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Magnetkernschalter-Matrix Zusatz zur Patentanmeldung 116660
VIII a / 21 a 1 (Auslegeschrift 1098 540) In der Hauptpatentanmeldung 116
660 VIII a/21 a1 ist ein Magnetkernschalter beschrieben. Dieser besteht aus mehreren
Magnetkernen mit je mehreren Wicklungen. Je eine Wicklung jedes Kernes ist mit einer
Wicklung aller anderen Kerne in Reihe geschaltet. Die Wicklungen umschlingen ihre
Magnetkerne in solchem Sinne, daß bei Stromzufuhr an ausgewählte Reihenschaltungen
von Wicklungen sich die magnetischen Wirkungen der zugeführten Ströme nur in einem
Magnetkern addieren, sich jedoch in allen übrigen Magnetkernen gegenseitig vollständig
aufheben. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß die für die Ummagnetisierung
der Speicherkerne eines zugeordneten Magnetkernspeichers erforderliche Leistung
von den ausgewählten Reihenschaltungen der Wicklungen des Magnetkernschalters gemeinsam
aufzubringen ist, daß also jede Reihenschaltung nur einen Bruchteil dieser Leistung
zu liefern hat. Weiter erhalten die nicht ausgewählten Zeilen oder Spalten des Magnetkernschalters
keine Störimpulse, und die sonst in die Störimpulse eingehende Leistung wird eingespart.
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Die Erfindung betrifft die Anwendung eines solchen Magnetkernschalters
für eine Schaltermatrix. Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Magnetkernschalter-Matrix
unter Verwendung von Magnetkernschaltern mit mehreren Magnetkernen und Reihenschaltungen
von Wicklungen, die auf die Magnetkerne in unterschiedlichem Sinne gewickelt sind
und die bei Erregung ausgewählter Reihenschaltungen nur auf einen Magnetkern additiv
magnetisierend wirken, auf allen anderen Magnetkernen sich in ihrer magnetisierenden
Wirkung vollständig aufheben, mit dem Merkmal, daß jeweils eine Anzahl von mit reihengeschalteten
Wicklungen versehenen Magnetkernen eine Zeile der Matrix bilden und alle Zeilen
der Matrix durch gleiche Kern- und Wicklungsanordnungen gebildet sind und daß die
Reihenschaltungen der Magnetkernwicklungen einerseits an einen Kombinationswähler
angeschlossen und andererseits zeilenweise zusammen-,x und an einen Zeilenwähler
angeschlossen sind.
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Das Ausführungsbeispiel der Beschreibung wird durch Zeichnungen erläutert.
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Fig. 1 ist ein Blockschema der erfindungsgemäßen Anordnung; Fig. 2
zeigt, wie die Fig. 2 a bis 2 d zu verbinden sind, die ein Schaltbild der Anordnung
zeigen; Fig. 3 und 4 zeigen die Wicklungskombination für Lesen und Schreiben; Fig.
5 a und 5 b zeigen Schaltbild und Blockdarstellung eines verwendeten ausschließlichen
ODER-Kreises; Fig.6 ist eine Stelle eines fünfstufigen Adreßregisters; Fig.7a und
7b zeigen Schaltbild und Blockdarstellung eines UND-Kreises; Fig.8a und 8b zeigen
Schaltbild und Blockdarstellung eines Treibers; Fig. 9 a und 9 b zeigen Schaltbild
und Blockdarstellung eines kombinierten UND-Kreises und Strom-Spannungsübersetzers;
Fig. 10a und 10b zeigen Schaltbild und Blockdarstellung einer Torschaltung, und
Fig. 11 ist ein Impulsdiagramm.
