DE1216362B - Magnetisches Schaltelement zum Zaehlen von Impulsen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/22

Nummer: 1216 362

Aktenzeichen: S 88393 VIII a/21 al

Anmeldetag: 22. November 1963

Auslegetag: 12. Mai 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Schaltelement zum Zählen von Impulsen, das aus mindestens zwei ferromagnetischen Kernen, einem sogenannten Impulsformerkern und einem sogenannten Zählkern besteht, wobei eine Ausgangswicklung des Impulsformerkerns über ein Schaltglied mit einer Eingangswicklung des aus einem Material mit einem großen ß_r/5_s-Verhältnis bestehenden Zählkerns gekoppelt ist.

In der Technik ist bereits eine Anzahl von verschiedenartig aufgebauten und wirkenden Zählvorrichtungen bekannt, mit deren Hilfe Impulse, z. B. elektrische Spannungsimpulse, gezählt werden. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in Rechenmaschinen verwendet. So sind die sogenannten Multivibratoren als Flip-Flop-Zählketten sowie Zählröhren od. dgl. bekannt.

Gegenüber diesen Elementen weisen die multistabilen magnetischen Zählelemente wesentliche Vorteile auf. Sie benötigen im allgemeinen nur einen kleinen Raum und eine geringe Leistung. Sie sind robust und außerordentlich zuverlässig. Die Speisespannungen dürfen über einen verhältnismäßig breiten Spannungsbereich schwanken, und auch die Temperaturstabilität derartiger mit Magnetkernen ausgerüsteter Schaltelemente zum Zählen von Impulsen ist gegenüber Multivibratoren u. dgl. günstiger. Bei Ausfall der Speisespannung geht die gespeicherte Information in den magnetischen Schaltelementen im Gegensatz zu Zählröhren u. dgl. nicht verloren. Es haben sich daher in einem großen Anwendungsbereich, z. B. für allgemeine Zählschaltungen, für Frequenzteiler, Rufnummernspeicher usw., derartige magnetische Schaltelemente durchgesetzt.

So ist es z. B-. bereits bekannt, ein magnetisches Schaltelement aus zwei ferromagnetischen Ringkernen aufzubauen, deren Material eine ausgeprägte Rechteckcharakteristik der Hystereseschleife und damit ein hohes B_r/B_s-Verhältnis aufweist. Mit B₁. ist die Remanenzinduktion und mit B_s die Sättigungsinduktion des ferromagnetischen Materials bezeichnet. Im ersten Kern, dem sogenannten Impulsformerkern, wird eine Flußänderung durch einen von einem Spannungsimpuls erzeugten Strom hervorgerufen. Dieser erregende Strom fließt durch die Eingangswicklung dieses Kerns. Diese Flußänderung induziert ihrerseits in der Ausgangswicklung dieses Impulsformerkerns einen Spannungsimpuls. Über die gekoppelte Eingangswicklung des zweiten ferromagnetischen Kerns, des sogenannten Zählkerns, erregt der vom Spannungsimpuls der Ausgangswicklung des Impulsformerkerns erzeugte Stromimpuls ein magne-Magnetisches Schaltelement zum Zählen
von Impulsen

Anmelder:

Siemens &Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Robert Schmitt, München

tisches Feld in diesem Zählkern. Befindet sich der Zählkern bei Beginn der Zähloperation beispielsweise im negativen Remanenzpunkt — B_n so führt diese Felderregung, je nach der Hystereseschleife dieses Kernmaterials, ebenfalls zu einer Änderung des Magnetflusses. Bei derartigen bekannten magnetischen Schaltelementen wird durch die Bemessung der Wüidungszahlen bei einem derartigen Stromimpuls nicht die gesamte Hystereseschleife vom negativen Remanenzpunkt bis in die positive Sättigung durchfahren, sondern nur ein Stück vom negativen Remanenzpunkt im ansteigenden Ast der Hystereseschleife nach oben. Bei Beendigung des Stromimpulses kehrt der Kernzustand im Zählkern nicht wieder in seine ursprüngliche Lage — B₁. zurück. Er befindet sich nunmehr ein Stück oberhalb dieses Punktes auf der B-Achse.

