DE1030071B

DE1030071B - Stellenverschieberegister bzw. Ringzaehler

Info

Publication number: DE1030071B
Application number: DER18801A
Authority: DE
Inventors: Jan Aleksander Rajchman
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1955-04-28
Filing date: 1956-04-28
Publication date: 1958-05-14
Also published as: BE547373A; NL109280C; GB817764A; CH345034A; FR1150860A; NL206689A; US2785390A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen, bei welchen von den Hystereseeigenschaften magnetischer und ferroelektrischer Materialien Gebrauch gemacht wird.

Es sind Speichereinrichtungen, Verschieberegister und sogenannte logische Schaltungen bekannt, bei denen magnetische Kerne benutzt werden. Alle derartigen Einrichtungen bzw. Schaltungen enthalten Gleichrichter, beispielsweise Dioden, zum Zwecke, unerwünschte Rückwirkungen zwischen den einzelnen Bestandteilen der ganzen Schaltung zu verhindern. Derartige Dioden sind jedoch kostspieliger und weniger zuverlässig als magnetische oder ferroelektrische Schaltelemente. Der hohe innere Widerstand einer Diode erfordert außerdem eine hohe Windungszahl der an die Diode angeschlossenen Wicklung, was ebenfalls kostspielig ist und was ferner die maximale Arbeitsgeschwindigkeit begrenzt. Ein ferroelektrisches Schaltelement kann demgegenüber in seinem Widerstand einer Wicklung mit nur einer einzigen Windung angepaßt werden und kann mit hoher Frequenz arbeiten.

Ein Zweck der Erfindung ist, magnetische und ferroelektrische Schaltelemente, die beide Hystereseeigenschaften besitzen, zusammenarbeiten zu lassen.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung enthält wenigstens einen magnetischen Kern und wenigstens eine ferroelektrische Zelle, wobei beide eine annähernd rechteckförmige Hysteresisschleife besitzen. Der Kern wird mit der Zelle mittels einer Übertragungswicklung gekoppelt. Es bestehen zwei Magnetisierungsrichtungen für den Kern und zwei Polarisationsrichtungen für die Zelle, die jeweils beide getrennt ausgenutzt werden können.

Wenn eine Mehrzahl von magnetischen Kernen und von ferroelektrischen Zellen in Kaskade geschaltet werden, so werden verbesserte logische Schaltungen geschaffen, die als Speicherschaltungen und als ■Verschiebeschaltungen dienen können. Diese Schaltungen können an einzelne Kerne und/oder Zellen angeschlossene Belastungen enthalten. Eine Information oder ein Signal kann von einem Kern an eine Zelle weitergegeben werden, oder umgekehrt, indem man geeignete Verschiebeimpulse zuführt, welche die Magnetisierungsrichtung eines Kerns oder die Polarisationsrichtung einer Zelle umkehren. Die Ausgangsspannung, welche in einer Übertragungswicklung durch Änderung der Richtung des magnetischen Flusses in einem Kerne hervorgerufen wird, dient dann dazu, die Polarisationsrichtung der Zelle umzukehren. Der Ausgangsstrom, welcher in einer Übertragungswicklung durch eine Änderung der Polarisationsrichtung induziert wird, ändert seinerseits die Magnetisierungsrichtung eines Kerns. Als ein Beispiel für die Abmessungen der erwähnten Schaltelemente sei angegeben, daß die Kerne einen äußeren Durchmesser von V₁₆ZoU (1,588 mm) bis V₈ZoIl (3,175 mm) besitzen

Stellenverschieberegister bzw. Ringzähler

Anmelder: Radio Corporation of America,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt, München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 28. April 1955

Jan Aleksander Rajchman, Princeton, N. J. (V, St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

können und eine Dicke von 0,025 Zoll (0,635 mm). Die Zelle kann eine Querschnittsseite von 0,020 Zoll(0,508mm) besitzen und eine Dicke von 0,004ZoIl (0,102 mm).

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verschieberegisters,

Fig. 2 a eine Darstellung einer idealisierten Hysteresisschleife für ein magnetisches Material, Fig. 2 b eine Darstellung einer idealisierten Hysteresisschleife für ein ferroelektrisches Material,

Fig. 3 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Ringzählers,

Fig. 4 ein Schaltbild eines Verschieberegisters mit Belastungseinrichtungen, wobei je eine Belastungseinrichtung in Reihe mit jeder ferroelektrischen Zelle liegt und

Fig. 5 ein Schaltbild einer Einrichtung zur Verschiebung von binären Zahlen.

In Fig. 1 ist ein Verschieberegister, das im ganzen mit 10 bezeichnet ist und das fünf Stufen IM bis 5M enthält, dargestellt. In jeder Stufe ist ein magnetischer Kern 12 vorhanden. Jeder der Kerne 12 ist aus einem Material mit annähernd rechteckförmiger Hysteresiskurve gefertigt. Eine derartige rechteckige Kurve besitzen beispielsweise Mangan-Magnesium-Ferrite. Eine derartige Hysteresiskurve ist in Fig. 2 a mit einiger Idealisierung veranschaulicht. Jeder magnetische Kern besitzt zwei remanente Magnetisierungszustände, in denen die magnetische Induktion B etwa gleich groß ist und verschiedene Vorzeichen aufweist. Bei einem Ringkern liegen diese Magnetisierungsrichtungen in der Umfangsrichtung. Die eine Magnetisierungsrichtung soll willkürlich als die P-Richtung bezeichnet werden und die andere als die iV-Richtung. Wenn ein magnetischer

