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Bistabile Schaltanordnung Die Erfindung bezieht sich auf elektrische
bistabile Schaltungen bzw. Schaltvorrichtungen, d. h. Steuerkreise, die zwei .stabile
Zustände haben, in denen sie wechselweise durch nacheinander zugeführte Betätigungsimpulse
betrieben werden können. Wenn daher ein derartiger Steuerkreis anfangs in dem einen
stabilen Zustand ist, so ändert er sich in den anderen stabilen Zustand auf einen
zugeführten Impuls hin und bleibt so lange in diesem Zustand, bis er wieder durch
einen weiteren eintreffenden Impuls betätigt wird, worauf er in den ursprünglichen
Stabilzustand zurückkehrt, usw. bei weiteren Impulsen.
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Die Erfindung betrifft insbesondere solche bistabile Schaltungen,
von denen wirksame Ausgangssignale in Form von Impulsen erhalten werden können,
die während des Umschlagens oder Kippens der Schaltung aus dem einen Stabilzustand
in den anderen auftreten, jedoch nur dann, wenn dieses Kippen in b°-@;timmter Richtung
erfolgt, so daß im Endeffekt die Schaltung nur einen Ausgangsimpuls für je zwei
ihm zugeführte Betätigungsimpulse ergibt.
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Die Erfindung stellt einen neuen bistabilen Kreis der letztgenannten
Art dar, bei dem ein statisches Magnetelement verwendet wird, womit ein Magnetelement
gemeint ist, das einen bewickelten Kern aus Ferrit oder einem anderen ferromagnetischen.
Material hat, welches eine im wesentlichen rechtwinklige Hysteresisschleife zeigt,
wenn es einer Magnetisierungsperio.de unterworfen ist. Im Grunde ist die Wirkungsweise
eines derartigen Magnetelementes die, daß sein Bern je nach der ausgeführten Funktion
in einen Zu-@;tand magnetischer Sättigung in einem Richtungssinn versetzt wird,
indem einer Wicklung darauf ein Vorspannungs- oder Stellimpuls von hinreichender
Größe tin.d geeigneter Polarität zugeführt wird, und daß der Kern darauf in einen
gesättigten magnetischen Zustand in der entgegengesetzten Richtung zurückgebracht
wird durch Anwendung der gleichen oder einer anderen Wicklung, möglicherweise in
Verbindung mit einem zugeführten Anreiz- oder Grundsignal, durch einen Rückstellimpuls
hinreichender Größe und geeigneter Polarität. Der übergang von einem Zustand der
magnetischen Sättigung zu dem anderen (in jeder Richtung) ist allgemein als »Kippen.«
des Kernes bekannt.
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Erfindungsgemäß ist die bistabile Schaltanordnung in erster Linie
dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetisches Schaltelement mit einem Ferritrin:gkern
rechteckiger Hysteresiskurve, einer Eingangswicklung, die mit Schaltimpulsen bestimmter
Polarität und Größe beaufschlagt werden kann, und einer Sperrwicklung vorhanden
ist, daß ferner ein elektronisches Schaltelement vorhanden ist, dessen Eingangskreis
an die Sperrwicklung und über eine Wechselstromankoppelungseinrichtung, die eine
Gleichstromsperre bildet, beispielsweise einen Kondensator, auch an die Eingangswicklung
gekoppelt ist, und daß die Wicklungen derart bemessen sind, daß bei Ummagnetisierung
des Kernes durch einen ersten Eingangsimpuls der in der Sperrwicklung erzeugte Impuls
den über die Wechselstromankoppelungseinrichtung übertragenen Impuls aufhebt, so
daß das elektronische Schaltelement gesperrt bleibt, und daß ein zweiter Eingangsimpuls,
der infolge des bereits durch den ersten Impuls ummagnetisierten Kernes in der Sperrwicklung
keinen Impuls erzeugt, über die Wechselstromankoppelungseinrichtung das elektronische
Schaltelement leitend macht, so daß ein Ausgangsimpuls entsteht, der über die Sperrwicklung
