DE1088262B - Schaltmatrix nach Art eines Kreuzschienenverteilers - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In der Fernmeldetechnik besteht häufig die Aufgabe, eine von mehreren Leitungen zur Übertragung elektrischer Signale beliebig wählbar mit einer oder mehreren Leitungen einer zweiten Gruppe zu verbinden. Dazu bedient man sich meist eines sog. Kreuzschienenverteilers, der aus zwei sich in geringem Abstand voneinander kreuzenden Gruppen von untereinander parallelen Leitern (Schienen) besteht, bei welchen jeweils zwei Leiter an ihrem Kreuzungspunkt über ein Schaltgerät (z. B.Relaiskontakt) miteinander verbunden werden können.

Auch in der Technik der automatischen Datenverarbeitung besteht die genannte Aufgabe, hier können jedoch die bekannten Kreuzschienenverteiler nicht eingesetzt werden, da sie wegen der Verwendung herkömmlicher Schaltelemente relativ langsam, umfangreich und störanfällig sind.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltmatrix, in welcher nach Art eines Kreuzschienenverteilers jeder Leiter einer Gruppe untereinander paralleler Leiter mit den Leitern einer zweiten solchen Gruppe, welche die Leiter der ersten Gruppe in geringem Abstand kreuzen, jeweils an den Kreuzungspunkten zweier Leiter über ein Schaltglied zur Übertragung elektrischer Signale verbindbar ist, welche die genannten Nachteile vermeidet. Das wird erfindungsgemäß -dadurch erreicht, daß jedes Schaltglied aus einem in seinem Leitfähigkeitszustand bei tiefer Temperatur durch die Feldstärkeänderung eines auf ihn einwirkenden Magnetfeldes zwischen dem supraleitenden und dem normalleitenden Zustand umsteuerbaren Supraleiter aufgebaut wird.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das auf den Supraleiter einwirkende Magnetfeld durch einen in einer geschlossenen supraleitenden Schleife fließenden Strom erzeugt wird, der nach seiner Hervorrufung ohne äußere Energiezufuhr fortdauert.

Nach einem weiteren Merkmal kann der fortdauernde Strom durch mit der geschlossenen supraleitenden Schleife induktiv gekoppelte Schaltmittel dadurch wahlweise hervorgerufen bzw. zum Abklingen gebracht werden, daß ein Teil der geschlossenen supraleitenden Schleife vorübergehend in den normalleitenden Zustand gebracht wird.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen, die zur Erläuterung der Beschreibung dienen, zeigt

Fig. 1 die Übergangskurven verschiedener Materialien zwischen supraleitendem und normalleitendem Zustand,

Fig. 2 die Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Anordnung zum Steuern eines supraleitfähigen Schaltgliedes der Anordnung nach der Erfindung,

Schaltmatrix nach Art eines Kr euzs chienenver teilers

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m. b. H., Sindelfingen (Würti), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität: V. St v. Amerika vom 27. Februar 1958

Richard Lawrence Garwin, Scarsdale, N. Y. (V. St. A,), ist als Erfinder genannt worden

Fig. 4 die geschlossene supraleitende Schleife der Anordnung nach Fig. 3,

Fig. S a und 5 b die Richtungen der zum Hervorrufen bzw. Abklingenlassen des fortdauernden Stroms in der Schleife nach Fig. 4 erforderlichen Ströme und Fig. 6 die vollständige Anordnung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt die graphische Darstellung der Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke von der Temperatur für mehrere supraleitfähige Stoffe. Die Übergangskurven für Blei, Niobium und Tantal sind als Kurven 10, 11 und 12 dargestellt, die die wichtigen Eigenschaften dieser supraleitfähigen Stoffe kennzeichnen. Ein Material ist im supraleitenden Zustand, wenn das an das Material angelegte magnetische Feld und die Temperatur des Materials solche Werte besitzen, daß der zugehörige Koordinatenschnittpunkt in dem Bereich unterhalb der dem Material entsprechenden Kurve (Fig. 1) liegt. Wenn jedoch entweder die Temperatur oder das das Material umgebende magnetische Feld erhöht wird, so daß der Schnittpunkt oberhalb der entsprechenden Kurve liegt, ist das Material im normalleitenden Zustand. Für jedes supraleitfähige Material ist die Übergangskurve etwa parabolisch. Sie wird bei Annäherung an den absoluten Nullpunkt abgeflacht. Obwohl nur ein Teil der Übergangskurve für Nobium in Fig. 1 dargestellt ist, würde sich dessen Kurve dem absoluten Nullpunkt nähern, wenn der Maßstab der F-Achse gegenüber der gezeigten Große etwa verdreifacht würde.