fm 510/229

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Kern in derselben Richtung, in der er bereits gesättigt Ein negativer Strom verursacht somit eine Flußände^ ist, noch stärker magnetisiert wird, so findet in ihm rung von umgekehrtem Vorzeichen wie ein positiver keine nennenswerte Flußänderung mehr statt. Eine Strom. Wenn sich umgekehrt in einem Kern der Sättipositive magnetomotorische Kraft (MMK), die größer gungsfluß umkehrt, wird in der mit dem Kern verist als die Koerzitivkraft -\-H_c in Fig. 2 a,- muß dann 5 ketteten Wicklung eine Spannung induziert. Die Pola»- aufgewendet werden, wenn der-Kern aus der iV-Richtung rität dieser Spannung kehrt sich um, wenn der Sättiin die P-Richtung ummagnetisiert oder umgesteuert gungsöuß in der umgekehrten Richtung geändert wird, werden soll. Ebenso muß eine größere MMK als —H₀ Es sei nunmehr die Wirkungsweise des Verschiebe-

zur Umsteuerung des Kerns aus der P- in die IV-Rich- registers 10 betrachtet, wenn jeder der Kerne 12 in der··= tung aufgewendet werden. i° IV-Richtung magnetisiert und jede der Zellen 26 in äear

In Fig. 1 ist jeder Kern 12 mit einer Eingangswick- IV'-Richtung polarisiert ist. Ein positiver Stromimpuls32, lung 14, einer Ausgangswicklung 16, einer Fortschalt- welcher der Fortschaltleitung 22 zugeführt wird, iuid wicklung oder Verschiebewicklung 18, mit einer Last- zwar seitens der Impulsquelle 24 erzeugt eine MMK üi,., wicklung 20 ausgerüstet. Eine Fortschaltleitung oder jedem Kern 12, der diesen Kern in der IV-Richtung Verschiebeleitung 22 verbindet alle Fortschaltwicldungen 15 sättigt bzw. ihn, wenn er vorher in der P-Richtung 18 in Serienschaltung miteinander, indem die mit einem gesättigt war, in die IV-Richtung umsteuert. Da gemäß Punkt markierte Wicklungsldemme mit der unmar- der oben gemachten Voraussetzung jeder Kern bereits kierten Klemme der nächsten Fortschaltwicklung ver- in der IV-Richtung gesättigt sein soll, findet somit keine bunden ist. Die eine Klemme der Verschiebeleitung oder Flußänderung in den Kernen statt, und in den Afisr Fortschaltleitung 22 ist an eine erste Impulsquelle 24 20 gangswicklungen 16 wird keine Spannung induziert. Ein angeschlossen, und das andere Ende der Fortschalt- negativer Spannungsimpuls 34, welcher der Fortschaltleitung ist geerdet. schiene 28 seitens der zweiten Impulsquelle 29 zugeführt Die durch einen Punkt markierte Klemme der Aus- wird, erzeugt in jeder Zelle 26 ein elektrisches Feld, gangswicklung 16 jedes Kernes ist an eine Elektrode26α welches die Zelle stärker in der TV-Richtung sättigt bzw. einer ferroelektrischen Zelle 26 angeschlossen. Die je- 25 sie in die IV'-Richtung bringen würde, wenn sie vorher weils anderen Elektroden 26 b aller Zellen sind mitein- in der P'-Richtung gesättigt sein sollte. Da aber vorander verbunden und an eine zweite Impulsquelle 29 aussetzungsgemäß jede Zelle bereits in der IV'-Richtung über eine Fortschaltleitung 28 angeschlossen, die im gesättigt sein soll, fließt also kein Strom in die befolgenden zum Unterschied von der Fortschaltleitung 22 treffende Elektrode 26 a hinein, und die Magnetisierung als »Fortschaltschiene«· oder kurz als »Schiene« be- 30 der zugehörigen Kerne 12 bleibt unbeeinflußt. _s zeichnet werden soll. Die unmarkierte Klemme der Aus- Es sei nun angenommen, daß die Eingangsimpndssgangswicklungen aller Kerne 12 ist mit der unmar- quelle 30 erregt werden und somit einen positiven kierten Klemme der Eingangswicldung 14 des nächst- Impuls 36 an die Eingangswicklung 14 des Kernes 12 folgenden Kerns verbunden. Die durch einen Punkt der Stufe IM liefern möge. Diese Wicklung ist so orienmarkierte Klemme jeder Eingangswicklung 14 ist, mit 35 tiert, d. h. besitzt einen solchen Wicklungssinn, daß der Ausnahme derjenigen der ersten Stufe, geerdet. Die erste Kern 12 durch diesen Impuls 36 von der IV-Rich-Eingangswicklung 14 des Kerns 12 der ersten Stufe ist tung in die P-Richtung umgesteuert wird. Die Magnetian eine Eingangsimpulsklemme 30 angeschlossen. An sierang in der P-Richtung kann beispielsweise die binäre die Lastwicklungen 20 aller Kerne ist ferner noch je Ziffer 1 (L) darstellen. Die erwähnte Flußänderung in eine Belastung 21 angeschlossen. 40 dem ersten Kern 12 erzeugt eine Spannung in der Aus-

Die Fig. 2 b zeigt eine Hysteresiskurve 27 mit einiger . gangswicklung 16, welche die erste Zelle 26 in der ; Idealisierung, d.h. die Abhängigkeit der Ladung von IV'-Richtung sättigt. Diese Zelle26 sperrt daher den in der zugeführten Spannung für ein ferroelektrisches der Richtung I₀ fließenden Strom, und es wird also Material. Eine derartige Hysteresiskurve tritt beispiels- weder der zweite Kern 12 in seiner Magnetisierung weise bei Bariumtitanat auf. Jede Zelle 26 besitzt zwei 45 geändert noch ändert sich die Polarisation der ersten remanente Zustände der elektrischen Ladung Q oder Zelle 26, wenn eine binäre 1 in dem ersten Kern 12 der Polarisation, die einen Sättigungszustand darsteEen. notiert wird. Der Strom in der Fortschaltleitung 22, der Der eine remanente Zustand entspricht einer Spannung V von einer Flußänderung von N nach P in einem Kerne in einer bestimmten Richtung, in welcher ein Strom in einer der Stufen IM bis 5M hervorgerufen wird, besitzt dieser Richtung fließt. Dieser Strom verläßt die eine 50 eine solche Richtung, daß die anderen Kerne in der Zellenelektrode. Der andere remanente Zustand wird IV-Richtung magnetisiert werden. Der betrachtete Einvon einer Spannung umgekehrter Richtung hervor- gangsimpuls 36 beeinflußt somit nur den Kern 12 der gerufen und entspricht einem Strom, welcher an der ersten Stufe IM.