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Zunächst sollen die für das Ausführungsbeispiel benutzen Bauelemente
und Baugruppen beschrieben werden. Jeder Magnetkernschalter in der 10-10'-Matrix
77 der Fig. 2b ist mit dem Bezugszeichen 51 versehen und besteht aus dem bistabilen
Kern 52. Dieser Kern trägt sechzehn Wicklungen lY1 bis T16, von denen acht mit dem
einen und acht mit dem anderen Wickelsinn aufgebracht sind. Entsprechende Wicklungen
aller zehn Kerne einer Matrixzeile sind in Reihe geschaltet, können also durch einen
gemeinsamen Strom erregt werden. Während eines Arbeitszyklus, der aus einer Lese-
und einer Schreibhälfte besteht, werden bestimmte acht von diesen sechzehn Wicklungen
während der ersten Hälfte des Arbeitszyklus erregt und die übrigen während der zweiten
Hälfte des Zyklus. Bei diesem Vorgang wird nur ein Magnetkernschalter der ganzen
10-10-Matrix ummagnetisiert und wieder zurückgestellt, während die übrigen Magnetkernschalter
nicht beeinflußt werden. Die Tabellen 3 und 4 zeigen, welcheWicklungskombinationen
mit Strom zu versorgen
sind, um die einzelnen Magnetkernschalter
zu erregen. In Fig. 3 z. B. stellt die oberste Zeile (0 bis 9) die zehn Spalten
0 bis 9 dar, von denen jede die Ma-0 bis 9 enthält. Die äußerste Spalte links in
Fig. 3 zeigt fünf negierte Werte 6, 3, .2, i und Ö, weiter zehn Wertepaare, welche
durch die Bedingung »ausschließlich ODER« verknüpft sind, sowie eine sechzehnte
Stelle mit dem Symbol Q, das der sechzehnten Wicklung während des Lese-Halbzyklus
zugeführt wird. Die Einsen und Nullen der Tabelle zeigen nur zwei verschiedene Wicklungsrichtungen
11'1 bis Li116 an. Die zehn senkrechten Muster (von Einsen und Nullen) zeigen also,
wie die sechzehn Wicklungen auf die zehn Schalterkerne der zehn Zeilen 0 bis 9 aufgebracht
sind. Für jeden der zehn Dezimalwerte 0 bis 9 werden acht von den sechzehn Leitungen
während des Lese-Halbzyklus von Strom durchflossen und anschließend während des
Schreib-HalbzvkIus die restlichen acht. Die zehn verschiedenen Wicklungs-Reihenschaltungen
sind auf die Magnetkernschalter so aufgebracht, daß sie abhängig von den Adressenziffern
in den Einer- und Zehnerstellen eines Adressenregisters einen ausgewählten Kern
bestimmen, der am Schnittpunkt der gewählten Spalte und Zeile liegt. Die Fig. 4
zeigt eine zur Fig. 3 komplementäre Darstellung. In der Spalte ganz links sind die
positiven Werte der ausschließlichen ODER-Bedingung angeschrieben.
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Die Fig.5a zeigt einen auschließlichen ODER-Kreis mit den vier Eingängen
A, B, C und D und den zwei Ausgängen E und F; letztere liefern phasenfremde oder
phasengleiche Ausgangssignale beim Anlegen koinzidenter Eingangssignale an A und
B bzw. C und D. Die Schaltung enthält PNP-Transistoren, die mit 1 bezeichnet sind,
NPN-Transistoren, die mit 2 bezeichnet sind. Emitter, Basis und Kollektor sind durch
die Indizes a, b und c bezeichnet, die Emitter außerdem durch Pfeile, die
bei den PNP-Transistoren zum Emitter und bei den NPN-Transistoren vom Emitter weg
zeigen. Die Eingänge A bis D sind jeweils an einen Spannungsteiler
mit den Widerständen 3, 4 und 5 angeschlossen, der seinerseits an einer Spannung
von -I-6 V liegt. Die Eingangssignale verursachen eine Potentialänderung an den
Eingangsklemmen von -1 bis -f-1 V. Die Ausgangsklemmen E und F sind mit den Kollektoren
der Transistoren 2 verbunden, deren Emitter über Widerstände 8 mit einer Spannung
von -12 V verbunden sind. Der Punkt 10 der Schaltung kann als ODER-Punkt bezeichnet
werden: an ihm entsteht ein Signal bei koinzidenten Eingangssignalen an A und B
oder C und D; dieses Signal ruft ein phasengleiches Ausgangssignal an Klemme F und
ein phasenfremdes Ausgangssignal an der Klemme E hervor. Die Blockdarstellung dieser
Schaltung ist in Fig. 5 b wiedergegeben, das eingeschriebene Symbol 4 L' weist auf
die vier Eingänge der ausschließlichen ODER-Schaltung hin.
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Fig. 9 a zeigt eine UND-Schaltung mit drei Eingängen A', B',
C und einem Ausgang F', der phasengleiche Ausgangssignale liefert,
falls drei koinzidente Eingangssignale vorliegen. In der Schaltung ist außerdem
ein Strom-Spannungs-Gbersetzer enthalten, der unter anderem zwei NPN-Transistoren
2' und einen P. \'P-Transistor 1' enthält. Diese Schaltung wird im Kombinationswähler
2b benutzt. Die Fig.9b ist die Blockdarstellung.
