Dispositif de commutation à deux états stables Dans les systèmes de communication électriques pour signaux modulés, par exemple dans les systèmes de com munication à basse fréquence, les lignes sont agencées de manière à être connectées entre elles et déconnectées en réponse à des signaux électriques momentanés. Les inter rupteurs utilisés pour connecter et déconnecter ainsi les lignes doivent évidemment être à autoblocage, c'est- à-dire qu'ils doivent rester fermés ou ouverts , sui vant le cas, après avoir été actionnés par un signal mo mentané jusqu'à l'apparition du signal momentané sui vant.
Dans les centraux téléphoniques, par exemple, on uti lise plusieurs milliers de ces interrupteurs et il est donc souhaitable que chaque interrupteur ait de petites dimensions pour des raisons d'économie d'encombrement et que les interrupteurs ne comportent pas de contacts mobiles, du fait que de tels contacts sont sujets à des défaillances, comme par exemple le collage et les vibra tions des contacts.
Dans le brevet principal No 389683 de la titulaire, il est décrit un dispositif de commutation à deux états sta bles comprenant un noyau magnétique à ouvertures mul tiples en une matière ayant une courbe d'hystérésis pra tiquement rectangulaire, ce noyau étant pourvu d'au moins une petite ouverture de signal et d'enroulements servant à appliquer à la matière du noyau entourant la petite ouverture, une force magnétomotrice porteuse, une force magnétomotrice de signal et une force magnétomo- trice de polarisation,
un enroulement supplémentaire étant couplé à la matière du noyau entourant la petite ouverture, le noyau étant pourvu en outre d'un enroule ment de commande destiné à lui appliquer d'une part une force magnétomotrice pour le commuter dans un état de rémanence magnétique dans lequel il est fermé et dans lequel la force magnétomotrice d'un signal d'entrée et la force magnétomotrice porteuse induisent un signal de sortie dans ledit enroulement supplémentaire, et d'au- tre part une force magnétomotrice pour le commuter dans un état de rémanence magnétique dans :
lequel il est ouvert et dans lequel aucun signal de sortie n'est induit dans l'enroulement supplémentaire.
On va décrire maintenant le fonctionnement d'un tel dispositif à titre d'introduction en se référant aux fig. 1 et 1A du dessin annexé, dans lequel la fig. 1 est un schéma de montage de cet interrup teur, et la fig. <B>IA</B> est un schéma se rapportant à la caractéris tique entrée-sortie de l'interrupteur de la fig. 1.
Comme représenté sur la fig. 1, un noyau 1 d'emma gasinage magnétique en ferrite ayant une boucle d'hysté- résis essentiellement rectangulaire comporte une grande ouverture centrale 2, une petite ouverture d'entrée 3 et une petite ouverture du signal 4. Un enroulement -de fermeture 5 est enroulé autour .de la branche externe de l'ouverture 3, c'est-à-dire autour du matériau du noyau entre l'ouverture 3 et le contour externe du noyau et un enroulement d'ouverture 6 traverse la grande ouverture 2 du noyau 1.
Un enroulement 7 de porteuse de signal traverse l'ouverture 4, un enroulement de signal 8 et un enroulement de signal supplémentaire 9 étant enroulés autour de la branche externe .de l'ouverture 4. L'enroulement 9 est connecté à un détecteur de signal 10 qui comprend un condensateur de blocage 11, un redresseur demi-onde 12, une résistance 13, un conden sateur 14 et des bornes de sortie 15.
En excitant l'enroulement 6 avec une impulsion de courant Io, on put commuter le noyau 1 à un état de repos ou ouvert de rémanence magnétique dans lequel tout le flux magnétique rémanent d'un chemin de flux, indiqué d'une manière générale par PM, qui s'étend au tour de la, grande ouverture 2 est polarisé dans le sens des aiguilles d'une montre (sur la fig. 1).
En excitant l'enroulement 5 avec une impulsion similaire, on peut commuter le noyau 1 à un état de travail ou fermé de rémanence magnétique, dans lequel la moitié sensible ment du flux magnétique rémanent qui entoure l'ouver ture 2 est polarisée dans le sens des aiguilles d'une mon tre (sur la fig. 1) et l'autre moitié sensiblement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (sur la fig. 1), le flux magnétique rémanent dans le matériau du noyau dans la partie externe du chemin, qui comprend les bran ches externes des ouvertures 3 et 4,
étant polarisé dans le sens des aiguilles d'une montre et celui adjacent à l'ouverture 2 étant polarisé dans le sens contraire des aiguilles d'une montre.
L'enroulement 7 est excité par un courant porteur le à haute fréquence, le nombre des spires N de l'enroule ment 7 traversant la petite ouverture 4 étant tel que NIc est inférieur à la valeur requise pour commuter le flux magnétique rémanent dans un chemin de flux Pm qui entoure l'ouverture 4 quand le noyau est dans son état ouvert, mais excède cette valeur quand le noyau est dans son état fermé.