erwähnten Elektrode in die Zelle eintritt. In Fig. 1 ist Wie oben bemerkt, magnetisiert ein positiver Impuls32

die erwähnte Elektrode beispielsweise die Elektrode2ÖÄ. 55 der ersten Impulsquelle 24 jeden Kern stets in der Die eine Polarisationsrichtung wird willkürlich als die IV-Richtung. Wenn somit die erste Impulsquelle 24 P'-Richtung und die andere als die iV'-Richtung be- erregt wird, steuert der Impuls 32 den ersten Kern 12 zeichnet. Wenn eine Zelle noch stärker in derjenigen aus der P-Richtung wieder in die IV-Richtung um. Die Richtung gesteuert wird, in welcher sie bereits vorher Flußänderung im ersten Kern 12 ruft eine Spannung in gesättigt war, so wird praktisch keine Ladungsänderung 60 seiner Ausgangswicklung 16 hervor, welcher die erste mehr erzeugt. Um die Polarisation aus der Richtung IV' Zelle 26 in der P'-Richtung sättigt. Es fließt nunmehr in die Richtung P' umzukehren, ist eine Koerzitiv- ein Strom I_m im Übertragungszweig, d. h. in der ersten spannung-f F_c erforderlich und für eine Umkehr in Zelle 26, der Ausgangswicklung 16 der ersten Stufe IM der umgekehrten Richtung eine Koerzitivspannung—F_c. und der Eingangswicldung 14 der zweiten Stufe 2M; Für die Kerne der Stufen IM bis 5M in Fig. 1 gilt, 6g Dieser Strom I_m hat in der Eingangswicklung 14 der daß ein Strom durch eine Wicklung in der einen Richtung zweiten Stufe eine solche Richtung, daß der zweite Kern in dem zugehörigen Kern einen Fluß der einen Richtung noch stärker in der IV-Richtung magnetisiert wird und erzeugt, beispielsweise in der P-Richtung, und daß bei daher in ihm nur eine verschwindend kleine Fluß-Umkehr des Stromes der magnetische Fluß ebenfalls änderung stattfindet. Die binäre Ziffer 1, die im ersten,,. umgekehrt wird, d. h., dann in der IV-Richtung verläuft. 70 Kern gespeichert war, wird somit durch den betrachteten

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Fortschaltimpuls 32 auf die erste Zelle 26 übertragen. Umkehrung der Polarität der Fortschaltimpulse über-Praktisch liegt dabei die ganz3 in der ersten Ausgangs- tragen. Es sei beispielsweise angenommen, daß in Fig. 1 wicklung 16 erzeugte Spannung an der Zelle 26. jeder Kern 12 in der P-Richtung magnetisiert sei, mit

Wie ebenfalls bereits oben erwähnt, verursacht ein Ausnahme des Kerns der ersten Stufe, und daß alle Zellen negativer Impuls 34 der zweiten Impulsquelle 29 eine 5 26 in der P'-Richtung polarisiert sein mögen. Die Ma-Sättigung der Zelle in der JV'-Richtung. Wenn also die gnetisierung N und die Polarisierung N' stellen dann jezweite Impulsquelle 29 erregt wird, steuert der negative weils die binäre Ziffer 1 dar.

Impuls 34 die erste Zelle 26 aus der P'-Richtung in die Der Leitung 22 wird dann ein negativer Impuls 37 zu-

iV'-Richtung um, so daß ein verhältnismäßig starker geführt, welcher den Kern der ersten Stufe von N nach P Strom Ic in dem Übertragungszweig zwischen den i» umsteuert. Die in der Ausgangswicklung 16 dieses Kerns Stufen IM und 2M fließt. Dieser Strom/_c hat in der induzierte Spannung ruft einen Strom J₀ im ersten ÜberWicklung 14 der zweiten Stufe eine solche Richtung, tragungszweig hervor und steuert die Polarisation der daß der zweite Kern von N- in die P-Richtung umge- ersten Zelle 26 von P' nach N' um. Der Strom J₀ in der steuert wird. In der Wicklung 16 der ersten Stufe be- Eingangswicklung 14 der zweiten Stufe 12 besitzt eine wirkt derselbe Strom jedoch eine noch stärkere Magne- 15 solche Richtung, daß dieser Kern stärker in der P-Richtisierung in der iV-Richtung und ruft daher im Kern tung gesättigt wird. Es wird daher bei einem negativen dieser Stufe keine merkliche Flußänderung hervor. Der Impuls 37 nur der erste Kern umgesteuert. Ein positiver zweite Fortschaltimpuls 34 verschiebt somit die binäre Impuls auf der Schiene 28 steuert die Polarisation der Ziffer 1 von der ersten Zelle 26 auf den Kern 12 der ersten Zelle 26 wieder in die P'-Richtung zurück und ruft zweiten Stufe. ^ao einen Strom I_m im ersten Übertragungszweig hervor.

