Triggervorrichtung, beispielsweise für Codierungseinrichtungen Die vorliegende Erfindung betrifft eine magne tische Triggervorrichtung, wie sie beispielsweise in Codierungseinrichtungen für elektrische Pulscode- modulationsanlagen zur Nachrichtenübertragung ver wendet wird.
Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der im Schweizer Patent Nr. 384630 beschriebenen Codie rungsvorrichtung werden die Quantelungspegel durch eine Gruppe magnetischer Kerne bestimmt, welche aus sättigbarem ferromagnetischem Material, vor zugsweise aus Ferrit, mit geeigneten Wicklungen bestehen, wobei für jeden Pegel ein entsprechender Kern vorgesehen ist. Die Kerne sind alle verschieden vorgespannt, und die zu codierende Welle wird den Wicklungen aller Kerne zugeführt.
Dabei ist- die Anordnung so gewählt, dass alle Kerne gesättigt werden mit Ausnahme desjenigen Kernes, in wel chem der durch die Signalwelle bedingte Fluss den Vorspannfluss praktisch kompensiert. Dieser Kern ist der einzige, welcher durch eine angelegte Abtast- welle getriggert werden kann, und der Kern weist Ausgangsziffernwicklungen auf, welche die dem ent sprechenden Signalpegel zugeordnete Ziffernimpuls kombination erzeugen.
Diese Anordnung arbeitet zufriedenstellend, so lange die Änderung der Signalwelle während der Dauer des Abtastimpulses klein ist verglichen mit der Quantelungsamplitudendifferenz. Bei gewissen Arten von Signalwellen können jedoch die Signal schwankungen so rasch erfolgen, dass die Dauer des Abtastimpulses auf einen unpraktisch kleinen Wert vermindert werden muss, um die vorstehende Forde rung zu erfüllen.
Falls dies nicht getan wird, können die Kerne durch die Signalwelle allein in uner wünschten Zeitpunkten getriggert werden, oder die Änderung der Signalwelle kann die Wirkung des Abtastimpulses aufheben, so dass im Abtastzeitpunkt kein Kern getriggert wird.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, zu verhindern, dass die Signalwelle an sich unerwünschte Ausgangssignale von den die Pegel bestimmenden Kernen erzeugt und zu gewährleisten, dass ein Kern immer im Abtastzeitpunkt getriggert wird, so dass die Dauer der Triggerimpulse nicht auf unpraktisch kleine Werte vermindert werden muss.
Nachstehend wird die Erfindung beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie ben, in welcher die Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes zeigt ; die Fig. 2 eine Hysteresiskurve zur Erläuterung der Arbeitsweise der Fig. 1 ;
die Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Ringkern zeigt, welcher gleichwertig ist zwei Kernen, die beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendet werden, und schliesslich die Fig. 4 eine Vorderansicht des in der Fig. 3 dargestellten Kernes zeigt.
Das Arbeiten der Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes hängt von der Verwendung von Trigger- oder Schaltimpulsen von bestimmtem Span- nungs-Zeit-Produkt ab.
Die Bedeutung dieses Be- griffes lässt sich wie folgt erläutern Solche Triggerimpulsie werden von einer Wick lung auf einem sättigbaren Magnetkern erhalten, welcher auf irgend eine geeignete Art von einem Sättigungszustand in den andern getriggert oder um- geschaltet wird.
Die elektromotorische Kraft e, die in einer solchen Wicklung in irgend einem Zeitpunkt erzeugt wird, ist gleich n.dcpldt, wo<I>n</I> die Windungs- zahl der Wicklung und d(pldt die Änderung des Flusses im Zeitpunkt t ist.
Im Falle von ferromagne- tischen Materialien, die sich für magnetische Schalt vorgänge oder zur Verwendung in Speichervorrich tungen eignen, ist die Änderung des Flusses während der Periode der Flussänderung nahezu konstant. Somit ist angenähert <I>e =</I> ncp/t, wo (p die totale Fluss- änderung zwischen den zwei Zuständen und t die Zeit ist, welche für die Flussänderung erforderlich ist.
Somit ist<I>et =</I> ncp. Nun ist cp durch die magnetischen Materialien und n durch die Windungszahl der Wick lung bestimmt, so dass das Spannungs-Zeit-Produkt <I>et</I> des Ausgangsimpulses definiert ist. Wenn ein solcher Impuls an eine Wicklung mit n Windungen auf einem zweiten Kern des gleichen Materials angelegt wird und ausserdem angenommen wird, dass der Stromkreis einen vernachlässigbaren Widerstand auf weist, dann ist dieser Impuls gerade in der Lage, den zweiten Kern umzuschalten, bevor die Energie des Impulses verbraucht ist. Falls ein verschiedenes.
