DE1132967B - Kryotronschaltung - Google Patents

Description

Bei den meisten bekannten Supraleiterschaltungen werden die Schalt-, Übertragungs- und anderen Speicherfunktionen durch die wahlweise Einführung von Widerstand in verschiedene von mehreren Strompfaden erreicht, welche einer Stromquelle parallelgeschaltet sind. In den bisher vorgeschlagenen Schaltungen sind die erreichbaren Arbeitsgeschwindigkeiten durch die L/i?-Zeitkonstante dieser Schaltungen begrenzt. Das trifft sowohl für aus Draht gewickelte Schaltungen wie auch für aus dünnen Schichten bestehende Anordnungen zu. Die aus dünnen Schichten bestehenden Anordnungen haben eine niedrigere Induktivität und einen höheren Widerstand als die aus Draht gewickelten Schaltungen und weisen daher eine kleinere Zeitkonstante und eine höhere Betriebsgeschwindigkeit auf.

Gemäß der Erfindung werden supraleitfähige Schaltungen vorgeschlagen, die sich mit höheren Ge-schwindigkeiten als die bisher bekannten Anordnungen betreiben lassen.

Die erfindungsgemäße Kryotronschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit zwischen den Torleitern der Kryotrone supraleitende Leitungen mit definiertem Wellenwiderstand vorgesehen sind und daß die Widerstände der Torleiter im normalleitenden Zustand derart gewählt sind, daß der/die von einem Torleiter im Augenblick des Umschaltens vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand ausgehende Strom/ausgehende Ströme wenigstens angenähert halb so groß ist/sind wie der im supraleitenden Zustand durch den Torleiter fließende Strom.

Die höhere Schaltgeschwindigkeit wird dadurch erreicht, daß Supraleiterschaltungen in Form von Übertragungsleitungen aufgebaut werden. Die Übertragungsleitungen und die Torleiter zur Steuerung des Stroms in den Leitungen sind so gewählt, daß die gewünschte Änderung der Stromverteilung in der Schaltung im wesentlichen in der Zeit erfolgt, die eine Welle zur Fortpflanzung entlang der Leitung und zum Zurücklaufen über die Leitung zu dem Tor, das normalleitend gemacht wird, benötigt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Supraleiterschaltung die Form einer Schleife, welche über einer supraleitfähigen Abschirmung und von dieser isoliert angeordnet ist. Die Schleife und die Abschirmung bilden eine Übertragungsleitung, deren Wellenwiderstand durch ihre verteilte Kapazität und Induktivität bestimmt wird. Die Torleiter in der Leitung sind so beschaffen, daß ihr Widerstand im richtigen Verhältnis zu der Impedanz steht, auf die der Torleiter trifft, wenn er normalleitend ist, um die Strom-Kryotronschaltung

Anmelder:

International Business Machines
Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H.E.Böhmer, Patentanwalt,
Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. März 1960 (Nr. 16 399)

John Jacob Lentz, Chappaqua, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

umschaltung herbeizuführen. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Torleiter so in die Leitung eingeschaltet, daß er, wenn er normalleitend wird, auf eine Gesamtimpedanz sieht, die zweimal so groß wie der Wellenwiderstand der Leitung ist, und daher ist der Widerstand des Torleiters etwa doppelt so groß wie der Wellenwiderstand der Leitung. Von den weiter gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet eines ein Tor, das so geschaltet ist, daß gemäß dem erforderlichen Impedanzverhältnis der Torwiderstand gleich dem Wellenwiderstand der Leitung ist.

In diesen bevorzugten Ausführungsbeispielen verhalten sich die Impedanzen der Übertragungsleitungen und die Widerstände der Tore so zueinander, daß ein Tor jedesmal dann, wenn es normalleitend wird, eine oder mehr Wellen in der Leitung erzeugt, denen jeweils ein Strom entspricht, welcher halb so groß ist wie der Strom in dem Tor zu dem Zeitpunkt, wenn es normalleitend wird. Jede dieser Wellen wird durch die Leitung hindurch und zurück zum Tor übertragen und endet an dem Tor, wenn sie zum ersten Mal dorthin zurückkommt. Daher findet eine vollständige Stromumschaltung in der Zeit statt, die die Welle für ihre Ausbreitung durch die Leitung hindurch und zurück zum Tor braucht. Durch entsprechenden Aufbau der Übertragungsleitung kann man erreichen, daß diese Ausbreitung bei Geschwindigkeiten erfolgt, die nahe der Lichtgeschwindigkeit liegen.

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Nachstehend sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Fig. 1 bis 4 näher eräutert werden.

Die in Fig. 1 gezeigte Supraleiterschaltung hat die Form einer Übertragungsleitung, bei der der Widerstand der Torleiter dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung so angepaßt ist, daß die Schaltung mit optimaler Geschwindigkeit erfolgt. Die Schaltung von Fig. 1 besteht aus einer Supraleiterschleife 10, die aus zwei parallel an eine Stromquelle 16 angeschlossenen Strompfaden 12 und 14 besteht. Die Pfade 12 und 14 enthalten jeder einen aus Supraleitermaterial bestehenden Torleiter, wie es die schraffierten Teile 12 α und 14 a zeigen. Jeder der Pfade 12 und 14 hat die Form eines flachen Streifens, der vorzugsweise durch Aufdampfen im Vakuum auf eine supraleitfähige Abschirmung 15 so aufgebracht ist, daß die supraleitfähigen Streifen durch eine Schicht eines isolierenden Dielektrikums gegen die Abschirmung isoliert sind. Die Abschirmung 15 ist auf einer Unter- ao lage 18 aufgebracht.

Die Schaltung von Fig. 1 kann als bistabile Speicherschaltung betrieben werden, die auf von Stromquellen 20 und 22 angelegte Signale hin aus dem einen in den anderen stabilen Zustand geschaltet wird. Die Stromquelle 20 legt bei ihrer Betätigung ein Signal an eine Schaltung an, die ebenfalls aus dünnem Film besteht und einen Steuerleiter 24 für den Torleiter 12 a bildet. Der Steuerleiter 24 hat eine geringere Breite als der Torleiter 12, damit der Ver-Stärkungsfaktor des von diesen Elementen gebildeten Kryotrons größer als Eins ist. Ebenso sendet die Stromquelle 22 Strom zu einer flächenhaften Schaltung, die einen Steuerleiter 26 umfaßt, welcher den Leitung von durchweg einheitlicher geometrischer Form. Da die Leitung aus Supraleitermaterial besteht, läßt sich der Wellenwiderstand wie folgt ausdrücken:

wobei

L die verteilte Induktivität (Henry/cm) und C die verteilte Kapazität (Farad/cm) ist.

Für die aus der Schleife 10 und der Abschirmung 15 bestehende Übertragungsleitung (Fig. 1) läßt sich die Induktivität wie folgt darstellen:

•-11+ coth -

(Henry/cm).

t =

W =

λ =

d =

Dicke der Isolierung, die die Abschirmung und die Schleife voneinander trennt. Breite der die Schleife bildenden Streifen.