Un courant Is de signal d'entrée à basse fréquence appliqué à l'enroulement 8 provoque l'applications d'une force magnétomotrice au chemin Pm qui module le flux commuté par le courant porteur Ic à haute fréquence pour exciter l'enroulement 9. Après éli mination de la composante haute fréquence Ic dans le détecteur 10, une tension de sortie Vo est appliquée aux bornes de sortie 15.
En maintenant l'amplitude et la durée maximum de la force magnétomotrice combinée produite par les courants le et Is à une valeur sensible ment inférieure au point de saturation du matériau du noyau du chemin Pm en appliquant un courant de pola risation continu Idc à l'enroulement 7 comme indiqué sur la fig. 1,
on peut maintenir la quantité de flux réma nent commuté en relation linéaire avec le signal d'en trée Is. La fréquence du courant le doit être sensible ment plus grande que la fréquence la plus haute signal Is.
Grâce à la valeur de NIc, l'enroulement 9 est excité quand le noyau est à son état fermé mais n'est pas excité quand le noyau est à son état ouvert. L'état ouvert du noyau peut donc être considéré comme un état d' ar rêt du noyau, l'état fermé étant considéré comme un état de marche du noyau.
Comme représenté sur la fig. <B>IA,</B> si le courant Idc n'était pas présent, l'interrupteur opérerait autour d'un point OP,. On supposera que la forme de la tension Vo en réponse à un cycle unique du courant Is est, par exemple, celle d'une onde de signal simple. Comme la tension Vo décroît à mesure que le courant Is augmente, d'un côté du point OP,, ou décroît à mesure que le cou rant Is augmente, de l'autre côté du point OP,,
la ten sion Vo comprend deux impulsions négatives par cycle du courant Is. La sortie du détecteur 10 apparaît donc à une fréquence double de celle du signal d'entrée Is. Pour éviter cela, on maintient le courant de polarisation Idc à une valeur supérieure à zéro de sorte que le courant à haute fréquence appliqué à l'enroulement 7 est asymé trique, comme indiqué sur la fig. 1, pour maintenir le ,point de fonctionnement en OP2 (fig. 1A)
de sorte qu'une partie essentiellement linéaire de la caractéristique entrée-sortie se trouve de part et d'autre de la ligne Is = O, de sorte que la tension Vo suit le courant Is.
L'instabilité en tension de la source de courant le ou de courant Ide a un effet défavorable sur la caractéristi que entrée-sortie et par suite sur la tension Vo du signal de sortie.
Du fait que, même quand le noyau est à l'état ou vert , une certaine quantité de flux dynamique ainsi qu'une petite quantité de flux magnétique rémanent peu vent être commutées par le courant porteur le de haute fréquence, des tensions parasites sont induites dans l'en roulement 9. Comme il ressort de la fig. 1A, la courbe pour Idc > O indique que, quand Is = O, Vo a une valeur notable.
Quand l'enroulement 5 est excité le cou rant porteur à haute fréquence modifie la valeur du cou rant de sortie aux bornes 15 de façon au moins aussi importante que l'amplitude la plus grande du courant d'entrée Is à appliquer. Ce signal de sortie parasite pro duit un battement audible quand les bornes 15 sont connectées, par exemple, à un appareil téléphonique et peut être gênant aussi quand les bornes sont connectées à un circuit de transfert de données. Il n'est pas possible d'éliminer par filtrage le signal de sortie parasite car les composantes de sa fréquence se trouvent dans la bande de fréquence à utiliser.
Le dispositif de commutation à deux états stables, objet de l'invention, est caractérisé en ce que chaque extrémité de l'enroulement de signal supplémentaire est connectée à un circuit redresseur demi-onde, l'enroule ment de signal supplémentaire présentant une prise cen trale connectée à un conducteur relié auxdits circuits redresseurs de manière que chacune des alternances posi tives des tensions induites par la force magnétomotrice porteuse de haute fréquence soit appliquée audit conduc teur commun pour produire une tension résultante pro duisant ladite force magnétomotrice de polarisation.
Ainsi, dans la présente invention, le courant continu de polarisation est fourni par la tension de sortie de l'en roulement supplémentaire. Cette disposition présente l'avantage suivant: lorsque la tension de polarisation est produite par la tension de sortie, la valeur de cette pola risation est toujours proportionnée à celle de la tension porteuse-de la haute fréquence, de sorte que ladite ten sion de polarisation a toujours une valeur correcte.
Les fig. 2 à 7 du dessin annexé représentent, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution du dispositif, objet de l'invention.
