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Impulsverstärker, der einen annähernd rechteckigen Impuls liefert, wenn ernach vorherigem Aufziehen abgeschossen wird
Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsverstärker mit einer Aufzugsklemme, einer Abschussklemme und einer Ausgangsklemme, welcher einen im wesentlichen rechteckigen Impuls von bestimmter Amplitude und Dauer liefert, nachdem der Aufzugsklemme ein Stromimpuls bestimmter Polarität und hinreichender Grösse und Dauer (Aufziehen des Impulsverstärkers) und danach der Abschussklemme ein Impuls bestimmter Polarität und hinreichender Grösse zugeleitet worden ist (Abschiessen des Impulserstärkers), wobei der Impulsverstärker einen Kern aus magnetischem Material mit rechteckiger Hysteresekurve und einen Transistor besitzt, und der Kern eine mit der Aufzugsklemme verbundene Aufzugswicklung, eine mit einer Elektrode des Transistors verbundene Steuerwicklung,
eine mit einer andern Elektrode des Transistors verbundene Ausgangswicklung und eine mit der Abschussklemme verbundene Abschusswicklung trägt, das eine und das andere derart, dass, wenn der Impulsverstärker aufgezogen und der Kern Infolgedessen in einen bestimmten magnetischen Zustand geführt worden ist, und danach der Abschussklemme ein den Kern in den andern magnetischen Zustand treibender Impuls zugeführt wird, der anfangs geschlossen gehaltene Transistor durch die in der Steuerwicklung induzierte Spannung leitend wird und der die Ausgangswicklung infolgedessen durchfliessende Strom den Kern danach völlig in den andern magnetischen Zustand führt. Ein solcher Impulsverstärker hat, neben einer verstärkenden und lmpulsbildenden Aufgabe, auch eine Speicherwirkung und eignet sich infolgedessen in hohem Masse für logische Schaltungsanordnungen.
Es darf dann aber nie vorkommen, dass ein bereits abgeschossener Impulsverstärker einen Ausgangsimpuls liefert, ohne vorher aufs neue aufgezogen worden zu sein. Diese Bedingungen erfüllen die bekannten Impulsverstärker von der vorgenannten Art nicht immer aus einem im folgenden noch zu erwähnenden Grunde. Nach der Erfindung wird diesem Übelstand dadurch abgeholfen, dass der Impulsverstärker noch einen zweiten Kern besitzt, der eine Rückstellwicklung, eine mit der Steuerwicklung in Reihe geschaltete sekundäre Steuerwicklung und eine mit der Ausgangswicklung in Reihe geschaltete sekundäre Ausgangswicklung trägt, und das Ganze derart bemessen ist, dass der zweite Kern, beim Abschiessen des Impulsverstärkers, erst umkippt, nachdem der erste Kern bereits völlig umgekippt ist.
Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines bekannten Impulsverstärkers, Fig. 2 zeigt eine Schaltung, bei der ler in Fig. 1 dargestellte Impulsverstärker zur Verwendung kommt, Fig. 3 zeigt detailliert, wie die [mpulsverstärker bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung geschaltet sind, und Fig. 4 zeigt Jas Schaltbild eines Impulsverstärkers nach der Erfindung.
In Fig. l ist mit 1 ein ringförmiger Kern aus magnetischem Material mit rechteckiger Hysteresekurve,
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nit 5 die Ausgangsklemme, mit 6 die Aufzugswicklung, mit 7 die Abschusswicklung, mit 8 die Steuer- tickling und mit 9 die Ausgangswicklung bezeichnet. Die Aufzugswicklung 6 ist einerseits mit der Auf- wgsklemme 3, anderseits mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle B'verbunden. Die Abschusswick- . ung 7 ist einerseits mit der Abschussklemme 4, anderseits mit dem negativen Pol einer Spannungtquel- . e B"verbunden. Die Steuerwicklung 8 ist einerseits mit der Basis des Transistors 2, anderseits mit dem xnitiven Pol einer Spannungsquelle B"'verbunden.
Die Ausgangswicklung 9 ist einerseits über einen Wi-
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derstand 10 mit der Ausgangsklemme 5, anderseits mit dem Kollektor des Transistors 2 verbunden. Der Emitter des Transistors 2 ist geerdet. Die unterschiedlichen Wicklungen sind in der Figur zur Vereinfachung jeweils als eine einzige, sich durch den ringförmigen Kern 1 erstreckende Leitung dargestellt, bestehen aber in Wirklichkeit meistens aus einer mehr oder weniger grossen Anzahl von Windungen auf dem Kern 1. Die unterschiedlichen Wicklungen haben die in der Figur angedeuteten Wickelsinne.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist wie folgt :
Wenn der Aufzugsklemme 3 ein Stromimpuls hinreichender Intensität zugeführt wird, wird der Kern 1 in einen bestimmten magnetischen Zustand gesetzt, der im vorliegenden Fall als der Zustand 1 bezeichnet wird. Hiebei ist angenommen, dass dieser Impuls, der im folgenden als Aufzugsimpuls bezeichnet wird, einen Sinn in Richtung der Aufzugsklemme hat. Der Aufzugsimpuls soll eine hinreichende Dauer haben, um den Kern 1 vollständig von dem Zustand 0 in den Zustand 1 überzuführen. Danach wird der Abschussklemme 4 ein, gegebenenfalls sehr kurzer, Impuls zugeführt, der den Kern 1 nach dem Zustand 0 treibt.
