DE1009237B - Einrichtung mit einem geschlossenen Kreis aus ferromagnetischem Material mit hoher Remanenz und annaehernd parallelogrammfoermiger Hystereseschleife - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung mit einem geschlossenen Kreis aus ferromagnetischem Material mit hoher Remanenz und annähernd parallelogrammförmiger Hystereseschleife und mit mindestens je einer mit dem Kreis gekoppelten Eingangsund Ausgangswicklung.

Bekanntlich werden solche Einrichtungen unter anderem zur Aufzeichnung kodierter Informationen verwendet, wobei die Information durch den Remanenzzustand des ferromagnetischen Materials bestimmt wird. Mittels Stromimpulse, die durch mindestens eine mit dem ferromagnetischen Kreis gekoppelte Eingangswicklung hindurchgeführt werden, kann ein bestimmter, dem Wert »0« oder »1« der kodierten Information entsprechender Remanenzzustand eingestellt werden; »0« wird z.B. durch positive Remanenz, »1« durch negative Remanenz gekennzeichnet. Indem die Spannung gemessen wird, die über einer mit dem Kern gekoppelten Ausgangswicklung unter der Wirkung eines nächstfolgenden Stromimpulses durch die erwähnte Eingangswicklung entsteht, kann der Remanenzzustand bestimmt oder, mit anderen Worten, die im Kern enthaltene Information wieder abgelesen werden. Die Unterscheidung zwischen den zwei Zuständen ist jedoch um so schwieriger durchführbar, je weniger flach die Hystereseschleife des verwendeten Kerns in der Nähe der Remanenz ist.

Es ist auch bekannt, eine solche Einrichtung für Schaltzwecke zu verwenden. Ein Wechselstrom durch die Eingangswicklung erzeugt eine Wechselspannung über der Ausgangswicklung. Wird außerdem einer zweiten Eingangswicklung ein Gleichstrom zugeführt, der den Kern in den Sättigungszustand bringt, so ist die Ausgangswechselspannung wesentlich geringer als ohne Gleichstrom-Vormagnetisierung; im Idealfall wäre diese Spannung bei Vormagnetisierung Null. In dem Maße wie die Hystereseschleife bei Sättigung weniger flach verläuft, ist der Unterschied zwischen beiden Ausgangsspannungen aber geringer. Da sich jedoch im Sättigungszustand der Magnetkreis mit seinen Wicklungen wie eine Luftspule verhalten wird, ist die dann auftretende Spannung, sogar bei den günstigsten Materialien, nicht Null.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es bedeutend einfacher ist, ferromagnetisches Material mit einer parallelogrammförmigen Hystereseschleife herzustellen als ferromagnetisches Material mit einer Hystereseschleife, die z. B. in der Nähe der Sättigung oder im Sättigungsgebiet einen flachen Verlauf hat. Die Erfindung weist das Merkmal auf, daß mindestens eine Ausgangswicklung des Magnetkreises mit hoher Remanenz und parallelogrammförmiger Hystereseschleife mit mindestens einem anderen ferromagnetischen Kreis mit verhältnismäßig geringer Remanenz

Einrichtung mit einem geschlossenen Kreis aus ferromagnetischem Material

mit hoher Remanenz und annähernd

parallelogrammförmiger Hystereseschleife

Anmelder:

N. V, Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 8. August 1953

Hendrik van der Heide, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

gekoppelt ist und beide Magnetkreise gleichzeitig durch je eine oder eine gemeinsame Strom- bzw. Spanuungsquelle erregt werden, derart, daß eine von der annähernd parallelogrammförmigen Hystereseschleife abweichende effektive Hystereseschleife von für die ausgangsseitige Unterscheidbarkeit diskreter Magnetisierungszustände geeigneter und insoweit beliebiger Form erzielt wird. Hierbei wird also, falls die Hystereseschleife des verwendeten ferromagnetisehen Kreises nicht hinreichend flach verläuft, um bestimmte gewünschte Wirkungen in den Ausgangswicklungen in Abhängigkeit von dem magnetischen Zustand des ferromagnetischen Kreises in genügendem Maße zu erzielen, gleichsam die effektive Hystereseschleife der Einrichtung zur Erreichung dieser gewünschten Wirkungen geeigneter gemacht.