La fig. 2 est un schéma de circuit d'un dispositif de commutation à deux états stables constituant la première forme d'exécution ; les fig. 2A à 2C sont des schémas montrant les carac téristiques entrée-sortie du dispositif de la fig. 2 ; la fig. 3 est un schéma de montage d'un dispositif constituant la seconde forme d'exécution ; les fig. 3A à 3C sont des graphiques illustrant des caractéristiques entrée-sortie du dispositif de la fig. 3 ;
les fig. 4 à 6 sont des montages schématiques de dis positifs à deux états stables constituant encore d'autres formes d'exécution, et la fig. 7 est un graphique illustrant les caractéristi ques suivant la forme d'exécution de la fig. 6.
Comme représenté sur la fig. 2, un noyau magnétique 16 en un même matériau que le noyau 1 de la fig. 1 pos sède un enroulement de fermeture 17 enroulé autour de la branche externe d'une petite ouverture d'entrée 18 du noyau 16, un enroulement d'ouverture 19 traversant une grande ouverture centrale 20 du noyau 16. Un enroule ment de porteuse de signal 21 traverse dans le même sens les petites ouvertures de signal 22 et 23.
Un enroulement de signal 24 est enroulé autour de la branche externe de l'ouverture 23 et un enroulement de signal supplémen taire de sortie 25 traverse les deux ouvertures 22 et 23 dans le même sens, chaque extrémité de l'enroulement 25 étant connectée à une entrée de branchement d'un circuit redresseur demi-onde dans un détecteur de signal 26. Le circuit redresseur comprend des diodes 27 et 28, aux sor ties desquelles sont connectées des résistances 29 et 30, des condensateurs 31 et 32 et les bornes de sortie 33 du détecteur de signal. L'enroulement supplémentaire 25 comporte une prise centrale connectée à un conducteur 34 qui est connecté à son tour aux résistances 29 et 30 et aux condensateurs 31 et 32.
On peut commuter le noyau 16 entre un état fermé et un état ouvert en excitant les enroulements 17 et 19 res pectivement de la manière décrite ci-dessus en référence au noyau 1 de la fig. 1. Le courant porteur le à haute fréquence appliqué à l'enroulement 21 entraîne la pro duction d'une force magnétomotrice oscillante autour de chacune des ouvertures 22 et 23 pour commuter les deux flux magnétiques rémanent et dynamique autour de cha que ouverture à chaque demi-alternance du courant por teur, dans le même sens relatif, à l'état fermé du noyau 16. A l'état ouvert du noyau 16, une quantité insignifiante de flux magnétique est commutée.
A l'état fermé du noyau 16, quand est appliqué à l'enroulement 24 un courant de signal Is modulé par exemple à haute fréquence, une tension signal de sortie est induite dans l'enroulement 25 par la force magnéto- motrice porteuse à haute fréquence sur laquelle est su perposée la force magnétomotrice engendrée par le cou rant Is. Le courant est appliqué par conséquent aux deux diodes 27 et 28 qui laissent passer les demi-alternances positives du courant induit dans l'enroulement 25,
le cou rant appliqué à la diode 27 s'écoulant par la résistance 39 dans le conducteur 34 et le courant appliqué à la diode 28 s'écoulant par la résistance 30 dans le conduc teur 34. En réponse à chaque demi-alternance positive du courant porteur le à haute fréquence, des tensions Vl et V2 apparaissent aux bornes des condensateurs respec tifs 31 et 32 en opposition,
avec une tension de sortie résultante Vo = Vl - Vj Bien que l'enroulement 21 de porteuse de signal ne soit pas excité avec le courant continu de polarisation Ide comme dans le cas de l'interrupteur décrit en réfé rence à la fig. 1, les résistances 29 et 30 ont une valeur telle que l'excitation de l'enroulement 25 engendre un courant de polarisation dans l'enroulement 34 pour pola riser automatiquement le courant induit par le courant porteur à haute fréquence,
dans l'enroulement 25 de sorte que le flux commuté pendant la demi-alternance positive du courant Ic tend à être inférieur à celui com- muté pendant la demi-alternance négative de sorte que le matériau du noyau entourant les ouvertures 22 et 23 atteint la saturation dans un sens négatif.
Par suite, pour une valeur instantanée quelconque du courant le une quantité correspondante de flux est commutée pendant la demi-alternance positive, et pendant la demi-alter- nance négative suivante précisément la même quantité de flux est commutée dans le sens opposé mais à une vitesse plus grande.
Une forme d'onde de la tension de sortie asymétrique qui est proportionnelle à la force ma- gnétomotrice de commande appliquée est fournie ainsi jpar les courants Is et le. La tension de sortie Vo a par conséquent la même forme que le courant de signal d'en trée Is.