Es sei z. B. angenommen, daß das supraleitfähige Material Blei ist und daß es auf die in Fig. 1 ange-

009 589/237

3 4

deutete Temperatur T¹ abgekühlt wird. Das Material leitende Plastikunterlage erlangen. Der erhöhte Widerbefindet sich nur dann im supraleitenden Zustand, stand erscheint nur dann, wenn das Material im wenn das daran angelegte Feld kleiner als der Wert Normalzustand ist, da er im supraleitenden Zu- H_c (T) ist. Wenn die Stärke des magnetischen Feldes stand durch den Null-Widerstand des. supraleitüber den Wert H_c (T) hinaus erhöht wird, geht das 5 fähigen Stoffes kurzgeschlossen wird. Außerdem kann Material in den normalleitenden Zustand über. Die ein hoher Widerstand durch Verwendung eines dün-Feldstärke H_c, die einer bestimmten Temperatur ent- nen Films von supraleitfähigem Material auf einer spricht, bei der der "Übergang aus dem supraleitenden Tsolierunterlage erlangt werden. Der dünne Film kann in den normalen Zustand erfolgt, wird das kritische aufgedampft oder im Vakuum aufgelagert werden. Feld genannt. Wenn also die Temperatur eines supra- ίο Weiterhin erhält man einen hohen Widerstand durch leitfähigen Stoffes auf einem konstanten Wert gehalten Entfernen des Inneren eines supraleitfähigen Leiters, wird, steuert die Erhöhung und Verringerung der da der Strom in einem supraleitfähigen Element stets Feldstärke den Widerstand des Leiters, indem dessen auf dessen Oberfläche fließt. Durch Aufgalvanisieren Eigenschaften zwischen dem supraleitenden bzw. dem oder Aufdampfen eines dünnen Films, z.B. aus Blei, normalen Zustand hin- und herschwanken. Zur Steu- 15 auf eine Isolierunterlage erhält man infolge des vererungdesLeitfähigkeitszutandes eines supraleitfähigen kleinerten Querschnitts des supraleitfähigen Stoffes Stoffes durch Veränderung des magnetischen Feldes einen höheren Widerstand im Normalzustand,
muß seine Temperatur auf einem Wert gehalten wer- Durch den supraleitenden oder den normalleitenden den, der niedriger ist als die dem magnetischen Feld Zustand eines supraleitfähigen Stoffes können Infor-NuIl entsprechende Übergangstemperatur T₀. 20 mationen dargestellt werden. Zum Beispiel kann man

Die in Fig. 1 aufgetragene Feldstärke stellt das von einem Element, das supraleitende Eigenschaften Gesamtfeld dar, das durch den das supraleitfähige hat, sagen, daß es eine binäre 0 darstellt, wenn es im Material durchfließenden Strom und ein beliebiges supraleitenden Zustand ist, und daß es eine binäre 1 äußerlich angelegtes Feld erzeugt wird. Das einer be- darstellt, wenn es im Normalzustand ist, oder auch stimmten Temperatur entsprechende kritische magne- 25 umgekehrt. Die in einem supraleitfähigen Element getische Feld H_c (T) begrenzt den Strom, der das Ma- speicherten Informationen können durch Abfühlung des terial durchfließen kann, ohne den supraleitenden Widerstandes des Elements nach einem der bekannten Zustand zu zerstören. Die Feldstärke des Eigenfeldes Verfahren bestimmt werden. Wenn der Widerstand an der Oberfläche eines zylindrischen Leiters, die gleich Null ist, ist das Material im supraleitenden Zudurch den durchfließenden Strom bestimmt ist, ist 3° stand, während das Material im Normalzustand ist, gleich 2IJlOr₁ wobei r der Radius des Drahtes in wenn es einen Widerstand aufweist.
Zentimetern und I_c der dem kritischen Feld H_c (T) Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des neuentsprechende kritische Strom sind. artigen Kreuzschienenverteilers, der Schaltelemente

Wenn verschiedene supraleifähige Elemente nahe mit supraleitfähigen Merkmalen verwendet. Fig. 2

beieinander betrieben werden, spricht jedes von ihnen 35 zeigt nur die Signalkreise, aber nicht die Mittel zum

auf eine andere Feldstärke an. Daher kann der Zu- Steuern der Schaltelemente. Alle Komponenten der

stand des einen Elements durch ein in der Nähe Schaltung von Fig. 2, die supraleitfähig sind, müssen

liegendes magnetisches Feld gesteuert werden, ohne bei einer genügend niedrigen Temperatur gehalten

den supraleitenden Zustand anderer in der Nähe be- werden.