In der gleichen Weise wird die in der Ausgangswicklung Dieser durchfließt die Eingangswicklung 14 der zweiten 16 der zweiten Stufe induzierte Spannung durch die zweite Stufe und steuert den Kern der zweiten Stufe wieder in die Zelle 26 daran gehindert, einen merklichen Strom hervor- iV-Richtung um.

zurufen. Der Übertragungszweig zwischen der zweiten Durch abwechselnde Zuführung von negativen Im-

und der dritten Stufe ist somit offen, d. h. unterbrochen. 25 pulsen 37 und positiven Impulsen 38 wird in dieser Weise Die gespeicherte Information kann vom zweiten Kern die binäre Ziffer 1 längs des ganzen Registers verschoben. 12 auf die zweite Zelle 26 durch einen weiteren Fortschalt- Die Ausgangsspannung an den Klemmen der Lastwickimpuls 32 auf der Leitung 22 übertragen werden. Ebenso lung 20 hat dann das umgekehrte Vorzeichen wie bei der kann die in der zweiten Zelle 26 gespeicherte Information Darstellung der binären Ziffer 1 durch die Richtungen P auf den Kern der dritten Stufe durch einen weiteren Fort- 3° und P' in dem zuerst beschriebenen Beispiel, schaltimpuls auf der Schiene 28 übertragen werden. Die Die gespeicherte Information kann auch in umgekehrter

anfänglich im Kern der ersten Stufe gespeicherte In- Richtung, d. h. von rechts nach links, übertragen werden, formation läßt sich daher von Kern zu Zelle zu Kern wenn man zur Darstellung einer gespeicherten Informadurch je einen Impuls 32 auf der Leitung 22 und durch tion in den Kernen und Zellen verschiedene Richtungen einen jeweils anschließenden Impuls 34 auf der Schiene 28 35 wählt und wenn man die Polarität des einen der Fortverschieben. schaltimpulse umkehrt.

Das Verschieberegister 10 in Fig. 1 ist als ein Register Es sei beispielsweise angenommen, daß eine Informa-

mit einem offenen Ende dargestellt. Nach einer bestimm- tion von der Stufe 2M zur Stufe IM übertragen werden ten Zahl von Fortschaltimpulsen wird die anfänglich im soll. Es sei ferner angenommen, daß der Kern 12 der Kern der ersten Stufe gespeicherte Information an der 40 Stufe 2M in der iV-Richtung magnetisiert sei und daß alle Ausgangswicklung der letzten Stufe abgelesen. Dann be- anderen Kerne in der P-Richtung magnetisiert seien sofindet sich das Register wieder in seinem ursprünglichen wie daß alle Zellen in der iV'-Richtung polarisiert sein Zustand, d. h., es ist wieder jeder Kern in der iV-Richtung mögen. Die binäre Ziffer 1 kann nun durch die Magnetimagnetisiert und jede Zelle in der iV'-Richtung polarisiert. sierung N eines Kernes und durch die Polarisierung P' Das Verschieberegister 10 läßt sich auch als Ringzähler 45 einer Zelle dargestellt werden.

verwenden, wenn man einen fünften Übertragungs- Der Leitung 22 wird ein negativer Impuls 37 zugeführt,

zweig einbaut, wie in Fig. 3 dargestellt. Der fünfte Über- so daß der Kern der Stufe 2 M aus der iV-Richtung in die tragungszweig enthält eine fünfte Zelle 26, deren Elektrode P-Richtung umgesteuert wird und alle übrigen Kerne 26 α an die mit einem Punkt markierte Klemme der Aus- noch stärker in der P-Richtung gesteuert werden. In der gangswicklung 16 der fünften Stufe angeschlossen ist. Die 50 Eingangswicklung 14 der zweiten Stufe, die nunmehr die andere Elektrode 26 δ ist mit der Schiene 28 verbunden. Ausgangswicklung darstellt, wird eine Spannung induziert, Die unmarkierte Klemme der Wicklung 16 der fünften welche die erste Zelle 26 aus der iV'-Richtung in die Stufe ist an die unmarkierte Klemme 14' des Kernes 12 P'-Richtung umlegt. Hierdurch wird ein Strom J_m im der ersten Stufe angeschlossen. Die binäre Ziffer 1 kann Übertragungszweig, der die erste Zelle 26, die nunmehr als nun den Zähler, wie an Hand der Fig. 1 beschrieben, 55 Eingangswicklung zu betrachtende Wicklung 16 des ersten wiederholt durchlaufen. Wenn diese binäre Ziffer am Kerns 12 und die Wicklung 14 des zweiten Kerns 2M ent-Kern 12 der letzten Stufe des Ringzählers erscheint, so hält, hervorgerufen, der die Wicklung 16 der ersten Stufe wird sie zunächst auf die fünfte Zelle 26 übertragen und IM in solcher Richtung durchfließt, daß deren Kern noch sodann wieder auf die erste Stufe 1M zurück übertragen. stärker in der P-Riehtung magnetisiert wird. Die Stufenzahl des Ringzählers kann gerade oder ungerade 60 Ein negativer Fortschaltimpuls 34 auf der Schiene 28 sein. Der Zähler kann durch einen Rückstellimpuls, steuert nun die erste Zelle 26 aus der P'-Richtung in die welcher einer (in. Fig. 3 nicht mit dargestellten) Rückstell- iV'-Richtung um und ruft einen Strom J₀ im Übertragungswicklung auf dem Kern 12 der ersten Stufe im einen Sinne zweig zwischen den Kernen der Stufen IM und 2M herzugeführt wird und welche mit den Kernen der übrigen vor. Dieser Strom J₀ durchfließt die Wicklung 16 auf dem Stufen im umgekehrten Sinne verkettet ist, zurückgestellt 65 ersten Kern und steuert diesen Kern aus der P-Richtung werden, wenn man gleichzeitig eine Rückstellspannung in die iV-Richtung um. In der Wicklung 14 der zweiten allen Zellen 26 zuführt. Stufe 2 M fließt dieser Strom in einer solchen Richtung,

Eine Information, welche durch Magnetisierung in der daß dieser Kern noch stärker in der P-Richtung gesättigt N-Richtung eines Kerns und Polarisation in der wird. Die in dem Kern der zweiten Stufe 2 M gespeicherte iV'-Richtung einer Zelle dargestellt ist, läßt sich durch 70 Information wird somit durch den erwähnten Fortschalt-

impuls 37 auf die erste Zelle 26 übertragen und von der ersten Zelle 26 durch den Fortschaltimpuls 34 auf den Kern 12 der ersten Stufe IM.

