Verfahren zum Betrieb einer Torschaltung zur Speisung einer induktiven Belastung und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Torschaltung zur Speisung einer induktiven Belastung mit Stromimpulsen über die Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors in Ab hängigkeit eines der Basis des Transistors durch eine Steuersignalquelle angelegten Steuersignals sowie dem Kollektor des Transistors in der Sperrichtung zuge führten Spannungsimpulsen, wobei die induktive Be lastung in den Emitterkreis des Transistors geschaltet ist.
Eine derartige Torschaltung bietet den Vorteil, dass der Transistor als impulsgespeister Emitterver- stärker mit kleiner Ausgangsimpedanz und grosser Eingangsimpedanz wirkt. Sie ist deshalb besonders vorteilhaft und wird mit einer ohmischen oder kapazi- tiven Belastung sehr oft verwendet. Sie wäre auch besonders vorteilhaft für die Steuerung von magneti schen Speicherelementen, da diese Steuerung mit Hilfe von Wicklungen mit einer beschränkten Anzahl Windungen geschieht und deshalb ansehnliche Ströme erheischt.
Leider bilden diese Wicklungen induktive Belastungen, über,die die Vorderflanke des Kollektor- Speiseimpulses eine scharfe Gegenspannungsspitze erzeugt, wodurch der Emitter des Transistors in bezug auf seine Basis unter Umständen in .die Sperrichtung polarisiert werden kann, so dass der Transistor trotz der Anwesenheit eines vorwärtsgerichteten Basis Steuersignals unmittelbar wieder gesperrt wird Eine auf der Hand liegende Lösung dieser Schwie rigkeit besteht darin,
die Amplitude des der Basis zugeführten Signals grösser zu wählen als die Ampli tude der über der Belastung durch die Stromimpulse erzeugten Gegenspannungsirnpulse. Dadurch wird jedoch die maximal zulässige Transistor-Verlustlei- stung sehr rasch überschritten, so dass diese Lösung meistens nicht anwendbar ist und/oder zur Verwen- dung von verhältnismässig langsamen Transistoren mit hoher Verlustleistung führt, wobei die Steuerung selbst auch eine ansehnliche Leistung erfordert.
Die Erfindung hat zum Ziel, diesen Nachteil des impulsgespeisten Emitter-Verstärkers zu beheben, um dessen Verwendung in Verbindung mit einer induk tiven Belastung zu erleichtern oder sogar in manchen Fällen überhaupt möglich zu machen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass die Steuersignalquelle der Basis des Transistors einen Steuerstrom zuführt, der grösser ist als der dem Sättigungswert des Kollektorstromes des Transistors entsprechende Basisstrom, so dass ein Überfluss von freien Ladungsträgern in der Basiszone des Transistors erzeugt wird.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungs gemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignalquelle derart ausgebildet ist, dass die Spannungs-Amplitude der durch sie erzeugten Steuer signale bedeutend kleiner ist als diejenige der dem Kollektor in Sperrichtung zugeführten Spannungs impulse und dass der Innenwiderstand dieser Steuer- signalquelle mindestens so klein gewählt ist, dass der durch diese Quelle der Basis des Transistors gelieferte Strom bedeutend grösser ist als der durch den Strom verstärkungsfaktor des Transistors dividierte Sätti gungswert des Kollektorstromes.
Wie schon erwähnt, ist das Verfahren nach der Erfindung und die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens für die Steuerung magnetischer Speicherelemente besonders gut geeignet; die Infor mation einer solchen magnetischen Speichervorrich tung, z. B. einer magnetischen Trommel, wird mei stens mit Hilfe von sogenannten Matrizen einge schrieben und/oder abgelesen, wodurch bei jedem Impuls einer Reihe von sogenannten Taktimpulsen eine bestimmte Schreibe- oder Ablesewicklung, z. B. die Wicklung eines bestimmten magnetischen Schreib kopfes mittels einer Kaskade von Schaltelementen gewählt wird.
Zum Schreiben muss dann ein magnetisierender Stromimpuls über die Schaltelemente durch die ge wählte Schreibewicklung geschickt werden, wobei ein Gegenspannungsimpuls über der Schreibewicklung entwickelt wird. Die Torschaltung ist in solchen Kas kaden von Schaltelementen besonders gut geeignet.
In einer Kaskade von zwei Schaltelementen ergibt sich damit noch der Vorteil, dass die Elemente jeder Reihenkombination von zwei Schaltelementen durch Transistoren desselben Leitungstyps gebildet sein können, indem einer der Transistoren als mit Kollek- torimpulsen gespeister Emitter-Verstärker und der andere mit geerdetem Emitter geschaltet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, worin: Fig. 1 das Prinzip-Schaltbild eines Teiles einer Matrize mit Torschaltung ist, Fig. 2 das Schaltbild der Reihenkombination zweier Schaltelemente dieser Matrize ist; und Fig. 3 Strom- und Spannungs-Zeitdiagramme an verschiedenen Punkten dieser Reihenkombination veranschaulicht.
