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Elektronische Schaltungsanordnung zum Aufbau von Ringzählern ungerader
Stufenzahl aus Transistor-Ringkern-Kombinationen Die Erfindung betrifft eine elektronische
Schaltungsanordnung zum Aufbau von Ringzählern ungerader Stufenzahl, wie sie in
datenverarbeitenden Anlagen Verwendung finden. Jede Stufe eines solchen Ringzählers
gestattet die Speicherung einer binären Information und besteht im wesentlichen
aus einer geeigneten Kombination eines Ringkernes nahezu rechteckförmiger Hystereseschleife
mit einem Transistor.
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Die Zusammenfügung von elektronischen Schalteinheiten, welche jeweils
aus einem Ringkern mit nachgeschaltetem Transistor als Impulsverstärker bzw. als
Entkopplungsglied bestehen, zu Schieberegistern ist bekannt. Schieberegister dieser
Art können jedoch normalerweise nur unter der Voraussetzung bei Verbindung des Ausganges
der letzten mit dem Eingang der ersten Stufe als Ringzähler arbeiten, wenn die Anzahl
der Stufen gerade ist. Bei ungerader Stufenzahl waren bisher besondere Mittel vorzusehen,
um zu vermeiden, daß der Ausgangsimpuls der letzten Stufe mit dem Schiebeimpuls,
welcher ihn ausgelöst hat, zusammenfällt. Denn beide Impulse haben entgegengesetzte
Vorzeichen und würden sich daher im Magnetkern der ersten Stufe gegenseitig aufheben.
Dieser Nachteil wird in bekannten Schaltungen mit nur einer Schiebeleitung dadurch
vermieden, daß der Ausgangsimpuls eines jeden Kernes durch eine Schaltung aus Widerständen
und Kondensatoren verzögert wird. Diese Verzögerung wird: so gewählt, daß der Ausgangsimpuls
auch nach Abklingen des Schiebeimpulses noch für die Umpolzeit des Magnetkernes
der jeweils folgenden Stufe wirksam ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese zusätzlichen Mittel bei einer
Ringzählerschaltung aus einer ungeraden Zahl von Stufen durch einfache Schaltmaßnahmen
entbehrlich zu machen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Amperewndungszahl
der Vormagnetisierungswicklung des Magnetkernes der ersten Stufe um den Betrag der
Ummagnetisierungserregang größer gewählt wird als diejenige der Schiebeimpulswicklung,
und zwar durch entsprechende Verstärkung des Stromimpulses am Ausgang der letzten
Stufe, verwirklicht durch geeignete Wahl des strombegrenzenden Widerstandes im Kollektorkreis
des impulsverstärkenden Transistors der letzten Stufe, und/oder durch geeignete
Vergrößerung der Amperewindungszahl der Vormagnetisierungswicklung des Magnetkernes
der ersten Stufe.
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Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung als Frequenzteiler
wird ein bistabiler Ansteuermultivibrator, welcher die Schiebeimpulse schaltet,
über ein Differenzierglied und eine Diode vom Ausgangsimpuls der dem gewünschten
Teilungsfaktor entsprechenden Stufe voreingestellt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgedankens besteht
darin, durch den zusätzlichen Schaltungsaufwand von insgesamt zwei Schalttransistoren
je Zählkette sowie zwei Widerständen, zwei Entkopplungsdioden und einer weiteren
Erregerwicklung je Stufe eine erfindungsgemäße Schaltung zum Vorwärts- und zum Rückwärtszählen
auszulegen. Hier ist der Kollektor des Transistors jeder Stufe sowohl mit einer
ersten Erregerwicklung des Magnetkernes der jeweils folgenden als auch mit einer
zweiten Erregerwicklung des Magnetkernes der jeweils vorhergehenden Stufe zu verbinden.
