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Verknüpfungsschaltungen mit Übertragern, bei denen nur der lineare Arbeitsbereich ausgenutzt ist, insbesondere zur Verwendung in Fernsprechanlagen
Die Erfindung betrifft Schaltungen, mit deren Hilfe Nachrichten, die in Form binärer Signale geliefert werden, verarbeitet werden. Derartige binäre Signale können zwei verschiedene Werte einnehmen, die vielfach mit 0 und L bezeichnet werden. Die Verarbeitung führt zu einer Verknüpfung der verschiedenen angelieferten Signale, bei der sich als Ergebnis ebenfalls ein binäres Signal ergibt. Derartige Schaltungen werden hier im folgenden als Verknüpfungsschaltungen bezeichnet. Verknüpfungsschaltungen mit ganz bestimmten Verknüpfungsfunktionen werden z. B. als Oder-Gatterschaltung, Und-Gatterschal-
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se Verknüpfungsschaltungen können sich auch hinsichtlich ihrer Betriebsweise unterscheiden.
So gibt es
Verknüpfungsschaltungen, die für die ganze Zeit des Vorhandenseins der zu verknüpfenden Signale das sich ergebende Signal liefern. Es sind dies statisch arbeitende Verknüpfungsschaltungen, die z. B. mit Hil- fe von Widerständen und Gleichrichtern aufgebaut sind. Voknüpfungsschaltungen können aber anstatt in statischer Weise auch impulsweise betrieben werden. In diesem Fall wird das das Ergebnis der Verknüp- fung anzeigende Signal, das Ergebnissignal, durch einen mehr oder weniger kurzen Impuls oder durch das Ausbleiben dieses Impulses dargestellt. Vielfach werden derartige Verknüpfungsschaltungen mit Hilfe von Übertragern aufgebaut. Hiebei handelt es sich meistens um Ringkerne, deren Wicklungen aus einigen wenigen Windungen bestehen.
Der Kern eines solchen Übertragers besteht bei den bekannten Schaltungen vorwiegend aus einem ferromagnetischen Material mit rechteckiger Magnetisierungsschleife. Es werden dann die beiden Remanenzpunkte der Magnetisierungsschleife zur Kennzeichnung der beiden Zustände binärer Signale ausgenutzt (s. NTZ [1957], Heft 8, S. 391). Dies gilt insbesondere auch für das das Ergebnis der Verknüpfung von zugelieferten Signalen darstellende Ergebnissignal. Mit Hilfe eines Abfrageim- pulses wird es zum gewünschten Zeitpunkt von der Verknüpfungsschaltung ausgeliefert.
Um eine kompli- zierte Verknüpfung einer grösseren Anzahl von Signalen durchzuführen, ist es hier notwendig, mehrere Übertrager mit mehreren Wicklungen vorzusehen und in bestimmter Weise zusammenzuschalten.
Es sind nun auch bereits impulsweise betriebene Verknüpfungsschaltungen mit Übertragern bekannt, bei denen die Remanenz von ferromagnetischen Materialien nicht ausgenutzt wird. Bei diesen Verknip.'- fungsschaltungen können daher auch Übertrager verwendet werden, deren Kernmaterial eine weitgehende lineare Magnetisierungskurve hat. Die Verknüpfungsfunktion kommt bei diesen Schaltungen in physikalisch anderel Weise zustande, da andere bei Übertragt : rn auftretende Effekte ausgenutzt werden. So ist es z. B. bekannt (s. Schweizer Patentschrift Nr. 331029), eine Gatterschaltung mit Hilfe eines Übertragers mit zwei Wicklungen aufzubauen, bei dem nur der lineare Teil der Magnetisierungskurve ausgesteuert zu werden braucht.
Vor dem einen Ende der Primärwicklung des Übertragers liegt ein Gleichrichter, dem eine Durchlassspannung oder eine Sperrspannung zugeführt wird, so dass am andern Ende der Primärwicklung zugeführte Impulse einen Stromfluss bewirken oder nicht. Beide auszuwertenden Signale werden hier demnach derselben Wicklung zugeführt. Die Sekundärwicklung des Übertragers gibt dementsprechend Impulse ab oder nicht. Hier wird die Fähigkeit von Übertragern ausgenutzt, den einer Wicklung zugeführten Signalimpuls auf eine andere Wicklung zu übertragen, von der daraufhin ein Impuls für das Ergebnissignal
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abgegeben wird. Die bei dieser Abgabe dieses Impulses aufgewendete Leistung muss von dem einen zu verarbeitenden zugeführten Signal aufgebracht werden.