Die Fig. 1 zeigt das Prinzip-Schaltbild eines Teiles einer Matrize zur Wahl eines Schreibkopfes aus einer Anzahl Schreibköpfe 111, 112...l21, 122...131, <B>132</B> ... Diese Schreibköpfe werden z. B. benutzt, um eine Information in der Form eines magnetischen Zustandes eines bestimmten Teiles einer magnetischen Trommel aufzuzeichnen. Dazu muss durch den gewähl ten Schreibkopf einAufzeichnungsimpuls geschicktwer- den. Die Schreibköpfe werden mittels zweier kreuz weise angeordneter Reihen von Schaltelementen ge wählt.
Diese Schaltelemente sind Transistoren des P-N-P-Types, wobei die Transistoren 1, 2, 3 ... der einen Reihe als Emitter-Verstärker mit Kollektor speisung geschaltet sind, während die Transistoren 11, 12, 13 usw. der anderen Reihe mit geerdetem Emitter geschaltet sind. Alle Transistoren werden basisge steuert. Der Schreibkopf 132 wird z.
B. dadurch gewählt, dass die Transistoren 13 und 2 durch Anlegen eines negativen Impulses an ihre bezüglichen Basis elektroden leitend gemacht werden, so dass ein nega tiver Impuls, welcher gleichzeitig an die Kollektor- elektroden aller Transistoren 1, 2, 3 usw. der ersten Reihe angelegt wird, über die Kollektor-Emitter-Strek- ken der Transistoren 2 und 13 durch die Spule 132 und eine damit in Reihe geschaltete Diode 132' fliesst.
Die Fig.2 zeigt das vollständige Schaltbild der Reihenkombination der Transistoren 2 und 13 und der Schreibspule 132 mit der Diode 132'. Der Tran sistor 13 wird direkt durch eine Quelle negativer Impulse gesteuert, die über einen Widerstand 213 von z. B. 1,2 kQ an seine Basis angeschlossen ist. Sein Emitter liegt an einem Punkt festen Potentials von z.
B. + 12,5 V und das Potential des Ausganges der Steuerimpulsquelle schwankt zwischen + 15 V, wobei der Transistor 13 gesperrt ist, und + 5 V, wo bei ein Strom von zirka 6 mA zwischen der Emitter- und der Basiselektrode des Transistors 13 und über den Widerstand 213 fliesst. Der Transistor 13 ist vom Typ 0C 76, welcher bei einem Basisstrom von 5 mA bereits gesättigt ist.
Der Transistor 2 ist ebenfalls vom Typ<B>0C76.</B> Der Basis des Transistors 2 wird ein Steuerstrom von mindestens 20 mA zugeführt, so dass dieser Transi stor sehr stark gesättigt ist und ein überfluss von freien Ladungsträgern in seiner Basiszone aufgespei chert wird. Zu diesem Zweck wird dieser Transistor über einen Steuertransistor 22 gesteuert.
Der Tran sistor 22 ist basisgesteuert wie der Transistor 13, je doch über einen Widerstand 27 von 3,3 kQ. Sein Kollektor ist geerdet über einen Widerstand 24 von 390 S. und sein Emitter speist die Basis des Tran sistors 2 über einen Widerstand 23 von 220 P und eine damit in Reihe geschaltete Induktivität 25, wel che durch eine in bezug auf den Emitterstrom des Transistors 22 in der Sperrichtung geschaltete Diode 26 überbrückt ist.
Die Fig. 3 zeigt Strom- und Spannungszeitdia- gramme an verschiedenen Punkten der Reihenkom bination der Fig. 2. Die erste Zeile dieser Figur zeigt einen negativen Stromimpuls 1c2, angelegt an den Kollektor des Transistors 2. Die zweite Zeile zeigt einen Wahlimpuls Vbl3-Vb22, welcher gleichzeitig über den Widerstand 213 an die Basis des Transistors 13 und über den Widerstand 27 an die Basis des Tran sistors 22 angelegt wird. Die dritte Reihe zeigt den dadurch hervorgerufenen Stromimpuls Ibl3-Ib22 im Basis-Emitter-Kreis des Transistors 13 bzw. im Basis kreis des Transistors 22.
Wie ersichtlich, soll der Schreibspule 132 ein Stromimpuls von 150mA zugeführt werden. Die Amplitude der Steuerimpulse beträgt 10 V (+ 15 V nach + 5 V) und der Basisstrom des Transistors 13 erreicht einen Wert von 6 mA, der sich aus der Span nungsdifferenz zwischen Emitter (+ 12,5 V) und Steuerpunkt (+ 5 V) und aus dem Wert des Wider standes 213 ergibt. Der Eigenwiderstand der Basis Emitter-Strecke des Transistors 13 ist klein in bezug auf den Widerstand 213.
