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Zählkette aus Magnetkernen Die Erfindung bezieht sich auf Zählketten-
und ähnliche Schaltungsanordnungen, wie z. B. Frequenzteiler, die aus einer Mehrzahl
von Magnetkernen mit rechteckförmiger Hysteresisschleife aufgebaut sind. Dabei enthält
eine solche Zählkette wenigstens zwei Zählketteneinheiten, von denen jede aus mehreren
hintereinandergeschalteten Magnetkernen besteht, deren letzter jeweils auf den ersten
zurückgekoppelt ist. Derartig aufgebaute Zählketten und Schieberegister sind an
sich bekannt.
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Magnetkerne mit sogenannter Rechteckcharakteristik werden heute allgemein
in Zählern, Frequenzteilern und überhaupt in elektronischen Rechenmaschinen benutzt.
Diese bistabilen Elemente bestehen aus ferromagnetischenKernenmiteinernahezu rechteckförmigen
Hysteresisschleife. Wird daher ein solcher Kein in einer Richtung magnetisiert,
so verbleibt er nach der Erregung in dieser Remanenzlage. Wird er dann in entgegengesetzter
Richtung magnetisiert, so kippt er mehr oder weniger scharf in die andere Remanenzlage.
Entsprechend der üblichen Bezeichnungsweise wird im folgenden die eine Remanenzlage
als Zustand 0 und die andere Remanenzlage als Zustand 1 definiert.
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Bei einer bekannten Ausführungsform eines Zählers sind mehrere Magnetkerne
derart in Reihe geschaltet, daß jeder Kern über seine Ausgangswicklung mit der Eingangswicklung
des nächsten Kernes und die Ausgangswicklung des letzten Kernes mit der Eingangswicklung
des ersten Kernes verbunden ist. Jeder Kern hat noch eine dritte Wicklung, die alle
in Serie geschaltet sind. An die Eingangsklemmen dieser Serienschaltuna werden die
zu zählenden Impulse, im folgenden als Zählimpulse bezeichnet, angelegt. Diese Anordnung
wird gewöhnlich als Schieberegister mit einer Rückkopplung vom letzten auf den ersten
Kern bezeichnet. Die Kerne tragen sogenannte Einstellwicklungen, mit denen sie entsprechend
voreingestellt werden; dabei werden gewöhnlich ein bestimmter Kern in den Zustand
1 und die übrigen Kerne in den Zustand 0 gebracht. Anschließend werden
die Zählimpulse an die Schiebewicklung gelegt. Dadurch wird der Zustand
1 von Kern zu Kern weitergeschoben, so daß die heruntergeteilte Frequenz
von jedem Kern über eine zusätzliche Wicklung abgenommen werden kann. Diese einfache
Zählkette hat den Nachteil, daß sie bei großen Zählperioden sehr unwirtschaftlich
ist. denn die erforderliche Anzahl von Kernen muß mindestens so groß wie die Zählperiode
bzw. der Teilungsfaktor sein. Infolgedessen wird bei großen Zählperioden (z. B.
bei einem großen Teilungsfaktor) eine große Anzahl von Kernen gebraucht. Eine erhebliche
Einsparung an Kernen läßt sich bekanntlich durch eine Hintereinanderschaltung von
mehreren der oben beschriebenen Zählketteneinheiten erreichen. Dabei werden die
Original-Zählimpulse nur auf die erste Zählketteneinheit gegeben, während die folgenden
Zählketteneinheiten von der jeweils vorliegenden gespeist werden. Wenn nun jede
Zählketteneinheit eine Zählperiode R hat und n solche Einheiten hintereinandergeschaltet
sind, dann ist die Zählperiode der gesamten Kette N = R11. Wenn jede Zählketteneinheit
als binäre Zähleinheit aufgebaut ist, dann ergibt die Hintereinanderschaltung von
zehn solchen Gliedern bereits eine Zählperiode von 210 = 1024,
d. h., für diese große Periode sind nur zwanzig Magnetkerne erforderlich.
Diese bekannte, verbesserte Zählkette hat den Nachteil, daß die gesamte Leistung,
die zur Umschaltung aller Magnetkerne hinter der ersten Zählketteneinheit erforderlich
ist, über einen Kern dieser ersten Einheit übertragen werden muß. Zu einem Zeitpunkt
der Zählperiode müssen wenigstens zwei Keine in jeder Zählketteneinheit gleichzeitig
umgeschaltet werden. Durch diese Bedingung ist die maximale Leistung, die der Treiberkern
in der ersten Zählketteneinheit liefern muß, festgelegt. Da sich bei großen Zählperioden
die gesamte erforderliche Leistung praktisch nicht über einen Kein übertragen läßt,
ist es notwendig, eine Leistungsverstärkung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zählketteneinheiten
vorzunehmen, wozu meist Röhrenverstärker
verwendet werden. In vielen
Fällen sind jedoch Röhren sehr unerwünscht wegen der Kosten, des Platzbedarfs, der
relativ begrenzten Betriebssicherheit der Röhren selbst und auch wegen der Kosten,
des Platzbedarfs und Kompliziertheit der für die Röhren erforderlichen Hilfseinrichtungen.