Diese Verknüpfungsschaltung hat demnach nicht die Fähigkeit, die zugeführten Signale zu verstärken. Nachteilig ist hier auch zuweilen, dass die Strom- kreise der zu verknüpfenden Signale miteinander galvanisch verbunden sind.
In umfangreiche Nachrichten verarbeitenden Einrichtungen, wie z. B. Fernsprechanlagen, ist es nun sehr erwünscht, Verknüpfungsschaltungen zu verwenden, welche-ausser der betreffenden Verknüpfung zu- gleich auch eine Verstärkung vornehmen. Hiedurch wird vorteilhafterweise auch die Auswertung von Si- gnalen, die mit geringer Leistung geliefert werden, ermöglicht. Verwendet man als wesentliches Bauele- ment für derartige Verknüpfungsschaltungen Übertrager, so kann man in vorteilhafter Weise bei geschick- tem Aufbau auch eine galvanische Trennung zwischen den Stromkreisen erzielen, über die die zu ver- knüpfenden Signale angeliefert werden. Einen derartigen Aufbau hat die im folgenden angegebene erfin- dungsgemässe Verknüpfungsschaltung.
Durch alle diese Vorteile wird die Einfügung von Verknüpfungsschal- tungen zwischen den einzelnen Teilen der Nachrichten verarbeitenden Einrichtung wesentlich erleichtert.
Es hat sich auch gezeigt, dass man bei der Verwendung von Übertragern unter Ausnutzung des linearen
Teils der Magnetisierungskurve des Kernmaterial die Ergebnissignale ausserordentlich schnell erhalten kann, z. B. in Bruchteilen von Mikrosekunden.
Die Erfindung zeigt also einen Weg, wie man in besonders vorteilhafter Weise eine Verknüpfungs- schaltung mit Verstärkereigenschaft zur Durchführung von Verknüpfungen zwischen zwei oder mehr binä- ren Signalen unter Verwendung eines Übertragers mit mehreren Wicklungen, der während der Durchfüh- rung der Verknüpfung lediglich im linearen Teil der Magnetisierungskurve des Kernmaterial ausgesteuert zu werden braucht, aufbauen kann.
Die erfindungsgemässe Verknüpfungsschaltung ist dadurch gekenn- zeichnet, dass die einen Enden der Wicklungen individuell an Signale liefernde Eingänge über Gleich- richter angeschlossen sind, deren Betriebszustand vom binären Wert der zu verknüpfenden Signale ab- hängt, dass das andere Ende einer der Wicklungen an eine Abfrageklemme angeschlossen ist, die jeweils den an diese Wicklung angeschlossenen Gleichrichter in Durchlassrichtung beanspruchende Abfrageimpul- se liefert, und dass die übrigen Wicklungen an eine Abfrageklemme angeschlossen sind, über die gege- benenfalls ein Ausgangsimpuls von den Wicklungen geliefert wird. Die Leistung des das Verknüpfungser- gebnis angebenden Ergebnisimpses wird hier vom Abfrageimpuls aufgebracht.
Das Ergebnissignal wird durch das Auftreten oder Ausbleiben des Ausgabeimpulses dargestellt.
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Anspruch genommen. Es erübrigt sich daher, bei der Abwicklung der Verknüpfungsfunktionen besondere Rückstellimpulse vorzusehen, um jeweils vor einer Verknüpfung von Signalen einen bestimmten magnetischen Anfangszustand des Kernmaterials zu erreichen.
Da die Remanenz des magnetischenKernmaterials nicht in Anspruch genommen zu werden braucht, ist es auch nicht notwendig, die Magnetisierungskurve bis zu ihren Remanenzpunkten auszusteuern. Es ist daher die vorgesehene Aussteuerung der Magnetisierungskurve jeweils sehr schnell beende !. Man kann dadurch eine sehr grosse Arbeitsgeschwindigkeit bei den erfindungsgemässen Verknüpfungsschaltungen an-
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Verwendung kleinerer Ringkerne mit nur wenigen oder nur einer Windung je Wicklung bereits sehr gut auswertbare-Spannungen in den Ausgabewicklungen. Alle diese Vorteile ermöglichen eine vielfältige Anwendung der erfindungsgemässen Verknüpfungsschaltungen.