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Eine UND-Schaltung 2A ist in Fig. 7a dargestellt. Zwei koinzidente
den Eingangsklemmen L und M zugeführte Signale rufen an der Ausgangsklemme N ein
phasengleiches Signal hervor. Die Eingangssignale an L und 17 rufen Potentialänderungen
von 6 bzw. 2V hervor. Die Blockdarstellung ist in Fig.7b gezeigt. Auch diese Schaltung
ist in dem Kombinationswähler in den Fig. 2 a und 2 c verwendet.
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Das Schaltbild des Treibers DRG ist in Fig. 10a dargestellt. Es enthält
einen NPN-Transistor 2 und zwei PNP-Transistoren 1. Die Potentialänderungen des
Eingangssignales an Klemme J liegen zwischen -6 und 0 V. Der Ausgang ist mit IL
bezeichnet. Der Treiber, dessen Blockdarstellung in der Fig. 10b gezeigt ist, findet
im Zeilenwähler der Fig. 2 b Verwendung.
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Eine andere Art von Treiber DR, dargestellt in Fig. 8 a, enthält ebenfalls
NPN-Transistoren 2 und einen NPN-Transistor 1 und die Eingangs- und Ausgangsklemmen
R und S. Sein Eingang R wird von dem Ausgang der UND-Schaltung 2A gespeist (s. die
Fig. 2 a und 2 c) ; sein Ausgang S führt zu dem einen Ende der Treiberleitungen
der Matrix.
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Die Einerstelle des Adressenregisters ist in der Fig. 6 dargestellt
und mit 30 bezeichnet. Sie enthält fünf Stufen 21 bis 25 mit je einem bistabilen
Schalter TR1 bis TR5. Den Eingangsleitungen 25a, 24a, 23a, 22 ca und 21 a der Schalter
werden die Bitwerte 0, 1, 2, 3 und 6 darstellende Eingangssignale zugeführt. Jede
Stufe hat zwei Ausgangsleitungen, die Stufe 21 z. B. die Ausgangsleitungen 21 b
und 21 c. Wenn der Trigger 21 auf ein 6-Bit-Signal hin EIN-geschaltet wurde, liefert
die Ausgangsleitung 21 b einen positiven Spannungspegel, ist der Schalter AUS-geschaltet,
so ist die Leitung 21 b negativ, dagegen 21 c positiv und kennzeichnet die Abwesenheit
einer 6. Dieses Signal (eine negierte 6) wird mit 6 bezeichnet. Entsprechendes gilt
für die Ausgangsleitungen der übrigen Stufen. Bei dem hier verwendeten 2-von-5-Schlüssel
werden jeweils durch zwei der fünf Trigger die Dezimalwerte 0 bis 9 dargestellt;
die jeweils nicht EIN-geschalteten Trigger liefern negierte Ausgangssignale. Die
folgende Tabelle gibt eine Zusammenstellung dieser Möglichkeiten.
| Ziffern |
| Bitwerte |
| 0 6 3 2 1 Ö |
| 1 6 3 2 1 0 |
| 2 6 3 2 1 0 |
| 3 6 3 2 1 0 |
| 4 6 3 2 1 Ö |
| 5 6 3 2 i Ö |
| 6 6 3 2 i 0 |
| 7 6 3 2 1 Ö |
| 8 6 ä 2 i Ö |
| 9 6 3 2 i Ö |
Dieses Register 30 ist in dem Adressenregister für die Einer- und Hunderterpositionen
benutzt, während eine abgewandelte Form 30' für die Zehner- und Tausenderstellen
des Adressenregisters Anwendung findet. Die abgewandelte Form 30' unterscheidet
sich von der Ausführungsform 30 nur dadurch, daß statt zehn Ausgängen nur fünf Ausgänge
vorhanden sind, die jeweils positiv sind, wenn der dazugehörige Trigger EIN-geschaltet
ist. Die Rückstellung erfolgt bei beiden Formen über die Leitung 31.
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Wie bereits früher kurz erwähnt wurde, besteht die wesentliche Eigenschaft
des hier verwendeten Magnetkernschalters darin, daß der zur Ummagnetisierung aufzubringende
Strom mehreren Wicklungen geliefert wird, so daß jede Wicklung nur einen Bruchteil
der
Gesamtleistung aufzubringen hat. Die damit mögliche Verringerung
von Strom und Leistung des einzelnen Treiberkreises ist besonders dann vorteilhaft,
wenn die Leistungsfähigkeit dieser Treiber klein gehalten werden muß. Im vorliegenden
Falle liefert jeder Treiber den Strom, welcher die magnetische FeldstärkeHU hervorbringt;
diese Feldstärke ist gleich HT/N2, wo HT die gesamte für die Ummagnetisierung des
Kernes erforderliche Feldstärke und N die Gesamtzahl der Windungen ist. Es sind
also auf einen Kern N Windungen aufgebracht, von denen die eine Hälfte um den Kern
in Y,1«-Richtung und die andere Hälfte in »0«-Richtung gewickelt ist. Werden also
während der Lesezeit (des angeschlossenen Kernspeichers) N/2 in »1«-Richtung gewickelten
Wicklungen Ströme zugeführt, so geht der Kern vom »0«- in den »1«-Zustand über.