Kern material für den zweiten Kern verwendet wird, in welchem die genannte Flussänderung bei der Um schaltung gleich cpl ist, dann ist der Triggerimpuls gerade in der Lage, den zweiten Kern umzuschalten, falls die Wicklung auf diesem n1 Windungen aufweist, wobei nlcpl = ncp ist.
Die Bedeutung dieser Tatsache besteht darin, dass, wenn der Triggerimpuls gleichen Wicklungen bei verschiedenen in Serie geschalteten Kernen zugeführt wird, und wenn diese Kerne sich (beispielsweise durch geeignete Vorspannung) in einem solchen Zustand befinden, dass einer dieser Kerne vor allen andern umgeschaltet zu werden beginnt, dieser Kern dann vollständig durch den Impuls umgeschaltet wird, wo bei dieser Impuls dann keine Energie mehr aufweist, um irgend einen andern Kern umzuschalten.
Der vorgenannte Erfindungszweck wird erreicht durch Verwendung eines Paares gleicher Kerne an stelle eines einzigen Kernes, um jeden Quantelungs- pegel in der Codierungsvorrichtung zu bestimmen. Die Kerne sollten aus geeignetem sättigbarem ferromagne- tischem Material, z. B. aus Ferrit bestehen.
Eine derartige Anordnung ist in der Fig. 1 darge stellt, welche zwei solche Paare von Kernen zeigt, um zwei benachbarte Quantelungspegel zu bestim men, wobei selbstverständlich vorausgesetzt ist, dass andere (nicht gezeigte) Paare vorhanden sind, welche andere Quantelungspegel bestimmen. Es wird ange nommen, dass die Kerne 1 und 2 den mten Quante- lungspegel und die Kerne 3 und 4 den (m -I- 1)sten Quantelungspegel bestimmen.
Diese Kerne sind sche matisch als horizontale gerade Stäbe dargestellt, ob wohl sie in praktischen Fällen vorzugsweise in der Form von Ringkernen oder andern geschlossenen magnetischen Kreisen verwendet werden. In den vor liegenden Ausführungen werden die im vorerwähnten Patent erläuterten Symbole verwendet. So bedeutet eine kurze nach links ansteigende Linie eine vor wärts - oder gerade gewickelte Wicklung auf dem Kern, während eine nach rechts ansteigende kurze Linie eine rückwärts oder umgekehrt gewickelte Wicklung bedeutet.
Eine durch den Schnittpunkt einer Wicklungslinie mit der Kernlinie geführte vertikale Linie bedeutet einen Leiter, mit welchem die Wicklung in Serie geschaltet ist. Ein in einer geraden Wicklung auf dem Kern nach unten fliessender Strom soll voraussetzungsgemäss einen Fluss erzeugen, welcher im Kern von links nach rechts verläuft. Der Kern 1 ist mit einer Abtastwicklung 5, einer Signalwicklung 6, einer Vorspannwicklung 7 und einer Ausgangswicklung 8 versehen. Die Wicklungen 5, 6 und 8 sind vorwärts gewickelt und die Wicklung 7 umgekehrt gewickelt.
Gleiche Wicklungen sind auf dem Kern 2 vorgesehen mit der Ausnahme, dass die Abtastwicklung und die Ausgangswicklung nicht vor wärts sondern rückwärts gewickelt sind. Die Kerne 3 und 4 sind mit gleichen Wicklungen wie die Kerne 1 bzw. 2 versehen.
Sämtliche Abtastwicklungen 5 haben die gleiche Windungszahl und ebenfalls alle Signalwicklungen 6, sowie alle Ausgangswicklungen B. Vorzugsweise ha ben alle diese Wicklungen nur eine Windung. Die Vorspannwicklungen 7 auf den Kernen 1 und 2 ha ben m Windungen (oder ein Vielfaches davon), wäh rend die Vorspannwicklungen der Kerne 3 und 4 eine Windungszahl m -I- 1 (oder ein Vielfaches davon) aufweisen.
Die Signalwicklungen 6 sind mit einer Signalwellenquelle 9 in Serie geschaltet, während alle Vorspannwicklungen 7 mit einer Gleichstrom- Vorspannquelle 10 in Serie geschaltet sind, welche in allen Kernen einen von links nach rechts verlau fenden Vorspannfluss erzeugt. Die Ausgangswicklun gen 8 sind unter sich in Serie über einen Gleichrich ter mit einer Ausgangsklemme 12 verbunden.