Man kann auch eine Information von der Stufe 2 M zu der Stufe IM dadurch verschieben, daß man die Polarität der Impulse auf der Leitung 22 umkehrt und gleichfalls die Polarität der Spannungsimpulse auf der Schiene 28. Dies sei im folgenden erläutert. Angenommen, der Kern der Stufe 2 M sei in der P-Richtung magnetisiert, während alle übrigen Kerne in der iV-Richtung magnetisiert sein und alle Zellen 26 in der P'-Richtung polarisiert sein mögen. Die binäre Ziffer 1 kann dann durch die P-Richtung in einem Kern 12 und durch die IV'-Richtung in einer Zelle 26 dargestellt werden. Ein positiver Fortschaltimpuls 32 auf der Leitung 22 steuert dann den Kern der Stufe 2M von P nach N um und magnetisiert die übrigen Kerne stärker in der N-Richtung. In der Wicklung 14 der Stufe 2M, die nunmehr die Ausgangswicklung darstellt, wird eine Spannung induziert, welche die erste Zelle aus der P'-Richtung in die iV'-Richtung umsteuert. Dies bedeutet einen Strom I_c im Übertragungszweig, der die erste Zelle 26, die nunmehr als Eingangswicklung zu ib&- trachtende Wicklung 16 der ersten Stufe IM und die Wicklung 14 der zweiten Stufe 2 M enthält. Dieser Strom hat in der Wicklung 16 der ersten Stufe eine solche Richtung, daß deren Kern stärker in der 2V-Richtung gesteuert wird.

Ein positiver Fortschaltimpuls 38 auf der Schiene 28 steuert nun die erste Zelle 26 aus der iV'-Richtung in die-P'-Richtung um und ruft somit einen Strom I_m im Übertragungszweig zwischen den Stufen IM und 2M hervor. Dieser Strom I_m durchfließt die Wicklung 16 des ersitan Kerns in solcher Richtung, daß dieser Kern von N nachiP umgesteuert wird. In der Wicklung 14 der Stufe 2JIi hat dieser Strom eine solche Richtung, daß der Kern der" Stufe 2M stärker in der iV-Richtung gesteuert winLDie ; im Kern der Stufe 2 M gespeicherte Information wird,^'■"[ mit durch den Fortschaffimpuls 32 auf die erste Zelle 2©ϊ^;: übertragen und sodann durch den FortschaltimjJulsiS/p' von der ersten Zelle 26 auf den Kern der ersten Stufe lÄ. ^;;

Tabelle

Fortschaltungsrichtung

Anfangszustand der Kerne Zellen

Richtung des
Stromimpulses

Richtung des ir '^η·- ' Spannungsimpuls®·' ,ν :·

Beispiel 1
Beispiel 2
Beispiel 3
Beispiel 4

vorwärts
vorwärts
rückwärts rückwärts

N 1 in P

1 in N

1 in N

1 in P alle N'
alle P'
alle N'
alle P'

positiv
negativ
negativ
positiv

negativ positiv negativ positiv

Bei der Verschiebung der Information von einem Kern auf eine Zelle muß die Ausgangsspannung in der Kernwicklung größer sein als die Koerzitivspannung der ferroelektrischen Zelle im Übertragungszweig. Diese Kernausgangsspannung hängt von der Windungszahl der betreffenden Kernwicklung und von der Amplitude und Anstiegsdauer des Stromimpulses auf der Leitung 22 ab. Ebenso muß für eine gegebene Windungszahl auf einem Kern der Stromimpuls im Übertragungszweig groß genug sein, um die Koerzitivkraft des umzusteuernden Kerns zu übersteigen. Die Größe des Übertragungsstroms hängt wenigstens zum Teil von der Amplitude und der Anstiegsdauer der Fortschaltimpulse auf der Schiene 28 ab. Eine gegebene Windungszahl einer Ausgangswicklung 16 und einer Eingangswicklung 14 bedeutet eine Mindestgrenze für die Amplitude und die maximale Anstiegsdauer der Fortschaltimpulse. Umgekehrt wird für gegebene Fortschaltimpulsquellen die minimale Windungszahl, die in einer Ausgangswicklung 16 sowie in einer Eingangswicklung 14 nötig ist, festgelegt. Es ist wünschenswert, die erste Impulsquelle 24 derart auszubilden, daß sie einen konstanten Strom und die zweite Impulsquelle 29 derart, daß sie konstante Spannung liefert.

Impulsquellen mit konstantem Strom lassen sich in bekannter Weise durch Benutzung von magnetischen Kernen und vonFünfpol-Hochvakuum-Röhren herstellen.

Impulsquellen konstanter Spannung sind in Form von Kathodenfolgern bekannt. Zwischen die Kathodenzuleitung einer solchen Kathodenfolgerröhre und die nächste Stufe kann man einen linearen Transformator einschalten, um eine zusätzliche Stromverstärkung zu erzielen. Eine Kathodenfolgerstufe besitzt den gewünschten niedrigen Innenwiderstand für den Strom I_m.

Bei der Umschaltung eines Kerns von der einen in die andere Magnetisierungsrichtung soll der Widerstand zwischen der zweiten Impulsquelle 29 und Erde für deü ^;l Strom I_m im Übertragungszweig vorzugsweise niedrig sein. Wenn man einen solchen geringen Widerstand ,fift ■; den Strom I_m sicherstellt, liegt praktisch die Spannung an der ferroelektrischen Zelle.