Der Flußwechsel ruft in der Ausgangswicklung des Kernes einen Impuls hervor, der
einer Spalten- oder Zeilenleitung des Kernspeichers als Leseimpuls dienen kann.
Entsprechendes gilt für die Rückmagnetisierung des Kernes durch Erregung der anderen
1V/2-Wicklungen zur Erzeugung eines Schreibimpulses im Magnetkernspeicher.
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Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung soll nun an Hand
der Fig. 1 erläutert werden. In den vier Stellen des Adressenregisters (Einerstelle
30, Zehnerstelle 30', Hunderterstelle 30 und Tausenderstelle 30') seien die Adressenangaben
über die bei der Einerstelle mit 0, 1, 2, 3 und 6 bezeichneten Leitungen im 2-von-5-Code
eingegeben worden. Die Einer-und Hunderterstellen des Registers haben je zehn Ausgangsleitungen,
die Zehner- und Tausenderstellen je fünf Ausgangsleitungen, die aber jeweils durch
eine einzige Leitung dargestellt sind. Die Einerstelle des Adressenregisters ist
über die Leitungsgruppe 32 mit dem Kombinationswähler 43 verbunden, der aus ausschließlichen
ODER-Kreisen 4V, UND-Schaltungen 2A, Treibern DR und Steuereinrichtungen für die
Wahl von Lesen und Schreiben besteht. Den Kombinationswähler verlassen sechzehn
Ausgangsleitungen 61 bis 76. Acht von diesen Leitungen liefern während des Lese-Halbzyklus
Signale, die auf den negierten Kombinationen (s. Fig. 3) beruhen. Die übrigen acht
Leitungen liefern während des Lese-Halbzyklus Signale in Übereinstimmung mit Fig.
4. Die Leitungen 61 bis 76 führen zu der 10- 10-Matrix 77, deren hundert Ausgangsleitungen
durch eine einzige Leitung 100 dargestellt sind. Eine weitere Bedingung für die
Auswahl eines Magnetkernschalters der Matrix wird durch den Zeilenwähler 78 gegeben,
der von den Werten der Zehnerstelle des Adressenregisters über die mit 79 bezeichnete
Leitungsgruppe gesteuert wird. Aus der Kombination der Bitwerte 0, 1, 2, 3 und 6
der Leitung 79 wird die Auswahl eines der Treiber des Zeilenwählers 78 verursacht
und damit eine Zeile der Matrix erregt. Der vom Kombinationswähler 43 bestimmte
Kern dieser Matrixzeile liefert nun über eine der Leitungen 100 einen Magneti,sierungsimpuls
zu einer Ebene des Magnetkernspeichers 50, der zusammen mit einem gleichartigen
Magnetisierungsimpuls ein Wort auswählt. Die Hunderter- und Tausenderstellen des
Adressenregisters verursachen über den Kombinationswähler 43' und den Zeilenwähler
78' die Erzeugung eines Magnetisierungsimpulses durch die Magnetkernschalter-Matrix
77 in eben derselben Weise; diese Matrix liefert das besagte zweite Magnetisierungssignal
über die Leitergruppe 100' zu dem Magnetkernspeicher 50.
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Zur Erläuterung weiterer Einzelheiten sollen nun die Fig.2a bis 2d
und das Impulsdiagramm der Fig. 11 zugezogen" werden. Der-in Fig.2a gezeigte Teil
des Kombinationswählers 43 enthält mit 110 bis 119 bezeichnete UND-Schaltungen mit
zwei Eingängen. Die geradzahligen dieser UND-Schaltungen (110 bis 118) haben als
Eingang einerseits die mit L bezeichneten Anschlüsse an die Leitung 33 und andererseits
Anschluß an eine der negierten Werte 6, 3, 2, 1 und ö der Leitungsgruppe 32. Die
ungerade bezifferten UND-Schaltungen 111 bis 119 haben als Eingänge die Anschlüsse
L an die Leitung 34 und an die positiven Werte 6, 3, 2, 1, 0 der Leitungsgruppe
32. Die Leitung 33 führt zur Lesezeit, die Leitung 34 zur Schreibzeit einen Impuls
(s. Fig. 11). Die Ausgänge der UND-Schaltungen führen paarweise zu einem Treiber
DR mit dem Bezugszeichen 140 bis 144; diese Verbindung wirkt als ODER-Schaltung.