Eine Abtastimpulse mit bestimmtem Spannungs- Zeit-Produkt liefernde Quelle besteht aus der Sinus wellenquelle 13 hoher Impedanz, welche mit einer vorwärts gewickelten Eingangswicklung 14 verbunden ist, welche auf einem Abtastkern 15 vorgesehen ist, welcher von gleicher Art wie die Kerne 1 bis 4 ist. Dieser Kern weist eine Ausgangswicklung 16 auf, welche mit allen Abtastwicklungen 5 aller Kerne 1 bis 4 zu einem Serieschleifenstromkreis vernachlässig- baren Widerstandes verbunden ist.
Die Wicklungen aller anderen (nicht gezeigten) Kernpaare sind mit den entsprechenden Wicklungen der Kerne 1 bis 4 in Serie geschaltet.
Die Hysteresisschleife PQRS der Fig. 2 stellt die Hysteresisschleife der Kerne 1 und 2 in idealisierter Form dar, wobei das Magnetfeld in Amperewindun- gen angegeben ist. Wenn sich diese Kerne in einem dem Punkt T entsprechenden Zustand befinden, dann ist das Feld, welches anzulegen ist, um die Kerne in den durch den Punkt R dargestellten Zustand zu bringen, wenn die Umschaltung gerade beginnt, gleich Al , während das zusätzliche zur Vervollständigung der Umschaltung nötige Feld, welches also die Kerne gerade noch in den durch den Punkt Q dargestellten Zustand bringt, gleich A. ist.
Man erkennt somit, dass Al = A,. -1/2 A"" ist, wo A, das Feld ist, welches der Koerzitivkraft des magnetischen Materials entspricht. Die Breite der Hysteresisschleife ist gleich 2A,.
Der Unterschied zwischen zwei benachbarten Quantelungspegeln wird so gewählt, dass er der Schleifenbreite 2A,. entspricht. Somit sollte der durch die Quelle 10 gelieferte Vorspannstrom so sein, dass 2A, = 1 Amperewindung ist.
Somit werden die Kerne 1 und 2 in der Fig. 2 nach rechts vorgespannt, und zwar mit einem Feld von m Amperewindungen. Es soll angenommen werden, dass der Momentanwert des Signals vorübergehend stationär ist und einen Wert aufweist, welcher ein nach links gerichtetes Feld zwischen<I>m</I> und<I>m</I> -f- 1 Amperewindungen er zeugt. Dann wird der Zustand der Kerne 1 und 2 durch einen Punkt V dargestellt, welcher zwischen den Punkten R und S der Fig. 2 liegt.
Da die Kerne 3 und 4 eine Vorspannung von m -I- 1 Amperewin- dungen aufweisen, entspricht der Zustand dieser Kerne einem Punkt W auf dem oberen Zweig der Hysteresisschleife, dessen Abszisse einen um 2A. grösseren Wert aufweist als der Punkt V.
Die Sinuswellenquelle 13 schaltet den Kern 15 unmittelbar nach dem Zeitpunkt um, in welchem die Sinuswelle ihr Vorzeichen ändert. Dadurch entsteht ein Ausgangsimpuls, welcher an der Ausgangswick lung verfügbar ist und ein bestimmtes Spannungs- Zeit-Produkt aufweist.
Wie bereits erwähnt, ist dieser Impuls gerade in der Lage, nur einen der Kerne 1 bis 4 vollständig umzuschalten, und wenn dieser Kern umgeschaltet worden ist, ist die gesamte Energie des Impulses verbraucht, so dass keine andern Kerne umgeschaltet werden können. Der Strom in den Wick lungen 5 nimmt zu bis irgend ein Kern in den durch den Punkt R (Fig. 2) dargestellten Zustand verbracht ist, und dann wird nur dieser Kern umgeschaltet.
Es soll angenommen werden, dass die Quelle 13 einen Stromimpuls i erzeugt, welcher durch die Wick lungen 5 (Fig. 1) nach unten fliesst. Dieser Impuls unterstützt die Vorspannung in den Kernen 1 und 3, so dass die Punkte V und W nach rechts verschoben werden. Der Punkt V erreicht die Ecke R und der Kern 1 wird umgeschaltet, wodurch die Wicklung 8 einen positiven Ausgangsimpuls abgibt. Der Kern 3 wird nicht umgeschaltet, da der Punkt W von der Hysteresisschleife weiter wegbewegt wird.