findlicher Elemente, die ein höheres kritisches Feld 4° Die Schaltvorrichtung von Fig. 2 umfaßt eine Mehrhaben zu beeinflussen. Zum Beispiel zeigen die Kur- zahl von horizontalen oder X-Leitern 20-23, die den venlO und 11 von Fig. 1, daß beim Betreiben des Reihen Xl, X 2, XZ bzw. Xm entsprechen. Die verSystems bei etwa 4°K das kritische Feld H_c (T), das tikalen oder F-Leiter 25-28 entsprechen den Spalten genügt, um einen Bleileiter normalleitend zu machen, Fl, Y 2, YZ bzw. Ym. Die X- und F-Leiter sind nicht ausreicht, um einen Niobiumleiter normalleitend 45 gegeneinander isoliert. Eingangsklemmen 30-33 sind zu machen, da das kritische Feld für Niobium bei 4°K über Eingangsstufen 30 α-33 α mit den X-Leitern 20-23 viel größer ist als das für Blei. Wenn verschiedene gekoppelt. Die F-Leiter 25-28 sind durch Ausgangssupraleitfähige Stoffe stark verschiedene kritische stufen 35α-38α mit Ausgangsklemmen 35-38 verFeldstärken haben, wird der Stoff mit dem niedrige- bunden.

ren kritischen Feld als »weicher« Supraleiter und der 5° Die X- und F-Leiter von Fig. 2 können aus hermit dem höheren kritischen Feld als »harter« Supra- kömmlichen elektrisch leitenden Materialien hergestellt leiter bezeichnet. Im allgemeinen soll ein an ein sein, z. B. Kupfer, Aluminium usw., bestehen aber vorSystem angelegtes magnetisches Feld einen »weichen« zugsweise aus supraleitfähigen Stoffen, um deren Supraleiter normalleitend machen, ohne den supra- fehlenden Widerstand auszunutzen. Die X- und leitenden Zustand des »harten« Supraleiters zu 55 F-Leiter können die Form von dünnen Filmen oder ändern. Bändern haben, die etwa 10 ~⁴ bis IO-³ cm breit und

Häufig wird eine homogene Legierung von zwei etwa 10—⁵ cm dick sind. Wenn die X- und F-Leiter

supraleitfähigen Materialien (oder ein anderer zu- aus supraleitfähigen Stoffen bestehen, müssen diese

sammengesetzter Supraleiter) verwendet, um ein einen relativ großen Wert des kritischen Feldes haben,

Material mit einem vorherbestimmten kritischen Feld- ^6o damit die Leiter stets im supraleitenden Zustand

wert zu schaffen. Zum Beispiel würde die Übergangs- bleiben, selbst wenn die unten besprochenen magne-

kurve für Zinn unterhalb der Kurve 10 von Fig. 1 tischen Felder in ihrer Nähe erzeugt werden. Durch

liegen. Es kann also ein Stoff mit einem vorher- Verwendung von Leitern, die stets im supraleitenden

bestimmten Zwischenwert des kritischen Feldes durch Zustand bleiben, wird die Übertragung von Stromim-

Verwendung einer Legierung von Zinn und Blei 65 pulsen durch die unten beschriebenen Schaltelemente

gebildet werden. nicht behindert. Die X- und F-Leiter haben den Zweck,

Oft ist es erwünscht, daß ein supraleitfähiger Stoff Stromimpulse zwischen den verschiedenen Schaltim Normalzustand einen hohen Widerstand hat. Bei- elementen zu übertragen.

spielsweise kann man einen höheren Widerstand durch Am Schnittpunkt jedes F-Leiters mit einem Z-Lei-

Aufgalvanisieren eines supraleitenden Stoffes auf eine 70 ter ist ein Schaltelement (Element 40-55 von Fig. 2)

