesen besonderen Verwendungszweck bekannte binäre Zählkette
mit Transistor- oder Röhren-Flip-Flops und Dioden (Deutsche Patentschrift
1118 831) ermöglicht zwar ein Zählen in beiden Richtungen. Sie hat jedoch
den Nachteil, daß sie nicht nur während der einzelnen Zählvorgänge, sondern auch
in den Pausen zwischen diesen Zählvorgängen ständig Energie verbraucht und daß beim
Ausfallen oder Ausschalten der Betriebsspannung der vorhandene Zählzustand unwiederbringlich
verlorengeht.
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Es ist ferner eine vor- und rückwärts laufende binäre Zählkette mit
Rechteck-Ferritkernen und Dioden bekannt (AEÜ, 1962, Heft 4, S. 191). Diese Zählkette
weist zwölf Magnetkerne auf, von denen acht Kerne für den Zählvorgang und vier Kerne
für die Darstellung der Schaltzustände bzw. Ziffern benötigt werden. Die Zählkette
ist nur in der Lage, vier verschiedene Schaltzustände einzunehmen bzw. vier verschiedene
Ziffern darzustellen, wobei jeder Ziffer ein bestimmter Kern zugeordnet ist. Es
handelt sich hierbei nicht um eine echte binäre Darstellung der Ziffern, bei welcher
man mit ja Zählstufen 2n verschiedene Schaltzustände einstellen bzw. Ziffern
darstellen kann. Bei einer Erweiterung der bekannten Zählkette auf mehr als vier
Ziffern, kommt man, da sich die Ziffernzahl multiplikativ mit der Vergrößerung der
Zählstufenzahl vergrößert, zwangläufig zu einem größeren Aufwand als bei der echten
binären Darstellung, bei der eine Vergrößerung der Stufenzahl eine exponentielle
Vergrößerung der Zahl der darstellbaren Ziffern zur Folge hat.
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Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß in den
einzelnen einander gleichen Zählstufen der Zählkette der vorzugsweise in einem Transistor
verstärkte Zählimpuls über einen ersten Ringkern (Schöpfkern) an die Steuerwicklung
eines Transfluxors übertragen wird, dessen innerer und äußerer Steg Abnahmewicklungen
tragen, die über Dioden, deren Vorspannungen die Zählrichtung bestimmen, an die
nächste Zählstufe angekoppelt sind, daß parallel zur Abnahmewicklung des äußeren
Steges eine einen zweiten Ringkern (Kurzschlußkern) umschließende Steuerwicklung
liegt und daß beide Ringkerne und der Transfluxor je eine Rückstellwicklung tragen,
wobei in jeder Stufe die Rückstellwicklungen des Transfluxors und Kurzschlußkernes
parallel zueinander geschaltet sind und die Rückstellwicklung des Schöpfkernes zu
den vorgenannten Rückstellwicklungen in einem vorzugsweise allen Zählstufen gemeinsamen
Rückstellstromkreis in Reihe oder parallel liegt.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand zweier in den F i g. 1 und
2 dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die in F i g. 1 an der Klemme a der dargestellten Zählstufe auftretenden
Zählimpulse werden in einem Transistor T1 mit Kollektorstrom-Begrenzungswiderstand
R, verstärkt und der Steuerwicklung W, eines ersten Ringkernes K, zugeführt. Dieser
sogenannte Schöpfkern hat die Aufgabe, den Steuerimpuls in einen an einer zweiten
Wicklung W#. abnehmbaren Impuls passender Dauer und Amplitude umzuformen. W3 ist
die Rückstellwicklung des Schöpfkernes. Die Wicklung W2 ist über eine Diode 1),
mit der Steuerwicklung W4 eines Transfluxors Ti- mit drei Löchern 1, 2 und 3 verbunden.