Je nach der Größe der Stromimpulse sowie der Windungszahlen zwischen Ausgangswicklung am Impulsformerkern und Eingangswicklung am Zählkern ist eine bestimmte Anzahl von Stromimpulsen erforderlich, um das Kernmaterial des Zählkerns von der negativen Remanenz — B₁. bis zur Sättigung B_s und dadurch in die positive Remanenz +B₁. umzuschalten. Damit ist der Zweck eines derartigen zum Zählen von Impulsen verwendeten Elementes erfüllt, so daß man jeweils nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen zu einer vollständigen Umschaltung des Zählkerns gelangt. Über zusätzliche Ausgangswindungen können weitere Informationen an andere zusätzliche Zähl- und Schalteinrichtungen weitergegeben werden.

Bei diesem magnetischem Schaltelement ist es erforderlich, daß das Spannungsintegral $udt und damit die Maximalwerte der induzierten Stromimpulse i bei jedem im Impulsformerkern eintreffen-

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den Spannungsstoß gleich sind, da sonst eine unter- gangswicklung dieses Impulsformerkerns einen geschiedliche Erregungszunahme im Zählkern statt- nügenden Stromimpuls i erzeugen kann,
findet und die einzelnen Impulstreppen nicht mehr In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Angleich groß sind. Ein genaues Zählen wäre andern- zahl der Zählschritte vergrößert, die erforderlich falls nicht mehr möglich. Der Impulsformerkern löst 5 sind, um den Zählkern von der negativen Remanenz diese Aufgabe, da er die bei ihm eintreffenden Span- in die positive Remanenz umzuschalten. Der Zählnungsimpulse unabhängig von ihrer Höhe und Dauer bereich wird auf diese Weise verbreitert. Gemäß diezu gleichartigen Stromimpulsen umformt. Vorausset- ser weiteren Ausbildung der Erfindung wird der zung dafür ist, daß die in der Eingangswicklung des Gleichrichter, der zwischen der Ausgangswicklung Impulsformerkerns eintreffenden geringsten Span- io des Impulsformerkerns und der Eingangwicklung des nungsimpulse ausreichen, um das Material dieses Zählkerns eingeschaltet ist, durch einen Widerstand Kerns, das ebenfalls eine Rechteckcharakteristik auf- überbrückt, der einen kleineren Widerstandswert als weist, von der negativen in die positive Remanenz der Gleichrichtersperrwiderstand und einen größeren umzuschalten. Wert als der Gleichrichterdurchlaßwiderstand auf-Damit die eintreffenden Spannungsimpulse den 15 weist. Auf diese Weise wird erreicht, daß beim Zäh-Impulsformerkern wieder in seinem Ursprungs- len ein geringer Strom entgegengesetzt zum eigentzustand, nämlich der negativen Remanenz — B_n an- liehen Stromimpuls während der abfallenden Spantreffen, ist es erforderlich, den Impulsformerkern nungsflanke fließt. Dieser negative Stromimpuls bedurch zusätzliche Schaltmittel aus der positiven Re- wirkt, daß der Zählkern, der beim eigentlichen manenz wieder in die negative Remanenz umzu- 20 Stromimpuls von einer vorherigen Induktionsstufe schalten. Diese Umschaltung erfordert im allge- auf die nächste Induktionsstufe gemäß dem Flußmeinen einen erheblichen Aufwand an zusätzlichen unterschied^/ gebracht ist, um einen kleineren Schalteinrichtungen, z. B. einen monostabilen Multi- Teil zurückgeschaltet wird, so daß eine feinere Untervibrator, und außerdem geht durch die Zwischen- teilung der Hystereseschleife des Zählkerns und daschaltung eines Rückstellimpulses zwischen den zu 25 mit eine größere Anzahl von einzelnen Impulswerten zählenden Spannungsimpulsen Zeit verloren, so daß vorhanden ist. Die Zahl der im Zählkern speicherdie Arbeitsgeschwindigkeit eines derartigen bekann- baren Schritte hängt darüber hinaus, wie bereits beten magnetischen Schaltungselements begrenzt ist. kannt (»N.T.Z.«, 1961, Heft 2, S. 81 bis 87), von Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese den Abmessungen und Werkstoffeigenschaften beider Nachteile in möglichst einfacher Weise zu über- 30 Kerne des magnetischen Schaltelementes sowie vom winden. Verhältnis der Windungszahl der Ausgangswicklung Die Erfindung besteht darin, daß in Abkehr von des Impulsformerkerns und der Eingangswicklung der bisherigen Praxis für das Material des Impuls- des Zählkerns ab.