Die Fortschaltimpulse können mit sehr hoher tude erzeugt werden und können sehr kurz sein, maximale Amplitude und die minimale Dauer sind durch die Umschalteigenschaften der Kerne und Zellen gegeben.

Praktisch wird die ganze Energie der Fortschaltimpulse an die umzuschaltende Stufe geliefert. Nur die Energie, die den nicht umgesteuerten Elementen zugeführt srii^·":. wird in diesen nicht umgesteuerten Elementen verbrauchte |; Wenn die Hysteresiskurve genaue Rechteckform 'be- ¥ sitzen würde, so würde in den nicht umgesteuertβφ>J Elementen überhaupt keine Energie verbraucht werde». 5 Die auftretenden Verluste sind daher lediglich durch dfe-i-Abweichung der Elementenkennlinien von der Rechteck- s form gegeben. ■'■*■*'"$

Jedesmal, wenn ein Kern umgesteuert wird, wird iff der mit dem Kern verketteten Ausgangswicklung eine Spannung induziert. Diese Spannung liegt an der Belastung 21 des umgesteuerten Kerns. Man kann an dies¥ : Belastungen sehr erhebliche Leistungen hefern, weaii man hohe Impulse mit großen Anstiegsgeschwindigkeiteia * verwendet. In der Wicklung 20 wird sowohl durch die

Stromimpulse auf der Leitung 22 als auch durch dig,.,

Spannungsimpulse auf der Leitung 28 eine Spannung induziert. Die bei einem Stromimpuls auf der in der Lastwicklung induzierte Spannung hat die gekehrte Richtung wie die bei einem Spannungsimpuls auf der Schiene 28 induzierte Spannung. Bei Belastung«* mit kleinem Widerstand wird ein erheblicher Teil dfer Energie der Fortschaffimpulse an die Belastungen, g^.

liefert. Das hohe Verhältnis zwischen der dem Register.

oder Zähler zugeführten und der vom Register oder Zähler gelieferten Leistung rührt van dem geringen Leistungsbedarf bei der Ummagnetisierung der Kerne 12 und bei der Umkehr der Polarisation der Zellen 26 her. Ein derartiger hoher Wirkungsgrad der Leistungsübertragung von einem Fortschaltimpuls auf der Schiene 28 an die Belastung 21 läßt sich durch Verwendung von Eingangswicklungen 14 mit hoher Windungszahl erreichen.

Gewiinschtenfalls kann die Leistungsübertragung zum iQ großen Teil einer Fortschaltimpulsreihe zugewiesen werden. Wenn man dies zu tun wünscht, so müssen die betreffenden Fortschaltimpulse eine größere Anstiegsgeschwindigkeit, beispielsweise eine fünfmal kürzere Anstiegsdauer als die andere Impulsreihe, erhalten.

Die einzelnen Belastungen 21 können auch in die Übertragungszweige eingefügt werden, indem man die eine Lastklemme mit der Elektrode 26 δ und die andere Lastklemme mit der Schiene 28 verbindet. Diese Art der Einschaltung der Belastungen ist in Fig. 4 für ein Ver- ao schieberegister, das im ganzen mit 40 bezeichnet ist, dargestellt. Das Verschieberegister 40 ist im übrigen ebenso ausgebildet wie das Verschieberegister 10 in Fig. 1. Gleiche Bezugszeichen haben in Fig. 4 und Fig. 1 gleiche Bedeutung. Die Amplitude und die Anstiegsdauer der Stromimpulse, welche der Leitung 22 zugeführt werden, sind so bemessen, daß in der Ausgangswicklung 16 der umgeschalteten Kerne eine ausreichende Spannung entsteht, um gleichzeitig die Zelle 26 im Übertragungszweig umzuschalten und der Belastung 21 genügend Energie zuzuführen. Ferner wird angenommen, daß die Kerne einen genügenden Querschnitt besitzen, um die wegen der Belastung 21 erforderliche höhere Spannung erzeugen zu können. Ebenso müssen die der Schiene 28 zugeführten Spannungsimpulse eine genügend große Amplitude besitzen und auch eine genügend kurze Anstiegsdauer besitzen, um sowohl die an der Belastung erforderliche Spannung als auch die Koerzitivspannung für die umzuschaltende Zelle als auch schließlich die Koerzitivkraft für den umzuschaltenden Kern liefern zu können.

In Fig. S ist ein Verschieberegister, das im ganzen mit 50 bezeichnet ist, dargestellt, welches zur Verschiebung einer mehrstelligen Information dient. Das Register 50 ist mit einer ersten und mit einer zweiten Stromquelle 52 und 54 sowie mit einer ersten und einer zweiten Spannungsqualle 56 und 58 zusammengeschaltet. Die Stromquellen 52 und 54 sollen vorzugsweise einen konstanten Strom und die Spannungsquellen 56 und 58 vorzugsweise eine konstante Spannung liefern. Die Kerne 51 mit ungerader Ordnungszahl, also der erste, dritte, fünfte usw. Kern und die Kerne 53 mit gerader Ordnungszahl, also der zweite, vierte usw. Kern, sind mit Fortschaltwicklungen 60 verkettet, besitzen ferner je eine Eingangswicklung 61, eine Ausgangswicklung 62 und schließlich eine Lastwicklung 64. Eine den ungeradzahligen Kernen zugeordnete Fortschaltleitung 66 verbindet die Fortschaltwicklungen der ungeradzahligen Kerne 51 in Serienschaltung. Die eine Klemme der Leitung 66 ist mit der ersten Stromquelle 52 und die andere Klemme dieser Leitung mit "Ekde verbunden. Eine den geradzahligen Kernen zugeordnete Fortschaltleitung 68 schaltet die Fortschaltwicklungen 60 der geradzahligen Kerne 53 in -Reihe zueinander. Das eine Ende der Leitung 68 ist mit der zweiten Stromquelle 54 und ihr anderes Ende mit Erde verbunden.