Der innere Steg des Transiluxors trägt zwischen den Löchern 1 und 2 eine Abnahmewicklung
W5
und der äußere Steg zwischen dem Loch 2 und dem äußeren Rand des Transfluxors eine
Abnahmewicklung Ws. Die Enden dieser Wicklungen liegen einerseits an Punkten r bzw.
v, die verschiedenes positives Potential gegen Masse führen, andererseits über Dioden
D2 bzw. D3 am Zählimpulseingang der nächsten Stufe, von der nur der Transistor T1'
dargestellt ist. Die übrigen Elemente dieser Stufe und der weiteren folgenden Stufen,
die alle der dargestellten ersten Stufe entsprechen, sind durch die beiden senkrechten
gestrichelten Linien L1 und L2 nur schematisch angedeutet. Durch das Loch 3 sind
eine Lesewicklung W7 und eine Ausgangssignalwicklung W$ geführt. Die Wicklung WE
ist zusätzlich noch über eine Diode D4 mit der Steuerwicklung W3 eines zweiten Ringkernes
K2, des sogenannten Kurzschlußkernes, verbunden. Die Rückstellwicklung Wlo dieses
Ringkernes und die Rückstellwicklung Wll des Transfluxors sind innerhalb der Stufe
in einem allen Zählstufen gemeinsamen Rückstellstromkreis parallel zueinander und
in Reihe zur Rückstellwicklung W3 geschaltet. Den Wicklungen Wlo bzw. Wll liegt
dabei je eine Diode D5 bzw. D6 in Reihe. Der Rückstellstromkreis ist der mit einem
Strombegrenzungswiderstand R2 versehene Kollektorstromkreis eines Transistors T2,
dessen Basisanschlußklemme b die Rückstellimpulse zugeführt werden. Die beiden Ringkerne
und der Transfluxor bestehen aus einem, vorzugsweise dem gleichen magnetischen Material,
z. B. Ferrit, mit angenähert rechteckförmiger Hystereseschleife. Die Dioden Dl,
D4, D5 und Ds dienen zur Unterdrückung von störenden Stromflüssen falscher Polarität.
Der Transistor des Rückstellstromkreises T2 ist allen Stufen gemeinsam.
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Die Wirkungsweise der Zählkette ist folgende: Es sei angenommen, daß
sich der Schöpfkern K1 und der Kurzschlußkern K2 in der gleichen, mit »0« bezeichneten
Remanenzlage befinden und der Transfluxor im positiven Remanenzpunkt -I- Br liege.
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Wird nun ein erster Zählimpuls auf die Eingangsklemme a gegeben, so
wird der bis dahin gesperrte Transistor T1 leitend, und der durch die Wicklung W1
fließende Stromimpuls erzeugt durch entsprechende Bemessung und Polung dieser Wicklung
im Kern K1 eine magnetische Durchflutung, die den Kern ummagnetisiert und in die
entgegengesetzte Remanenzlage »l« bringt. Der beim Ummagnetisieren im Kern auftretende
magnetische Fluß erzeugt in der Wicklung W2 einen Spannungsimpuls, der einen in
Durchlaßrichtung durch die Diode Dl fließenden Stromimpuls zur Folge hat. Die Steuerwicklung
W4 des Transfluxors Tr ist so gepolt und ihre Windungszahl so gewählt, daß dieser
Stromimpuls gerade in der Lage ist, den halben Querschnitt des Transfluxors und
damit den inneren Steg umzumagnetisieren. Als Ergebnis dieses Stromimpulses ist
der Transfluxor in einen mit »E« bezeichneten eingestellten Zustand gebracht.
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Gelangt nun ein erster Rückstellimpuls an die Klemme b, so wird der
bisher gesperrte TransistorT2 leitend, und es fließt ein Rückstellstromimpuls, der
die Zählstufe für den nächsten Zählimpuls wieder bereitstellt. Der Rückstellstromimpuls
fließt über die Wicklung W3 und die Parallelschaltung der Wicklungen Wlo, 1V11.
Die Wicklung W3 ist so gepolt und windungszahlmäßig bemessen, daß der Schöpfkern
K1 in die Remanenzlage 0 zurückgestellt wird. Wegen der in Sperrichtung liegenden
Diode Dl kann der Rückstellstromimpuls nicht über die Wicklung W2 auf den Transfluxor
wirken. Die Wicklung Wlo ist so gepolt, daß der Rückstellstromimpuls den Kurzschlußkern
K2 aus der Remanenzlage 0 in die entsprechende Sättigungslage gleicher Polarität
führt. Bei einem Kern aus Rechteckmaterial ist damit aber kaum eine Induktionsänderung
verbunden. An der Wicklung Wlo fällt daher fast keine Spannung ab, d. h., sie bildet,
abgesehen von ihrem geringen ohmschen Widerstand, einen Kurzschluß. Der ganze Rückstellstromimpuls
fließt also über die Wicklung Wlo, und der Transfluxor kann durch die Wicklung W11
nicht zurückgestellt werden, obwohl letztere den zum Rückstellen richtigen Wicklungssinn
besitzt.