formerkerns ein Ferromagnetikum mit einem im Das erfindungsgemäße magnetische Schaltelement Verhältnis zum Zählkern kleinen ß_r/ß_s-Verhältnis 35 kann außer in Zählschaltungen auch für Verzögevon weniger als etwa 0,5 gewählt ist. Es hat sich rungsschaltungen, für Frequenzteiler sowie für Zeitgezeigt, daß ein ferromagnetisches Ferrit mit einer und Frequenzmessungen verwendet werden,
sogenannten Isopermschleife besonders gute Eigen- An Hand der F i g. 1 bis 8, die einerseits Beispiele schäften für diesen Zweck bietet. Ein derartiges für bereits bekannte und andererseits für erfindungs-Material ist bereits anderweitig vorgeschlagen 40 gemäße magnetische Schaltelemente darstellen, ist worden. die Erfindung näher erläutert.

Das Schaltglied zwischen der Ausgangswicklung In F i g. 1 ist schematisch ein an sich bereits bedes Impulsformerkerns und der Eingangswicklung kanntes magnetisches Schaltelement, das zum Zähdes Zählkerns hat die Aufgabe, einen dem eigent- len von Impulsen verwendet wird, dargestellt. Ein liehen Stromimpuls entgegengesetzten Stromimpuls 45 Spannungsimpuls 1 ruft über die Eingangswicklung 2 zu verhindern, der fließen würde, wenn bei abklin- im Impulsformerkern 3 eine Flußänderung hervor, gendem Spannungsimpuls die Hystereseschleife des Diese induziert in der Ausgangswicklung 4 dieses Impulsformerkerns vom Sättigungszustand wieder in Impulsformerkerns, die über die Diode 5 mit der den Remanenzzustand zurückgleitet. Als Schaltglied Eingangswicklung 6 des Zählkerns 7 gekoppelt ist, zwischen den beiden ferromagnetischen Kernen wird 50 einen Stromimpuls i. Dieser Stromimpuls i ist derart vorzugsweise ein Gleichrichter, insbesondere eine gewählt, daß sich der Magnetisierungszustand des Diode, verwendet. Andernfalls kann auch ein Schal- Zählkerns 7 gemäß F i g. 2 nach η Schaltschritten um ter verwendet werden, der bei den negativen Strom- einen geringen Betrag von einem Anfangswert B_a zu impulsen die Kopplung zwischen der Ausgangswick- einem etwas größeren Wert Bβ ändert. Über eine lung des Impulsformerkerns und der Eingangswick- 55 Ausgangswicklung 8 des Zählkerns 7 wird der Speilung des Zählkerns unterbricht. cherzustand abgefragt. Die Zählung der Strom-Gemäß der Erfindung wird vollständig auf zusatz- impulse i erfolgt im Zählkern 7 durch die Erregungsliche Schalteinrichtungen verzichtet, die seither für schritte, indem ausgehend von einem Induktionszudie Erzeugung von Rückstellimpulsen erforderlich . stand B_a (n+1) mit dem nächsten Stromimpuls i waren. Diese Rückstellung erfolgt bei dem erfin- 60 (n+2) der Magnetisierungszustand B β erreicht wird, dungsgemäßen Schaltelement automatisch dadurch, Derlnduktionsunterschiedß^—5_O entspricht in erster daß sich der Impulsformerkern beim Eintreffen des Näherung dem Flußunterschied Αφ, den der Stromzu zählenden Spannungsimpulses bereits im positiven impuls i hervorruft. Eine Rückschaltung von B_ß nach Remanenzzustand +B_r befindet und von dort wäh- B_a erfolgt nicht, da der Gleichrichter 5 einen negarend des Anstiegs der Impulsflanke in den Sättigungs- 65 tiven Stromimpuls verhindert,
zustand B_s überführt wird, wobei durch das kleine Bei den bereits bekannten magnetischen Schalteleß_r/B_s-Verhältnis dafür gesorgt ist, daß ein genügen- menten dieser Art wird als Kernmaterial für den der Flußunterschied vorhanden ist, der in der Aus- Impulsformerkern 3 ein Material mit weitgehend