5 6

vorgesehen. Jedes Schaltelement ist zwischen einen der Ausgangsstufen niedrig sein im Vergleich mit dem X- und F-Leiter elektrisch eingeschaltet. Die Schalt- Wert des Normalwiderstandes eines Schaltelementes, elemente bestehen aus einem supraleitfähigen Stoff, damit ein an ein Schaltelement im Normalzustand andessen kritischer Feldwert wesentlich niedriger ist als gelegter Impuls vor allem über dem Normalwiderder der X- und F-Leiter, so daß durch die Anlegung 5 stand des Schaltelementes im Gegensatz zurEingangseines magnetischen Feldes, dessen Feldwert größer ist impedanz der Ausgangsstufe angezeigt wird, als das kritische Feld des Elements, ein bestimmtes Gemäß Fig. 2 können durch entsprechende Steue-Schaltelement normal, also nicht-supraleitend, gemacht rung des supraleitenden Zustandes der verschiedenen werden kann. Infolge der Verschiedenheit des kriti- Glieder 40-55 die an eine oder mehrere der Eingangsschen Feldwertes eines Schaltelementes von demjeni- io klemmen 30-33 angelegten Signale an eine oder mengen der X- und F-Leiter wird es durch die Anlegung rere der Ausgangsklemmen angelegt werden. Zum Beieines magnetischen Feldes normal, ohne den supra- · spiel kann ein an die Eingangsklemme 30 angelegtes leitenden Zustand der benachbarten X- und F-Leiter Signal zu der Ausgangsklemme 36 angelegt werden, zu verändern. wenn das Glied 41 supraleitend ist, und ein weiteres, Jedes Schaltelement kann aus einem dünnen Film 15 z. B. an die Klemme 33 angelegtes Eingangssignal oder einer Schicht aus supraleitfähigen! Material mit kann gleichzeitig zu der Ausgangsklemme 37 übereiner Dicke von etwa 10 ~⁶ bis 1O^-3Cm und einer tragen werden, wenn das Glied 54 supraleitend ist. Im Breite von etwa 10 "⁴ bis 10—³ cm bestehen. Die supra- vorliegenden Beispiel müssen die Glieder 40, 42-53 leitfähigen Schaltelemente oder Glieder sind in Fig. 2 und 55 nichtsupraleitend gemacht werden, durch eine Wellenlinie dargestellt, die andeuet, daß 20 Serien-Parallel-und Parallel-Serien-Umwandlungen die Länge der supraleitfähigen Glieder vergrößert wer- der Art, der man häufig in Rechenanlagen begegnet, den kann, um den normalen Widerstand jedes Gliedes können durch den Kreuzschienenverteiler von Fig. 2 zu erhöhen. Durch die Verwendung von Legierungen durch wahlweises Steuern der Zustände der verschievon verschiedenen Stoffen einschließlich eines supra- denen supraleitfähigen Glieder ausgeführt werden. Zum leitfähigen Materials für die Herstellung der Glieder 25 Beispiel kann eine Parallel-Serien-Umwandlung erkann erreicht werden, daß der Normalwiderstand reicht werden, wenn die Eingangssignale gleichzeitig eines Gliedes im nicht supraleitenden Zustand mehrere an die Eingangsklemmen angelegt werden und z. B. Tausend Ohm beträgt. Es sind Glieder mit einem die Glieder 40, 44, 48 und 52 nacheinander supraWiderstand von etwa 9000 Ohm hergestellt worden. leitend gemacht werden. Daher erscheinen die parallel Die supraleitfähigen Glieder von Fig. 2 können 30 an die Eingangsklemmen angelegten Signale seriendurch Ausnutzung der Tatsache, daß die Glieder ent- weise an der entsprechenden Ausgangsklemme. Ähnweder im supraleitenden Zustand, in dem der Wider- Hch können mehrere nacheinander an die Eingangsstand gleich Null ist, oder im nichtsupraleitenden Zu- klemme 30 angelegte Eingangssignale nacheinander stand sein können, in dem der Widerstand mehrere zu den verschiedenen Ausgangsklemmen 35-38 ge-Tausend Ohm beträgt, als Schaltelemente verwendet 35 steuert werden, indem nacheinander die Glieder 40-43 werden. Wenn ein Glied im supraleitenden Zustand ist wirksam gemacht werden, da die Eingangsimpulse in und damit keinen Widerstand hat, kann ein Strom- zeitlicher Folge erscheinen.