Bei den Kernen 2 und 4 sind die Trigger- oder Umschalt wicklungen 5 umgekehrt gewickelt, so dass der Schalt impuls i die entsprechenden Punkte V und W nach links verschiebt. Der Kern 2 kann nicht umgeschaltet werden, da sich der Punkt V in der falschen Rich tung bewegt, und der Kern 4 kann nicht umgeschaltet werden, da der Punkt W die Umschaltecke P nicht erreicht, bevor die Energie des Umschaltimpulses zur Umschaltung des Kernes 1 verbraucht worden ist. Somit ist der Kern 1 der einzige Kern, welcher umge schaltet wird und damit ergibt sich der gewünschte positive Ausgangsimpuls an der Klemme 12.
Es ist zu erwähnen, dass alle andern (nicht gezeigten) Kerne noch weiter vom Umschaltzustand entfernt sind und keiner dieser Kerne umgeschaltet werden kann, d. h. unter der Annahme, dass der Signalmomentanwert einem Wert entspricht, welcher zwischen m und m -f- 1 Amperewindungen liegt.
Es soll nun angenommen werden, dass der Mo mentanwert des Signales ändert. Da die Ausgangs wicklungen auf jedem Kernpaar entgegengesetzt ge wickelt sind, erkennt man, dass an der Klemme 12 kein Ausgangssignal auftritt, und zwar selbst dann nicht, wenn die Signaländerung so ist, dass die Kerne umgeschaltet werden. Man erkennt ausserdem, dass durch diese Anordnung die Signalwellenquelle weder durch den Eingangskreis noch durch den Ausgangs kreis belastet wird.
Die vorstehenden Erläuterungen erfahren eine Än derung, wenn der Signalmomentanwert gewisse Werte nahe der Grenze zwischen zwei Quantelungspegeln aufweist, so dass ein Paar von Kernen sich in einem Zustand befindet, welcher durch einen Punkt auf der Linie QR .(Fig. 2) dargestellt wird.
In diesem Falle verbraucht die vollständige Umschaltung eines der Kerne nicht das gesamte verfügbare Spannungs-Zeit- Produkt des Umschaltimpulses, so dass je einer der Kerne jedes benachbarten Paares auch teilweise um geschaltet wird, mit dem Ergebnis, dass die kombi nierten Ausgangssignale der umgeschalteten Kerne einen Ausgangsimpuls von praktisch der gleichen Amplitude wie zuvor ergeben.
Es ist hervorzuheben, dass es nicht wesentlich ist, dass der Umschaltimpuls irgend einen Kern vollstän dig umschaltet, Wenn beispielsweise den Wicklungen 5 in der Fig. 1 eine grössere Windungszahl gegeben wird als sie die Wicklung 16 aufweist, dann. kann der Umschaltimpuls nur den Zustand eines der Kerne in einen Punkt verlagern, der irgendwo auf der Linie RQ der Fig. 2 liegt,
und der entsprechende Ausgangs impuls der Wicklung 8 wird eine kleinere Amplitude aufweisen. Dieser Tatsache kann, falls nötig, durch eine nachfolgende Verstärkung begegnet werden. Der Vorteil einer nur teilweisen Umschaltung des Kerns liegt darin, dass der Leistungsverlust im Kern vermin- dert wird, was unter Umständen von Bedeutung sein kann, da in gewissen Fällen eine Gefahr der über- hitzung der Kerne besteht.
Es ist jedoch zu betonen, dass einerseits derUmschaltimpuls einSpannungs-Zeit- Produkt aufweisen kann, welches kleiner ist als für die vollständige Umschaltung eines Kerns erforderlich ist, und dass andererseits dieses Produkt nicht grösser sein soll, da sonst mehr als ein Kern umgeschaltet werden kann.
Die beschriebene Anordnung hat einen weiteren wertvollen Vorteil, welcher sich in dem Falle zeigt, in welchem das Signal rasch ändert. Es soll der Punkt V (Fig. 2) betrachtet werden, welcher dem Kern 1 (Fig. 1) entspricht. Der Umschaltimpuls hat das Be streben, den Punkt V in Richtung des Punktes R zu bewegen, aber wenn das Signal rasch zunimmt, kann dieses den Punkt V in Richtung des Punktes S mit der gleichen oder sogar grösseren Geschwindigkeit bewegen,
in welchem Fall der Umschaltimpuls nicht in der Lage ist, den Kern 1 umzuschalten. Im Falle des Kernes 4 unterstützen sich jedoch die Wirkungen des Signals und des Umschaltimpulses und der ent sprechende Punkt W wird nach links bewegt, bis er den Punkt P erreicht, so dass anstelle des Kernes 1 nun der Kern 4 umgeschaltet wird. Dadurch entsteht wiederum ein positiver Ausgangsimpuls, da die Wick lung 8 auf dem Kern 4 umgekehrt gewickelt ist. Man erkennt somit, dass bei rasch ansteigendem Signal ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches dem nächsthöheren Pegel entspricht.