Der durch den Transistor 22 verstärkte Steuer impuls<I>1b2,</I> zugeführt an die Basis des Transistors 2, ist auf der fünften Zeile der Fig. 3 dargestellt. Der Basisstrom des Transistors 2 erreicht schnell einen Wert von 20 mA, so dass dieser Transistor stark ge sättigt ist. Im Augenblick des Eintreffens des nega tiven Impulses an den Kollektor des Transistors 2 sind beide Transistoren 2 und 13 stark leitend. Die Diode 132' ist in bezug auf diesen Stromimpuls in der Durchlassrichtung geschaltet, so dass die Vorder flanke des Stromimpulses 1c2 ungehindert an den Klemmen der eine induktive Belastung bildenden Schreibspule 132 wirksam ist.
Durch diese Vorder flanke wird dementsprechend eine scharfe und hohe Gegenspannungsspitze über dieser Spule erzeugt. Diese Spitze ist auf der vierten Zeile (Ve2) der Fig. 3 dar- gestellt und erreicht bei einer Induktivität der Spule 132 von 0,2 mH einen Wert von zirka 35 V.
Dadurch wird der Emitter des Transistors 2 vorübergehend stark negativ in bezug auf dessen Basis, so dass dieser Transistor wieder gesperrt wäre, falls seine Basiszone nicht einen überfluss von freien Ladungsträgern enthalten würde. Dank dieses Überflusses von freien Ladungsträgern verursacht das zeitweise Wiederun- terbrechen des Basisstromes des Transistors 2 keine Unterbrechung des Stromimpulses durch die in Reihe geschalteten Transistoren 2 und 13 durch die Schreib spule 132 und ihre Diode 132'.
Diese zeitweise Unter brechung ist auf der fünften Zeile der Fig. 3 ersicht lich und der Stromimpuls 1132 durch die Spule 132 ist auf der letzten Zeile dieser Figur dargestellt. Wäh rend der negativen Spannungsspitze am Emitter des Transistors 2 wird der Strom für den Impuls durch die Schreibspule 132 einfach aus der Reserve von freien Ladungsträgern der Basiszone des Transistors 2 geschöpft.
Am Ende des Stromimpulses 1c2, zugeführt an dem Kollektor des Transistors 2, verursacht die Hin terflanke dieses Impulses eine scharfe positive Span nungsspitze am Emitter des Transistors 2, nämlich durch plötzliche Unterbrechung des Stromes durch die Schreibspule 132. Diese scharfe positive Spitze könnte auch nach dem Ende des Kollektor-Stromimpulses über die Emitter-Basisstrecke und die Steuerimpuls quelle geführt werden, und dadurch verkleinert wer den, was die Flankensteilheit des Stromimpulses und den Nutzeffekt der Schreibeinrichtung verschlechtern würde.
Die scharfe und starke Basisstromspitze (auf der fünften Zeile der Fig. 3 gestrichelt dargestellt) wird jedoch durch die Induktivität 25 unterdrückt und kann auch in dieser Induktivität keine Gegen spannungsspitze erzeugen, da die Induktivität durch die Diode 26 stark geshuntet ist. Die Hinterflanke des Impulses durch die Schreibspule 132 wird dem entsprechend sehr wenig verzerrt.
Die Diode 132' und die entsprechenden Dioden ,der verschiedenen Schreibspulen der Matrize, teilweise dargestellt auf Fig. 1, entkoppeln die verschiedenen Schreibspulen einer vertikalen oder einer horizon talen Reihe in bezug aufeinander, so dass die durch einen Stromimpuls über einer Schreibspule erzeugten Spannungsimpulse keine Ströme durch die anderen Schreibspulen verursachen können.
Abgesehen von der dadurch entstehenden starken Verzerrung der Stromimpulse durch die Schreibspule 132 ist es zu beachten, dass beim zeitweisen Wieder sperren des Transistors 2 von Fig. 2 die Verlustlei stung in diesem Transistor stark ansteigen würde und den mz ximsl zulässigen Wert bald überschreiten könnte. Auch beim Steuern der Basis dieses Tran sistors mittels einer Spannung grösserer Amplitude als die der Gegenspannungsspitze über der induktiven Belastung würde dir für den Transistor zulässige Grenze der Verlustleistung und/oder der Emitter- Basisspannung bald überschritten sein.
Abgesehen von der beschriebenen Anwendung in einer Matrize oder in ähnlichen Einrichtungen, wobei die Erzeugung eines Stromimpulses durch eine induk tive Belastung vom gleichzeitigen Auftreten zweier Wahl- oder Steuersignale abhängig gemacht werden muss, kann das erfindungsgemässe Verfahren in jedem Fall angewendet werden, in welchem eine induktive Belastung über einen als Emitter-Verstärker geschal teten Transistor mit Stromimpulsen gespeist werden soll.
Die Emitterfolgeschaltung ist dabei öfters sehr zweckmässig infolge ihres geringen Ausgangswider standes und ihres hohen Eingangswiderstandes.