Eindringtiefe in das Supraleitermaterial bei der Betriebstemperatur der Schaltung.

Dicke der die Schleife bildenden Streifen.

Die Kapazität kann wie folgt dargestellt werden:

C =

eW 1
4nt 9 10

11 (Farad/cm),

wobei

ε die elektrische Konstante des Isoliermaterials ist.

Jedes der Tore 12 a und 14 a ist so aufgebaut, daß sein Widerstand im normalleitenden Zustand doppelt

Zustand des Tores 14« steuert. Der eine stabile Zu- 35 so groß ist wie der Wellenwiderstand Z₀ für die Überstand der Schaltung wird dargestellt, wenn Strom aus tragungsleitung, die diese Tore enthält. Wenn also

z. B. der Strom aus der Quelle 16 im Pfad 12 fließt, der ein Tor 12 a enthält, und der Steuerleiter 24 durch die Stromquelle 20 erregt wird, wird das Tor 12 α

der Quelle 16 durch den Pfad 12 fließt, und der zweite stabile Zustand, wenn der Strom aus dieser Quelle durch den Pfad 14 fließt. Wenn die Schaltung

in einem stabilen Zustand ist, in dem der Strom im 40 normalleitend und führt einen Widerstand in die Pfad 12 fließt, wird bei Betätigung der Stromquelle Übertragungsleitung ein, der doppelt so groß wie

20 das Tor 12 a normalleitend, und dadurch wird der Strom in den Pfad 14 umgelenkt. Ebenso wird, wenn die Stromquelle 22 zu einer Zeit erregt wird, in der

deren Wellenwiderstand ist. Wenn das Tor 12a normalleitend wird, wird eine Spannung am Tor erzeugt. Die Amplitude dieser Spannung wird durch die die Schaltung in einem stabilen Zustand ist, in dem 45 Größe des Stroms 16 und den Widerstand des Tors Strom im Pfad 14 fließt, der Strom zum Pfad 12 um- bestimmt. Vor Anlegen eines Signals von der Stromgelenkt, so daß die Schaltung in den anderen stabilen quelle 20 ist die ganze Schleife supraleitend und hat Zustand gelangt. Da die gesamte Schleife 10 aus Erdspannung, da die Schleife am Anschlußpunkt 30 supraleitfähigen! Material besteht und bei Supraleiter- geerdet ist. Die Stromquelle 16 ist eine Urstromtemperatur gehalten wird, braucht nach Erreichen 50 quelle, und daher kann sich die Spannung der der Umschaltung des Speisestroms 16 keine der Schleife als Ganzes nicht ändern, wenn das Tor 12 a Quellen 20 oder 22 erregt gehalten zu werden. Wenn normalleitend wird. Da das Tor selbst nicht direkt also der Strom zum Pfad 12 umgeschaltet worden geerdet ist, entsteht der Spannungsabfall am Tor in ist und keine der Stromquellen 20 und 22 betätigt der Weise, daß der Mittelpunkt des Tors etwa Erdist, so daß die Tore 12 a und 14 a beide supraleitend 55 spannung hat und vom Mittelpunkt zu den entgegensind, bleibt der Strom im Pfad 12. Ist der Strom zum gesetzten Enden des Tors gleiche Spannungsabfälle Pfad 14 geschaltet worden und die Schleife vollständig supraleitend geworden, bleibt der Strom in
diesem Pfad, bis durch Erregung der Stromquelle 22
ein Widerstand in den Pfad eingeführt wird.

Die durch die gezeigten flachen dünnen Streifen gebildete Schleife 10, die von der Abschirmung 15 durch eine dünne Schicht aus dielektrischem Material (nicht gezeigt) getrennt ist, bildet mit der Abschirmung und dem dielektrischen Material eine Übertragungsleitung. Diese aus der Schleife 10, der Abschirmung 15 und dem dazwischenliegenden Dielektrikum bestehende Übertragungsleitung ist in Fig. 1 eine glatte entgegengesetzter Polarität verlaufen. Daher breiten sich vor dem Tor 12 a aus Wellen in beiden Richtungen, nach links und nach rechts, entlang der von der Schleife 10 gebildeten Übertragungsleitung. Jeder dieser Wellen ist ein Strom zugeordnet. Der Strom, der sich nach links durch den restlichen Teil des Pfades 12 ausbreitet, reduziert den bereits in diesem Pfad befindlichen Strom, und der nach rechts und durch den Pfad 14 fließende Strom baut in diesem Pfad einen Strom auf. Diese beiden Wellen haben etwa dieselbe Geschwindigkeit und überschneiden einander am Schnittpunkt 34. Hier durchsetzen sich

die Wellen weiterhin, und zwar erreicht die Welle, die vom Tor 12 α aus nach rechts zur Schleife 10 in Uhrzeigerrichtung weiterläuft, das normalleitende Tor 12 α gleichzeitig mit der nach links und damit entgegen dem Uhrzeigersinne laufenden Welle. Zu diesem Zeitpunkt, wenn diese Wellen durch die Leitung zu diesem normalleitenden Tor zurückgeführt werden, enden beide Wellen. Das ist der Fall, weil der Teil jeder Welle, der durch das Tor übertragen wird, durch den Teil der anderen Welle, der durch das Tor reflektiert wird, aufgehoben wird. Wenn dies eintritt, ist der gesamte Strom aus der Quelle 16 vollständig vom Pfad 12 zum Pfad 14 umgelenkt worden, und die für diese Umsteuerung benötigte Zeit ist die Zeit, die eine Weile braucht, um vom Tor 12 α über die Leitung und zurück zu diesem Tor zu laufen.