Alle ersten Erregerwicklungen liegen über je einen Widerstand und eine Entkopplungsdiode
gemeinsam im Ausgangskreis des ersten Schalttransistors, alle zweiten Erregerwicklungen
in gleicher Weise gemeinsam im Ausgangskreis des zweiten Schalttransistors. Der
gewünschten Zählrichtung entsprechend wird entweder an die Steuerelektrode des ersten
oder des zweiten Schalttransistors Durchschaltepotential gelegt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen
erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Ringzählerschaltung, bestehend aus einem fünfteiligen
Schieberegister, einer bistabilen Ansteuerstufe und zwei elektronischen Schaltern,
Fig.2 ein Impulsdiagramm der Ringzählerschaltung, Fig. 3 eine Ringzählerschaltung
zur Vorwärts- und Rückwärtszählung.
Die Schaltung nach Fig. 1 besteht
aus fünf Stufen: Jede der Stufen umfaßt einen Ringkern 1 bis 5 nahezu rechteckförmiger
Hystereseschleife mit einem nachgeschalteten Transistor Trl bis Tr5: An den-Schiebeleitungen
SL 1 und SL 2 werden abwechselnd Stromimpulse wirksam. Alle Magnetkerne sollen
sich zunächst unter der Wirkung der Schiebeimpulse in dem einen Remanenzzustand,
z. B. in dem der negativen Remanenz, befinden. Der Kern 1 werde nunmehr über eine
Eingabewicklung WIV ummagnetisiert, so daß er sich damit im Zustand positiver Remanenz
befindet. Der Wicklungssinn der Ausgangswicklung W III ist so gewählt, daß der bei
dieser Ummagnetisierung in der Wicklung W III induzierte Spannungsimpuls für den
Transistor Trl positiv gegen den- an Erde liegenden Emitter ist. Bei Verwendung
des in der Fig. 1 dargestellten Schieberegisters als elektronischer Wähler kann
jede der Voreinstellwicklungen WII über alle Magnetkerne jeweils einer Zeile bzw.
einer Spalte einer Speichermatrix geführt sein.
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In der Zeile I des Impulsdiagramms der Fig. 2 sind die Steuerimpulse
am Eingang E des bistabilen Ansteuermultivibrators dargestellt. Zeile II zeigt die
Steuerimpulse für die beiden Transistoren TrA bzw. TrB dieses Multivibrators. Die
Zeilen III und IV veranschaulichen die gegenseitige zeitliche Versetzung der Schiebeimpulse
auf den Leitungen SL 1 und SL 2.
Die Zeile V schließlich zeigt die
Ausgangsimpulse am Kollektor des Transistors der letzten Stufe der Ringzählerschaltung.
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Erscheint auf der Schiebeleitung SL 1 in Fig. 1 ein Schiebeimpuls.,
so wird der Kernt wieder in den Zustand negativer Remanenz ummagnetisiert. Der bei
diesem Ummagnetisierungsvorgang in der Wicklung W III induzierte Spannungsimpuls
steuert den Transistor Trl leitfähig. Über einen geeigneten Kollektorwiderstand
wird der Kollektorstrom dieses Transistors Tr 1 so eingestellt, daß der Kern
2 durch den Ausgangsimpuls in der mit dem Kollektor verbundenen Wicklung W I in
den Zustand positiver Remanenn gekippt wird. Dazu ist nur erforderlich, daß dieser
Kern mit der positiven Sättigungserregung beaufschlagt wird. Der nächste Schiebeimpuls,
diesmal an der Leitung SL 2, wird erst eine gewisse Zeit nach Abklingen des
Schiebeimpulses auf der Leitung SL 1
wirksam, wie aus dem Vergleich der Zeilen
III und IV in Fig. 2 ersichtlich ist. Damit ist sichergestellt, daß der Schiebeimpuls
auf der Leitung SL 2 und der Voreinstellimpuls für den Kern 2 sich nicht
gegenseitig beeinflussen.