Il est clair d'après la fig. 2A que la valeur de la ten sion Vl n'est pas affectée par la valeur du courant Is. La fig. 2B montre la valeur de la tension V2 en fonc tion du courant Is, le déplacement vers la gauche (sur la fig. 2B) de la courbe étant dû à la polarisation automa tique décrite ci-dessus.
- La fig. 2C montre les valeurs de la tension de sor tie Vo en fonction du courant Is, le point de fonctionne ment OP5 sur la courbe résultant de la combinaison des courbes des fig. 2A et 2B (avec les points de fonctionne ment OP3 et OP,4 ). Comme représenté sur la fig. 2C une partie linéaire considérable de la courbe est dispo nible pour le fonctionnement<B>.</B> sans appliquer un courant continu de polarisation à l'enroulement 21.
Comme les signaux de bruit engendrés par la source qui fournit le courant porteur à haute fréquence ont un effet égal sur le matériau du noyau entourant les ouvertures 22 et 23, les composantes de la tension de bruit que laisse passer le détecteur 26 s'annulent l'une l'autre. Comme la ten sion de sortie Vo est sensiblement nulle quand le courant de signal d'entrée Is est à la valeur zéro, il n'apparaît aucun signal parasite correspondant au battement mentionné ci-dessus quand le noyau est commuté de l'état ouvert<B> </B> à l'état fermé .
Pour améliorer le rapport fermé-ouvert de l'inter rupteur, on peut rendre la petite ouverture 23 légèrement plus grande que n'importe laquelle des ouvertures restan tes du noyau pour réduire la section transversale du ma tériau du noyau qui doit être excité par le courant por teur à haute fréquence.
La fig. 3 montre un interrupteur magnétique similaire à celui décrit en référence à la fig. 2 et dont les parties constitutives ayant la même fonction que les parties cor respondantes de la fig. 2 portent les mêmes chiffres de références, mais affectés de l'indice prime. Sur la fig. 3, toutefois, un enroulement de signal 124 traverse dans des sens opposés les deux petites ouvertures de signal qui dans ce cas doivent avoir des dimensions identiques.
La force magnétomotrice fournie par le courant d'entrée de signal Is engendre ainsi des variations de flux de sens opposé par rapport au matériau du noyau qui entoure l'ouverture 22' et au matériau du noyau entourant l'ou verture 23'.
Les fig. 3A et 3B montrent les courbes caractéristi ques entrée-sortie en fonction de Vi et V2 respective ment. Les circuits redresseurs demi-onde du détecteur de signal 26 servent à produire une courbe caractéristique comme celle représentée sur la fig. 3C, la tension V, étant inversée de sorte que le point de fonctionnement OPE de l'interrupteur est placé dans une partie longue et linéaire de la courbe.
Deux courbes caractéristiques qui sont non linéaires sont combinées ainsi de la manière utilisée dans un amplificatuer push-pull pour assurer un fonctionnement sensiblement sans distorsion.
La fig. 4 montre un interrupteur magnétique similaire à celui décrit ci-dessus en référence à la fig. 3, mais dans lequel les signaux d'entrée sont appliqués directe ment à l'enroulement supplémentaire. Sur la fig. 4, les parties qui ont la même fonction que les parties décrites relativement à la fig. 3 portent les mêmes chiffres de réfé rence mais affectés de l'indice seconde. Comme indiqué sur la fig. 4 le courant de signal d'entrée Is est appliqué à un conducteur d'entrée 35 relié à l'enroulement de signal supplémentaire 25".
Le fonctionnement du cir cuit est exactement le même que celui décrit en référence à la fig. 3 et les caractéristiques entrée-sortie sont les mêmes que celles représentées sur les fig. 3A à 3C. L'avantage que présente l'interrupteur de la fig. 4 est que le nombre d'enroulements qui doivent être passés dans les petites ouvertures de signal 22" et 23" est réduit par rapport à l'interrupteur de la fig. 3.
Ceci réalise une économie considérable dans la fabrication eu égard au fait que comme le noyau 16" a en pratique une plus grande dimension inférieure à un centimètre, le diamètre des petites ouvertures étant de l'ordre d'un millimètre, le travail requis pour câbler les petites ouvertures entre pour une partie importante dans le prix total de pro duction du noyau de l'interrupteur.
La fig. 5 montre une forme d'exécution similaire à celle de la fig. 2, avec cette différence que le câblage du noyau est simplifié de façon considérable. Sur la fig. 5 les parties qui ont une fonction similaire à celles décrites en référence à la fig. 2 portent les mêmes chiffres de réfé rence que ceux employés pour la fig. 2 mais sont multi- pliés par dix.
Un enroulement 37 de porteuse de signal à haute fréquence et de signal est connecté à l'enroulement de signal supplémentaire 250 et reçoit le courant d'entrée Ic à fréquence porteuse et le courant Is d'entrée de signal dans des sens additifs pour appliquer les forces magnéto- motrices de signal et porteuse au matériau du noyau autour des petites ouvertures de signal 220 et 230 dans le même sens de sortie que les caractéristiques entrée-sortie sont celles représentées sur les fig. 3A à 3C.