Es ist ersichtlich, dass bei rasch abnehmendem Signal die Signalwelle und der Umschaltimpuls beide das Bestreben haben, den Punkt V nach rechts zu verschieben, so dass der Kern 1 umgeschaltet wird wie zuvor.
Man erkennt somit, dass die beschriebene Anord nung die Schwierigkeit der üblichen Anordnung ver meidet, bei welcher nur ein Kern zur Bestimmung jedes Pegels verwendet wird und bei welcher bei rasch änderndem Signal möglicherweise überhaupt kein Kern umgeschaltet wird, so dass eine oder meh rere ganze Codekombinationen ausfallen. Diesem Einwand kann begegnet werden, wenn bei Verwen dung nur eines Kernes pro Pegel die Umschaltimpulse genügend kurz gemacht werden können, aber es zeigt sich auch, dass bei gewissen Arten von Signalwellen die Umschaltimpulse dann unpraktisch kurz werden.
Man versteht, dass die Wicklung 8 auf dem Kern der Fig. 1 eine Ziffernwicklung sein kann, und dass jeder Kern mit mehr als einer solchen Ziffernwicklung in Übereinstimmung mit dem Code versehen sein kann.
Die Sinuswellenquelle 13 erzeugt wechselweise positive und negative Umschaltimpulse, welche die Kerne wechselweise in. entgegengesetzten Richtungen umschalten. Die negativen Umschaltimpulse erzeugen an den Wicklungen 8 negative Ausgangsimpulse, welche durch den Gleichrichter 11 unterdrückt wer den. Falls die mit der Klemme 12 verbundene (nicht gezeigte) Schaltung Mittel zur Unterdrückung der un erwünschten Impulse zeigt, kann der Gleichrichter 11 weggelassen werden.
Selbstverständlich könnten die unerwünschten ne gativen Impulse mit Hilfe üblicher (nicht gezeigter) Tormittel unterdrückt werden, die mit den Wicklun gen 8 verbunden sind und durch die Quelle 13 ge steuert werden.
Die Kerne 1 bis 4 der Fig. 1 sind vorzugsweise Ringkerne aus Ferrit, aber es ist auch möglich, jedes Kernpaar durch einen einzigen Ringkern von der in der Fig. 3 und 4 gezeigten Art zu ersetzen. Der Ring kern 17 der Fig. 3, welcher aus geeignetem Ferrit besteht, weist ein radiales Loch 18 auf, welches bei- spielsweise durch Bohren hergestellt sein kann.
Die Signal- und Vorspann Wicklungen bestehen in der Fig. 4 aus Drähten 6 und 7, welche den Querschnitt des Ringkerns 17 in der dargestellten Weise umgeben, während die Umschalt- und Ausgangs-Wicklungen 5 und 8 aus Drähten bestehen, welche durch die öff- nung 18 hindurchgeführt sind.
Diese Drähte werden parallel nach unten und von der Aussenseite auf die Innenseite des Ringkerns durch die Öffnung 18 hin durchgeführt und dann von der Innenseite auf die Aussenseite unter dem Ringkern herum und schliess- lich wiederum durch die Öffnung von der Aussenseite nach der Innenseite des Kerns.
Die Öffnung 18 trennt den magnetischen Kreis des Ringkerns lokal in zwei Teile auf, welche den Kernen 1 bzw. 2 der Fig. 1 entsprechen und in glei cher Weise in der Fig. 4 mit 1 und 2 bezeichnet sind.
Man erkennt, dass die beiden magnetischen Kreise in der Fig. 4 in entgegengesetztem Sinn von den Wicklungen 5 und 8 aber im gleichen Sinn durch die Wicklungen 6 und 7 umschlossen werden, so dass die Anordnung der Fig. 4 einem Paar von Kernen nach Fig. 1 gleichwertig ist. Obwohl in der Fig. 4 die Vorspannwicklung 7 nur eine Windung aufweist, erkennt man, dass sie im allgemeinen mehr als eine Windung aufweist, wobei die Windungszahl vom Pe gel abhängig ist, welchem der betrachtete Ringkern entspricht.
Es ist noch zu erwähnen, dass die Öffnung 18 gemäss Fig. 3 und 4 gemäss einer Variante aus einer Durchgangsöffnung bestehen könnte, die nicht radial sondern parallel zur Ringkernachse verläuft.