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Die Vorgänge bei der Weiterleitung der binären Information, welche
nunmehr im Kern 2 gespeichert ist, über die folgenden Kerne sind im wesentlichen
die gleichen, wie für den Kern 1 beschrieben. Durch jeden Schiebeimpuls wird die
binäre Eingangsinformation um eine Stufe weitergeschoben. Ist endlich der Kern 5
voreingestellt, so bewirkt ein Schiebeimpuls auf der Leitung SL 1 eine Rückmagnetisierung
dieses Kernes in dem Zustand negativer Remanenz. Hierbei wird in der Wicklung W
III des Kernes 5 eine Spannung solcher Polarität induziert, daß der diesem Kern
nachgeschaltete Transistor Tr5 ausgesteuert wird. Der über die Leitung R fließende
Kollektorstrom dieses Transistors Tr5 ist über seinen Kollektorwiderstand - oberhalb
des Keines l - so eingestellt, däß die Erregung über die Wicklung W I die gleichzeitig
noch wirksame Erregung über die Wicklung W II durch den Schiebeimpuls um den Betrag
der Ummagnetisierungserregung dieses Kernes 1
übersteigt. Weiter ist dafür
Sorge zu tragen, daß der Schiebeimpuls nicht um den Betrag der Umpolzeit des Kernes
länger andauert als der Voreinstellimpuls. Andernfalls würde dieser Impuls, welcher
den Kern 5 in den Zustand negativer Remanenz zurückgekippt hatte, auch den Kern
1 noch in den Zustand negativer Remanenz ummagnetisieren.
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Die beschriebene Lösung, die Erregung durch einen Stromimpuls entsprechender
Größe des Transistors Tr5 um den Betrag der Ummagnetisierungserregung größer zu
wählen als die Erregung durch den Schiebeimpuls, bietet die Möglichkeit, in einem
Ringzähler ungerader Stufenzahl die Wicklungen auf allen Kernen gleichzudimensionieren.
Daneben bietet sich die Möglichkeit an, die Kollektorstromimprlse aller Transistoren
Trl bis Tr5 gleich einzustellen, d. h. gleiche Kollektorwiderstände zu verwenden,
dafür aber die Windungszahl der Wicklung W I des Kernes 1 größer als die der entsprechenden
Wicklungen der anderen Kerne zu wählen, so daß der gleiche Erfolg erreicht wird.
Hierbei ist sichergestellt; daß alle Transistoren gleichmäßig belastet werden. Schließlich
besteht auch die Möglichkeit, beide Maßnahmen in geeigneter Weise zu kombinieren.
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In der Fig. 1 ist weiterhin ein. bistabiler Ansteuermultivibrator
malt den Transistoren TrA und TrB an sich bekannter Bauart dargestellt. Über die
Klemme E werden diesem Taktimpuls konstanter Folgefrequenz zugeführt, wie sie in
Fig. 2 in Zeile I dargestellt sind. Einer der beiden Transistoren TrA oder TrB ist
zunächst stromleitend, z. B. der Transistor TrA. Hierbei liegt an der Basis des
Transistors TrB über den Basisspannungsteiler eine solche Spannung, daß dieser sicher
gesperrt ist. An dem gemeinsamen Emitterwiderstand fällt, bedingt durch den Emitterstrom
des Transistors TrA, eine solche Spannung ab, daß der Emitter des Transistors TrB
an einer negativeren Spannung liegt als seine Basis.
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Für einen positiven Sperrimpuls am Eingang E ist jetzt nur die mit
der Basis des Transistors TrA verbundene Diode durchlässig. Dieser Transistor wird
gesperrt. Hierdurch wird das Basispotential des Transistors TrB - bedingt durch
den beim Stromfiuß über den Transistor TrA sich entladenden Kondensator zwischen
der Basis dieses Transistors TrB und dem Kollektor des Transistors TrA - stark negativ:
Der Transistor TrA seinerseits wird in bekannter Weise durch den Stromftuß über
den Kollektorwiderstand von Transistor TrB noch weiter gesperrt, da der Kondensator
zwischen der Basis dieses Transistors und dem Kollektor des Transistors TrB zuvor
auf seine volle Spannung aufgeladen worden war. Bei dem folgenden Sperrimpuls kehren
sich die beschriebenen Verhältnisse wieder um, der Transistor TrA wird wieder leitfähig,
dafür der Transistor TrB gesperrt. Durch die Stromimpulse am Kollektor der Transistoren
TrA und TrB wird der Kern SI0 dauernd ummagnetisiert. Bei jeder Ummagnetisierung
wird einer der beiden Schalttransistoren S1 oder S2 leitfähig geschaltet, da beide
Basiswicklungen, wie in Fig. 1 angedeutet ist, unterschiedlichen Wicklungssinn aufweisen.