Wie diese Wellenausbreitung stattfindet, geht aus Fig. 1 a hervor, die vier Wellen zeigt, welche den Zustand der Schaltung vor, während und nach der Umschaltung darstellen. Die erste dieser Welle ist mit 39 bezeichnet und zeigt die Stromverteilung in der Schaltung vor der Erregung des Steuerleiters 24, wenn sich der ganze Strom im Pfad 12 befindet. Um die Erklärung der Wirkungsweise dieser Schaltung zu vereinfachen, wird für die Wellendiagramme von Fig. 1 a angenommen, daß sich das Tor 12 direkt neben dem Verbindungspunkt 10 ω der Schleife 10 befindet. Dieser Verbindungspunkt ist in Fig. 1 a durch die gestrichelte Linie 10 a dargestellt. Fig. la zeigt die ganze Schleife nicht geschlossen, sondern abgewickelt vom Verbindungspunkt 10 a aus von links nach rechts verlaufend, und zwar entspricht jedes Ende dem Punkt, wo die beiden vom Tor ausgehenden Wellen einander durchsetzen. Unter der Annahme, daß sich das Tor am Punkt 10 a befindet, liegt dieser Treffpunkt in der Schleife 10 von Fig. 1 bei 10 b. Im Wellendiagramm von Fig. 1 a sind zur Schleife 10 entgegen dem Uhrzeigersinn fließende Ströme als negative und im Uhrzeigersinn fließende Ströme als positive Ströme dargestellt. Wie die Welle 39 zeigt, fließt also, bevor der Steuerleiter 24 erregt wird, um das Tor 12 α normalleitend zu machen, der ganze Strom aus der Quelle 16 im Pfad 12, der vom Punkt 10 a aus nach links zu 10 b verläuft, und in dem vom Punkt 10 a nach rechts zum Punkt 10 b verlaufenden Pfad 14 fließt kein Strom. Wenn das Tor 12 normalleitend wird, behält sein Mittelpunkt weiter die Erdspannung. Der Widerstandswert jeder Torhälfte ist gleich dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung. Daher ist jeder der vom Tor ausgehenden Wellen ein Strom zugeordnet, der halb so groß ist wie der Strom in dem Tor zu dem Zeitpunkt, wenn es in den normalleitenden Zustand geschaltet wird. Der jeder dieser Wellen zugeordnete Strom hat gegenüber der Schleife 10 einen Verlauf im Uhrzeigersinn, so daß gemäß der Wellenform 41 von Fig. la unmittelbar nach Umschaltung des Tors 12a in den normalleitenden Zustand die sich nach links durch den Pfad 12 ausbreitende Welle die Größe des Stroms auf die halbe Größe des von der Quelle 16 gelieferten Stroms reduziert. Die sich nach rechts ausbreitende Welle erhöht den Strom im Pfad 14 auf die halbe Größe des Stroms 16. Diese Wellen breiten sich weiterhin aus, durchsetzen einander am Punkt 10 b, immer in der Annahme, daß sich das Tor 12 a direkt neben dem Verbindungspunkt 10 a befindet, und nach der gegenseitigen Durchsetzung laufen sie weiter, bis sie das Tor 12 α erreichen.

Bei dem Diagramm von Fig. 1 a wird angenommen, daß sich die zweite Welle 41 nach links ausbreitet, wenn sie den Treffpunkt 10 b erreicht, bei Wb an der rechten Seite des Diagramms eintritt und zurück zu ihrem Ausgangspunkt 10 α weiterläuft, wie durch die Welle 43 dargestellt ist. Ebenso wird angenommen, daß die sich nach rechts ausbreitende Welle (s. Welle 41), wenn sie den Treffpunkt 10 b erreicht, wie in der darauffolgenden Welle 43 gezeigt, vom Punkt 10 b

ίο aus zurück zum Ausgangspunkt 10 a verläuft. Nachdem die Wellen den Treffpunkt 10 b durchlaufen haben, verstärkt der Strom, der der sich im Pfad 14 ausbreitenden Welle zugeordnet ist, den Strom in diesem Pfad auf einen Wert, der gleich dem Strom aus der Quelle 16 ist, und der Strom, der der sich im Pfad 12 ausbreitenden Welle zugeordnet ist, senkt den Strom in diesem Pfad auf Null. Die beiden sich in der Schleife 10 in entgegengesetzter Richtung ausbreitenden Wellen werden von der Übertragungsleitung zum Tor 12 α zurückgeführt, das noch normalleitend ist, und enden dort. Wenn dies eintritt, d. h., wenn die Wellen nach ihrer Rückkehr zum Tor 12 α enden, ist der ganze Strom aus der Quelle 16 vollständig aus dem Pfad 12 in den Pfad 14 umgesteuert worden, wie aus der Welle 45 von Fig. 1 a hervorgeht. Diese Stromumsteuerung erfolgt in äußerst kurzer Zeit, da die für die Stromumsteuerung benötigte Zeit gleich der Zeit ist, die eine Welle benötigt, um einmal um die Übertragungsleitung zu laufen. Es läßt sich erreichen, daß diese Wellenausbreitung annähernd gleich der Lichtgeschwindigkeit ist, indem man das Material und die Stärke des Dielektrikums, die Stärke der Bandleiter und der Abschirmung und die Eindringungstiefe dieser Supraleiter entsprechend wählt.

Die Schaltung von Fig. 1, die Kryotrontore benutzt, deren Widerstand doppelt so groß ist wie der Wellenwiderstand der Übertragungsleitung, in der sie enthalten sind, kann auch als Dauerstromschaltung verwendet werden, die mit sehr hoher Geschwindigkeit arbeitet. Zum Beispiel kann Dauerstrom in der Schleife 10 gespeichert werden, indem der Steuerleiter 24 erregt wird, der das Tor 12 normalleitend macht und den ganzen Strom aus der Quelle in den Pfad 14 lenkt. Nach dieser Umsteuerung des Stroms kann das Tor 12 α supraleitend und die Quelle 16 abgeschaltet werden, wodurch ein im Uhrzeigersinn fließender Dauerstrom in der Schleife 10 gespeichert wird. Wenn die Pfade 12 und 14 die gleiche Induktivität haben, hat der gespeicherte Strom die halbe Größe des Quellenstroms 16. Das Vorliegen eines gespeicherten Stroms in dieser Schleife kann zur Darstellung eines Informationswertes benutzt werden. Soll dieser Dauerstrom gelöscht werden, wird der Steuerleiter 24 wieder erregt und macht das Tor 12 a normalleitend. Wellen breiten sich etwa in der oben beschriebenen Weise in beiden Richtungen vom normalleitenden Tor aus. Die Stromgröße jeder Welle ist halb so groß wie die des Stroms, der durch das Tor fließt, wenn es normalleitend gemacht wird. Der Dauerstrom in dem Tor zu dem Zeitpunkt, wenn es normalleitend gemacht wird, fließt im Uhreigersinne, und der jeder dieser sich ausbreitenden Wellen zugeordnete Strom fließt entgegen dem Uhrzeigersinne. Bei ihrer Ausbreitung um die Schleife herum durchsetzen diese Wellen einander am Treffpunkt 10 b und laufen dann weiter zurück zum normalleitenden Tor 12 α, wodurch der ganze Dauerstrom in der Schleife 10 gelöscht wird.