In der Zeichnung sind mehrere Beispiele für erfindungsgemässe Verknüpfungsschaltungendargestellt.
Hiebei ist eine ganz besondere Darstellungsweise. angewendet worden, zu deren Erläuterung die Fig. 1 bestimmt ist. Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Verknüpfungsschaltungen zur Verknüpfung von jeweils zwei binären Signalen. Fig. 4 zeigt eine Verknüpfungsschaltung zur Verknüpfung von drei binären Signalen. Die Fig. 5 zeigt, wie man mehrere einzelne Verknüpfungsschaltungen zusammenfassen kann. Die Fig. 6 zeigt ein Beispiel für die Gewinnung der benötigten Spannungsveränderung aus impulsartigen Signalen.
Zunächst wird an Hand der Fig. 1 die im folgenden benützte Darstellungsmethode erläutert (s. auch Proceedings of the IRE, May [1955], S. 572 ff). In Fig. 1 ist der Kern des Übertragers durch den dicken senkrechten Strich K angedeutet. Dieser senkrechte Strich wird durch die Wicklungen I, II und in senkrecht gekreuzt. Der Wicklungssinn einer Wicklung ist jeweils mit Hilfe eines durch die Kreuzungsstelle gehenden Schrägstriches angegeben. Wicklungen, deren zugehörige Schrägstriche parallel verlaufen, haben gleichen Wicklungssinn. Wicklungen, deren zugel1örige Schrägstriche senkrecht aufeinander stehen, haben entgegengesetzten Wicklungssinn. Mit Hilfe der Schrägstriche lässt sich nun auch die Polarität eines in einer Wicklung induzierten Impulses feststellen. Wird z.
B. der Wicklung I der in Fig. 1 angedeutete
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positive Stromimpuls i zugeführt, so wird bekanntlich in dieser Wicklung eine Spannung induziert, deren Polarität derjenigen Spannung, welche den Stromimpuls i hervorruft, entgegengesetzt ist. In andern Wicklungen, die den gleichen Wicklungssinn wie die Wicklung haben, wird ebenfalls eine Spannung mit dieser Polarität induziert. Die Wicklung III ist eine derartige Wicklung, da der zugehörige Schrägstrich parallel zu dem Schrägstrich von Wicklung I liegt. Das Auftreten dieser induzierten Spannungen ist durch die mit e bezeichneten Pfeile angedeutet. Liegt die Wicklung III in einem geschlossenen Stromkreis, so fliesst ein Stromimpuls in der durch Pfeile angezeigten Richtung.
Die Wicklung II hat, wie der zugehörige Schrägstrich anzeigt, entgegengesetzten Wicklungssinn wie die Wicklungen I und III. Der dort eingezeichnete Pfeil e hat daher entgegengesetzte Richtung. Die den Wicklungssinn angebenden Schrägstriche können auch als Spiegel für die Richtungen der in Frage kommenden elektrischen Grössen angesehen werden. Spiegelt man am Schrägstrich der Wicklung die Richtung des zugeführten Impulses i, so erhält man
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gesetzt gerichtet. Spiegelt man diese Richtung an dem zu einer Wicklung gehörenden Schrägstrich, so erhält man die Polarität des dort induzierten Spannungsimpulses und die Richtung des dort gegebenenfalls fliessenden Impulsstromes. In Fig. 1 sind diese Spiegelungen durch gestrichelte und mit den vorstehend angegebenen Bezeichnungen versehene Pfeile angedeutet.