impuls ohne Dämpfung durch es hindurchgeleitet wer- Der Zustand jedes der Glieder von Fig. 2 wird den. Wenn ein Glied jedoch im normalen oder nicht- durch das Vorhandensein oder Fehlen eines in einer supraleitenden Zustand ist, behindert sein Normal- 40 Schleife aus supraleitfähigen! Material dauernd widerstand den Stromfluß und kann daher zur Ver- fließenden Stroms gesteuert. Wenn ein Strom in einer hinderung der Anzeige eines Ausgangsimpulses be- Schleife fließt, wird um diese herum ein magnetisches nutzt werden. Feld erzeugt, das an ein an die Schleife angrenzendes Gemäß Fig. 2 sei z. B. angenommen, daß ein Impuls Glied angelegt werden kann. Das magnetische Feld, an die Eingangsklemme 30 angelegt und an der Aus- 45 dessen Feldstärke größer ist als der kritische Feldgangsklemme 35 angezeigt werden soll. Dazu müssen wert des Gliedes, macht das Glied normalleitend. Für alle Glieder 41 bis 55 nichtsupraleitend und das Glied jedes Glied ist eine Schleife zum Speichern eines 40 supraleitend gemacht werden. Ein an die Eingangs- stetigen Stromes vorgesehen. Die Übertragungspfade klemme 30 angelegter Impuls wird durch die Eingangs- werden durch den Schalter von Fig. 2 gesteuert, instufe X1 an die Z-Leitung 20 weitergeleitet. Da das 50 dem festgestellt wird, welche der supraleitenden Glied 40 im supraleitenden Zustand ist, wird der Schleifen stetige Ströme speichern. Nach Errichtung Stromimpuls auf der X-Leitung 20 über das Glied 40 eines bestimmten Schemas von Übertragungspfaden dem F-Leiter 25 und von dort aus über die Fl-Aus- durch den Schalter von Fig. 2 durch die Induktion gangsstufe 35a der Ausgangsklemme 35 zugeleitet. von stetigen Strömen in jeder der an die normal zu Von jedem der Glieder 41, 42, 43 wird im vorliegen- 55 machenden Glieder angrenzenden supraleitenden Schieiden Beispiel angenommen, daß es im nichtsupraleiten- fen, bleibt dieses Schema unbegrenzt lange erhalten, den Zustand ist, so daß der Stromfluß durch sie hin- Daher kann der Kreuzschienenverteiler von Fig. 2 in durch von dem Z-Leiter 20 zu den F-Leitern 26, 27 ähnlicher Weise wie die Schalttafeln in verschiedenen und 28 verhindert wird. gegenwärtigen Rechenanlagen als Programmierungs-Jede der Eingangs- und Ausgangsstufen muß also 60 vorrichtung verwendet werden, um die Operation eine Vorrichtung mit niedriger Impedanz sein, damit einer zugeordneten schnell arbeitenden Rechenanlage ein Widerstand von mehreren Tausend Ohm viel zu bestimmen. Außerdem kann die Vorrichtung von größer ist als die Impedanzen, an die jedes supra- Fig. 2 als Mittel zum wahlweisen Anschließen von leitfähige Glied angeschlossen ist. Bei dem vorstehen- verschiedenen Elementen, wie Röhren, Transistoren, den Beispiel muß die Impedanz des Ausgangskreises 65 Kryotrons, Magnetkernen usw., in verschiedenen der X1-Eingangsstufe niedrig sein, damit ein an den Schaltungen verwendet werden, um logische Funk-X-Leiter 20 angelegter Stromimpuls einen großen tionen auszuführen.

Spannungsabfall über jedes daran angeschlossene Für die Steuerung der Schaltfunktionen der supraGlied, das im nichtsupraleitenden Zustand ist, erzeugt. leitfähigen Glieder 40-55 von Fig. 2 ist eine Schleife Ähnlich muß die Impedanz des Eingangskreises jeder 70 aus supraleitfähigen! Material an jedes Glied angren-

zend vorgesehen, die einen dauernden Strom speichern kann. Wenn ein stetiger Strom in der Schleife aus supraleitendem Material fließt, wird das dadurch erzeugte magnetische Feld an das zugeordnete Glied angelegt, um dieses in den Normalzustand zu bringen. Die Einrichtung zum Steuern des supraleitenden Zustandes eines Schaltgliedes von Fig. 2 ist in Fig. 3 gezeigt. Der geschlossene Strompfad zum Speichern eines induzierten Dauerstroms ist genauer in Fig. 4 dargestellt. Fig. 3 veranschaulicht einen geschlossenen Strompfad zum Speichern eines Dauerstroms, der darin durch die horizontalen und vertikalen Auswahlleitungen induziert oder aus ihm entfernt werden kann. Diese dienen zur Errichtung oder Entfernung eines stetigen Stroms in dem geschlossenen Strompfad von Fig. 3, während die X- und F-Leiter von Fig. 2 zum Übertragen von Signalimpulsen verwendet werden.

In Fig. 3 dienen die horizontale Wählleitung 59 und die vertikale Wählleitung 50 zur Anlegung eines magnetischen Feldes an die zwischen die Wählleitungen 59 und 60 eingeschobene Speicherschleife 61.

Gemäß Fig. 4 besteht die supraleitfähige Speicherschleife aus zwei Stoffen mit supraleitenden Eigenschaften, die eine geschlossene Schleife bilden. Der Einsatz 62 von Fig. 4 besteht aus einem supraleitfähigen Stoff, dessen kritischer Feldwert niedriger als der des restlichen Teils 63 der Schleife ist. Das supraleitfähige Material 62 hat einen solchen kritischen Feldwert, daß es durch das resultierende Feld der in den horizontalen und vertikalen Wählleitungen fließenden Ströme normalleitend gemacht wird. Das Material 63, das den Hauptteil der Speicherschleife bildet, wird so gewählt, daß sein kritisches Feld groß genug ist, um es immer supraleitend bleiben zu lassen, wenn koinzidente Ströme in den Wählleitungen auftreten.

Ohne Rücksicht auf die Richtung des Stromflusses durch die Wählleitungen wird der Einsatz 62 der Speicherschleife 61 immer dann normalleitend, wenn eine Koinzidenz von entsprechend starken, durch die horizontalen und vertikalen Wählleitungen fließenden Strömen auftritt. Durch den Normalwiderstand des Einsatzes 62 wird jeder vorher in der Schleife 61 kreisende Dauerstrom zum Abklingen gebracht. Die Stärke des entweder an die horizontale oder an die vertikale Wählleitung angelegten Stromes wird so gewählt, daß das entstehende magnetische Feld allein nicht imstande ist, den Einsatz 62 in den Normalzustand zu bringen.