Die vorliegende Erfindung sucht diese Nachteile zu vermeiden und Zählketten o.
ä. ohne Röhren- oder sonstige Leistungsverstärker zwischen den Zählketteneinheiten
aufzubauen.
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Dies geschieht dadurch, daß zwischen je zwei Zählketteneinheiten
ein Hilfskern vorgesehen ist, der den letzten Kein einer Zählketteneinheit mit den
Kernen der folgenden Zählketteneinheit verbindet und der als Zwischenspeicher für
das Ausgangssignal der vorhergehenden Zählketteneinheit arbeitet, und daß eine Impulsquelle
vorgesehen ist, die über eine Fortschaltewicklung Fortschalteimpulse an den besagten
Hilfskern in so gewählter Zeitfolge legt, daß der besagte Hilfskern einen übertragsimpuls
an die nachfolgende Zählketteneinheit liefert, wenn er von der vorhergehenden Zählketteneinheit
eingestellt worden ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen dargestellt und erklärt.
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Fig. 1 zeigt eine bekannte binäre Zählkette, bei der die binären
Zähleinheiten über Leistungsverstärker mit Röhren verbunden sind; Fig. 2 zeigt eine
erfindungsgemäße Zählkette ohne Röhren; Fig. 2a zeigt ein Impulsdiagramm der Anordnung
nach Fig. 2; Fig. 3 zeigt eine andere erfindungsgemäße Zählkette ohne Röhren;
Fig. 3 a zeigt ein Impulsdiagramm der Anordnung nach Fig. 3.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Indizes gleiche Teile.
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Die bekannte Schaltungsanordnung nach Fig. 1 besteht aus den
drei binären Zähleinheiten A, B und C,
welche über die
Leistungsverstärker ABP und BCP hintereinandergeschaltet sind. Die binäre
Zähleinheit A besteht aus den Magnetkernen A 1 mit den Wicklungen
A 3, A 4 und A 5 und dem Magnetkern A 2 mit den
Wicklungen A 6, A 7, A 8 und A 9.
Wicklung
A 4 ist mit Wicklung A 8 über den üblichen Speicherkreis aus einem
Gleichrichter A 10 und einem Widerstand-Kapazität-Koppelglied A
11 und Wicklung 9 ist über einen gleichartigen Speicherkreis
A 12/ A 13 an Wicklung A 5 zurückgekoppelt. Die
Wicklun en A 3 und A 6 sind in Reihe geschaltet, und
9 C die Zählimpulse werden ihnen über die Klemme CP zugeführt. Die binären
Zähleinheiten B und C sind wie Einheit A aufgebaut. Die entsprechenden
Elemente sind mit den gleichen Indizes bezeichnet. Die Eingangsimpulse für die Zähleinheit
B gelangen von Wicklung A 7 über den Leistungsverstärker ABP an die Wickluna
B 3 und B 6 und entsprechend für Einheit C von Wicklung B
7 über Verstärker BCP an die Wicklungen C 3 und C 6. Diese
erforderlichen Verstärk-er ABP und BCP sind unerwünscht. Die vorliegende
Erfindung sucht daher verbesserte Zählketten ohne solche Leistungsverstärker aufzubauen.