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Die in der Fig. 1 angegebene Schaltung kann zur Frequenzteilung um
einen Faktor 1:5 verwendet werden. Hierzu ist erforderlich, daß der sechste Taktimpuls
nicht auf der Schiebeleitung SL2, sondern auf der Schiebeleitung SL 1 erscheint.
Zu diesem Zweck
ist die Schaltung so ausgelegt, daß von der Rückflanke
des Kollektorimpulses des Transistors Tr5 über eine Differenzierschaltung der bistabile
Multivibrator in geeigneter Weise so voreingestellt wird, daß der sechste Taktimpuls,
wie Fig. 2, Zeilen I und III, zeigen, an der Schiebeleitung SL 1 wirksam
wird. Diese Figur zeigt auch, wie durch die Rückflanke des Voreinstellimpulses,
der gleichzeitig mit der Rückflanke des Schiebeimpulses auf der Leitung SL
1
wirksam ist, ein Schiebeimpuls auf der Schiebeleitung SL 2 ausgelöst wird.
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Gemäß Fig. 3 ist die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zum Vorwärts-
oder zum Rückwärtszählen ausgelegt. An Stelle von bisher einer Vormagnetisierungswicklung
(WI in Fig. 1) tragen nunmehr alle Kerne 1 bis 5 zwei Vormagnetisierungswicklungen.
Der Kollektor des Transistors Trl bis Tr5 jeder Stufe ist sowohl mit der ersten
Vormagnetisierungswicklung des Kernes der jeweils folgenden Stufe als auch mit der
zweiten Vormagnetisierungswicklung des Kernes der jeweils vorhergehenden Stufe verbunr
den. Alle ersten Wicklungen liegen jeweils über eine Entkopplungsdiode und einen
Widerstand RL 1 gemeinsam im Ausgangskreis eines ersten Schalttransistors TrC, alle
zweiten Vormagnetisierungswicklungen wiederum jeweils über eine Entkopplungsdiode
und einen Widerstand RL 2 im Ausgangskreis eines zweiten Schalttransistors TrD.
Über den Umschalter S kann wahlweise an die Basis des Schalttransistors TrC oder
TrD Sperrpotential gelegt werden.
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In der in der Fig. 3 dargestellten Schalterstellung des Umschalters
S ist die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors TrC stromleitend. Damit wird
ein Vormagnetisierungimpuls nur in der ersten Wicklung des Kernes der jeweils folgenden
Stufe, nicht jedoch in der zweiten Vormagnetisierungswicklung des Kernes der jeweils
vorhergehenden Stufe wirksam. Der Ringzähler zählt in der Vorwärtsrichtung. In der
anderen Stellung des Umschalters S würde der Ringzähler dagegen rückwärts zählen.
Der in der Fig. 1 weiterhin enthaltene bistabile Ansteuermultivibrator sowie die
beiden Schalttransistoren, welche die Schiebeimpulse erzeugen, sind der Einfachheit
halber in der Fig. 3 nicht nochmals dargestellt.
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Es ist schließlich noch darauf hinzuweisen, daß die Anordnung gemäß
Fig. 3, welche wahlweise ein Vorwärts- und Rückwärtszählen einer Zählkette ermöglicht,
bei Ringzählern beliebiger Stufenzahl Verwendung finden kann. Die Stufenzahl fünf
ist nur als Beispiel zu verstehen.