den Magnetkern wieder in den ursprünglichen Magnetisierungszustand bringt. Auf diese
Weise bewirkt, wenn das Kernelement sich anfangs in einem Rückstellzustand befindet,
der Empfang eines Betätigungsimpulses durch den Kreis ein Umschlagen des Kernes
zu dessen Einstellung, während er gleichzeitig die elektronische Vorrichtung leitend
zu machen sucht. Jedoch erzeugt das Stellen. des Kernes einen Impuls in der Hemmwicklung,
der das Leitendwerden der Vorrichtung verhindert, so daß zu dieser Zeit kein Ausgangsimpuls
von dem Kreis ausgesandt wird. Wenn der nächste Betätigungsimpuls dem Kreis zugeführt
wird, so wird .der bereits eingestellte Kern dadurch nicht beeinträchtigt, so daß
kein Impuls durch die Hemmwicklung erzeugt wird, um zu verhindern, daß die elektronische
Vorrichtung durch den Empfang dieses nächsten Betätigungsimpulses leitend gemacht
wird. Das nachfolgende Leiten der Vorrichtung bewirkt, daß ein Ausgangsimpuls von
dem
Kreis ausgesandt wird; und bringt außerdem das Rückstellen des Elementkernes durch
den Stromfluß zuwege, der durch die Hemmwicklung erzeugt wird, so daß bei Beendigung
des zweiten Betätigungsimpulses der Kreis in seinen ursprünglichen Zustand zurückgebracht
worden ist.
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Bei der Ausführung der Erfindung können Betätigungs-(Stell-)Impulse
bequem der elektronischen Vorrichtung durch eine kapazitive Kopplung zugeführt werden,
die eine Gleichstromisolierung zwischen .der Eingangs- und der Hemmwicklung des
magnetischen Elementes ergibt. In diesem Fäll jedoch wird nur die vordere Kante
eines Betätigungsimpulses dazu verwendet, die elektrische Vorrichtung dann leitend
zu machen, wenn der geeignete Stromkreiszustand erreicht wird. Um daher den leitenden
Zustand der Vorrichtung so lange aufrechtzuerhalten, daß ein Ausgangsimpuls der
erforderlichen Dauer erzeugt wird, kann an dem Elementkern eine weitere Wicklung
vorgesehen werden, die in -dein Stromweg der elektronischen Vorrichtung liegt und
induktiv an die Hemmwicklung gekoppelt ist, um#eine regenerative (positive) Rückkopplungswirkung
zu ergeben, die bestrebt ist, den Stromfluß durch- die'. elektronische Vorrichtung
zu verlängern.
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Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebendem
Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt Fig. 1 einen besondere- histabilen
Kreis nach der Erfindung, Fit-* 2 ein Beispiel einer binären Zähleinrichtung, deren
sämtliche Stufen durch einen bistabilen Kreis, wie er in Fig. 1 dargestellt ist,
gebildet werden, während Fig. 3 einen Eingangskreis, der zur Lieferung von Betätigungsimpulsen
an den in Fig. 1 dargestellten bistabilen Kreis geeignet ist, wiedergibt.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist der bistabile Kreis einen Transistor
T in Verbindung mit einem Ferritringkern F auf, der eine Eingangswicklung iw hat,
eine Hemmwicklung oder Sperrwicklung hw und eine regenerative Wicklung- bzw. Rückstellwicklung
rw. Die Eingangswicklungiw ist an einem Ende an eine Klemmet, der positiv verlaufende
Betätigungsimpulse für den Kreis zugeführt werden, und an dem anderen Ende .durch
einen Widerstand R an eine negative Versorgungsquelle angeschlossen. Die Verbindung
der Eingangswicklungiw und des Widerstandes R ist mit Hilfe eines Kondensators C
an den Emitter e des Transistors T gekoppelt, wobei dieser Emitter e auch an das
Erdpotential über die Hemmwicklung hw des Kernes angeschlossen ist. Die regenerative
Wicklung rw ist zwischen dem Transistorkollektor c -und der negativen Stromquellenklemme
über eine Leitung l und -eine stromempfindliche Last UC angeschlossen. Die Basis
b des Transistors T liegt direkt an Erde.