La fig. 6 montre l'interrupteur de la fig. 4, muni d'un circuit de commande du gain comprenant une batterie 38 en série, une résistance variable 39 et une inductance 40. Le courant Ib dans le circuit de commande du gain peut être réglé en ajustant la résistance 39, l'inductance 40 jouant le rôle d'un filtre passe-bas.
Le courant Ib ren force le courant porteur à haute fréquence Ic pendant ses demi-alternances d'une certaine polarité et s'oppose à ce courant pendant les demi-alternances de l'autre polarité, ce qui assure une polarisation rendant le cou rant Ic asymétrique, comme le courant Idc mentionné ci-dessus.
On a découvert qu'en réglant la résistance 39 pour ajuster la valeur du courant lb, la pente de la courbe caractéristique Vo-Is est modifiée sans distorsion pour faire varier le gain de l'interrupteur comme indiqué sur la fig. 7, sur laquelle sont représentées les caractéris tiques Vo-Is correspondant à trois réglages Ri R2 et R3 respectifs de la résistance 39. Comme représenté sur la fig. 7, dans chaque cas une partie linéaire longue de la caractéristique est disponible pour le fonctionnement.
Le circuit de commande du gain peut être utilisé avec les autres formes d'exécution décrites ici.
La forme d'exécution de la fig. 2. doit être utilisée quand le nombre de spires de l'enroulement d'entrée de courant à fréquence porteuse et celui de l'enroulement de signal diffèrent, la forme d'exécution de la fig. 4 étant préférée quand ces spires sont en nombre égal.
Les interrupteurs conformes aux formes d'exécution décrites ci-dessus peuvent être agencés de manière à for mer une matrice de commutation, les enroulements fermé et ouvert étant disposés en coordonnées rectangulaires x-y. Un détecteur de signal unique peut être prévu pour chaque rangée ou colonne de la matrice en rendant un enroulement de signal supplémentaire uni que commun à tous les noyaux d'une ligne ou d'une colonne.
Conformément à un exemple spécifique d'un inter rupteur, le noyau est en ferrite fabriqué par la Indiana Général Corporation of Keezby, New Jersey sous le numéro d'identification 5209,
les enroulements d'entrée fermé et ouvert ayant respectivement trois et cinq spires et étant en fil N038 AWG Formvar. Les sour ces d'impulsions de ces enroulements sont agencées de manière à produire des impulsions d'un ampère environ en amplitude et de cinq microsecondes en duréé. L'en roulement du courant porteur à haute fréquence com porte deux spires dans chacune des ouvertures de signal et est en fil 40 AWG Formvar relié à une source à haute fréquence de 300 kHz. L'enroulement de sortie de signal a
six spires dans chacune des ouvertures de signal et est en fil 40 AWG Formvar. Le détecteur com porte des diodes I N 100, les résistances étant de 1000 ohms et les condensateurs de 0,01 microfarad. L'inter rupteur peut être employé pour laisser passer un signal à basse fréquence pour exciter un canal basse fréquence sans bruit de commutation notable ou distorsion sur une gamme de fréquence s'élevant jusqu'à 30 kHz.
Switching device with two stable states In electrical communication systems for modulated signals, for example in low frequency communication systems, the lines are arranged so as to be interconnected and disconnected in response to momentary electrical signals. The switches used to connect and disconnect the lines in this way must obviously be self-locking, that is to say they must remain closed or open, as the case may be, after having been actuated by a momentary signal until the appearance of the following momentary signal.
In telephone exchanges, for example, several thousand of these switches are used and it is therefore desirable that each switch have small dimensions for reasons of space saving and that the switches do not include movable contacts, because that such contacts are subject to failures, such as, for example, sticking and vibration of the contacts.
In the proprietor's main patent No. 389683, there is disclosed a two-state switching device comprising a magnetic core with multiple openings of a material having a substantially rectangular hysteresis curve, this core being provided with minus a small signal and winding aperture used to apply to the material of the core surrounding the small aperture a carrier magnetomotive force, a signal magnetomotive force and a polarization magnetomotive force,
an additional winding being coupled to the material of the core surrounding the small opening, the core being further provided with a control winding intended to apply on the one hand a magnetomotive force to switch it into a state of magnetic remanence in which it is closed and in which the magnetomotive force of an input signal and the carrier magnetomotive force induce an output signal in said additional winding, and on the other hand a magnetomotive force to switch it into a state of magnetic remanence in :
in which it is open and in which no output signal is induced in the additional winding.
The operation of such a device will now be described by way of introduction with reference to FIGS. 1 and 1A of the accompanying drawing, in which FIG. 1 is a circuit diagram of this switch, and FIG. <B> IA </B> is a diagram relating to the input-output characteristic of the switch of fig. 1.