Die Ausgänge dieser Treiber sind an die Leitungen 61 bis 65 angeschlossen, die zu
den Wicklungen W 1 bis W 5 der Kernschalter in der Matrix 77 führen.
Welche der Leitungen 61 bis 65 erregt werden, hängt von den Adressenwerten ab, die
in der Einerstelle des Adressenregisters eingebracht sind. Die geradzahligen UND-Schaltungen
110 bis 118 berücksichtigen (während des Lese-Halbzyklus) die negierten Werte (Fig.3)
und die ungeradzahligen UND-Schaltungen 111 bis 119 während des Schreib-Halbzyklus
die positiven Werte (Fig. 4). Der Kombinationswähler 43 enthält außerdem die in
Fig. 2 c gezeigte Anordnung mit zehn ausschließlichen ODER-Kreisen mit den Bezugszeichen
161 bis 170. Die Bitleitungen 32 führen auch zu den vier Eingängen A, B, C, D
dieser ODER-Schaltungen; die Ausgänge der ODER-Schaltungen führen an je eine UND-Schaltung
120 bis 139, die paarweise zu einer ODER-Schaltung vereinigt sind. Der gemeinsame
Ausgang je eines UND-Schalterpaares speist die Eingänge der Treiber 145 bis 154,
deren Ausgänge über die Leitungen 66 bis 75 zu den Wicklungen W 6 bis W16
der Magnetkernschalter führen. Die Leitungen 66 bis 75 führen während des Lese-Halbzyklus
negierte Ausgangssignale und während des Schreib-Halbzyklus positive Ausgangssignale.
Diese Ausgangssignale beruhen auf der Koinzidenz von zwei der fünf Bitwerte in Spalte
1, Zeilen 6 bis 15 der Fig. 3 und 4.
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Ein Beispiel möge die Wirkungsweise erläutern: Unter Bezugnahme auf
die Fig. 3 und 4 sei angenommen, daß der Wert 5 im Adreßregister stehe. Ausgehend
von der Ziffer 5 in der Fig. 3, zeigen die Einsen in der darunter stehenden Spalte
an, welche acht aus den Wicklungen W 1 bis W16 während des Lese-Halbzyklus
mit Strom versorgt werden. Während des Lese-Halbzyklus führen die anderen acht Leitungen
(Spalte 5 in Fig. 4) Strom.
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Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Schaltung ist aus der Teildarstellung
von Fig. 2 durch den Zeilenwähler dargestellt. Dieser enthält den Treiber DRG zur
Auswahl von einer der zehn Zeilen der Matrix 77. Fig.2b zeigt nur drei der zehn
Treiber, nämlich den Treiber 180 für die Zeile 0, 188 für die Zeile 8 und 189 für
die Zeile 9. Die Ausgangsklemme K jedes Treibers DRG, z. B. der des Treibers 180,
führt über Leitung 190 zu den Kathoden von sechzehn Dioden D 1 bis
D 16, deren Anoden an die Wicklungen W 1
bis W16 angeschlossen sind.
Der Eingang I dieses Treibers wird über Leitung 191 von dem Ausgang der UND-Schaltung
200 gespeist, deren zwei Eingänge von den Leitungen für die 0-Bits und für die 1-Bits
der Leitungsgruppe sowie von Leitung 210 gespeist werden, welcher zu der in Fig.
11 angegebenen Zeit ein Impuls zugeführt wird. Die Treiber 180 bis 189
«-erden
von den Ziffernwerten 0 bis 9 gesteuert, die in der Zehnerstelle des Adressenregisters
vorliegen. So verursacht der Adressenwert in der Einer- und in der Zehnerstelle
des Adressenregisters die Auswahl einer Matrixspalte und Zeile, an deren Schnittpunkt
der gewünschte Magnetkernschalter liegt.
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Wegen möglicher Unterschiede zwischen den Kernen kann es nötig sein,
eine Vormagnetisierung der Kerne vorzusehen. Zu diesem Zweck kann eine zusätzliche
Wicklung W 17 auf jedem Kern vorgesehen sein, die über die Leitung 212 an die Gleichstromquelle
213 angeschlossen ist. Diesem Wicklungsweg W17 wäre dabei ein Strom von einem Fünftel
des vom Treiber DR gelieferten Stromes zuzuführen.