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Eine erfindungsgemäße Zählkette oder ähnliche Anordnuno, besteht aus
zahlreichen Magnetkernen mit Rechteckcharakteristik, aus wenigstens zwei Zählketteneinheiten
(jede dieser Einheiten besteht aus der Hintereinanderschaltung mehrerer Magnetkerne,
von denen der letzte auf den ersten zurück-gekoppelt ist), aus jeweils einem Hilfskern,
der den letzten Kern einer Zählketteneinheit mit den Kernen der folgenden Zählketteneinheit
verbindet und der als vorübergehender Speicher für den Ausgangsimpuls der vorhergehenden
Zählketteneinheit dient, und aus Anordnungen, die an den besagten Hilfskern Impulse
mit bestimmter, so gewählter Folgefrequenz liefern, daß der Hilfskern einen übertragsimpuls
an die nachfolgende Zählketteneinheit überträgt, wenn der Hilfskein von der vorhergehenden
Zählketteneinheit je-
weils am Ende ihrer Zählperiode eingestellt worden ist.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel verbindet jeweils ein Hilfskern zwei
aufeinanderfol-ende Zählkettencinheiten bzw. zwei aufeinanderfolgende Gruppen von
Zählketteneinheiten. Den Hilfskernen werden über ihre Schiebewicklungen, die alle
in Serie geschaltet sind, Fortschalteimpulse zugeführt, deren Frequenz ein Vielfaches
der Frequenz der Zählimpulse ist, die dem ersten Kein der ersten Zählketteneinheit
zugeführt werden. Die Zählimpulse und die Fortschalteimpulse können aus einer gemeinsamen
Impulsquelle abgeleitet werden. Die von dieser Impulsquelle gelieferten Impulse
werden direkt auf die Schiebewicklungen und über einen Frequenzteiler auf die erste
Zählketteneinheit gegeben.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel werden außerdem noch Zusatzkerne
verwendet, und zwar je-
weils einer mehr, als Hilfskerne vorhanden sind. Dabei
sind die Hilfs- und Zusatzkerne so mit ihren Wicklungen zusammengeschaltet, daß
jeder Hilfskern seinen Fortschaltimpuls von einem anderen Zusatzkein empfängt. Die
Zusatzkerne sind so hintereinandergeschaltet, daß sie ein Schieberegister bilden,
deren Ausgangswicklung des letzten Kernes auf die Eingangswicklung des ersten Kernes
zurückgekoppelt ist. Außerdem hat der erste Zusatzkern eine Wicklung, die mit
je einer Wicklung der Keine der ersten Zählketteneinheit verbunden ist; der
zweite Kein hat eine Wicklung, die mit Wicklungen der Kerne der zweiten Zählketteneinheit
verbunden ist ' usw. Die Eingangsimpulse werden weiteren Wicklungen der Zusatzkerne,
die alle in Serie geschaltet sind, zu-CD geführt. Bei der einfachsten Ausführungsform
der Erfindung ist die Zählketteneinheit eine binäre Zähleinheit mit zwei Magnetkernen,
wobei der zweite wieder auf den ersten zurückgekoppelt wird. Die Erfindung ist natürlich
nicht auf binäre Zählketteneinheiten begrenzt.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein
Vergleich der Fig. 1 und 2 zeigt, daß als Kopplungsglieder zwischen den Zählketteneinheiten
nicht mehr die Leistungsverstärker ABP und BCP, sondern die Hilfskerne
ABC und BCC verwendet werden. Kein ABC trägt
die drei Wicklungen ABI, AB2 und AB3, KeraBCC die Wicklungen BC1,
BC2 und BC3 und KernCDC die Wicklungen CD 1, CD 2 und CD 3.
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Die Wickluno, AB 1 von Kein ABC wird von
C
Wicklung A 7 über Gleichrichter A 14 und Koppelglied
A 15 gespeist. Die Ausgangswicklung AB 3 von Kern
ABC speist die in Serie geschalteten Wicklungen B 3,
B 6 der Zählketteneinheit B; die Gleichrichter AB 4, AB
5 sind entsprechend der Abbildung angeordnet. Die Wicklungen und Koppelglieder
der Hilfskerne BCC und CDC sind genauso wie beim Hilfskern ABC angeordnet;
die entsprechenden Ele-
mente sind mit den gleichen Indizes bezeichnet.
Die
Wicklungen AB 2, BC 2, DC 2 usw. der Hilfskeine sind in Serie geschaltet.
An die Eingangsklemmen CPN werden Impulse mit einer Folgefrequenz n F angelegt,
wobei n die Zahl der Hilfskeme und F die Folgefrequenz der Zählimpulse ist, die
den Wicklungen A 3, A 6 der ersten Zählketteneinheit A zugeführt
wird. Diese Zählimpulse werden mit Hilfe des Frequenzteilers N aus den Impulsen
an den Klemmen CPN abgeleitet.
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In Fig. 2 a stellt Kurve a die Zählimpulse dar, die der ersten Zählketteneinheit
A zugeführt werden. Kurve b zeigt die Fortschalteimpulse, mit denen
die WicklungenAB2, BC2, CD2 usw. der Hilfskerne gespeist werden.
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Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Hier werden die
Hilfskerne nicht gleichzeitig mit Fortschalteimpulsen der Folgefrequenz
n F gespeist, sondem als Fortschalteimpulse werden n getrennte Impulszüge
verwendet, die die gleiche Folgefrequenz F wie die Original-Zählimpulse haben, die
jedoch alle in der Phasenlage gegeneinander verschoben sind. Jeder dieser n Impulszüge
wird einem der n Hilfskerne zugeführt, und zwar der mit der kleinsten Phasenverschiebung
gegenüber dem Zählimpuls dem ersten usw. und der mit der größten Phasenverschiebung
dem letzten Hilfskem; d. h., zuerst erhält der erste, dann der zweite Hilfskern
usw. seinen Fortschalteimpuls.