As shown in fig. 1, a ferrite magnetic storage core 1 having an essentially rectangular hysteresis loop has a large central opening 2, a small input opening 3, and a small signal opening 4. A closing coil 5 is wrapped around the outer branch of the opening 3, i.e. around the material of the core between the opening 3 and the outer contour of the core and an opening winding 6 passes through the large opening 2 of the core. core 1.
A signal carrier winding 7 passes through the opening 4, a signal winding 8 and an additional signal winding 9 being wound around the outer leg of the opening 4. The winding 9 is connected to a signal detector. 10 which comprises a blocking capacitor 11, a half-wave rectifier 12, a resistor 13, a capacitor 14 and output terminals 15.
By energizing the winding 6 with a current pulse Io, it was possible to switch the core 1 to a quiescent or open state of magnetic remanence in which all of the magnetic flux remains from a flux path, generally indicated by PM, which extends around the large aperture 2 is polarized clockwise (in fig. 1).
By energizing the winding 5 with a similar pulse, the core 1 can be switched to a working or closed state of magnetic remanence, in which substantially half of the remanent magnetic flux which surrounds the opening 2 is polarized in the direction clockwise (in fig. 1) and the other half more or less counterclockwise (in fig. 1), the magnetic flux remains in the core material in the part external path, which includes the external branches of openings 3 and 4,
being polarized in the direction of clockwise and the one adjacent to the opening 2 being polarized in the direction of anti-clockwise.
Winding 7 is excited by a carrier current Ic at high frequency, the number of turns N of winding 7 passing through the small opening 4 being such that NIc is less than the value required to switch the residual magnetic flux in a path of flux Pm which surrounds the opening 4 when the core is in its open state, but exceeds this value when the core is in its closed state.
A low frequency input signal current Is applied to the winding 8 causes the application of a magnetomotive force to the path Pm which modulates the flux switched by the high frequency carrier current Ic to excite the winding 9. After elimination of the high frequency component Ic in the detector 10, an output voltage Vo is applied to the output terminals 15.
By maintaining the maximum amplitude and duration of the combined magnetomotive force produced by the currents le and Is at a value appreciably lower than the saturation point of the path core material Pm by applying a continuous polarization current Idc to the winding 7 as shown in fig. 1,
the amount of remanently switched flux can be maintained in linear relation to the input signal Is. The frequency of the current Ie must be appreciably greater than the highest frequency signal Is.
Thanks to the value of NIc, winding 9 is energized when the core is in its closed state but is not energized when the core is in its open state. The open state of the nucleus can therefore be considered as an off state of the nucleus, the closed state being considered as an operating state of the nucleus.
As shown in fig. <B> IA, </B> if the current Idc was not present, the switch would operate around a point OP ,. Assume that the shape of the voltage Vo in response to a single cycle of the current Is is, for example, that of a single signal wave. As the voltage Vo decreases as the current Is increases, on one side of the point OP ,, or decreases as the current Is increases, on the other side of the point OP ,,
the voltage Vo comprises two negative pulses per cycle of the current Is. The output of the detector 10 therefore appears at a frequency twice that of the input signal Is. To avoid this, the polarization current Idc is maintained at a value greater than zero so that the high frequency current applied to the winding 7 is asymmetric, as shown in fig. 1, to maintain the operating point in OP2 (fig. 1A)
so that an essentially linear part of the input-output characteristic is on either side of the line Is = O, so that the voltage Vo follows the current Is.
The voltage instability of the current source Ide or current Ide has an unfavorable effect on the input-output characteristic and consequently on the voltage Vo of the output signal.
Because even when the core is in the or green state, a certain amount of dynamic flux as well as a small amount of residual magnetic flux can be switched by the high frequency carrier current, stray voltages are induced. in the bearing 9. As can be seen from FIG. 1A, the curve for Idc> O indicates that, when Is = O, Vo has a notable value.
When the winding 5 is energized, the high-frequency carrier current modifies the value of the output current at the terminals 15 in a manner at least as important as the greatest amplitude of the input current Is to be applied. This spurious output signal produces an audible beat when the terminals 15 are connected, for example, to a telephone apparatus and can be annoying also when the terminals are connected to a data transfer circuit. It is not possible to filter out the spurious output signal because the components of its frequency are in the frequency band to be used.
The two-state stable switching device, object of the invention, is characterized in that each end of the additional signal winding is connected to a half-wave rectifier circuit, the additional signal winding having a central socket. trale connected to a conductor connected to said rectifier circuits so that each of the positive halfwaves of the voltages induced by the high frequency carrier magnetomotive force is applied to said common conductor to produce a resultant voltage producing said magnetomotive force of polarization.