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Der folgende zweite Zählimpuls klappt den Schöpfkern wieder in die
Remanenzlage 1 um, und über die Diode Dl gelangt ein Stromimpuls durch die Wicklung
W4. Da der innere Steg bereits in der Richtung magnetisiert ist, in die dieser Stromimpuls
ihn umklappen würde, so wird jetzt der äußere Steg ummagnetisiert und der Transfluxor
aus der eingestellten Lage E heraus und in die negative Remanenzlage - Br
gebracht. Durch die Änderung des magnetischen Flusses im äußeren Steg wird in der
Wicklung Ws ein Spannungsimpuls induziert, der einen Stromimpuls in Durchlaßrichtung
der Diode D4 durch die Wicklung W9 zur Folge hat, der wiederum den Kurzschlußkern
K2 aus der Remanenzlage 0 in die Remanenzlage 1 umklappt.
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Der nun folgende Rückstellimpuls klappt den Schöpfkern K1 wieder in
die Remanenzlage 0 zurück. Da der Kurzschlußkern K2 jetzt in der Remanenzlage 1
liegt, erzeugt der durch die Wicklung W» fließende Rückstellstromimpuls einen dem
vorhandenen Magnetfluß entgegengesetzten Magnetfluß, so daß dieser Kern umgeklappt
wird. Während des Umklappens des Kernes fällt an der Wicklung Wla eine Spannung
ab, wodurch jetzt ein Teil des Rückstellstromes über die Wicklung W" fließt und
im Transfluxor einen dem dort vorhandenen Magnetfluß entgegengesetzten Magnetfluß
erzeugt und der Transfluxor wieder in die Remanenzlage + B, gebracht wird. Die Windungszahlen
der Wicklungen Wlo und Wll sind zweckmäßigerweise so gewählt, daß der Kurzschlußkern
K2 und der Transfluxor Tr gleiche Umklappzeiten haben und dadurch beide durch den
Rückstellstromimpuls vollständig in die Remanenzlage 0 bzw. in die positive Remanenzlage
+B,. zurückgestellt werden. Damit ist die Ausgangslage wieder erreicht.
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Bei weiteren Zähl- und Rückstellimpulsen wiederholen sich die oben
geschilderten Vorgänge in entsprechender Weise.
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In den Abnahmewicklungen WS bzw. Ws wird bei jedem ersten bzw. zweiten
Zählimpuls ein Spannungsimpuls induziert, von denen aber wegen der verschiedenen
Vorspannungen der Dioden D2 und D3 in jeder Zählrichtung immer nur ein Spannungsimpuls
zur Ansteuerung der nächsten Zählstufe verwendet wird, beispielsweise für die Vorwärtszählrichtung
der von der Wicklung W, über die Diode D3 abgeleitete Spannungsimpuls. Das entspricht
genau der obenerwähnten bekannten vor- und rückwärts laufenden Zählkette mit Transistor-Flip-Flops,
bei der in einer beliebigen Stufe der Steuerimpuls für die nachfolgende Stufe der
gewünschten Zählrichtung entsprechend wahlweise vom Ausgang des ersten oder zweiten
Transistors der ersteren Stufe abgenommen wird.
Der jeweilige Zustand
der Stufe wird durch eine an die Lesewicklung W7 gelegte Wechselspannung abgefragt.
Im eingestellten Zustand E des Transfluxors, d. h. jeweils nach dem ersten, dritten,
fünften, siebenten usw. Zählimpuls, erhält man an der Wicklung Ws ein Ausgangssignal,
da der magnetische Kreis um das Loch 3 eine Übertragung zuläßt. In den Remanenzlagen
- Br und -I- Br des Transfluxors, d. h. jeweils nach dem zweiten, vierten,
sechsten, achten usw. Zählimpuls und nachfolgendem Rückstellimpuls ist dagegen keine
Übertragung von der Wicklung 977 zur Wicklung TV, möglich, so daß man kein
Ausgangssignal erhält.