Der linke Arm der Speicherschleife 61 (Fig. 4) ist beträchtlich schmäler als der obere und der rechte Arm mit dem Einsatz 62. Die Breite des oberen und des rechten Arms wird durch das Feld im Einsatz 62 bestimmt, das durch einen in der Schleife kreisenden Dauerstrom erzeugt wird. Durch Verbreiterung eines Arms wird die Flußdichte in seiner Nähe verringert. Daher kann diese Breite so eingerichtet werden, daß die Fußdichte des durch einen Dauerstrom erzeugten Feldes stets ungenügend ist, um den Einsatz 62 normal zu machen. Wie schon erwähnt, darf der Einsatz 62 nur normal gemacht werden durch die Koinzidenz von Wählströmen in den Leitungen 59 und 60 von Fig. 3. Die Breite des linken Arms der Schleife 61 ist zur Verstärkung des magnetischen Feldes des Dauerstroms im linken Arm wesentlich geringer als die der anderen Arme. Der kleinere Arm wird stets angrenzend an das Glied angeordnet.

Fig. 4 zeigt, daß der Einsatz 62 als Ausschnitt der Schleife 61 angeordnet ist. Der Einsatz 62 kann auch durch Einkleben eines dünnen Streifens aus supraleitendem Material zwischen zwei Enden der Schleife 61 gebildet werden. Der Einsatz 62 folgt dem Umriß der dafür vorgesehenen Öffnung und kann durch Aufbringen einer dünnen Schicht aus supraleitfähigen! Material in der Weise hergestellt werden, daß die Enden der Schleife 61 überlappt werden.

Wie das Diagramm von Fig. 5 A zeigt, wird ein Dauerstrom in der Speicherschleife 61 von Fig. 3 durch Anlegen eines von links nach rechts fließenden

ίο Stroms J₁ an die horizontale Wählleitung 59 und eines von oben nach unten fließenden Stroms J₂ an die verti-

. kale Wählleitung 60 induziert. Wenn die Ströme J₁ und J₂ in den in Fig. 5 A angedeuteten Richtungen fließen, wird ein resultierendes magnetisches Feld direkt unterhalb des Kreuzungspunktes der Leitungen gebildet, welches den Einsatz 62 in den Normalzustand bringt. Dadurch erhält der Einsatz 62 seinen Widerstand, der einen vorher in der Schleife kreisenden Dauerstrom vernichtet. Das unter den beschriebenen Umständen erzeugte resultierende Feld bildet sich additiv in den von den Leitungen 59 und 60 gebildeten linken unteren und rechten oberen Quadranten und subtraktiv in den linken oberen und rechten unteren Quadranten. Daher erzeugt das resultierende Feld einen durch die Mittelöffnung der Schleife 61 fließenden Magnetfluß. Bei Beendigung der Stromimpulse kehrt der in den Normalzustand gebrachte Einsatz 62 in den supraleitenden Zustand zurück. Wenn die ganze Schleife wieder supraleitend wird, wird wegen des Magnetflusses in der Mittelöffnung der Schleife 61 ein ihm proportionaler Dauerstrom in der Schleife induziert, der anhält, solange die Schleife vollständig supraleitend bleibt.

Zum Speichern einer binären 0, die durch das Fehlen eines Dauerstroms in der Schleife 61 dargestellt wird, fließt der Strom I₁ wiederum von links nach rechts in der Leitung 59 und der Strom J₂ gemäß Fig. 5 B durch die Leitung 60 von unten nach oben. Durch die Koinzidenz der Ströme J₁ und J₂ entsteht ein resultieren-

des Feld, das den Einsatz 62 in den Normalzustand bringt und dadurch jeden vorher vorhandenen Dauerstrom zerstört. Da jedoch in Fig. 5 B der Strom J₂. umgekehrt worden ist, wird das resultierende magnetische Feld in den linken oberen und rechten unteren Quadranten durch additive Felder (infolge der Ströme J₁ und J₂) erzeugt. Die Felder sind in den linken unteren und rechten oberen Quadranten entgegengerichtet, so daß kein Magnetfluß durch die Mittelöffnung der Schleife 61 fließt. Daher wird kein stetiger Strom in der Schleife 61 induziert, wenn durch das Abschalten der Ströme J₁ und J₂ die Schleife wieder vollständig supraleitend wird.

Die in Fig. S A und 5 B angedeuteten Richtungen der Ströme J₁ und J₂ sind willkürlich gewählt worden.

In der Speicherzelle von Fig. 3 könnte der Dauerstrom, auch durch Umkehrung der Richtung beider Ströme gemäß Fig. 5 A induziert werden.