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Um zu verhindern, daß die in der Schleife 10 verläuft. Der Stromkreis wird geschlossen durch die fließenden Wellen sich an den Punkten 10 α und 10 b Pfade 12 und 14 zum Verbindungspunkt 10 b der aufteilen und sich in den zwischen den Leitern 13 Schleife 10, von wo aus ein Leiter zu einem Punkt 58 und 29, die die Schleife mit den Stromklemmen verläuft, wo eine Verbindung zur Abschirmung 15 verbinden, und der Abschirmung gebildeten Leitungen 5 besteht. Dann wird der Strom in der Abschirmung ausbreiten, ist dafür gesorgt, daß jede dieser Leitun- zurückgeleitet, wobei das Muster des Stroms in der gen an diesen Verbindungspunkten eine Impedanz Schleife nachgebildet wird, und gelangt von der Abaufweisen, die im Vergleich zu der Impedanz der schirmung aus zu einem Punkt 60, von wo ein Leiter Schleifenübertragungsleitung hoch ist. Das geschieht zu einem Anschluß 62 verläuft, der seinerseits mit z. B. dadurch, daß in der Abschirmung Öffnungen, io der anderen Klemme der Stromquelle 16 verbunden wie bei 17 und 27 dargestellt, vorgesehen sind und/ ist. Die Wirkungsweise der Schaltung von Fig. 2 oder daß die Leiter 13 und 29 sehr schmal gewählt gleicht im wesentlichen der von Fig. 1; der einzige sind. Unterschied beruht auf der Gegenwart der Steuer-Um das Vorhandensein oder Fehlen eines Dauer- leiter 40 und 42 in der Schleife 10. Diese Steuerabstroms in der Schleife 10 festzustellen oder denjeni- 15 schnitte, die schmaler als die übrigen Teile der gen der Arme 12 oder 14 zu bestimmen, in dem Schleife sind, erzeugen Reflexionen, während die Strom aus der Quelle fließt, sind Steuerleiter in einen Wellen sie durchfließen. Da jedoch nur zwei solche oder beide dieser Pfade in der Schleife eingeschaltet, Steuerleiter vorhanden sind, verursachen diese Re- und diese Steuerleiter steuern die Kryotron-Torleiter, flexionen keine ersten Schwierigkeiten, wie sich aus die in die Ausgangsschaltung für die Schleife einge- 20 der Beschreibung der Erfindung in Zusammenhang schaltet sind. Fig. 2 zeigt eine solche Schaltung, die mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 und denen einen Ausgangskreis zum Feststellen des Zustandes von Fig. 3 und 4 ergibt.

der Schleife 10 hat. Da die Schaltung von Fig. 2 in Wenn in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 der den meisten Punkten der von Fig. 1 gleicht, tragen Strom aus der Quelle 16 ursprünglich im Pfad 12 gleiche Teile in beiden Schaltungen gleiche Bezugs- 35 fließt und das Tor 12 α durch Erregung der Stromziffern. Ein Steuerleiter 40 ist in den Pfad 12 und ein quelle 20 normalleitend wird, gehen zwei Wellen von weiterer Steuerleiter 42 in den Pfad 14 eingeschaltet. dem normalleitenden Tor aus, und zwar wird eine Der Steuerleiter 40 steuert den Torleiter 44 und der nach links (entgegen dem Uhrzeigersinn) weiterge-Steuerleiter 42 einen Torleiter 46. Der Torleiter 44 leitet und reduziert den Strom im Pfad 12, und die liegt in einem Stromkreis, der zwischen zwei An- 30 andere Welle fließt nach rechts (im Uhrzeigersinn) Schlüssen 48 und 50 verläuft, und der Torleiter 46 und verstärkt den Strom im Pfad 14. Die aus den liegt zwischen dem Anschluß 48 und einem weiteren Steuerleitern 40 und 42 und den Toren 44 und 46 Anschluß 52. Das Aussangssignal der Schleife 10 bestehenden Ausgangskryotrone sind in der Schleife kann an den Anschlüssen 48,50 und 52 abgenommen symmetrisch zu den Eingangskryotronen angeordnet, werden. Wenn z. B. die Schaltung in ihrem ersten 35 die aus den Steuerleitern 24 und 26 und den Toren stabilen Zustand ist, in dem der Strom aus der Quelle 12 a und 14 a bestehen. Das bedeutet, daß der Ab-16 im Pfad 12 fließt, schaltet der Steuerleiter 40 den stand zwischen dem Tor 12 a und dem Steuerleiter 46 Torleiter 44 in den normalleitenden Zustand, so daß in jeder Richtung um die Schleife herum gemessen zwischen den Klemmen 48 und 50 ein Widerstand der gleiche ist und desgleichen der Abstand zwischen und zwischen den Klemmen 58 und 52 kein Wider- 40 Torleiter 14a und Steuerleiter 40. Wenn daher der stand besteht. Wenn die Schaltung in ihrem anderen Torleiter 12 α normalleitend wird und Wellen sich stabilen Zustand ist, in dem der Strom im Pfad 14 von dort aus in den beiden Richtungen in der Überfließt, wird das Tor 46 durch den Steuerleiter 42 nor- tragungsleitung fortpflanzen, treffen sich diese Wellen malleitend gemacht, so daß ein Widerstand zwischen zunächst am Steuerleiter 46. Infolgedessen erhöht den Klemmen 48 und 52 und kein Widerstand zwi- 45 sich der Strom im Steuerleiter von Null auf den Wert sehen den Klemmen 48 und 50 entsteht. Dem Fach- des von der Quelle 16 gelieferten Stroms in der Zeit, mann dürfte es natürlich klar sein, daß die Tore 44 die eine Welle für ihre Ausbreitung um die Hälfte der und 46 in weitere Supraleiterschaltungen eingeschal- Schleife herum braucht. Kurz davor durchläuft die tet werden können, in denen Strom aus einer Quelle entgegen dem Uhrzeigersinn fließende Welle den durch das eine oder das andere Tor je nach dem 5° Steuerleiter 40 und halbiert den darin befindlichen Zustand der Schleife 10 gelenkt wird. Wenn die Strom.

Schleife 10 als Dauerstromschleife verwendet wird, Wenn die Ausgangstryotrone so aufgebaut sind,

kann der Verstärkungsfaktor der von den Toren 44 daß der Strom, den die Steuerleiter 40 und 42 brau-

und 46 und den Steuerleitern 40 und 42 gebildeten chen, um ihre Tore 44 bw. 46 normalleitend zu

Ausgangskryotrone so hoch sein, daß das eine oder 55 machen, größer ist als der halbe Quellenstrom, wird

beide dieser Tore normalleitend werden, wenn ein das Tor 46 in etwa der halben Zeit normalleitend,

Dauerstrom in der Schleife gespeichert ist. die nötig ist, um die Schaltung vollständig aus dem

Die von der Quelle 20 ausgehenden Verbindungen einen stabilen Zustand in den anderen umzuschalten,

zur Steuerung des Zustandes des Tors 12 a und die und das Tor 44 kann in etwas kürzerer Zeit supra-

von der Quelle 22 ausgehenden zur Steuerung des 60 leitend werden. Bei Anwendung dieser Betriebsart

Zustandes des Tors 14 a sind in der Schaltung von sind also die Eingangs-und Ausgangskryotrone in der

Fig. 2 die gleichen wie in der von Fig. 1. Die Strom- Übertragungsleitung symmetrisch angeordnet. Wenn

Zuführungsschaltung von der Quelle 16 zur Schleife die Ausgangskryotrone so beschaffen sind, daß jeder

10 ist in Fig. 2 etwas anders. In dem Ausführungs- der Steuerleiter 40 und 42 nur die Hälfte des Stroms

beispiel dieser Figur wird der Strom von der einen 65 aus der Quelle 16 benötigt, um das zugeordnete Tor