Es ist bereits eine Anordnung zur Verstärkung schwacher Gleichströme bekannt, welche aus zwei Magnetkreisen mit gleichem Kernmaterial und dementsprechend auch gleichen Hystereseschleifen besteht; hierbei werden beide Magnetkreise auf verschiedene Weise erregt, so daß sie einen unterschiedlichen FeId-^ verlauf aufweisen und somit eine Hystereseschleife mit völlig abnormer, unsymmetrischer Form entsteht.

Eine Anordnung mit einer solchen Hystereseschleife ist aber für Speicher- und Schaltzwecke ungeeignet.

Ferner ist eine Speichermatrix mit ferromagnetischen Kernen bekannt, bei der eine gemeinsame Ausgangswicklung so mit den verschiedenen Magnet-

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kernen gekoppelt ist, daß unerwünschte Spannungen, welche durch die nicht exakte Rechteckform der Hystereseschleife der Kerne bedingt sind, ausgeglichen werden. Alle Magnetkerne haben hierbei jedoch gleiche Hystereseschleifen, deren effektive Form nicht ver-r änderbar ist. Die Leitungsführung bei dieser bekannten Speichermatrix ist aber sehr verwickelt, so daß ein Auswechseln einzelner, schadhafter Magnetkerne umständli'ch-und langwierig ist. Demgegenüber kann eine Einrichtung nach der Erfindung auch bei einer einfachen, an sich bekannten Speichermatrix Verwendung finden.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine bekannte Einrichtung,

Fig. 2 die Hystereseschleife, die bei einer solchen Einrichtung auftritt,

Fig. 3 eine Einrichtung nach der Erfindung und Fig. 4 Polarisationskennlinien, die bei einer solchen Einrichtung auftreten; ^: Fig. 5 und 6 stellen ebenfalls Einrichtungen nach der Erfindung dar;

Fig. 7 zeigt eine bekannte Einrichtung, die für Schaltzwecke verwendbar ist,

Fig. 8 eine Hystereseschleife, die bei einer solchen Einrichtung auftritt,

Fig. 9 die Hystereseschleife einer Einrichtung nach Fig. 7 nach Durchführung der Erfindung,

Fig. 10 eine Einrichtung nach der Erfindung, die für Schaltzwecke verwendbar ist.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Einrichtung zur Aufzeichnung kodierter Informationen. Bezugsziffer 1 bezeichnet dabei den ferromagnetischen Kreis mit der hohen Remanenz und der parallelogrammförmigen Hystereseschleife, 2 bezeichnet eine Eingangswicklung mit den Klemmen A und B und 3 eine Ausgangswicklung mit den Klemmen C und D. Sowohl die Wicklung 2 als auch die Wicklung 3 können gewünschtenfalls aus mindestens einem nur durch die Öffnung des Kreises 1 hindurchgeführten Leiter bestehen.

Fig. 2 zeigt die Hystereseschleife des Kerns 1, wobei der Fluß Φ als Funktion des durch die Wicklung 2 hindurchgeführten Stromes i aufgetragen ist. Bei i = 0 sind zwei Remanenzzustände vorhanden, d. h. der Polarisationszustand Φ₁ und der Polarisationszustand Φ₂. Der Zustand Φ_χ entspricht z. B. einer »0« der kodierten Information, Φ.₂ einer »1«. Es wird angenommen, daß der Kreis sich im Zustand Φ_± befindet; dann wird ein positiver Stromimpuls mit einem Wert i_v der den Klemmen A und B zugeführt wird, Fluß-Veränderungen Φ₃-Φ_± (Hinlauf) und Φ₁-Φ₃ (Rücklauf) im Kern erzeugen, die über die Klemmen C und D der Wicklung 3 Spannungen hervorrufen. Befindet sich der Kreis im Zustand Φ.₂, so wird ein positiver Stromimpuls, der den Klemmend und B zugeführt wird, bei steigender Flanke dieses Stromimpulses, eine Flußänderung Φ₃-Φ% (Hinlauf) und bei abfallender Flanke eine Flußänderung Φ_χ—Φ₃ (Rücklauf) hervorrufen, die auch über die Klemmen C und D der Wicklung 3 Spannungen hervorrufen, von denen die erste Spannungsspitze bei der steigenden Flanke des Stromimpulses wesentlich höher ist als die erste Spannungsspitze, die auftritt, wenn der Kreis sich im Zustand Φ_χ befindet. Es wird dabei bemerkt, daß bei dem angegebenen Impulswert, d. h. I₁, der Kreis stets nach der Zufuhr eines Stromimpulses an die Klemmen A und B in den Zustand Φ_± gelangt, der also einer »0« der kodierten Information entspricht. Ein Speicherelement»!« wird auf gezeichnet, d.h., der Kreis gelangt in den Zustand Φ₂, indem den Klemmen A und B ein negativer Stromimpuls zugeführt wird, dessen absoluter Wert mindestens gleich X₁ ist.