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Wenn der Ferritkern F sich anfangs in seinem Ruhezustand befindet
und der Transistor T nichtleitend ist, da die Basis b und die Emitterelektrode
e
des letzteren das gleiche-(Erd-)Potential im Ruhezustand haben, verursacht
ein positiver Betätigungsimpuls, der .durch die Eingangswicklung iw von der Eingangsklemme
t aufgenommen worden ist, ein Umschlagen des Kernes F in den Arbeitszustand, wobei
in der Hemmwicklunghw die- Entstehung eines Impulses ausgelöst wird, der bestrebt
ist, das Potential des Emitters e negativ in- bezug auf das Potential seiner Basis
b zu machen; 'Der positive Betätigungsimpuls wird: außerdem durch den Kondensator
C dem Emittiere zugeführt und ist auf diese Weise bestrebt, das Emitterpotential
positiv in bezug auf das Basispotential zu machen. Wenn daher die Stromkreisparameter
so angeordnet werden, daß die positiven und negativen. Impulse, die der Emitter
e aufnimmt, im wesentlichen gleich sind, so wird der positive Impuls, der den Transistor
leitend machen würde, wirksam durch den negativen Impuls aufgehoben, so daß der
Transistor T nichtleitend bleibt. Wenn der nächste positive Betätigungsimpuls durch
die Eingangswicklung iw empfangen wird, so ist der Kern.F bereits durch den vorhergehenden
Stellimpuls in seinen Arbeitszustand gekippt und wird daher nicht beeinflußt, und
es erfolgt .daher keine Änderung des Zustandes der Kernmagnetisierung, etwa dahingehend,
daß .ein Impuls in der Hemmwicklung hw induziert wird, die bestrebt ist, den Emitter
e negativ zu machen. Jedoch wird dieser zweite Betätigungsimpuls wie der erste über
den Kondensator C dem Emitter e zugeführt, und diesmal wird das Emitterpotential,
da kein gegenwirkender negativer Impuls vorhanden ist, positiv in bezug auf das
Basispotential angehoben bzw. gemacht; so daß der Transistor T stromleitenld wird.
Der resultierende Strom von dem Transistor T fließt auch durch die Hemmwicklung
hw und die regenerative Wicklung rw, die infolge der induktiven Kopplung zwischen
beiden eine regenerative positive Rückkopplungswirkung ergibt, .um den Stromfluß
zu verlängern und .dadurch in der Ausgangsleitung Z einen Ausgangsimpuls von einer
Dauer zu erzeugen, die in einem bestimmten Verhältnis zu dem zugeführten Betätigungsimpuls
stehen kann. Der Stromfluß durch die Hemmwicklunghw hat außerdem solche Polarität
und Größe, daß er ein Zurückkippen des Kernes in den Rückstellzustand verursacht.
Die Wirkung wird für nachfolgende Paare von Betätigungsimpulsen wiederholt, und
die Schaltung ergibt daher einen Ausgangsimpuls für jeden zweiten zugeführten Betätigungsimpuls.
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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann die bistabile Schaltung nach der Erfindung
in einem binären Zählwerk verwendet werden, wobei alle Stufen S1, S2 ...
Sie
des Zählwerkes durch eine derartige Schaltanordnung gebildet werden. Für
diesen besonderen Anwendungszweck ist die Eingangswicklung iw des Kreises jeder
Stufe (mit Ausnahme der Stufe S1) an die Ausgangsleitung Z des Kreises der vorhergehenden
Stufe angeschlossen, um Betätigungsimpulse von diesem in den Zeiten, wenn der Transistor
T in einer derartigen vorhergehenden Stufe leitend gemacht worden ist aufzunehmen.
Die Impulse für das .Zählen werden an der Klemme tt als Betätigungsimpulse der Eingangswicklung
iw .des Kreises S1 der ersten Stufe zugeführt, so daß in üblicher Weise alle StufenS1,
S2 ... Sn des Zählwerkes einmal für alle beiden Operationen der vorhergehenden
Stufe betätigt werden und die entsprechenden Zustände der Stufen zu jeder Zeit einer
binären Kombination entsprechen würden, die die Zahl der Impulse verkörpert, die
der ersten StufeS1 zugeführt worden sind. Bei Bedarf kann die Ausgangsleitiung l
der letzten - Stufe Sn der Zähleinrichtung an einen Lastkreis L angeschlossen werden,
der einen Ausgangsimpuls jedesmal dann empfangen würde, wenn die Zähleinrichtung
ihre Endlage erreicht hat.