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In Fig. 3 sind ebenso wie in Fig. 2 Hilfskerne ABC,
BCC,
CDC usw. angeordnet, nur werden hier die WicklungenAB2, BC2, CD2 usw. von den Wicklungen
der Zusatzkerne RC 1, RC 2, RC 3 usw. eines Schieberegisters,
in dem der Zustand 1 von Kern zu Kein weitergeschaltet wird, gespeist. Jeder
dieser Zusatzkerne hat vier Wicklungen RC 12, RC 13, RC
14,
RC15, KernRC2 die WicklungenRC22, RC23 usw. Wicklung RC 12 speist über
Gleichrichter RC 11
die in Serie geschalteten Wicklungen
A 3, A 6 der Zählketteneinheit A. Wicklung RC 22 speist über
GleichrichterRC21 die WicklungAB2 des HilfskemsABC. WicklunoRC32 speist WicklungBC2
des HilfskemsBCC über GleichrichterRC31, und Wicklung RC 42 speist Wicklung DC 2
des Hilfskems CDC über GleichrichterRC41. Die Ankopplung zwischen jeweils zwei von
den ZusatzkernenRCI, RC2, RC3, RC4 usw. ist in allen Fällen die gleiche. WicklungRC15
und RC23 sind über den Gleichrichter RC 16 und das Koppelglied RC
17 verbunden. Entsprechende ElementeRC26, RC27 liegen zwischen den WicklungenRC25
und RC33 usw. Die Ausgangswicklung des letzten Zusatzkems im Schiebere-isterRC45
wird über die entsprechenden Elemente RC 46, RC 47 auf die Wicklung RC
13 des Eingangskems zurückgekoppelt, was durch die punktierten Linien angedeutet
wird. Die jeweils vierten Wicklungen der Zusatzkerne im Schieberegister RC
14, RC 24, RC 34 usw. sind alle in Serie geschaltet und an die Eingangsklemmen
CPN geführt.
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Es ist also die gemeinsame Fortschalteimpulsleitung zwischen den Eingangsklemmen
CPN nach Fig. 2 ersetzt durch n getrennte Fortschalteimpulsleitungen, wobei jede
von einem eigenen Impulszug gespeist wird, der durch Phasenverschiebung aus den
Zählimpulsen abgeleitet wird, die der ersten Zählketteneinheit A zugeführt
werden. In der speziellen Anordnung der Fig. 3 werden diese getrennten, phasenverschobenen
Impulszüge von den verschiedenen ZusatzkernenRC1, RC2 usw. des Schieberegisters
geliefert. Die Folgefrequenz der Impulse an den Eingangsklemmen CPN ist demnach
(n + 1)F,
wobei F die Folgefrequenz der Zählimpulse ist.
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Die verschiedenen Eingangsimpulse sind in Fig. 3 a dargestellt.
Darin zeigt Kurve a die Impulse an den Eingangsklemmen CPN und die Kurven
b, c, d, e die Fortschalteimpulse für den ersten,
zweiten, dritten,... und n-ten Hilfskern. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind
zwischen alle aufeinanderfolgenden Zählketteneinheiten Hilfskeme als Koppelglieder
geschaltet. Offensichtlich ist das aber kein wesentliches Merkmal, und in einigen
Fällen, wo die von einer Zählketteneinheit gelieferte Energie ausreicht, die nächste
Zählketteneinheit zu betreiben, kann auf den erfindungsgemäßen Hilfskem als Koppelglied
verzichtet werden, und der genügende, leistungsstarke Übertragungsimpuls einer Zählketteneinheit
kann über geeignete bekannte Koppelglieder direkt an die nächste Zählketteneinheit
gegeben werden. So kann z. B. die Anordnung nach Fig. 3 dahingehend abgeändert
werden, daß in einigen Fällen die Hilfskeine (die natürlich immer mit den zugehörigen
Zusatzkernen des Schieberegisters verbunden sein müssen) nur nach jeweils zwei Zählketteneinheiten
als Koppelglieder verwendet werden, während die anderen Zählketteneinheiten direkt
verbunden werden. Bei dieser Anordnung würden also die Hilfskerne zwischen Gruppen
von jeweils zwei direkt gekoppelten Zählketteneinheiten liegen. In gleicher Weise
kann auch ein Hilfskern zwischen Gruppen von jeweils drei direkt gekoppelten Zählketteneinheiten
vorgesehen werden. Die Betriebssicherheit dürfte jedoch in jedem Falle verbieten,
die Zahl der Zählketteneinheiten in einer solchen Gruppe noch größer als drei zu
wählen.