Thus, in the present invention, the direct bias current is provided by the output voltage of the additional rolling. This arrangement has the following advantage: when the polarization voltage is produced by the output voltage, the value of this polarization is always proportional to that of the carrier voltage of the high frequency, so that said polarization voltage always has a correct value.
Figs. 2 to 7 of the appended drawing represent, by way of example, some embodiments of the device, object of the invention.
Fig. 2 is a circuit diagram of a switching device with two stable states constituting the first embodiment; figs. 2A to 2C are diagrams showing the input-output characteristics of the device of FIG. 2; fig. 3 is a circuit diagram of a device constituting the second embodiment; figs. 3A to 3C are graphs illustrating input-output characteristics of the device of FIG. 3;
figs. 4 to 6 are schematic assemblies of positive devices with two stable states constituting still other embodiments, and FIG. 7 is a graph illustrating the characteristics according to the embodiment of FIG. 6.
As shown in fig. 2, a magnetic core 16 made of the same material as the core 1 of FIG. 1 has a closing coil 17 wound around the outer branch of a small inlet opening 18 of the core 16, an opening coil 19 passing through a large central opening 20 of the core 16. A signal carrier coil 21 crosses the small signal openings 22 and 23 in the same direction.
A signal winding 24 is wound around the outer leg of the opening 23 and an additional output signal winding 25 passes through the two openings 22 and 23 in the same direction, each end of the winding 25 being connected to one end. input for connecting a half-wave rectifier circuit in a signal detector 26. The rectifier circuit comprises diodes 27 and 28, to the outputs of which resistors 29 and 30, capacitors 31 and 32 and the output terminals are connected 33 of the signal detector. The additional winding 25 has a central tap connected to a conductor 34 which in turn is connected to resistors 29 and 30 and to capacitors 31 and 32.
The core 16 can be switched between a closed state and an open state by energizing the windings 17 and 19 respectively in the manner described above with reference to the core 1 of FIG. 1. The high frequency carrier current Ie applied to the winding 21 causes the production of an oscillating magnetomotive force around each of the openings 22 and 23 to switch the two remanent and dynamic magnetic fluxes around each opening at each half. -alternation of the carrying current, in the same relative direction, in the closed state of the core 16. In the open state of the core 16, an insignificant quantity of magnetic flux is switched.
In the closed state of the core 16, when a signal current Is modulated at high frequency, for example, is applied to the winding 24, an output signal voltage is induced in the winding 25 by the high-voltage carrier magnetomotive force. frequency on which the magnetomotive force generated by the current Is is known to be perposed. The current is therefore applied to the two diodes 27 and 28 which allow the positive half-waves of the current induced in the winding 25 to pass,
the current applied to diode 27 flowing through resistor 39 in conductor 34 and the current applied to diode 28 flowing through resistor 30 in conductor 34. In response to each positive half-wave of the current carrier le at high frequency, voltages Vl and V2 appear at the terminals of the respective capacitors 31 and 32 in opposition,
with a resulting output voltage Vo = Vl - Vj Although the signal carrier winding 21 is not energized with the direct bias current Ide as in the case of the switch described with reference to fig. 1, the resistors 29 and 30 have a value such that the excitation of the winding 25 generates a bias current in the winding 34 to automatically polarize the current induced by the carrier current at high frequency,
in winding 25 so that the flux switched during the positive half-wave of the current Ic tends to be less than that switched during the negative half-cycle so that the material of the core surrounding the openings 22 and 23 reaches the saturation in a negative sense.
Therefore, for any instantaneous value of the current a corresponding quantity of flux is switched during the positive half-cycle, and during the following negative half-cycle precisely the same quantity of flux is switched in the opposite direction but at a higher speed.
A waveform of the asymmetric output voltage which is proportional to the applied control magnetomotive force is thus provided by the currents Is and Ic. The output voltage Vo therefore has the same form as the input signal current Is.
It is clear from fig. 2A that the value of the voltage Vl is not affected by the value of the current Is. FIG. 2B shows the value of the voltage V2 as a function of the current Is, the displacement to the left (in FIG. 2B) of the curve being due to the automatic polarization described above.
- Fig. 2C shows the values of the output voltage Vo as a function of the current Is, the operating point OP5 on the curve resulting from the combination of the curves in fig. 2A and 2B (with operating points OP3 and OP, 4). As shown in fig. 2C a considerable linear portion of the curve is available for <B>. </B> operation without applying a direct bias current to winding 21.
Since the noise signals generated by the source providing the high frequency carrier current have an equal effect on the material of the core surrounding apertures 22 and 23, the components of the noise voltage passed through detector 26 cancel each other out. 'one another. As the output voltage Vo is substantially zero when the input signal current Is is at zero value, no parasitic signal corresponding to the above-mentioned beat appears when the core is switched from the open state < B> </B> in the closed state.