Klemme der Stromquelle 16 zu einem Anschluß 56 normalleitend zu machen, ist die Zeitfolge etwa die

auf der Unterlage 18 geleitet, von wo aus ein Leiter gleiche wie bei der Umschaltung des Tors 46 in den

zu dem Verbindungspunkt 10 α in der Schleife 10 normalleitenden Zustand, aber das Tor 44 bleibt nor-

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malleitend bis kurz nach der Zeit, zu der das Tor 46 den Streifen 74 und 80 oder 78 fließt, und der zunormalleitend wird. Die Zeitdauer, die nötig ist, um rück zu einem Leiter 100 führt. Dieser Leiter erden Zustand der durch die Steuerleiter gesteuerten streckt sich von der Abschirmung 84 zu einem An-Ausgangstore zu ändern, schwankt also je nach der Schluß 102, der seinerseits mit der anderen Klemme Lage der Steuerleiter in der Schleife und dem Teil 5 der Stromklemme 70 verbunden ist. Der Strom aus des Speisestroms, den diese Steuerleiter brauchen, um der Quelle 70 kann entweder durch Pfad 78 oder die Ausgangstorleiter normalleitend zu machen. Ein durch Pfad 80 gelenkt werden, indem wahlweise die weiterer bei der Wirkungsweise der Ausgangskryo- Stromquellen 94 und 98 erregt werden. Wenn der trone der Schaltung von Fig. 2 zu beachtender wich- Strom aus der Quelle 70 durch Erregung der Stromtiger Punkt ist, daß sich die Signale in den Steuer- io quelle 98 und Normalleitendwerden des Tors 80 a in leitern 44 und 46 sehr schnell aufbauen. Aus Fig. 1 a den Pfad 78 gelenkt worden ist, laufen unter der ersieht man, daß sich beim gleichzeitigen Durchgang Voraussetzung, daß die Quelle 94 erregt wird und der in beiden Richtungen der Schleife wandernden den Torleiter 78 a normalleitend macht, folgende Wellen der Strom im Ausgangssteuerleiter 42 schnell Vorgänge ab. Wird, solange der Quellenstrom in auf den vollständigen Wert des Speisestroms aufbaut. 15 diesem Torleiter fließt, dieser Torleiter normalleitend, Der Strom der Steuerleiter steigt steil entweder auf entsteht eine Spannung in ihm, deren Amplitude von den vollen Wert des Quellenstroms in einem Schritt der Größe des Quellenstroms und der Größe des oder steil auf den halben Wert des Speisestroms und Widerstandes des Tors abhängt. Da das Tor direkt dann auf den vollen Wert des Speisestroms in zwei an Punkt 82 an die Abschirmung angeschlossen ist, kurzen Schritten, und zwar ohne Rücksicht darauf, 20 trifft es nur auf einen einzigen Teil der Übertragungsob das Ausgangskryotron in bezug auf das Eingangs- leitung, der nach rechts verläuft und aus dem Pfad kryotron symmetrisch angeordnet ist oder nicht. Der 80 und dem darunterliegenden Teil der Abschirmung Strom baut sich nicht in einer Folge kleiner Schritte 84 besteht. Der Pfad 74, der zurück zur Stromquelle auf wie bei den herkömmlichen Kryotron-Schaltun- verläuft, erscheint als offener Stromkreis. Wenn dagen. Daher können die Ausgangskryotrone, selbst 25 her das Tor 78 α normalleitend wird, wandert eine wenn sie einen ziemlich breiten Übergangsbereich Welle nach rechts über die aus dem Pfad 80 und der aufweisen, fast momentan zwischen dem supraleiten- Abschirmung 84 bestehende Übertragungsleitung. Da den und dem normalleitenden Zustand umgeschaltet nur eine einzige Welle weitergeleitet wird, gleicht die werden. Dies ist wichtig, wenn eine Reihe von Schal- dem Tor 78 a entgegengesetzte Gesamtimpedanz tungen, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, so verbun- 30 etwa dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung, den sind, daß eine die andere treibt, da dadurch die und daher ist dieses Tor so eingerichtet, daß sein Form der von Schaltung zu Schaltung übertragenden Widerstand gleich dem Wellenwiderstand der ÜberImpulse erhalten bleibt. tragungsleitung ist. Die der Übertragungsleitung zu-

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der geführte Welle wandert nach rechts, und zwar über Erfindung in Form einer supraleitfähigen Übertra- 35 den Steuerleiter 86 zum Punkt 88, wo der den Pfad gungsleitungsschaltung mit zwei parallelen Pfaden, 80 bildende Streifen mit der Abschirmung 84 verworin der Strom aus dem einen Pfad in den anderen bunden ist. Dieser Punkt stellt einen kurzgeschlossedurch Steuerung eines Torleiters umgelenkt wird, der, nen Abschluß der Leitung dar, so daß eine Welle wenn er normalleitend gemacht wird, einen Wider- über die Leitung zum Tor 78 zurückreflektiert wird, stand aufweist, welcher etwa gleich dem Wellenwider- 40 wo die Ausbreitung der Welle endet. Da der Widerstand der Übertragungsleitung ist. Diese Schaltung stand des Tores 78 a gleich dem Wellenwiderstand empfängt ihren Speisestrom aus einer Quelle 70, der Übertragungsleitung ist und die Ausbreitung deren eine Klemme an einen Anschluß 72 ange- einer Welle nur auf einer einzigen Leitung bewirkt, schlossen ist. Ein Streifen aus dünnem Film verläuft ist die Größe des Stroms, der der vom Tor ausgehenvom Anschluß 72 aus über den Leiter 74 zu einem 45 den Welle zugeordnet ist, etwa gleich der Hälfte des Verbindungspunkt 76, von dem ein Pfad 78 und ein Stroms, der durch das Tor fließt, wenn es normallängerer Pfad 80 ausgehen. Der Pfad 78 enthält leitend wird. Wenn diese wandernde Welle den kurzeinen Torleiter 78 a und der Pfad 80 einen Torleiter geschlossenen Abschluß bei 88 erreicht, erhält man 80 a. Der den Pfad 78 bildende Streifen ist bei 82 einen Verdoppelungseffekt, und bei der Rückwandean eine Abschirmung 84 angeschlossen, auf der die 50 rung der Welle wird zunächst der Strom im Steuer-Schaltung angeordnet ist. Ebenso ist der Pfad 80, der leiter 86 erhöht und baut sich dann von rechts nach einen Steuerleiter 86 enthält, am Punkt 88 mit der links auf den Wert des von der Quelle 70 gelieferten Abschirmung 84 verbunden. Der restliche Teil der Stroms im gesamten Pfad 80 auf. Wenn die Welle an die Speisequelle 70 angeschlossenen Schaltung ist durch die Übertragungsleitung zum Tor 78 zurückgegegenüber der Abschirmung 84 isoliert. Die Abschir- 55 führt wird, endet sie, und jetzt ist der gesamte Strom mung selbst ist auf einer Unterlage 90 angeordnet. vom Pfad 78 zum Pfad 80 umgesteuert worden.
Das Kryotrontor78a wird durch einen Steuerleiter Auf ähnliche Weise läßt sich der Strom zurück in 92 gesteuert, der Strom aus einer Stromquelle 94 den Pfad 78 leiten. Das Tor 80 α hat in der Leitung empfängt. Ebenso wird der Torleiter 80 a von einem die dargestellte Lage nahe am Verbindungspunkt 78, Steuerleiter 96 gesteuert, der Strom aus einer Quelle 60 so daß der Abstand zwischen dem Tor 80 a und dem 98 empfängt. Punkt 82, wo eine Verbindung zur Abschirmung 82