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Betätigungsimpulse zur Anwendung auf einen bistabilen Kreis nach der
Erfindung können durch einen Eingangskreis, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, geliefert
werden: Dieser Eingangskreis kann auch für die Zähleinrichtung der Fit. 2 verwendet
werden, wenn zu zählende Impulse nicht vollständig zur direkten
Anwendung
als Betätigungsimpulse bei der Stufe S1 geeignet sind. Die Funktionen des Eingangskreises
sind das Umformen und Verstärken empfangener Impulse in eine Form, die besser für
das Kippen eines Magnetkernes der betreffenden Art geeignet ist, und zu diesem Zweck
weist der Eingangskreis ein impulsformendes Element in Form eines Blockierungsoszillators
bzw. Sperrschwingers auf, der einen Transistor T 1 besitzt, auf den ein Verstärkungselement
mit einem Transistor T 2 folgt. Bei dem Transistor T 1 ist der Emitter
e 1 über einen Widerstand Rs 1 und einen Kondensator Ccl zur Aufnahme von Eingangsimpulsen
angeschlossen, die einer Eingangsklemme t 1 für den Kreis zugeführt werden, während
die Basis b 1 direkt an Erde liegt und der Kollektor C 1 über eine Primärwicklung
w 1 eines Rückkopplungstransformators T X
an die negative Klemme (-)
einer Stromquelle für d:n Eingangskreis angeschlossen ist. Zweckmäßigerweise kann
der Transformator TX einen Bandkern haben. Die Wicklung w 1 ist induktiv an die
Sekundärwicklung w2 des Transformators TX gekoppelt, wobei diese Wicklung
w2 an einer Seite mit dem Emitter e1 des Transistors T1 und an der anderen Seite
über einen Widerstand Rs2 mit der negativen Klemme (-) und außerdem über einen weiteren
Widerstand Rs3 mit Erde verbunden ist. Der Transformator TX weist außerdem eine
Ausgangswicklung 7e3 auf, die induktiv an die Wicklung w1 gekoppelt ist :and zwischen
Erde und einem Widerstand Rs4 liegt, über den sie an die Basis b2 des Transistors
T2 angeschlossen ist. Der Emitter e2 des Transistors T2 ist direkt an Erde angeschlossen,
und sein Kollektor c2 ist an eine Ausgangsklemme t2 für den Kreis angeschlossen.
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Wenn ein positiver Impuls der Eingangsklemme t1 zugeführt wird, so
wird der Transistor T1 leitend gemacht, und der entstehende Kollektorstrom in der
Wicklung w 1 induziert einen negativen Impuls in der Wicklungw3, wodurch .der Transistor
T2 leitend gemacht wird. Auf diese Weise erzeugt, wenn die Ausgangsklemme
t2 an die Ausgangsklemme t beispielsweise des bistabilen Kreises der
Fig. 1 angeschlossen ist, so daß der Kollektor c2 des Transistors T2 an die negative
Klemme (-) über die Kerneingangswicklung iw und .den Widerstand R angeschlossen
ist, das Leiten des Transistors T2 einen Betätigungsimpuls in der Wicklung iw. Der
resultierende Kollektorstrom des Transistors T 1 führt außerdem zu einer positiven
Rückkopplung zwischen den Wicklungenwl und w2, so daß der Transistor T1 noch weiterleitet
und ein weiteres Leiten des Transistors T2 verursacht. Dieser Zustand setzt sich
fort, bis Sättigung eintritt, wobei die Verstärkerwirkung des Transistors T1 so
weit abgefaUen ist, daß der Kollektorstrom nicht weiter ansteigt.
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Dann erfolgt ein kulminativer Abfall des Emitterstromts, der den Transistor
T1 abschaltet und so durch Beendigung des leitenden Zustandes des Transistors T2
den Betätigungsimpuls beendet, der den dem bistabilen Kreis zugeführten Impuls beendet.