Als erstes Beispiel für eine Verknüpfungsschaltung gemäss der Erfindung wird nun die in Fig. 2 dar- gestellte Anordnung im einzelnen erläutert. Diese Verknüpfungsschaltung dient zur Verknüpfung von zwei binären Signalen und arbeitet als Und-Gatterschaltung. Der Kern des verwendeten Übertragers Ml weist die beiden Wicklungen I und II auf, welche entgegengesetzten Windungssinn haben. Die diesen
Wicklungen vorgeschalteten Gleichrichter Gx und Gy sind so gepolt, dass sie bei Vorhandensein des Wer- tes L der binären Signale x und y durch die dazugehörige Spannung nicht in Sperrichtung beansprucht werden. Die mit der Änderung der zu verknüpfenden Signale verbundene Spannungsänderung wird hier mit Hilfe von Umschaltkontakten durchgeführt. Es sind dies die Umschaltkontakte kx und ky.
Die Be- triebslage des Umschaltkontaktes kx ist abhängig vom binären Wert des Signales. Bei dem in Fig. 2 dar- gestellten Schaltungsbeispiel ist die Abhängigkeit derart, dass beim Vorhandensein des Wertes 0 des Si- gnales x der Umschaltkontakt in Ruhelage ist, also die gezeichnete Lage hat und daher die Spannung +U an die Wicklung I anlegt. Der Gleichrichter Gx wird hiebei in Sperrichtung beansprucht. Wenn das Si- gnal x den Wert L hat, so ist der Umschaltkontakt kx in Arbeitslage. Es wird nun die Spannung-U an die
Wicklung I angelegt, worauf der Gleichrichter Gx nicht mehr in Sperrichtung beansprucht ist. Bei dieser
Verknüpfungsschaltung soll ein Ausgabeimpuls auftreten, wenn das binäre Signal x und das binäre Signal y beide den WertL haben. Dem Wert des Signals y entspricht die Betriebslage des Kontaktes ky.
Der Kontakt ky ist in Ruhelage, wenn das Signal y den Wert 0 hat und in Arbeitslage, wenn es den Wert L hat.
Im ersten Fall wird über den Kontakt ky an die Wicklung II mit dem Gleichrichter Gy die Spannung +U und im zweiten Fall die Spannung-U gelegt. Der Gleichrichter Gy ist daher beim Vorhandensein des Wertes L des Signals y entsperrt.
Um das Verknüpfungsergebnis zu erhalten, wird, wie bereits angegeben, der Verknüpfungsschaltung ein Abfrageimpuls zugeführt. Es ist dies der in Fig. 2 angedeutete positive Impuls i, welcher der Wicklung I über die Abfrageklemme F zugeführt wird. Die impulserzeugende Spannung darf nicht grösser sein als die Spannung +U. Dies gilt auch für die später noch im einzelnen zu beschreibenden andern Ausführungsbeispiele. Über die Ausgabeklemme A wird dabei gegebenenfalls als Ergebnissignal ein Ausgabeimpuls geliefert. Ein solcher Ausgabeimpuls kann jedoch nur geliefert werden, wenn weder der Gleichrichter Gx noch der Gleichrichter Gy in Sperrichtung beansprucht sind.
Es kann nämlich nur in diesem Fall der Abfrageimpuls i einen Stromimpuls in der Wicklung I hervorrufen, welcher in der Wicklung II einen Spannungsimpuls induziert, der eine solche Polarität hat, dass durch die Wicklung II und den dort vorgeschalteten Gleichrichter Gy ein Stromimpuls fliessen kann. Dieser Stromimpuls durchfliesst dann auch den an die Ausgabeklemme A angeschlossenen Widerstand V, der als Empfänger des zum Ergebnissignal gehörenden Ausgabeimpulses dient. Alle diese Vorgänge können nur dann in der beschriebenen Weise stattfinden, wenn das Signal x und das Signal y den Wert L haben. Die Verknüpfungsschaltung ist also eine Und-Gatterschaltung. Wenn entweder das Signal x oder das Signal y oder alle beide Signale den Wert 0 haben, so kann entweder in der Wicklung oder in der Wicklung II oder in beiden Wicklungen ein Stromimpuls nicht fliessen.
In diesen Betriebsfällen wird daher ein Ausgabeimpuls nicht geliefert.
In Fig. 3 ist eine Verknüpfungsschaltung dargestellt, die der in Fig. 2 gezeigten sehr ähnlich ist. Sie unterscheidet sich von dieser Schaltung lediglich darin, dass bei ihr beim Vorhandensein des binären Wertes 0 der Signale x und y anstatt der Spannung +U nunmehr die Spannung-U an die Gleichrichter Gx und
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