Die eine Klemme der Speisequelle 70 ist mit dem besteht, im Vergleich zu dem Abstand zwischen dem

Anschluß 72 verbunden, von wo aus der Stromkreis Tor 80 a und dem Punkt 88, wo das andere Ende des

über den Leiterstreifen 74 zu einem Verbindungs- Streifens mit der Abschirmung verbunden ist, außer-

punkt76 und dann parallel über Pfade 78 und 80 65 ordentlich klein ist. Der Widerstand des Tors 80 a ist

verläuft. Der Stromkreis wird geschlossen durch die ebenfalls gleich dem Wellenwiderstand der Leitung.

Abschirmungsebene 84, und zwar auf einem Pfad, Das Tor 80 a kann aber auch in der Mitte zwischen

der ein Abbild des Pfades ist, in dem der Strom in den Punkten 82 und 88 liegen; in diesem Falle wäre

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es zum Erreichen der höchsten Geschwindigkeit beim leiter 130 und 132 gesteuert. Die Schaltung wird Umschalten des Stroms aus dem Pfad 80 in den Pfad durch wahlweises Anlegen von Signalen an jeweils 78 richtig, dem Tor 80 a einen Widerstand zu geben, einen der Pfade 134 und 136, in denen diese Steuerder doppelt so groß wie der Wellenwiderstand der leiter enthalten sind, zwischen den stabilen Zuständen Leitung ist, da das Tor, wenn es in der Mitte der Lei- 5 umgeschaltet. Wenn man die Pfade 122 und 124 getung liegt, beim Übergang in den normalleitenden Zu- nauer prüft und den erstgenannten als Beispiel nimmt, stand die Ausbreitung von Wellen in beiden Richtun- so sieht man, daß dieser Pfad den Torleiter 122 a umgen bewirkt. Jeder dieser Wellen ist ein Strom züge- faßt und dann einen Abschnitt der glatten Leitung ordnet, der halb so groß wie der Strom ist, welcher 123, der ziemlich lang sein kann und von diesem Tordas Tor durchfließt, wenn es normalleitend wird, falls io leiter zum ersten von mehreren Steuerleitern mit der der Widerstand des Tors gleich der Summe der Bezeichnung 122 b verläuft. Außerdem umfaßt der Wellenwiderstände der beiden Leitungsabschnitte ist, Pfad zwei weitere Steuerleiter 122 d und 122/. Auf auf denen Wellen sich ausbreiten. Diese Wellen wan- jeden Steuerleiter folgt ein Leitungsabschnitt, der dem weiter, bis sie die Klemmen 88 und 82 erreichen, breiter als der glatte Teil der Leitung 123 ist, welcher und hier tritt eine Verdopplung ein, und sie werden 15 die Torleiter 122 a und 122 & verbindet. Diese breitereflektiert und zurück zum Tor 80 a geschickt, wo sie ren Abschnitte sind mit 122 c, 122 e und 122 g begleichzeitig ankommen und enden. zeichnet. Der glätte Teil 123 der Leitung zwischen Das Ausgangssignal der Schaltung von Fig. 3 tritt dem Torleiter 122 a und dem Steuerleiter 122 b hat zwischen zwei Klemmen 102 und 104 auf. Ein Tor einen Wellenwiderstand, der dem Widerstand des 106 ist zwischen diese beiden Klemmen geschaltet. 20 Tors 122 a angepaßt ist, um eine hohe Arbeitsge-Dieses Tor ist supraleitend, wenn der Strom aus der schwindigkeit zu erreichen. Die schmaleren Steuerab-Quelle 70 im Pfad 78 fließt, und es ist normalleitend, schnitte 122 b, 122 d und 122/ sind erforderlich, um wenn der Strom aus dieser Quelle im Pfad 80 fließt, mehrere Ausgangskreise je nach dem Zustand der der den Steuerleiter 86 enthält. Schleife 120 zu steuern. Um zu erreichen, daß infolge Da der Steuerleiter 86 eine andere Breite als der 25 dieser Diskontinuitäten so wenig Reflexionen wie glatte Teil des Pfades 80 hat, erzeugt dieser Ausgangs- möglich auftreten, sind die schmalen Steuerabschnitte steuerleiter eine Unterbrechung in der Leitung etwa in der Zeichnung ziemlich nahe beieinander dargeebenso wie die Steuerleitung der Schaltung von Fig. 2. stellt, und zwar ist der Abstand zwischen diesen Eine einzige Unterbrechung ist jedoch nicht sehr pro- Steuerabschnitten kiemer als die Wellenlänge des Siblematisch, wie aus Fig. 3 a hervorgeht, die die Art 30 gnals mit der höchsten Frequenz, das über die Übervon Reflexion veranschaulicht, die entsteht, wenn eine tragungsleitung geschickt werden soll. Die breiteren entlang der Übertragungsleitung wandernde Welle aus Abschnitte 122 c, 122 e und 122 g sind nach jedem dem glatten Teil der Leitung 80 zu dem schmalen schmalen Abschnitt vorgesehen, so daß jedes Paar Steuerleiter 86 gelangt. In Fig. 3 a ist gezeigt, wie die zusammengenommen einen Wellenwiderstand aufzwei Wellen 110 und 112 wandern, wenn das Tor 78 a 35 weist, der gleich dem Wellenwiderstand der glatten im Pfad 78 normalleitend wird. Die Welle 110 wandert Leitungsabschnitte ist. Eine ebensolche Gruppe von aus diesem Tor nach rechts über die Übertragungs- Steuerabschnitten ist im Pfad 124 enthalten, und zwar leitung, und ihre Form stellt den Zustand der Leitung folgt auf jeden schmalen Steuerabschnitt ein breiter zu einem Zeitpunkt dar, bevor die Welle den Steuer- Abschnitt, um einen Impedanzausgleich in der Leileiter 86 erreicht hat. Wenn die Welle den Steuerleiter 40 tung zu erreichen. Die Leitungsunterbrechungen, die 86 erreicht, entsteht eine negative Reflexion, und auf unmittelbar auf den breiten Abschnitt 122 g im Pfad diese folgt direkt eine Welle, die durch mehrfache Re- 122 und den letzten breiten Abschnitt 124 g im Pfad flexion in dem Leiter 86 aufgebaut wird. Dies zeigt die 124 folgen, zeigen an, daß eine behebige Zahl von Wellenform 112, aus der ersichtlich ist, wie die Welle Steuerleitern in der gezeigten Anordnung in jedem nach links wandert und die den Zustand nach den 45 pfad enthalten sein kann. Der Endteil jedes Pfades Reflexionen darstellt. Diese Welle wandert weiter nach hat die Breite der glatten Leitung. Er kann beliebig links, bis der ganze Strom aus der Quelle 70 im Pfad lang sein und vollendet den Pfad zum Verbindungs-80 aufgebaut ist. punkt 128.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Jeder der Steuerleiter 122 b, 122 d und 122/ im