Ein Übertragungszweig zwischen der Ausgangswicklung 62 eines ungeraden Kerns 51 und der Eingangswicklung 61 des jeweils nachfolgenden geradzahligen Kerns 53 wird durch eine Leitungsverbindung zwischen der einen Klemme 70« einer ferroelektrischen Zelle 70 und der durch einen Punkt markierten Klemme der Ausgangswicklung 62 eines entsprechenden ungeradzahligen Kerns 51 sowie durch eine Leitungsverbindung der unmarkierten Klemme der Ausgangswicklung 62 dieses Kerns 51 mit der unmarkierten Klemme der Eingangswicklung 61 des nachfolgenden ungeradzahligen Kerns 53 hergestellt. Die markierte Klemme jeder Eingangswicklung 61, mit Ausnahme derjenigen in der ersten Stufe IM, ist geerdet. Die beiden Klemmen dieser letzeren Eingangswicklung 61 der ersten Stufe liegen an der Eingangsimpulsquelle 63.

Die anderen Klemmen 70 δ aller Zellen 70 sind an eine Fortschaltschiene 72, die diesen ungeradzahligen Zellen zugeordnet ist, angeschlossen. Diese Schiene 72 liegt an der ersten Impulsspannungsquelle 56. Jeder geradzahlige Kern 53 ist mit dem jeweils nachfolgenden ungeradzahligen Kern 51 mittels einer sich von der einen Elektrode 74« einer Zelle 74 zu der markierten Klemme einer Ausgangswicklung eines geradzahligen Kerns 53 und von dort zu der unmarkierten Klemme der Eingangswicklung 61 des nächsten ungeradzahligen Kerns 53 und von dort zu der unmarkierten Klemme der Eingangswicklung 61 des nächsten ungeradzahligen Kerns 51 erstreckenden Leitung verbunden. Die andere Elektrode 745 jeder geradzahligen Zelle 74 ist zusammen mit den anderen Elektroden der anderen geradzahligen Zellen an eine Fortschaltschiene 76 angeschlossen. Die Leitung 76 liegt ihrerseits an der zweiten Impulsspannungsquelle 58.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Fig. 5 sei angenommen, daß das Register 50 in die Anfangslage zurückgestellt sei, d. h. daß alle Zellen in der JV'-Richtung polarisiert, alle geradzahligen Kerne 53 in der TV-Richtung und alle ungeradzahligen Kerne 51 in der P- Richtung magnetisiert seien. Wenn der erste Fortschaltimpuls 78 seitens der ersten Stromimpulsquelle 52 der Leitung 66 zugeführt wird, so wird jeder ungeradzahlige Kern von P nach TV umgesteuert. Die Spannung an den Klemmen der Ausgangswicklungen 62 der ungeradzahligen Kerne 51 ruft einen Strom I_m in jedem ungeradzahligen Übertragungszweig hervor und steuert jede ungeradzahlige Zelle 70 von TV' nach P' um. Dabei wird jedoch keiner der geradzahligen Kerne 53 durch diesen Strom I_m, der die Eingangswicklungen 61 durchfließt, umgesteuert, weil dieser Strom eine solche Richtung besitzt, daß die geradzahligen Kerne stärker in der TV-Richtung gesteuert werden,

Der erste Spannungsimpuls 80 der ersten Impulsspannungsquelle 56 steuert jede ungeradzahlige Zelle 70 von P' nach TV' um und ruft einen Strom /,. in jedem Übertragungszweig hervor. Dieser Strom I₀ durchfließt die Eingangswicklung 61 eines geradzahligen Kerns 53 in solcher Richtung, daß diese Kerne in der P-Richtung magnetisiert werden.

Der nächste Fortschaltimpuls 82 auf der Leitung 68, der von der zweiten Impulsstromquelle 54 herrührt, überträgt die Information von den geradzahligen Kernen53 auf die angeschlossenen Zellen 74 in entsprechender Weise. Der nächste Impuls 84 auf der Leitung 76, der von der zweiten Impulsstromquelle 58 herrührt, überträgt die in jeder Zelle 74 gespeicherte Information auf den angeschlossenen ungeradzahligen Kern 51. Somit wird die mehrstellige Information von den ungeradzahligen Kernen 51 auf die ungeradzahligen Zellen 70 verschoben und von diesen Zellen 70 auf die geradzahligen Kerne 53 usw., und zwar bei jeweils zwei ungeradzahligen und geradzahligen Fortschaltimpulsen.

Die mehrstellige Information, welche demgemäß längs des ganzen Registers verschoben wird, kann vollkommen willkürlich sein. Es können also die ungeradzahligen Kerne 51 sowohl in der P- als auch in der JV-

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Richtung magnetisiert sein, je nach der gegebenen willkürlichen mehrstelligen Information. Wenn also ein ungeradzahliger Kern 51 anfänglich in der iV-Richtung magnetisiert ist, bleibt die angeschlossene geradzahlige Zelle 74 bei dem Fortschaltimpuls 78 auf der Leitung 66 unbeeinflußt. Ebenso bleibt der nächste geradzahlige Kern 53, der an diese Zelle angeschlossen ist, durch den Impuls 80 unbeeinflußt.