Dieser Impuls, im folgenden als Abschussimpuls bezeichnet, soll hinreichend stark sein, um durch das beginnende Umkippen des Kernes 1 eine Spannung in der Steuerwicklung zu induzieren, welche die von der Spannungsquelle B' gelieferte positive Vorspannung der Basis des Transistors 2 überwindet und
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der denken 1 ebenfalls in den Zustand 0 treibt. Wenn der Abschussimpuls also bereits abgelaufen ist, bevor der Kern 1 den Zustand 0 erreicht, wird der Kern 1 durch den vom Transistor 2 gelieferten Strom durch die Ausgangswicklung 9 vollständig in den Zustand 0 geführt.
Es leuchtet ein, dass. gegebenenfalls zwei oder mehr Impulsverstärker in Reihe aufgezogen werden können. Ein einmal abgeschossener Impulsverstärker kann aber nur aufs neue einen Impuls liefern, nachdem er aufs neue aufgezogen worden ist.
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der Tore von der obengeschilderten Art zur Verwendung kommen, auf die in Fig. 3 ausführlich angedeutete Weise. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 zielt darauf ab, einen Impuls wahlweise durch einen beliebigen von zwölf Drähten Ai (i = 1, 2,.... 12) zu schicken. Die zwölf Drähte sind zu diesem Zweck durch geordnete Gruppen von zwei Zahlen (p, q) angedeutet, wobei p die Werte 1, 2, 3, 4 und q die Werte 1, 2, 3 durchläuft. Die Drähte (p, l), (p, 2), (p, 3)
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in Reihe liegen, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
Um einen Impuls durch den Draht A. = (3, 1) zu schicken, zieht man zunächst die Impulsverstärker P. und Q auf und führt anschliessend den Abschussklemmen sämtlicher Tore Impulse zu. Weil aber nur die Tore Ps und Ql aufgezogen worden sind, werden lediglich die Transistoren dieser Tore kurz geöffnet und wird ausschliesslich der Draht A"= (3, 1) von einem Stromimpuls durchflossen. Die Dioden in den Drähten A, verhüten parallele Stromwege.
Dieser Schaltungsanordnung haftet aber ein unerwarteter Nachteil an. Infolge der erforderlichen To-
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nicht gewünschten Draht fliessen kann. Die Schaltungsanordnung kann deshalb nur zufriedenstellend ar- beiten, wenn sämtliche Impulsverstärker im wesentlichen gleich schnell sind. Dies stellt aber derart hohe Anforderungen an die Toleranzen der Kerne und der Transistoren, dass diese bei normaler Massenherstellung nicht erfüllt werden können, so dass die Kerne und die Transistoren speziell ausgesucht werden müssen. Es leuchtet ein, dass dies einen grossen Nachteil darstellt. Dieser Nachteil lässt sich, wie bereits vorgeschlagen, dadurch beheben, dass die Drähte A. über einen Transformator und einen zweiten Transistor
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gekoppeltlässigbare zusätzliche Verwicklung.
Fig. 4 zeigt, wie diesem Übelstand nach der Erfindung abzulielfen ist. Der Unterschied von dem in Fig. i dargestellten Impulsverstärker besteht darin, dass ein zweiter ringförmiger Kern 11 aus magnetischem Material mit rechteckiger Hysteresekurve vorgesehen ist, der eine in Reihe mit der Steuerwick-
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lung 8 geschaltete sekundäre Steuerwicklung 12, eine in Reihe mit der Ausgangswicklung 9 geschaltete sekundäre Ausgangswicklung 13 und eine Rückstellwicklung 14 trägt. Die Enden der Rückstellwicklung sind derart mit den Klemmen einer Gleichspannungsquelle B""verbunden, dass der zweite Kern in den Zustand 1 getrieben wird. Die Rückstellwicklung 14 ist zweckmässig über einen Widerstand 15 kurzgeschlossen.
Hiedurch kann nämlich verhütet werden, dass die Basis des Transistors 2 beim Rückstellen un- zulässig hoch positiv vorgespannt wird. Obwohl auf weniger einfache Weise ist dieses Ergebnis auch mittels einer Begrenzungsschaltung erreichbar.