Dem Unterschied zwischen einer »0« und einer »1« liegt also der Unterschied zwischen den Spannungsspitzen über der Wicklung 3 zugrunde, welcher Unterschied auf den Unterschied zwischen den Flußänderungen Φ₃-Φ_χ und Φ₃-Φ₂ zurückzuführen ist. Dieser Spannungsunterschied erweist sich in der Praxis im allgemeinen als verhältnismäßig gering, was auf einen zuwenig flachen Verlauf der Hystereseschleife in der Nähe der Remanenz zurückzuführen ist.

Fig. 3 zeigt eine Einrichtung nach der Erfindung. Bezugsziffer 1 bezeichnet wieder einen Magnetkreis mit einer Hystereseschleife, wie diese in Fig. 2 dargestellt ist, 2 und 3 bezeichnen die entsprechenden Eingangs- und Ausgangswicklungen; 4 bezeichnet einen Magnetkreis, dessen Remanenz gering ist im Vergleich zu der Remanenz des Kreises 1. Die entsprechenden Eingangs- und Ausgangswicklungen sind derart angeordnet, daß der Wickelsinn von Eingangsund Ausgangswicklungen einander gegenüber bei den zwei Kreisen verschieden ist. Befindet sich der Magnetkreis 1 im Zustand Φ_ν so wird ein positiver Impuls, der den Klemmen yi und B zugeführt wird, im Kreis 1 bei der steigenden Flanke eine Fluß änderung Φ_ζ-Φ_χ und somit eine Spannungsspitze

■n

Φ,-Φι

At

wobei η die Windungszahl der Ausgangswicklung 3 und A t die Zeitdauer der steigenden Flanke bezeichnet, und bei der abfallenden Flanke eine Flußänderung Φχ-Φ_Ά und somit eine Spannungsspitze

n-

At'

hervorrufen, wobei Δ t' die Zeitdauer der abfallenden Flanke bezeichnet. Derselbe Impuls wird jedoch über der Wicklung 6 des zweiten Kreises auch Flußänderungen erzeugen und somit auch Spannungen, die durch die Wahl des Wickelsinnes gerade entgegengesetztes Vorzeichen haben. Die über der Wicklung 6 auftretenden Spannungsspitzen sind dabei

ΑΦ , ΔΦ

und — m -

At

Af

wobei m die Windungszahl der Wicklung 6 bezeichnet. Werden die Kennlinie von 4 und die Windungszahl m derart gewählt, daß η ((P₃-^₁) gleich m Δ Φ ist, so entsteht an den Klemmen C und D keine Spannung unter der Wirkung des den Klemmen A und B zugeführten positiven Stromimpulses.

Befindet sich der Kreis 1 im Zustand Φ₂, so unterliegen die Spannungsspitzen über der Wicklung 3 der Wirkung eines den Klemmen A und B zugeführten positiven Spannungsimpulses

At

Die über der Wicklung 6 auftretenden Spannungen sind jedoch wieder

ΔΦ , ΔΦ

m —TT- und — m -

At

At'

d. h., es tritt nun eine Ausgangsspannung an den Klemmen C und D auf, da die ersten jedes Paares von

Spannungsspitzen einander nicht ausgleichen. Das Feststellen, ob der Kreis 1 sich im Zustand Φ_χ oder Φ₂ befindet, läuft nun auf die Feststellung hinaus, ob an den Klemmen C und D ein Spannungsimpuls auftritt oder nicht, was im Gegensatz zu der Feststellung bei 5 der Einrichtung nach Fig. 1 ist, wobei die Größe der an den Klemmen C und D auftretenden Impulse gemessen werden muß. Bei der Aufzeichnung der Information bereitet der zweite Kreis keine Schwierigkeiten, gerade da er eine geringe Remanenz aufweist. Naturgemäß können die Kreise 1 und 4 durch gesonderte Stromquellen betrieben werden. Die Impulse müssen jedoch gleichzeitig über den Wicklungen 2 und 5 auftreten.