Gewisse mehrstellige Informationen können in ein Verschieberegister eingespeist werden, welches nur eine einzige Fortschaltleitung und nur eine einzige Fortschaltschiene besitzt. Es sei beispielsweise für Fig. 1 angenommen, daß die ungeradzahligen Kerne 12 in der P-Richtung und die geradzahligen in der iV-Richtung magnetisiert seien. Ferner sei angenommen, daß alle Zellen 26 in der A^T-Richtung magnetisiert sein sollen. Der erste Fortschaltimpuls 32 auf der Leitung 22 überträgt die gespeicherte Information aus den ungeradzahligen Kernen 12 in die ungeradzahligen Zellen 26. Alle ungeradzahligen Kerne 12 bleiben dabei unbeeinflußt, weil der dem Impuls 32 entsprechende Strom eine solche Richtung hat, daß diese Kerne lediglich weiter in der iV-Richtung gesteuert werden. Diese geradzahligen Kerne 12 ändern also ihre Magnetisierungsrichtung nicht. Der nächste Impuls 34 auf der Schiene 28 überträgt die mehrstellige Information von den ungeradzahligen Zellen 26 auf die geradzahligen Kerne 12. Auch dabei tritt keine unerwünschte Rückwirkung auf.

Claims

Patentansprüche:

1. Stellenverschieberegister bzw. Ringzähler mit einem Magnetkern in jeder Stufe, welcher mindestens eine Eingangswicklung, eine Verschiebewicklung und eine Ausgangswicklung, die bei jeder Umkehr der Flußrichtung des Kernes ein Ausgangssignal liefert, trägt, dadurch gekennzeichnet, daß mit j eder Ausgangswicklung eine ferroelektrische Zelle mit annähernd rechteckiger Hysteresisschleife derart in Serie geschaltet ist, daß eine Umkehr der Flußrichtungin einem Magnetkern die Polarisation der zugehörigen Zelle ändert und daß die ferroelektrischen Zellen jeweils wieder mit dem Eingang einer nachfolgenden Stufe so verbunden sind, daß durch die Rückkehr einer ferromagnetischen Zelle in ihren ursprünglichen Polarisationszustand die Flußrichtung in dem Mangnetkern der nachfolgenden Stufe umgekehrt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnetkern mit einer eigenen Arbeits- oder Lastwicklung versehen ist, an welche eine Belastung angeschlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine ferroelektrische Zelle, die zugehörige Ausgangswicklung und eine elektrische Belastung in Serie geschaltet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ferroelektrischen Zellen jeweils mit ihrem einen Anschluß mit einer Quelle für Spannungsimpulse verbunden sind, wobei die durch die Quelle gelieferten Impulse allen ferroelektrischen Zellengleichzeitigzugeführtwerdenundferroelektrische Zellen, deren Polarität umgekehrt worden war, ihren ursprünglichen Zustand zurückführen.

5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswicklung eines Kernes in Serie mit der ferroelektrischen Stufe geschaltet ist, wobei die Eingangswicklung irj bezug auf die Ausgangswicklung auf dem Kern der vorhergehenden Stufe so gepolt ist, daß eine Änderung der Polarisation der mit ihr verbundenen ferroelektrischen Zelle nur in dem mit der Eingangswicklung verbundenen Kern eine Flußänderung bewirkt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Verschiebewicklungen aller Kerne in Serie geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich mit Spannungsimpulsen, die den ferroelektrischen Zellen zugeführt werden, abwechselnde Stromimpulse, die der Serienschaltung der Verschiebewicklungen zugeführt werden, eine Flußumkehrung in allen solchen Kernen bewirken, deren Flußrichtung der anderer Kerne entgegengesetzt ist und dadurch ein in diesem Kern gespeichertes Signal darstellt, wobei die Polarität der mit diesem Kern verbundenen Zelle umgekehrt wird und daß diese Zelle nach Erhalt eines Spannungsimpulses durch ihren Ladestrom eine Umkehr der Flußrichtung in dem nächstfolgenden Kern bewirkt, wodurch das Signal im Register oder Zähler verschoben wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch in Serie geschaltete Verschiebewicklungen auf den ungeradzahligen Magnetkernen, durch davon getrennte, in Serie geschaltete Verschiebewicklungen auf den geradzahligen Kernen, eine gemeinsame Verbindung zu allen ungeradzahligen Zellen, um diesen erste Spannungsimpulse zuzuführen, | eine davon getrennte Verbindung zu allen geradzahligen Kernen, um diesen zweite Spannungsimpulse zuführen zu können, wobei die folgenden Vorgänge der Reihe nach ausgeführt werden: 1. Ein den in Serie geschalteten Wicklungen auf den ungeradzahligen Kernen zugeführter Stromimpuls bewirkt eine Flußumkehr in denjenigen ungeradzahligen Kernen, deren Flußrichtung bereits infolge der Speicherung eines Signals umgekehrt worden war, wodurch die Polarität der ungeradzahligen Zellen, die mit derartigen Kernen verbunden sind, geändert wird; 2. ein Spannungsimpuls, der der Verbindung zugeführt, die allen ungeradzahligen Zellen gemeinsam ist, bewirkt eine Polaritätsumkehr der ungeradzahligen Zellen, deren Polarität infolge einer Flußänderung in einem ungeradzahligen Kern geändert worden war, wobei die Flußrichtung der entsprechenden geradzahligen, mit solchen Zellen verbundenen Kerne geändert wird; 3. ein den in Serie geschalteten Wicklungen auf den geradzahligen Kernen zugeführter Stromimpuls bewirkt eine Umkehr der Flußrichtung in denjenigen geradzahligen Kernen, deren Flußrichtung infolge der Polaritätsumkehr einer zugehörigen ungeradzahligen Zelle umgekehrt worden war; 4. ein der allen geradzahligen Zellen gemeinsamen Leitung zugeführter Spannungsimpuls bewirkt eine Polaritätsumkehr in denjenigen geradzahligen Zellen, deren Polarität infolge der erwähnten Flußänderung in entsprechenden geradzahligen Kernen umgekehrt worden war, wobei also durch die sich abwechselnden Impulse der verschiedenen Arten ein Signal im Register oder entlang des Zählers verschoben wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 654 080; »AutomaticDigital Calculators«, Butlerworths Scientific

Zelle und der Ausgangswicklung einer vorhergehenden Publications, London, 1953, insbes. S. 103 bis 107.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen