DE1064104B - Sperrschwinger mit einem Transistor und einem UEbertrager - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, einen Transistor mit den Wicklungen eines Magnetkernes mit rechteckförmiger Hystereseschleife so zusammenzuschalten, daß ein Impulsformer entsteht. Ferner gehört es zum Stande der Technik, zwei Transistoren mit den Wicklungen eines Magnetkernes zu einer Oszillatorschaltung zusammenzuschalten. Auf der anderen Seite gibt es Sperrschwinger, die als wesentliche Elemente einen Transistor und einen weichmagnetischen Übertrager enthalten. Einige dieser Schaltungen lassen sich für die Dauer eines angelegten Impulses in den frei schwingenden Zustand überführen.

Mit den bisher bekannten Sperrschwingern ist es nicht ohne weiteres möglich, durch einen nur sehr kurzzeitig angelegten Impuls den Sperrschwinger in den dauernd frei schwingenden Zustand zu überführen. Derartige Anordnungen erlangen zur Anzeige und Auslesung von Speichern in elektronischen Rechenanlagen besondere Bedeutung, da innerhalb dieser Anlagen im allgemeinen nur sehr kurze Impulse die Information darstellen. Zur Ausgabe der Werte, z. B. über Lampen, Druckwerke usw., werden aber wesentlich längere Impulse bzw. Impulsfolgen benötigt.

Die Anordnung gemäß der Erfindung löst diese Aufgabe in besonders einfacher und betriebssicherer Weise, indem der Kern des Sperrschwingerübertragers aus einem Material mit rechteckförmiger Hystereseschleife besteht und daß der Übertragerkern eine dauernde Vormagnetisierung besitzt, die so stark bemessen ist, daß sie diesen jeweils nach dem Ende des durch den leitenden Transistor des Sperrschwingers fließenden Ummagnetisierungsstromes wieder in den anderen Sättigungspunkt zurückklappt. Durch dieses Zurückklappen entsteht an der Steuerelektrode des Transistors ein Impuls, der den Transistor erneut in den leitenden Zustand bringt, so daß sich eine einmal eingeleitete Schwingung beliebig lange fortsetzt. Man kann also mit einer derartigen Anordnung einen kurzzeitig z. B. durch Ummagnetisieren eines in einer Magnetkernmatrix befindlichen Kernes erzeugten Impuls sofort in eine dauernde Anzeige umwandeln. Eine sichtbare Anzeige kann dabei in einfacher Weise durch Einfügung einer Niedervolt-Glühbirne in dem Kollektorkreis des Transistors erzeugt werden, während eine Relaiswicklung über die umgelegten Kontakte des zugehörigen Relais weitere, länger andauernde Steuerbefehle auslöst.

Die dauernde Vormagnetisierung des Kernes in den einen Sättigungspunkt kann sowohl durch einen dauernd in einer besonderen Wicklung fließenden Gleichstrom wie auch durch einen entsprechend in an sich bekannter Weise angeordneten Permanentmagneten erzeugt werden.

Die Anordnung gemäß der Erfindung beansprucht Sperrschwinger mit einem Transistor
und einem übertrager

Anmelder:
IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen
Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ), Tübinger Allee 49

Hermann Frantz₁ Böblingen (Württ.),
ist als Erfinder genannt worden

einen sehr geringen Raum, da die wenigen verwendeten Bauelemente (Transistor, Magnetkern, Widerstände, Kondensator) sehr klein sind.

Je nach Anordnung eines Kondensators oder eines weiteren Übertragers in dem Rückkopplungsweg läßt sich ein sich selbst sofort nach dem sehr kurzen Eingangsimpuls bis zur vollen »!«-Magnetisierung (vgl. Fig. 3) des Übertragerkernes rückkoppelnder Sperrschwinger oder ein Sperrschwinger sehr hoher Eigenfrequenz erzeugen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen, den Zeichnungen und den Ansprüchen. Es zeigt

Fig. 1 einen Sperrschwinger mit einem Magnetkern und einem Transistor, der durch einen kurzen Steuerimpuls in den dauernd frei schwingenden Zustand ver-' setzt wird,

Fig. 2 charakteristische Spannungs- und Stromverläufe an bestimmten Punkten der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Hystereseschleife eines Magnetkernes,

Fig. 4 eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 1 mit einem Übertrager im Rückkopplungsweg.

In Fig. 1 liegt in der Kollektorleitung eines Transistors 1 die Wicklung 17 eines Übertragers mit dem Magnetkern 2. Außerdem enthält der Kollektorkreis noch die Widerstände 7 und 8 sowie eine Niedervolt-Glühbirne 9. Eine Magnetkernwicklung 18 ist einerseits mit Masse und andererseits über einen Kondensator 5 mit der Basiselektrode des Transistors 1 verbunden. Die Basiselektrode des Transistors 1 ist zur Erzeugung einer Vorspannung über einen Widerstand

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10 mit einer Quelle positiven Potentials verbunden und über die Anoden-Kathoden-Strecke einer Diode 4 an Masse gelegt. An die Basiselektrode ist weiterhin ein Signaleingangskreis angeschaltet, der aus einem Magnetkern 3, welcher z. B. zu einer Magnetkernmatrix gehört, besteht, auf den eine Wicklung 16 aufgebracht ist und mit der ein Widerstand 15 in Reihe liegt.

Der Vormagnetisierungszweig ist durch den Widerstand 6 und die Wicklung 21 so dimensioniert, daß in ihm stets der Magnetisierungsstrom in der GroBei₀ nach Fig. 3 fließt. Die durch diesen Strom im Magnetkern 2 erzeugte Feldstärke ist so groß, daß der Kern von der remanenten »1« in den Punkt »0« ummagnetisiert wird. Der Magnetkern 2 befindet sich daher zunächst im »0«-Punkt. Gleichzeitig wird die BasisEmitter-Strecke des Transistors 1 durch die an der Diode 4 vorhandene Vorspannung gesperrt gehalten.

Wird der AIagnetkern 3, der z. B. in einer Speichermatrix angeordnet sein kann, von dem »0«-Zustand in den »1 «-Zustand ummagnetisiert, so entsteht in der Wicklung 16 ein Spannungsimpuls, der das Basispotential des Transistors 1 kurzzeitig negativ werden läßt. Dadurch gelangt der Transistor 1 in den leitenden Zustand. Der über die Wicklung 17 des Magnetkerns 2 fließende Kollektorstrom induziert in der \Vicklung 18 eine Spannung, die über den Kondensator 5 positiv rückkoppelnd an die Basis gelangt und so den Transistor 1 schließlich bis in die volle Stromführung der Emitter-Kollektor-Strecke bringt. Der Kollektorstrom und die Wicklung 17 sind so bemessen, daß in dem Magnetkern 2 eine solche dem Strom proportionale Feldstärke entsteht, derart, daß der Kern vom Punkt »0« in den Punkt 1 ummagnetisiert wird. Danach hört die Rückkopplung auf. Da von der mit der Basiselektrode verbundenen Belegung des Kondensators 5 elektrische Ladungen über die in Durchlaßrichtung befindliche Basis-Emitter-Strecke abgeflossen waren, gerät diese Belegung mit dem Ende des negativen, in der Wicklung 18 induzierten Impulses auf positives Potential. Damit wird der Transistor 1 abrupt gesperrt. Die über die Wicklung 21 stets vorhandene Magnetisierung gewinnt nun wieder Einfluß. Sie klappt den Magnetkern 2 nach dem Ende des Kollektorstromes über den remanenten Punkt »1« sofort in den Punkt »0« zurück. Dabei entsteht in der Wicklung 18 ein positiver Impuls, der über den Kondensator 5 und die Diode 4 nach Masse abfließt. Mit dem Ende des Rückstellvorganges auf den Punkt »0« endet auch die Induktion der Spannung in der Wicklung 18. Da aber von der mit der Basis verbundenen Belegung des Kondensators 5 Ladungen über die Diode 5 abgeflossen sind, gerät diese Belegung mit dem Ende der in der Wicklung 18 induzierten Spannung auf negatives Potential gegen Masse, so daß die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 1 erneut geöffnet wird. Der Schwingvorgang läuft mithin beliebig lange weiter. Es ist damit gezeigt, daß diese Schaltung durch einen einmaligen Impuls von dem nicht schwingenden in den frei schwingenden Zustand überführt wird.

Durch eine in die Kollektorleitung eingefügte Niedervolt-Glühbirne oder Relaiswicklungkann eine Anzeige für das Auftreten eines kurzen, insbesondere gegen die Zeitkonstanten des Anzeigeorgans kurzen Impulses bewirkt werden.

Die Rückstellung in den nicht schwingenden Zustand kann z. B. durch Schließen des Schalters 14 erfolgen. Über den Widerstand 11 und die Wicklung 20 wird in dem Magnetkern 2 eine weitere dem Strom i₀

proportionale Feldstärke erzeugt, so daß die durch den Kollektorstrom i_K hervorgerufene Feldstärke nicht mehr ausreicht, den Kern gegen die Feldstärke 2mal I₀ in den Punkt »1« aufzusetzen.
Man kann den Magnetkern 2 auch direkt zur Anzeige eines Impulses benutzen, indem z. B. durch kurzzeitige Schließung des Schalters 13 über den Widerstand 12 ein Stromstoß durch die Wicklung 19 gesendet wird, der über die Wicklung 18 die Rückkopplung auf die Basiselektrode einleitet.

In Fig. 2 zeigt die Kurve 22 den Verlauf des Kollektorstromes des Transistors 1. Kurve 23 stellt den Verlauf der Basis-Emitter-Spannung dar. Der Übergang zur positiven und damit sperrenden Spannung am Ende der in der Wicklung 18 induzierten negativen, rückkoppelnden Spannung ist klar erkennbar. Kurve 25 stellt schließlich den Strom in der Zuleitung des Kondensators 5 dar. Auffällig ist die hohe positive Spitze, die durch die Umladung des Kondensators beim Zurückklappen des Magnetkernes 2 in den »0«-Punkt bewirkt wird.

In Fig. 4 ist eine abgeänderte Schaltung dargestellt, bei der gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 als Energiespeicher statt des Kondensators eine Induktivität in Form eines Übertragers 31 angeordnet ist. Der Rückkopplungskreis besteht hier aus der Wicklung 32 des Magnetkernes 2, der Diode 30 und dem Übertrager 31. Die mit den in der Anordnung nach Fig. 1 übereinstimmenden Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Der Kern des Übertragers 31 kann sowohl aus weichmagnetischem Material wie auch aus einem Rechteckferrit bestehen. Im Falle der Verwendung eines Rechteckferrites, z. B. eines Magnetschaltkernes, ist die Feldstärke so zu bemessen, daß der Kern nur im reversiblen Teil seiner Hystereseschleife betrieben wird.

Wenn der Magnetkern 3 in den Zustand »1« ummagnetisiert wird, entsteht in der Wicklung 16 ein Spannungsstoß, der über die Sekundärwicklung des Übertragers 31 mit negativer Polarität an die Basis des Transistors 1 gelangt und diesen in den leitenden Zustand bringt. Der über die Wicklung 17 des Magnetkernes 2 fließende Kollektorstrom versetzt den Magnetkern 2 in den Zustand 1. In der Rückkopplungswicklung 32 entsteht dabei ein Impuls, der jedoch die Diode 30 in Sperrichtung beansprucht. Nach dem Ende des an die Basis angelegten Steuerimpulses kann die über den Widerstand 6 und die Wicklung 21 dauernd wirksame Vormagnetisierung i₀ den Magnetkern 2 in den Zustand »0« ummagnetisieren. Dadurch wird in der Rückkopplungswicklung 32 ein Impuls erzeugt, der die Diode 30 in Durchlaßrichtung beansprucht und daher einen Strom durch die Primärwicklung des Übertragers 31 fließen läßt. In der Sekundärwicklung des Übertragers 31 wird dabei ein an der Basis des Transistors 1 positiver Impuls erzeugt. Mit dem Ende des Ummagnetisierungsvorganges des Magnetkernes in den Zustand »0« klingt auch der Impuls in der Wicklung 32 plötzlich ab. Der aus diesem Rückschwingen abgeleitete Impuls in der Sekundärwicklung des Übertragers 31 ist jedoch an der Basis des Transistors 1 negativ gerichtet und leitet damit durch erneutes Leitendwerden des Transistors einen weiteren Schwingvorgang ein.

Der Zustand des Schwingens kann durch eine in die Kollektorleitung eingefügte Niedervolt-Glühbirne 9 sichtbar gemacht oder über eine gleichartig eingefügte Relaiswicklung zur Steuerung weiterer Vorgänge ausgewertet werden. Das Löschen des schwingenden Zustandes kann ähnlich wie in der An-

Claims (7)

Ordnung nach Fig. 1 bewirkt werden. Die Frequenz dieser Anordnung läßt sich bei entsprechender Bemessung der Windungszahlen relativ hoch einstellen. So wurde z. B. eine Wiederholfrequenz in der Kollektorstromführung von 1 MHz gemessen. Wenn die Vormagnetisierung über Widerstand 6 und Wicklung 21 in den Anordnungen nach Fig. 1 fortgelassen wird, führt die Anordnung im Ansprechen auf einen Impuls an der Basis nur eine einzige Schwingung aus. Weitere Impulse an der Basis bleiben danach so lange unwirksam, bis der Magnetkern 2 wieder auf den Zustand »0« gelöscht wird. Statt einer Vormagnetisierung durch einen dauernd in einer Wicklung des Magnetkernes 2 fließenden Strom kann zur Verringerung des Leistungsverbrauches der Anordnung auch eine Vormagnetisierung durch einen Dauermagneten vorgesehen werden. Nachstehend sollen Werte von Schaltelementen aufgeführt werden, mit denen die Anordnungen nach Fig. 1 und 4 zufriedenstellend gearbeitet haben. Diese Wertangaben stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Fig.l Transistor 1 Typ OC 44 Philips Magnetkern 2 Typ R52 Siemens, Außen durchmesser 3 mm Diode 4 Typ OA5 Kondensator 5 0,05 μ F Wicklung 17 15 Windungen Wicklung 21 5 Wicklung 18 5 Widerstand 6 50 Ω Widerstand 8 50 Ω Glühbirne 9 6,0 Volt; 0,3 Watt Fig. 4 Transistor 1 Typ OC 44 Philips Magnetkern 2 Typ 6 El Philips, Außen durchmesser 3,8 mm Wicklung 17 18 Windungen Wicklung 21 4 Wicklung 32 16 Übertrager 31 Schalenkern D14/8; Primär 5 Windungen, Sekundär 10 Windungen. PATENTANSPRÜCHE:

1. Durch einen elektrischen Impuls in den schwingenden Zustand steuerbarer Sperrschwinger

mit einem Transistor und einem Übertrager, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragerkern aus einem Material mit rechteckförmiger Hystereseschleife besteht und daß eine dauernd wirkende Vormagnetisierung angeordnet ist, die so stark bemessen ist, daß sie den Übertragerkern jeweils nach dem Ende der durch den leitenden Transistor bewirkten Ummagnetisierung wieder in den anderen Sättigungspunkt zurückklappt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierung des Übertragerkernes (2) durch einen dauernd in einer seiner Wicklungen fließenden Strom konstanter Größe bewirkt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierung des Übertragerkernes (2) durch einen Permanentmagneten bewirkt wird.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rückkopplungsleitung zwischen der Wicklung (18) des Übertragerkernes und der Basiselektrode des Transistors (1) ein Kondensator (5) eingefügt ist.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rückkopplungsleitung zwischen der Wicklung (32) des Übertragerkernes und der Basiselektrode des Transistors (1) ein Übertrager (31) in Reihe mit einer Diode (30) eingefügt ist und daß die Polung der Diode (30) und der Wicklungen (32, 31) so gewählt ist, daß nur nach dem Rückklappen der Magnetisierung des Kernes (2) durch die dauernde Vormagnetisierung (6, 21) ein negativer Impuls an der Basis des pnp-Transistors (1) auftritt.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kollektorleitung in Reihe zu der Wicklung (17) des Kernes (2) eine Glühbirne oder eine Relaiswicklung angeordnet ist.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Basiselektrode des Transistors (1) eine Wicklung (16) eines Kernes (3) angeschlossen ist, in der beim Ummagnetisieren des Kernes (3) in den Zustand »1« (Fig. 3) ein den Transistor (1) in den leitenden Zustand bringender Impuls induziert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»IRE-Transactions on Circuit Theory«, September 1957, S. 228 bis 236.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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