Genau gesagt, muß natürlich

αφ ΑΦ

- anstatt

dt

At

berücksichtigt werden. Vorstehend ist bei der Berechnung angenommen, daß die Teile der Hystereseschleife Φ_χ-Ε und Φ._ζ-Ε als gerade betrachtet werden dürfen, was besonders in bezug auf den letzteren Teil in der Praxis naturgemäß nicht der Fall ist.

Die Fig. 4 a und 4 b zeigen die Φ-i-Kennlinien der Kreise 1 und 4, und die Fig. 4c zeigt die durch Abzug gefundene effektive Hystereseschleife der Einrichtung nach Fig. 3. Durch passende Wahl der Kennlinie des Magnetkreises 4 kann diese effektive Hystereseschleife so flach gemacht werden, wie erwünscht ist. Andererseits kann man z.B. durch andere Wahl der Windungszahl der Wicklung 3 oder 6 auch eine effektive Hystereseschleife erzielen, die beispielsweise in Fig. 4d angegeben ist.

Es wird weiter einleuchten, daß man zum Erzielen der gewünschten effektiven Hystereseschleife nicht auf die Verwendung eines einzigen Kreises 4 beschränkt ist. Gewünschtenfalls kann man dazu zwei oder mehr Kreise anwenden, die eine geringe Remanenz aufweisen.

Ein solcher Kreis 4 kann außerdem dazu dienen, mehr als einen Kreis 1 zu korrigieren. Beispielsweise zeigt Fig. 5 einen Kreis 4 zur Korrektion dreier Kreise 1. Die Wirkungsweise wird ohne weiteres klar, wenn den Kreisen 1 Stromimpulse nicht gleichzeitig zugeführt werden. Ist dies aber doch der Fall, so sind die drei Kreise als ein einziger Kreis aufzufassen, und die Kennlinie von 4 muß an die Kennlinie des Ersatzkreises angepaßt werden.

Fig. 6 zeigt ein anderes Beispiel des Falles, in dem mehr als ein Kreis mit hoher Remanenz und parallelogrammförmiger Hystereseschleife durch nur einen Kreis mit verhältnismäßig geringer Remanenz korrigiert wird. Die Figur zeigt eine sogenannte Speicher matrize, bei der die Kerne mit hoher Remanenz und annähernd pai-allelogrammförmiger Hystereseschleife in Reihen und Spalten angeordnet sind. Ausgehend von dem Fall, in dem alle Kerne 1 bis 9 sich im Zustand Φ₁ befinden, erfolgt die Aufzeichnung einer »1«, die durch den Zustand Φ₂ gekennzeichnet ist, in einem bestimmten Kern, in dem den mit diesem Kern gekoppelten Stromleitern je ein Stromimpuls mit dem Wert Vs I₁ (s. Fig. 2) zugeführt wird. Es wird z. B. in 8 eine »1« aufgezeichnet, indem durch die Stromleiter e, c ein Impuls geführt wird. Die Kerne 2, 5, 7 und 9 werden dabei durch einen Stromimpuls VsI₁ erregt. Dieser Impuls ist jedoch gerade zu klein (bei richtiger Wahl der Hystereseschleife), um einen Übergang von Φ₁ in Φ₂ zu bewerkstelligen. Das Ablesen erfolgt auf ähnliche Weise. Falls sich der Kern im Zustand Φ₁ befindet, treten dabei nicht nur die unerwünschten Impulse über der Wiedergabewicklung 13 unter der Wirkung des dem betreffenden Kern zugeführten Stromimpulses i_v sondern auch unter der Wirkung anderen Kernen zugeführter Impulse Vs i, auf. Zum Ausgleichen dieser unerwünschten Impulse wird über der Wicklung 12 des Kerns mit verhältnismäßig geringer Remanenz 10 unter der Wirkung des durch die Eingangswicklung 11 fließenden Stromes eine entgegengesetzt gerichtete Spannung erzeugt, die gleich der Summe aller unerwünschten Spannungen ist. Befindet sich der betreffende Kern jedoch im Zustand Φ₂, so steht an der Klemme H der Wicklung 13 natürlich wohl eine Spannung, da die dabei auftretenden Fluß änderungen nicht durch die im Kern 10 auftretenden Flußänderungen ausgeglichen werden. Nach der Figur ist die Wicklung 11 mit allen Eingangswicklungen α bis / verbunden. Es genügt naturgemäß eine Verbindung mit den Wicklungen a, b und c oder d, e und /.