rechteckförmiger Hystereseschleife, d.h. mit einem großen £?_r/B_s-Verhältnis, gewählt. Im allgemeinen werden für den Impulsformer- und den Zählkern gleiche Kerne verwendet. In F i g. 3 ist die Hystereseschleife eines derartigen Materials dargestellt, wobei 5 beim Eintreffen eines Spannungsimpulses 1 der Impulsfonnerkern 3 vom Ausgangszustand I = — B_r in den Endzustand II = +B_s ta +B_r umgeschaltet wird. Damit beim nächsten eintreffenden Spannungsimpuls wieder der Ursprungszustand I im Impulsformerkern 3 vorhanden ist, wird bei den bereits bekannten Schaltelementen dieser Art durch eine zusätzliche Wicklung, die in der F i g. 1 nicht dargestellt ist, oder die Eingangswicklung ein Rückstellimpuls geleitet. In der F i g. 4 ist das Impulszeitdiagramm bekannter magnetischer Schaltungselemente dargestellt, wobei die Zählimpulse mit ZI und die Rückstellimpulse mit RI bezeichnet sind.

Gemäß der Erfindung wird für den Impulsformerkern dagegen ein Material mit einem geringen B_r/B_s-Verhältnis, insbesondere mit einer Isopermschleife, verwendet. Gemäß F i g. 5 erfolgt dann bei einem Spannungsimpuls^ 1, ausgehend vom Ursprungszustand 1= +B_n eine Flußänderung bis zum Endzustand II = +B_s, wobei sich nach diesem Spannungsimpuls automatisch wieder der Ursprungszustand I einstellt. Aus der F i g. 6 geht hervor, daß gemäß der Erfindung völlig auf Rückstellimpulse RI verzichtet wird und dadurch die zeitliche Folge der Zählimpulse Z/ dichter gewählt werden kann. Dadurch wird eine erhöhte Arbeitsgeschwindigkeit mit sehr einfachen Mitteln ohne zusätzliche Einrichtungen erreicht.

An Hand der F i g. 7 ist die weitere Ausbildung der Erfindung als Beispiel erläutert. Dem Gleichrichter 5 ist ein Widerstand R parallel geschaltet. Der Widerstandswert dieses Widerstandes R ist kleiner als der Gleichrichtersperrwiderstand R_Sp und größer als der Gleichrichterdurchlaßwiderstand R_D. Der Vorteil dieser weiteren Ausbildung der Erfindung ist an Hand der F i g. 8 erläutert. Beim Eintreffen der Spannungsimpulse XJ_E auf dem Impulsformerkern findet eine Flußänderung gemäß dem Verlauf ψ_} statt. Während des Anstiegs dieses Flusses q>j wird durch die Eingangswicklung 6 des Zählkerns 7 ein Stromimpuls i geleitet und während des Abfallens dieses Flusses φ j gelangt ein kleiner negativer Stromimpuls i gemäß dem Widerstand R über die Eingangswicklung 6. Bei dem großen positiven Stromimpuls i erfolgt im Zählkern 7 eine Flußänderung ΔΦ_Ζ,, während beim negativen kleineren Stromimpuls i der große Flußhub um den BetragΔΦ_Ζ,—ΔΦ_Ζ vermindert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Zählschritte im Zählkern klein zu halten, so daß die gesamte Anzahl der Zählschritte bis zur Umschaltung des Zählkerns in Abhängigkeit vom Widerstand R vergrößert werden kann.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Magnetisches Schaltelement zum Zählen von Impulsen, bestehend aus einem ferromagnetischen Impulsformer- und einem ferromagnetischen Zählkern, wobei eine Ausgangs wicklung des Impulsformerkerns über ein Schaltglied mit einer Eingangswicklung des aus einem Material mit einem großen B_r/B_s-Verhältnis bestehenden Zählkerns gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Impulsformerkerns ein im Verhältnis zum Zählkern kleines B_r/B_s-Verhältnis von weniger als etwa 0,5 aufweist.

2. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsformerkern aus Ferrit mit einer isopermartigen Hystereseschleife besteht.

3. Schaltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltglied zwischen dem Impulsformerkern und dem Zählkern ein Gleichrichter verwendet ist.

4. Schaltelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter durch einen Widerstand überbrückt ist, dessen Widerstandswert R kleiner als der Gleichrichtersperrwiderstand R_Sp und größer als der Gleichrichterdurchlaßwiderstand R_D gewählt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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