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Anordnung zur Impulsfrequenzteilung mit magnetischen Schaltelementen
mit rechteckförmiger Hystereseschleife Die Erfindung bezieht sich auf elektronische
Impulsfrequenzteiler bzw. -untersetzer, wie sie heute in der Informations- und Datenverarbeitung,
z. B. als elektronische Zähler, eine vielseitige Anwendung fin-
den, und betrifft
einen neuartigen elektronischen Impulsuntersetzer, bei dem gelochte Keine, Scheiben
oderPlatten, aus einemMaterial mitrechteckförmiger Hystereseschleife (Ferrit) als
Untersetzungselemente dienen.
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Bisher waren solche elektronischen Impulsuntersetzer als Binäruntersetzer
mit Elektronenröhren oder Transistoren aufgebaut, deren Zählzustand dadurch dargestellt
ist, daß sich die Elektronenröhre bzw. der Transistor entweder im stromführenden
oder im stromlosen Zustand befindet. Bekannt ist die Flip-Flop-Schaltung mit zwei
Röhren oder Transistoren. Durch Serienschaltung solcher Binäruntersetzer läßt sich
ein elektronischer Zähler aufbauen. Die Fortschaltung eines Binäruntersetzers erfolgt
durch Eingangsimpulse, die dem Binäruntersetzer auf einer einzigen Leitung zugeführt
werden und das Gitterpotential der Elektronenröhren bzw. das Basispotential der
Transistoren beeinflussen. Als Untersetzungselemente in dieser Schaltungsart sind
also die Elektronenröhren bzw. die Transistoren anzusehen.
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Die Kennzeichnung des Zählstandes durch Unterscheidung zwischen stromführendem
und stromlosem Zustand der Röhren bzw. Transistoren eines solchen Binäruntersetzers
hat den Nachteil, daß - und damit auch die Serienschaltung mehrerer Binäruntersetzer
zu einem elektronischen Zähler - bei Ausfall der Speisespannung die zuvor
gespeicherte Information verliert.
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Ein weiterer Nachteil dieser elektronischen Zähler, als Serienschaltung
einzelner Binäruntersetzer aufgebaut, ist der, daß die Speicherung einer eingegebenen
Information über längere Zeit stets mit einem Leistungsumsatz während dieser Speicherzeit
verbunden ist.
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Als Zähltransfluxor wird eine andere bekannte Art von Impulsuntersetzer
bezeichnet, die plattenförmiges Ferritmaterial mit Löchern verwendet, durch die
die einzelnen Kreise der Untersetzerschaltung hindurchgeführt werden, so daß sie
magnetisch miteinander verknüpft sind. Der Zählzustand wird durch die Richtung des
magnetischen Flusses um die Löcher dargestellt, und der Fortschaltung entspricht
eine Änderung der Flußrichtung. Der Betrieb solcher Zähltransfluxoren ist aber nur
möglich, wenn ihnen die Eingangsünpulse über einen elektronischen Temäruntersetzer
zugeführt werden. Dazu sind drei getrennte Leitungen erforderlich. Die Untersetzung
der Eingangsünpulse bei Verwendung eines Zähltransfluxors erfolgt also in der Hauptsache
durch den Ternäruntersetzer.
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Ebenso wie die eingangs beschriebene Impulsfrequenzteilung mit Binäruntersetzern
hat auch diese Anordnung den Nachteil, daß bei Speisespannungsausfall die gespeicherte
Information verloren ist. Ob-
wohl im magnetisch arbeitenden Zähltransfluxor
selbst die gespeicherte Information erhalten bleibt, ist sie durch den Informationsverlust
im elektronisch arbeitenden Ternäruntersetzer für die aus Temäruntersetzer und Zähltransfluxor
bestehende Untersetzerstufe verloren.
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Der weitere Nachteil des Binäruntersetzers, daß eine Informationsspeicherung
für längere Zeit stets mit einem Leistungsumsatz während der Speicherzeit verbunden
ist, gilt auch für die Untersetzerstufe aus Ternäruntersetzer mit Zähltransfluxor.
Der Leistungsumsatz bei dieser Betriebsart erfolgt vollständig im Ternäruntersetzer.