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In der Tabelle 1 ist der Zählvorgang einer Stufe und in der Tabelle
2 der Zählvorgang zweier aufeinanderfolgender Stufen der erfindungsgemäßen Zählkette
noch einmal schematisch dargestellt. Dabei bedeutet Z = Zählimpuls, R = Rückstellimpuls
und A = Ausgangssignal an der Wicklung W8. In den Spalten unter K1, Ti- und
K ist jeweils der Zustand der Kerne bzw. des Transfluxors nach dem Einwirken
der in der ersten Spalte aufgeführten Impulse angegeben. Die Tabelle 2 läßt deutlich
die Umkehr der Zählrichtung mit dem fünften Zählimpuls erkennen.
| Tabelle 1 |
| K , Ti. K 1 A |
| Ausgangslage ........ 0 -@-Br 0 - |
| 1. Z ................ 1 E 0 1 |
| 1. R ................ 0 E 0 1 |
| 2. Z ................ 1 - B, 1 0 |
| 2. R . . . . . . . . . . . . . . . . 0 -f- Br 0 0 |
| Tabelle 2 |
| 1. Stufe 2. Stufe |
| (K1@ Tr 1,K @A@Ki Tr IKEA |
| Ausgangslage ... 0 -f- Br 0 0 0 +B, 0 0 |
| i |
| Positive Zähl- |
| richtung |
| 1.Z ......... 1 : E 0 I1@ 0 +Br 0 0 |
| 1. R . . . . . . . . . 0 E 0 1 0 +Br 0 0 |
| 2.Z ......... 1 -Br1 @0' 1 E 0 1 |
| 2. R . . . . . . . . . 0 -f- B" i 0 0 0 E j 0 1 |
| 3. Z ........ 1 E 0 @,1 0 E j 0 1 |
| 3.R ........ 0 E 0 @1 0 E 0 1 |
| 4.Z ......... 1 -B,.! 1 @,0@ 1 -Bri 1 I0 |
| 4. R . . . . . . . . 0 +B2- 0 0 j 0 -;- Br 0
10 |
| Negative Zähl- |
| richteng |
| 5.Z ........ 1 E 0 11 E' 0 '1 |
| 5.R ......... 0 E' 0 1@ 0 E 0 1 |
| 6.Z ......... 1 -B, 1 0 0 E 0 1 |
| 6.R ........ 0 +Br' 0 @0 0 E' 0 I1 |
| 7.Z ......... 1 E 0 11 # 1 -B, 1 10 |
| 7. R . . . . . . . . 0 ! E 0 1 ! 0 -f- Br 0 ! 0 |
| B. Z ......... 1 I-B9' 1 @0' 0 +Br@ 0 0 |
| B. R . . . . . . . . 0 -I- Br 0 0 I 0 + Br I
0 # 0 |
Die beschriebene Zählkette nach F i g. 1 verbraucht jeweils nur im Augenblick des
Weiterzählens Energie, da zwischen den Zählvorgängen alle Transistoren gesperrt
sind. Der Zählzustand bleibt dabei beliebig lange erhalten und kann beliebig oft
abgefragt werden. Durch Ausfall bzw. Ausschalten der Versorgungsspannung geht der
jeweilige Zählzustand nicht verloren. Nimmt man für Ferritmaterial eine unbegrenzte,
für Transistoren dagegen eine begrenzte Lebensdauer an, so ergibt sich für die erfindungsgemäße
Zählkette eine etwa doppelt so hohe Sicherheit wie bei einer üblichen Transistor-Flip-Flop-Zählkette,
da die erstere Zählkette nur die halbe Anzahl von Transistoren benötigt.
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Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 dient an Stelle eines besonderen
Kurzschlußkernes der äußere, nur mit einer Rückstellwicklung versehene Steg des
Transfluxors, wobei die Rückstellwicklung W11 des Transfluxors nur seinen inneren
Steg umschließt und die Steuerwicklung des besonderen Kurzschlußkernes mit diesem
entfällt.
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Es kann, um während der Zählvorgänge ein völliges Ummagnetisieren
des Schöpfkernes zu gewährleisten, zweckmäßig sein, daß insbesondere in der zweiten
und den folgenden Zählstufen der Schöpfkern eine Hilfswicklung trägt, die in Reihe
mit einem Widerstand zwischen Basis- und Emitteranschluß des zu jeder Stufe gehörigen
Eingangs-Transistors für die Zählimpulse geschaltet ist.