Der Einsatz 62 von Fig. 3 und 4 kann auch wegfallen, so daß die ganze Schleife aus demselben Material besteht. Auch in diesem Falle entspricht die Wirkungsweise der Schleife zum Speichern eines Dauerstroms der vorstehenden Beschreibung. Hier wird der Teil der Schleife unterhalb der Wählleitungen genauso wie der Einsatz 62 durch koinzidierende Felder normalisiert.

Es kann natürlich auch eine andere der bekannten bzw. vorgeschlagenen Einrichtungen zum Steuern des Zustandes der Schaltgliedef von Fig. 3 durch die Speicherung eines Dauerstroms verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das die X- und F-Leiter, die Schaltglieder und die Stromschleifen zum Steuern des Zustandes jedes Gliedes enthält. Die X- und F-Leiter führen Signalströme, die allgemein beträchtlich schwächer sind als die in den Wählleitungen fließenden Wählströme. Gemäß Fig. 6 sind daher die X- und F-Leiter schmäler als die Wählleitungen.

In Fig. 6 entsprechen die ZI-Leitung 70 und die ' X2-Leitung71 den Leitungen 20 und 21 von Fig. 2. Ähnlich entsprechen die F-Leitungen 72, 73 und 74 von Fig. 6 den Leitungen 25, 26 und 27 von Fig. 2. Die X- und F-Leiter sind natürlich gegeneinander isoliert. Am Schnittpunkt eines X- mit einem F-Leiter befindet sich ein Glied aus supraleitfähigen! Material, das an die entsprechenden Leitungen angeschlossen ist. In Fig. 6 sind die supraleitfähigen Glieder mit 76 bis 81 bezeichnet. Wie schon erwähnt, muß der kritische Feldwert des Materials, aus dem die Glieder 76-81 bestehen, wesentlich geringer sein als der des Materials, aus dem die X- und F-Leiter bestehen, damit der normale Zustand eines Gliedes nicht den supraleitenden Zustand der benachbarten X- und F-Leiter ändert. Jedem der Glieder von Fig. 6 ist eine Speicherschleife zum Speichern eines Dauerstroms benachbart. Die Speicherschleifen 84-88 sind jeweils den Gliedern 76-80 zugeordnet. Die dem Glied 81 zugeordnete Speicherschleife ist weggelassen worden, um den Aufbau der Erfindung klarer darzustellen.

Ein Teil von Fig. 6 ist weggelassen worden, um eine geeignete Konstruktion für die Speicherschleifen zu veranschaulichen. Zum Beispiel besteht die Speicherschleife 86 aus einem ersten Element 89 und einem zweiten Element 90, die dieselben Funktionen erfüllen wie die Elemente 61 bzw. 62 von Fig. 4. Um die schräge Anordnung der Glieder, z. B. des Gliedes 78, zu erleichtern, ist der linke Arm 91 schräg zu dem unteren Arm der Speicherschleife 86 orientiert. Die schräge Anordnung des Arms 91 ist jedoch kein notwendiges Merkmal der Erfindung. Der Arm 91 grenzt an das supraleitfähige Glied an, das aus dem supraleitenden in den normalen Zustand umzuschalten ist. Wie oben in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben, ist der linke Arm der Speicherschleife schmäler als die übrigen Arme der Schleife, um die Stärke des magnetisehen Feldes zu erhöhen, das um den Arm 91 herum erzeugt wird, wenn ein Dauerstrom in der Schleife 86 gespeichert ist. Der Einsatz 90 der Schleife 86 besteht aus einem Material, dessen kritischer Feldwert niedriger ist als der des Materials, aus dem der übrige Teil der Schleife besteht, um die Speicherung eines stetigen Stromes in der ganzen Speicherschleife oder seine Entfernung aus ihr zu erleichtern. Die Speicherschleifen 80-88 von Fig. 6 werden jede in derselben Weise gesteuert, wie es oben in Verbindung mit Fig. 3 und 4 beschrieben worden ist.

Die Induzierung eines Dauerstroms in den verschiedenen Speicherschleifen von Fig. 6 und die Entfernung von gespeicherten Dauerströmen aus ihnen wird durch die X'- und F'-Wählleitungen gesteuert. Jede der X'-Wählleitungen, z. B. 92 und 93, ist angrenzend an die Einsätze (ähnlich Einsatz 90) jeder der Speicherschleifen einer gegebenen Reihe angeordnet. Eine Y'-Wählleitung, z.B. die Leitungen94, 95 und 96, ist für jede Spalte von Speicherschleifen vorgesehen. Jede F'-Wählleitung ist angrenzend an die Einsätze der eine Spalte bildenden Speicherschleifen angeordnet. In Fig. 6 liegt jede F'-Wählleitung unterhalb der zugeordneten Speicherschleifen, und die X'-Wählleitungen liegen über den Speicherschleifen. Es können jedoch auch andere Anordnungen der Wählleitungen verwendet werden, solange die richtige Feldkonzentration an die ihnen zugeordneten Schleifen angelegt werden können.