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Es ist auch schon eine Anordnung zur Impulsfrequenzteilung bzw. -untersetzung
bekannt, bei welcher die gespeicherte Information bei Spannungsausfall erhalten
bleibt. Sie verwendet ebenfalls zwei magnetische Schaltelemente aus einem Material
mit rechteckförmiger Hystereseschleife (Ferrit) in Form gelochter Keine oder Platten,
deren magnetische Flüsse über einen ein aktives Schaltelement enthaltenden Rückkopplungsweg
miteinander verknüpft sind, während eine durch beide Löcher gezogene Schleife ihren
Eingang bildet. Aktive Schaltelemente
wie Elektronenröhren oder
Transistoren werden hier also nur in den Rückkopplungswegen verwendet, die Eingangsiinpulse
über nur eine Leitung zugeführt.
| Aber. auch bei dieser Anordnung ist die Informa- |
| beruilg nicht leistungslos, da eine Gleich- |
| ägnetisier Üng benötigt wird, die auch im |
| Ruhezustand Strom verbraucht. |
Die erfindungsgemäße Anordnung weist nun gegenüber der zuletzt beschriebenen ein
Netzwerk auf, welches die magnetischen Flüsse um die beiden Löcher über aktive Schalteleinente
nach Art von Elektronenröhren oder Transistoren enthaltende Rückkopplunäswege über
Kreuz miteinander verknüpft. Dabei muß dafür gesorgt werden, daß der Rückkopplungsimpuls
aus dem vom Eingangsimpuls in seiner Magnetisierung umgeklappten magnetischen Kreis
(um eines der Löcher) in den andern Kreis stärker ist oder länger dauert als der
Eingangsimpuls, der über die beiden gemeinsame Eingangsschleife gleichzeitig auch
an diesen zweiten Kreis gelangt. Da der Zählzustand des Impulsuntersetzers allein
durch die Richtungen der magnetischen Flüsse in der
je-
weils verwendeten
Form aus Ferritmaterial dargestellt ist, bleibt die gespeicherte Information in
einem elektronischen Zähler aus erfindungsgemäß aufgebauten magnetischen Untersetzem
bei Speisespannungsausfall erhalten.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung liefert infolge der symmetrischen
Kreuzrückkopplung beide Serien der unterteilten Impulsfolge, und an ihren Ausgangsklemmen
erscheinen beide Serien in fester Zuordnung, während bei dem bekannten Untersetzer
eine Serie unterdrückt wird und zudem unbestimmt ist, welche der beiden, die gerade
oder die ungerade Serie.
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Weiterhin findet nur während der Dauer eines Eingangsimpulses ein
Leistungsumsatz statt; damit ist also eine leistungslose Informationsspeicherung
möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, bei der man mit
gleichen Amperewindungszahlen in allen Zweigen des Netzwerkes arbeiten kann, enthalten
die beiden Äste der Eingangsschleife je eine Reihenschaltung aus einem Widerstand
und einem Richtleiter, und der Verbindungspunkt der Schaltelemente jedes Paares
ist mit dem Rückkopplungsweg aus dem dem anderen Paar zugehörigen magnetischen Kreis
über einen weiteren für den Rückkopplungsimpuls durchlässig gepolten Richtleiter
verbunden.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß auf Grund der wenigen Bauelemente,
die für eine Untersetzerstufe notwendig sind, der Gesamtaufbau sehr raumsparend
ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen hervor. In der Zeichnung bedeutet Fig. 1 die Schaltungsanordnung
eines magnetischen Binäruntersetzers, Fig. 2 und 3 Schaubilder der magnetischen
Zustände des Untersetzerelements in der Schaltungsanordnung.
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In Fig. 1 ist die Schaltung eines Impulsuntersetzers, der als
Binäruntersetzer arbeitet, dargestellt. Als Untersetzerelement ist für dieses Anwendungsbeispiel
ein scheibenförrniger Rechteckferrit 4 mit drei Löchern 1, 2 und
3 vorgesehen, als aktive Schalteleinente *in den Rückkopplungswegen sind
beispielsweise Transistoren 5 und 6 gewählt worden. Mit cx)
UB ist die Speisespannung bezeichnet. Die magnetischen Flüsse sind
als Pfeile dargestellt und mit 0,
und 02 bezeichnet.