To improve the closed-to-open ratio of the switch, the small opening 23 can be made slightly larger than any of the remaining openings in the core to reduce the cross section of the core material which must be excited by the core. high frequency carrier current.
Fig. 3 shows a magnetic switch similar to that described with reference to FIG. 2 and whose constituent parts having the same function as the corresponding parts of FIG. 2 bear the same reference figures, but assigned the prime index. In fig. 3, however, a signal winding 124 traverses in opposite directions the two small signal openings which in this case must have identical dimensions.
The magnetomotive force supplied by the signal input current Is thus generates variations in flow in the opposite direction with respect to the material of the core which surrounds the opening 22 'and to the material of the core surrounding the opening 23'.
Figs. 3A and 3B show the characteristic input-output curves as a function of Vi and V2 respectively. The half-wave rectifier circuits of the signal detector 26 serve to produce a characteristic curve like that shown in FIG. 3C, the voltage V, being inverted so that the operating point OPE of the switch is placed in a long and linear part of the curve.
Two characteristic curves which are non-linear are thus combined in the manner used in a push-pull amplifier to provide substantially distortion-free operation.
Fig. 4 shows a magnetic switch similar to that described above with reference to FIG. 3, but in which the input signals are applied directly to the additional winding. In fig. 4, the parts which have the same function as the parts described in relation to FIG. 3 bear the same reference figures but assigned the second index. As shown in fig. 4 The input signal current Is is applied to an input conductor 35 connected to the additional signal winding 25 ".
The operation of the circuit is exactly the same as that described with reference to FIG. 3 and the input-output characteristics are the same as those shown in FIGS. 3A to 3C. The advantage of the switch of FIG. 4 is that the number of windings which must be passed through the small signal openings 22 "and 23" is reduced compared to the switch of FIG. 3.
This achieves a considerable saving in manufacture in view of the fact that since the 16 "core has in practice a larger dimension of less than one centimeter, the diameter of the small openings being on the order of one millimeter, the labor required to wire. small openings are a significant part of the total cost of producing the switch core.
Fig. 5 shows an embodiment similar to that of FIG. 2, with this difference that the wiring of the core is greatly simplified. In fig. 5 parts which have a function similar to those described with reference to FIG. 2 bear the same reference numbers as those used for FIG. 2 but are multiplied by ten.
A high frequency signal and signal carrier winding 37 is connected to the additional signal winding 250 and receives the carrier frequency input current Ic and the signal input current Is in additive directions to apply the signals. signal and carrier magnetomotive forces to the core material around the small signal openings 220 and 230 in the same direction of exit as the input-output characteristics are as shown in Figs. 3A to 3C.
Fig. 6 shows the switch of FIG. 4, provided with a gain control circuit comprising a battery 38 in series, a variable resistor 39 and an inductor 40. The current Ib in the gain control circuit can be adjusted by adjusting the resistor 39, the inductor 40. playing the role of a low pass filter.
The current Ib strengthens the carrier current at high frequency Ic during its half-waves of a certain polarity and opposes this current during the half-waves of the other polarity, which ensures a polarization making the current Ic asymmetric, like the current Idc mentioned above.
It has been discovered that by adjusting the resistor 39 to adjust the value of the current lb, the slope of the characteristic curve Vo-Is is modified without distortion to vary the gain of the switch as shown in FIG. 7, on which are represented the characteristics Vo-Is corresponding to three respective settings Ri R2 and R3 of the resistor 39. As shown in FIG. 7, in each case a long linear part of the characteristic is available for operation.
The gain control circuit can be used with the other embodiments described herein.
The embodiment of FIG. 2. must be used when the number of turns of the carrier frequency current input winding and that of the signal winding are different, the embodiment of fig. 4 being preferred when these turns are of equal number.
The switches according to the embodiments described above can be arranged so as to form a switching matrix, the closed and open windings being arranged in rectangular x-y coordinates. A single signal detector can be provided for each row or column of the array by making an additional united signal coil common to all cores in a row or column.
According to a specific example of a switch, the core is a ferrite manufactured by the Indiana General Corporation of Keezby, New Jersey under the identification number 5209,
the closed and open input windings having three and five turns respectively and being of N038 AWG Formvar wire. The pulse sources of these windings are arranged to produce pulses of about one ampere in amplitude and five microseconds in duration. The high frequency carrier current bearing has two turns in each of the signal openings and is 40 AWG Formvar wire connected to a 300 kHz high frequency source. The signal output winding has
six turns in each of the signal openings and is 40 AWG Formvar wire. The detector comprises I N 100 diodes, the resistors being 1000 ohms and the capacitors 0.01 microfarad. The switch can be used to pass a low frequency signal to excite a low frequency channel without noticeable switching noise or distortion over a frequency range up to 30 kHz.