Man kann also sagen, dass der Kern 1 des bekannten Impulsverstärkers in zwei Kerne 1 und 11 geteilt ist, und die Abschusswicklung 7 ausschliesslich auf dem Kern 1 angeordnet ist. Letzteres bedeutet aber, dass der zweite Kern 1 für die Speicherwirkung des Impulsverstärkers keine Rolle spielt. Im folgenden wird nachgewiesen, dass beim Abschiessen des Impulsverstärkers der zweite Kern 11 erst umkippt, nachdem der Kern 1 völlig in den Zustand 0 geführt worden ist. Wenn dies zutrifft, tritt der vorgenannte Nachteil nur auf, wenn einer der beiden Kerne von einem der Impulsverstärker bereits völlig in den Zustand 0 getrieben worden ist, und der entsprechende Transistor also bereits geschlossen ist, bevor der Kern 1 des andern Impulsverstärkers vollständig in den Zustand 1 getrieben worden ist.
Das Ganze soll deshalb derart ausgebildet sein, dass der langsamste Kern 1 schneller als die schnellste Kombination von zwei Kernen 1 und 11 ist. Dies stellt aber eine soviel weniger hohe Anforderung an die Toleranzen, dass normale Massenerzeugnisse diese erfüllen. Um nachzuweisen, dass in der Tat der Kern 11 erst umkippt, nachdem der Kern 1 ganz umgekippt worden ist, wird das Abschiessen des Impulsverstärkers In drei Phasen geteilt, d. h. : l. die Phase, in der der Abschussimpuls vorhanden ist ; 2. die Phase, in der der Abschussimpuls bereits beendet ist, der Kern 1 aber den Zustand 0 nicht erreicht hat ; 3. die Phase, In der der Kern 1 den Zustand 0 erreicht hat und der Kern 11 im Umkippen begriffen ist.
Bezeichnet nun N die erforderliche Anzahl Ampèrewindungen. um den Kern 1 umzukippen (d. h., in den stellen Teil seiner Magnetisierungskurve zu führen), N die erforderliche Anzahl Arnpèrewindungen um den Kern 11 umzukippen, ia die Stromstärke des Abschussimpulses, ib die Grösse des Basisstromes des Transistors 2 (positiv von der Basis aus), ic die Stromstärke des Kollektorstromes des Transistors (positiv von dem Kollektor aus), i die Stromstärke des Rückstellstromes, na die Anzahl Windungen der Abschusswicklung 7, nbl die Anzahl Windungen der Primärsteuerwicklung 8, nbz die Anzahl Windungen der Sekundärsteuerwicklung 12, Del die Anzahl Windungen der Primärausgangswicklung 9, n die Windungszahl der Sekundärausgangswicklung 13 und n die Windungszahl der Rückstellwicklung 14,
so gelten während der ersten Phase die Glei-
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: Kem 1.... nDer Kern 11 wird während der ersten Phase deshalb in den Zustand l, in dem er sich bereits befand, getrieben und kippt nicht um.
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stand 1.
Nachdem der Kern 1 den Zustand 0 erreicht hat, verringert sich der Basisstrom ib so stark, dass nl'"-n.i".-ni = N, wodurch der Kern 11 umkippt. Nachdem dieser Kern aber den Zustand 0 erreicht hat, verschwindet die negative Spannung an der Basis des Transistors 2 und dieser schliesst sich,
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Während sämtlicher Phasen ist der Transistor übersteuert, so dass i'c = i"c = i''c.
Wird der Kreis der Ausgangswicklungen 9 und 13 unterbrochen, bevor der Kern 11 den Zustand 0 erreicht hat, so wird ic = 0 und der Kern 11 deshalb nicht weiter in den Zustand 0 geführt. Infolgedessen verschwindet die negative Spannung an der Basis des Transistors 2, wodurch dieser geschlossen und der
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vollständig umgekippt, so dass dies die Speicherfunktion des Impulsverstärkers nicht stört.
Der Impulsverstärker nach der Erfindung kann mit einem sehr kurzen Impuls abgeschossen werden und liefert einen im wesentlichen rechteckigen Ausgangsimpuls mit einer steilen Vorder-und Rückflanke. Man kannohne einbesonderes Flankenfllter auskommen. Der Abschussimpuls braucht lediglich eine hinreichen- de Amplitude haben, um den Kein 1 In den steilen Teil seiner Magnetisierungskurve zu führen, so dass die in der Steuerwicklung 8 induzierte Spannung hinreicht, um den Transistor zu öffnen. Nachdem dieser aber geöffnet worden ist, bleibt er geöffnet, weil danach der Kollektorstrom die Aufgabe des Abschussimpu1ses übernimmt.