Zuerst werde in jeder der Speicherschleifen von Fig. 6 ein Dauerstrom nach dem oben in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Verfahren induziert. Dazu müssen alle X'- und F'-Wählleitungen durch Ströme erregt werden, die in der in Fig. 5 A gezeigten Richtung fließen. Jedes der Glieder 76-81 von Fig. 6 wird durch die magnetischen Felder dieser Dauerströme in den Normalzustand gebracht. Zwischen jeder X-Leitung und jeder F-Leitung erscheint daher der Normalwiderstand eines Gliedes. Weiter sei angenommen, daß ein an die Xl-Leitung70 angelegtes Eingangssignal zu der F2-Leitung 73 übertragen werden soll. Für die Ausführung dieser Schaltoperation muß das Glied 77 durch Entfernung des in der Speicherschleife 85 kreisenden Dauerstroms supraleitend gemacht werden. Wie oben in Verbindung mit Fig. 3 und 5 B angedeutet, wird ein in der Schleife 85 von Fig. 6 kreisender stetiger Strom durch die Anlegung von Strömen^ und I₂ in den in Fig. 5B gezeigten Richtungen an die X'l- bzw. F'2-Leitungen von Fig. 6 entfernt. Dadurch verschwindet des magnetische Feld im Glied 77, so daß das Glied wieder in den supraleitenden Zustand gelangt und widerstandslos wird. Danach kann ein an die Xl-Leitung 70 angelegtes Eingangssignal durch das Glied 77 zu der F2-Leitung 73 übertragen werden, wie es oben in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben worden ist.

Zur Übertragung eines oder mehrerer an die X-Leiter angelegter Eingangssignale an die F-Leiter werden also gemäß der obenstehenden Beschreibung in Verbindung mit Fig. 2 wahlweise die Speicherschleifen von Fig. 6 gesteuert, die stetige Ströme speichern sollen.

Obwohl Fig. 6 eine 2-3-Speichermatrix zeigt, können zusätzliche Speicherschleifen mit ihren zugeordneten Gliedern für jede der zu verwendenden Reihen und Spalten vorgesehen werden. Die Erfindung soll weiterhin nicht durch die Anordnung der X- und F-Leitungen und auch der X'- und F'-Wählleitungen gemäß Fig. 6 beschränkt werden. Zum Beispiel können die X- und F-Leiter, wie 70 und 72, unterhalb der benachbarten X'- und F'-Wählleitungen angeordnet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltmatrix, in welcher nach Art eines Kreuzschienenverteilers jeder Leiter einer Gruppe untereinander paralleler Leiter mit den Leitern einer zweiten .solchen Gruppe, welche die Leiter der ersten Gruppe in geringem Abstand kreuzen, jeweils an den Kreuzungspunkten zweier Leiter über ein Schaltglied zur Übertragung elektrischer Signale verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schaltglied (40-55, 76-81) aus einem in seinem Leitfähigkeitszustand bei tiefer Temperatur durch die Feldstärkeänderung eines auf ihn einwirkenden Magnetfeldes zwischen dem supraleitenden und dem normalleitenden Zustand umsteuerbaren Supraleiter besteht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Supraleiter einwirkende Magnetfeld durch einen in einer geschlossenen supraleitenden Schleife (61, 89) fließenden Strom erzeugt wird, der nach seiner Hervorrufung ohne äußere Energiezufuhr fortdauert.

009 589/237

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der fortdauernde Strom durch mit der geschlossenen supraleitenden Schleife (61, 89) induktiv gekoppelte Schaltmittel (59, 60; 92-96) dadurch wahlweise hervorgerufen bzw. zum Abklingen gebracht werden kann, daß ein Teil der geschlossenen supraleitenden Schleife (61, 89) vorübergehend in den normalleitenden Zustand gebracht wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der geschlossenen supraleiten-

den Schleife (61; 89) induktiv gekoppelten Schaltmittel aus zwei jeweils zu einem Teil der Schleife (61; 89) parallel verlaufenden und sich vorzugsweise über einem Punkt (62; 90) der Schleife (61; 89) kreuzenden Wählleitungen (59, 60; 92, 96) bestehen, welche zum Hervorrufen bzw. Abklingenlassen eines fortdauernden Stromes in der Schleife (61; 89) derart erregbar sind, daß sich die von jeder einzelnen Wählleitung (59 bzw. 60; 92 bzw. 96) hervorgerufenen Ströme unterstützen bzw. aufheben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 589/237 8.60