Erfindung und macht deutlich, wie die Prinzipien der 50 Pfad 122 steuert ein Tor in einer Schaltung, die durch

Erfindung auf eine Schaltung angewandt werden, in die Schleife 120 gesteuert wird. Ebenso werden Tore

der die Übertragungsleitung eine große Anzahl von in anderen Pfaden, die durch die Stromverteilung in

Abschnitten mit verschiedener geometrischer Anord- der Schleife 120 gesteuert werden, durch die Steuer-

nung umfaßt. Die Grundschaltung von Fig. 4 ist eine abschnitte 124 b, 124 d und 124/ im Pfad 124 ge-

Übertragungsleitung, die von einer über einer Ab- 55 steuert. Die Strompfade, in denen diese durch die

schirmung 121 angeordneten Schleife 120 gebildet Steuerabschnitte gesteuerten Tore hegen, können z. B.

wird. Die Schleife 120 besteht aus zwei parallelen zu einem Matrixschalter gehören, der die Funktion

Strompfaden 122 und 124. Die Schleife empfängt hat, einen Supraleiterspeicher zu adressieren. Ein

Strom aus einer nicht gezeigten Stromquelle, die an weiteres Merkmal der Schaltung von Fig. 4 besteht

den Verbindungspunkt 126 angeschlossen ist, von wo 60 darin, daß die Tore 122a und 124a tatsächlich

aus der Strom dann entweder über den Pfad 122 oder schmaler als die Abschnitte der glatten Übertragungs-

über den Pfad 124 zu einem weiteren Verbindungs- leitung sind, an die sie angeschlossen sind. Der Grund

punkt 128 fließt. Dieser Verbindungspunkt ist über für diese Anordnung liegt darm, daß die durch die

eine weitere Schaltungsanordnung mit der anderen Steuerleiter und die Torleiter gebildeten Kryotrone

Klemme der Stromquelle verbunden. Der Pfad 122 65 vorzugsweise so klein wie möglich sind, da die Ener-

ist mit einem Torleiter 122 a und der Pfad 124 gieverluste in der Schaltung beim Betrieb dieser Vor-

mit einem Torleiter 124 a verbunden. Der Zustand richtungen um so kleiner sind, je kleiner diese EIe-

der Torleiter 122 a und 124 a wird durch Steuer- mente sind. Der Verstärkungsfaktor eines Kryotrons

ist proportional dem Verhältnis der Breite des Torleiters zur Breite des Steuerleiters. Wenn also als Beispiel das Eingangskryotron im Pfad 122 betrachtet wird, so ist dessen Verstärkungsfaktor proportional dem Verhältnis der Breite des Torleiters 122 a zur Breite des Steuerleiters 130. Da der Verstärkungsfaktor proportional dem Verhältnis dieser Breiten ist, können sowohl der Tor- als auch der Steuerleiter in entsprechenden Proportionen beide größer oder kleiner gemacht werden und trotzdem dieselbe Verstärkung haben. Die Größe des Energieverlustes in der Schaltung beim Betrieb des Kryotrons ist jedoch proportional der elektromagnetischen Energie, die bei Erregung des Steuerleiters erzeugt wird. Diese Energie ist proportional sowohl der Induktivität der Schaltung als auch dem Quadrat des Stroms, der dem Steuerabschnitt zugeführt wird, um den Torleiter normalleitend zu machen. Indem man also den Steuerleiter so schmal wie möglich macht, wird, obwohl die Induktivität erhöht wird, der im Steuerleiter benötigte Strom, um den Torleiter normalleitend zu machen, verringert, und daher wird der Energieverlust herabgesetzt. Nach Feststellung des Verstärkungsgrades muß also der Kryotronsteuerleiter so schmal wie mög-Zeitpunkt der ganze Strom aus Pfad 122 in den Pfad 124 umgesteuert worden ist. Wenn nun der Strom in diesem letztgenannten Pfad fließt, sind die Tore in dem von den Steuerabschnitten 122 b, 122 d und 122/ im Pfad 122 gesteuerten Ausgangskreis supraleitend, und die von den Steuerabschnitten 124 b, 124 d und 124/ im Pfad 124 gesteuerten sind normalleitend.

Die Schaltungen, die hier als Beispiele für die Anwendung der Erfindung zur Herstellung verbesserter

ίο Supraleiterschaltungen beschrieben werden, verwenden Übertragungsleitungen mit supraleitenden Torleitern, welche normalleitend gemacht werden, um eine Änderung in der Stromverteilung in der Leitung zu bewirken. In jedem Falle hat das Tor einen Widerstand, der nötig ist, um die optimale Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen. Dieser Widerstand wird nicht nur durch den Wellenwiderstand der Leitung, in der das Tor enthalten ist, bestimmt, sondern auch durch andere Faktoren, wie z. B. die Stelle des Tores in der Leitung, die tatsächliche Gesamtimpedanz, die dem Tor entgegengesetzt wird, wenn es normalleitend wird, und die Art und Weise, in der die Leitung durch das Tor erregt wird, wenn es normalleitend wird. In jedem

Falle ist jeder Welle, die der Leitung zugeführt wird, lieh gemacht und das Tor entsprechend proportioniert 25 wenn das Tor normalleitend wird, ein Strom zugeordwerden. Da der Teil des Torleiters, der normalleitend net, der halb so groß ist wie der Strom in dem Tor gemacht wird, wenn der Steuerleiter erregt wird, das zu der Zeit, wenn es normalleitend wird.
Volumen des Torleiters direkt unterhalb des Steuer- Bei gemäß den Fig. 1, 2, 3 und 4 aufgebauten

leiters ist, ist weiterhin der gesamte in einen Torleiter Schaltungen ist es außerdem beachtenswert, daß die eingeführte Widerstand gleich, solange das Verhältnis 30 Widerstandswerte der Tore leicht vom Ideal abvon Steuerleiterbreite zu Torleiterbreite auf dem weichen können, ohne daß die Schaltgeschwindigkeit