Fig. 7 zeigt eine Einrichtung, die für Schaltzwecke verwendet werden kann. G bezeichnet dabei eine Wechselstromquelle, 1 einen Kern mit hoher Remanenz und parallelogrammförmiger Hystereseschleife, 2 eine Eingangswicklung, 3 eine Ausgangswicklung, 4 eine Überwachungswicklung, GB eine Gleichstromquelle und 6¹ einen Schalter.

Fig. 8 zeigt die bei solchen Einrichtungen angewandte Kennlinie. Bei offenem Schalter 5 wirkt die Einrichtung wie ein Transformator, und infolge der Steilheit der Kennlinie kann die Spannung an den Klemmend und B wesentlich hoch sein. Ist jedoch der Schalter geschlossen, so wird der Kern in die Sättigung durch den durch GB gelieferten Einstellstrom I₀ geführt, und die dann auftretenden Flußänderungen infolge des von G gelieferten Wechselstromes sind nur gering. Es ist jedoch der Fall vorzuziehen, in dem bei geschlossenem Schalter diese Flußänderungen Null sind. Indem ein Korrektionskreis gemäß der Erfindung angewandt wird,, kann die effektive Hystereseschleife die in Fig. 9 angegebene Form annehmen, wobei bei geschlossenem Schalter die Flußänderungen und somit die Spannung an den Klemmend und B praktisch auf Null herabgemindert werden können.

Fig. 10 zeigt eine solche Einrichtung. Die entsprechenden Teile sind entsprechend in Fig. 7 bezeichnet. Bezugsziffer 5 bezeichnet weiter den Magnetkreis mit verhältnismäßig geringer Remanenz, 6 die Eingangswicklung und 7 die Ausgangswicklung von 5.

Auch in diesem Fall kann man gewünschtenfalls für die Korrektur der Kennlinie des Magnetkreises 1 wieder mehr als einen Kreis ohne Remanenz anwenden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung mit einem geschlossenen Kreis aus ferromagnetischem Material mit hoher Remanenz und einer annähernd parallelogrammförmigen Hystereseschleife und mit mindestens je einer mit dem Kreis gekoppelten Eingangs- und Ausgangswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Ausgangswicklung des Magnetkreises mit hoher Remanenz und parallelogrammförmiger Hystereseschleife mit mindestens einem anderen ferromagnetischen Kreis mit verhältnismäßig geringer Remanenz gekoppelt ist und beide Magnetkreise gleichzeitig durch je eine oder eine gemeinsame Strom- bzw. Spannungsquelle erregt werden, derart, daß eine von der annähernd parallelogramm-

förmigen Hystereseschleife abweichende effektive Hystereseschleife von für die ausgangsseitige Unterscheidbarkeit diskreter Magnetisierungszustände geeigneter und insoweit beliebiger Form erzielt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Hystereseschleife im Sättigungsgebiet oder in der Nähe der Remanenz des Kreises mit hoher Remanenz einen flachen Verlauf aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Magnetkreisen mit verhältnismäßig geringer Remanenz mehr als ein Magnetkreis aus ferromagnetischem Material mit hoher Remanenz und einer annähernd parallelogrammförmigen Hystereseschleife verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3 zur Anwendung bei einer Speichermatrix mit in Reihen und Spalten angebrachten Magnetkreisen mit hoher Remanenz und annähernd parallelogrammförmiger Hystereseschleife und gleichzeitiger Steuerung der für eine Reihe oder eine Spalte gemeinsamen Eingangswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die für alle Kreise gemeinsame Ausgangswicklung und die Eingangswicklungen aller Reihen und/oder aller Spalten mit dem Kreis mit verhältnismäßig geringer Remanenz gekoppelt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung A 12405 VIII a/21 a²; RCA Review, Juni 1952, S. 183 bis 201.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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