dadurch wesentlich beeinträchtigt wird, und daher können die Fabrikationstoleranzen relativ groß sein. In der Schaltung von Fig. 2 könnte z. B. der Widerstandswert des Tors 12 a etwas kleiner als der doppelte Wert des Wellenwiderstandes der Übertragungsleitung sein, in der es enthalten ist. In diesem Falle sind den Wellenformen, die in beiden Richtungen vom Tor aus entlang der Übertragungsleitung wandern, Ströme zugeordnet, die etwas kleiner als die Hälfte des Stroms sind, der zu dem Zeitpunkt das Tor durchfließt, wenn es normalleitend wird. Wichtig ist, daß der Strom, der geschaltet werden muß, in der Zeit geschaltet wird, die die Welle für ihre Wanderung ent-45

gleichen Wert gehalten wird. Wenn ein bestimmtes Dielektrikum, eine bestimmte Stärke des Dielektrikums, eine bestimmte Betriebstemperatur, ein bestimmtes Tormaterial und eine bestimmte Torleiterstärke angenommen werden, ist die Breite der glatten Abschnitte der Leitung zum Impedanzausgleich eine Funktion des Verhältnisses der Breite des Torleiters zu der des Steuerleiters. Daher läßt sich das Stromverhältnis mit verschieden großen Kryotronen erreichen. Das Tor kann gemäß den Fig. 1 und 2 dieselbe Breite wie die glatten Abschnitte der Elemente haben, aber zur weitgehenden Verringerung des Energieverlustes werden vorzugsweise der Torleiter und der Steuerleiter möglichst klein gehalten, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Wirkungsweise der Schaltung von Fig. 4 gleicht im wesentlichen der von Fig. 1 und 2. Es sei z. B. angenommen, daß der Quellenstrom in der Schleife 120 anfangs im Pfad 122 fließt und ein Stromsignal dem lang der Leitung und zurück zum Tor braucht.

Außerdem ist es bei diesen Schaltungen wichtig zu beachten, daß der Strom, welcher der Schaltung von der Speisequelle zugeführt werden muß, so gering wie möglich sein sollte. Zum Beispiel wird die Schaltung

Pfad 124 zugeführt wird, um das Eingangstor 122 a 50 von Fig. 2 vorzugsweise so aufgebaut, daß die Steuernormalleitend zu machen. Der Widerstand dieses Tors leiter 40 und 42 die Torleiter 44 und 46 nur dann norist etwa zweimal so groß wie der Wellenwiderstand malleitend machen, wenn der Strom in diesen Steuerder zwischen den Pfaden 122 und 124 und der supra- leitern ein wesentlicher Teil, d. h. mehr als die Hälfte leitfähigen Abschirmung 123 gebildeten Übertragungs- des Stroms ist, der von der Speisequelle geliefert wird, leitung. Das ist der Fall, weil in diesem Ausführungs- 55 Bei dieser Betriebsart kann bei gleicher Konstruktion beispiel wie in denen der Fig. 1 und 2 die gesamte der Ausgangskryotrone ein viel kleinerer Speisestrom Impedanz, die das Tor sieht, wenn es normalleitend
wird, die Summe der Impedanzen der beiden an das
Tor angeschlossenen Abschnitte der Übertragungsleitung ist. Wenn also das Tor 122 a normalleitend wird, 60
wandern Wellen in entgegengesetzten Richtungen von
diesem Tor aus um die Schleife herum, und jede dieser
Wellen hat einen zugeordneten Strom, der halb so

verwendet werden. Dies ist wichtig, da eins der Probleme bei der Konstruktion von Supraleiterschaltungen in großem Maßstab die Wärmeableitung ist und die Größe der Wärmeableitung proportional dem Quadrat der Größe des Stroms ist, der das normalleitende Tor durchfließt.

groß ist wie der Strom, der in dem Tor zu dem Zeitpunkt fließt, wenn es normalleitend wird. Diese Wellen durchsetzen einander und enden schließlich, wenn sie durch die Übertragungsleitung zu dem normalleitenden Tor 122 a zurückgeführt werden, zu welchem

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kryotronschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit zwischen den Torleitern der Kryotrone supraleitende Leitungen mit definiertem Wellenwiderstand vor-

gesehen sind und daß die Widerstände der Torleiter im normalleitenden Zustand derart gewählt sind, daß der/die von einem Torleiter im Augenblick des Umschaltens vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand ausgehende Strom/ausgehenden Ströme wenigstens angenähert halb so groß ist/sind wie der im supraleitenden Zustand durch den Torleiter fließende Strom.

2. Kryotronschaltung nach Anspruch 1 mit einem Kryotron, von dessen Torleiter sich im Augenblick des Umschaltens vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand nach beiden Seiten Ströme ausbreiten, dadurch gekennzeichnet;, daß der Widerstand des Torleiters im normalleitenden Zustand gleich dem doppelten Wellenwiderstand der angeschlossenen Leitungen ist,

3. Kryotronschaltung nach Anspruch 1 mit einem Kryotron, von dessen Torleiter sich im Augenblick des Umschaltens vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand eine Welle ausbreitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Torleiters im normalleitenden Zustand gleich dem Wellenwiderstand der angeschlossenen Leitung ist.

4. Kryotronschaltung nach einem der Anspräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen aus einer supraleitenden Abschirmung und von dieser isoliert angeordneten supraleitenden Bändern bestehen.

5. Kryotronschaltung nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Leitung als Schleife ausgebildet ist und daß zur wahlweisen Leitung des Stromes durch einen der beiden Zweige der Schleife in jedem Zweig der Torleiter eines Kryotrons vorgesehen ist.

6. Kryotronschaltung nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Leitung aus zwei am Eingang miteinander verbundenen und an ihren Enden kurzgeschlossenen Zweigen besteht, in denen je ein Torleiter eines Kryotrons vorgesehen ist, und daß der eine Zweig unmittelbar hinter dem Torleiter kurzgeschlossen ist.

7. Kryotronschaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Zweig wenigstens ein Steuerleiter eines Ausgangskryotrons vorgesehen ist.

8. Kryotronschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Ausgangskryotrone(s) derart ausgebildet ist/sind, daß der Torleiter nur supraleitend wird, wenn der Strom im Steuerleiter größer als die Hälfte des Stromes von der Stromquelle ist.

9. Kryotronschaltung nach Anspruch 7 oder 8, bei welcher in einem Zweig mehrere Steuerleiter vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Reflexionen in der Leitung der Abstand zwischen den Steuerleitern kleiner als die Wellenlänge des Signals mit der höchsten Frequenz ist.

10. Kryotronschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabschnitte zwischen den Steuerleitern derart ausgebildet sind, daß ihr Wellenwiderstand zusammen mit dem Wellenwiderstand der Steuerleiter im Mittel den Wellenwiderstand der homogenen Leitung ergibt.

11. Kryotronschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Vermeidung des Ausbreitens, der vom Torleiter im Augenblick des Umschaltens vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand ausgehenden Wellen in die Zuleitungen zu den Stromquellen vorgesehen sind.

12. Kryotronschaltung nach Anspruch 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Abschirmung an den dem Ende der Zuleitungen gegenüberliegenden Stellen Öffnungen aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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