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Durch jedes der Löcher 1 und 2 sind vier Wicklungen
geführt, und zwar durch Loch 1 die Wicklungen W., Wlog W,1 und W,-"
durch Loch 2 die Wicklungen Wo, W20, W,1 und W2:." Die Wicklungen
Wo liegen miteinander iii Reihe an der Klemme 7. Die Wicklungen WA und
W 20 sind über die symmetrische Reihenschaltung aus den Dioden und Widerständen
DJI, R,1; R21, D2, ebenfalls miteinander in Reihe geschaltet. Die Mitten der symmetrischen
Reihenschaltung sind an die Klemmen 8 und 9 herausgeführt. Die Wicklungen
WU und W 21 sind jede einerseits an Masse und andererseits an die Basis
je eines der Transistoren 5 bzw. 6 angeschlossen, von deren
Kollektoren Rückkopplungswege über Begrenzungswiderstände R,() bzw. R20 zu der jeweils
dritten Wicklung des anderen Loches -
also W" - 5 - W
22 bzw. W" - 6 - W12 - führen.
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Weiter sind die Rückkopplungswege über Dioden Di. und D.., die so
gepolt sind, daß sie für den Ausgangsimpuls des zugehörigen Transistors durchlässig
sind, über Kreuz an die inneren Verbindungspunkte je eines Widerstands-Dioden-Paares
in der Verbindung zwischen den Wicklungen Wl. und W20 geführt, also-
5 - Dio - R21 - Klemme 9 bzw.
6 - D20 - Ril -
Klemme 9. Die Dioden
Dii, D,1 sind in Sperrichtung gepolt.
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Die Ringschleife, in der die Wicklungen W., und W., liegen, bildet
den Eingang des Untersetzers; die Klemme 8 ist die Eingangsklemme der Schaltung.
An die Klemme 7 wird der Null- oder Rückstellimpuls gelegt. An der Klemme
9 liegt die Spannung - UB.
Die Klemme 10 ist die Ausgangsklemme
der Schaltung; statt an der Wicklung W" kann der Ausgang auch an der Wicklung W2,
liegen.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende: Für den Ausgangszustand
wird angenommen, daß der magnetische Fluß (I)i um das Loch 1
rechtsdrehend,
der magnetische Fluß 02 um das Loch 2 linksdrehend gerichtet sind (Fig.
1).
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Ein positiver Eingangsimpuls an der Klemme 8 bewirkt über die
Wicklung W" eine Umkehr des magnetischen Flusses q), um das Loch 1.
Während dieser Flußumkehr wird in der Wicklung Wl, eine Spannung Ul induziert, die
den Transistor 5 auftastet. Der positive Ausgangsimpuls des Transistors
5 bewirkt einmal über die Diode DM, daß der Eingangsimpulsstrom nur
über die Wicklung Wl, nicht aber über die Wicklung W2() fließt, weil der Verbindungspunkt
der Schaltelemente D2" R." das gleiche Potential erhält wie Klemme 8. Zum
anderen wird mit dem Ausgangsirnpuls über die Wicklung W2, eine Umkehr des magnetischen
Flusses 0, um das Loch 2 erreicht. Die bei der Flußumkehr von
0, an W2, induzierte Spannung ist so gerichtet, daß der Transistor 6 stromlos
bleibt.
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In Fig. 2 ist das Untersetzungselement 4 mit der Flußverteilung dargestellt,
wie sie sich nach dem ersten Eingangsimpuls einstellt.
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Bei einem zweiten positiven Eingangsimpuls wird diesmal über die Wicklung
W") der Fluß 02 erneut umgekehrt. Die dabei in der Wicklung ##,1 induzierte Spannung
U , öffnet den Transistor 6. Der Ausgangsimpuls von Transistor
6 bewirkt über die Diode D20, daß der Eingangsimpulsstrom nur über die Wicklung
w20
fließt, weiterhin findet durch diesen Ausgangsimpuls über die Wicklung W12 eine
Umkehr des Flusses #P, statt. Die bei dieser Ummagnetisierung an der Wicklung Wil
induzierte Spannung beläßt den Transistor 5 jedoch in seinem stromlosen Zustand.
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Die nach diesem zweiten Eingangsimpuls erreichte Flußverteilung ist
in Fig. 3 dargestellt. Ein Vergleich von Fig. 3 mit Fig.
1 zeigt, daß sich jetzt, also nach zwei Eingangsiinpulsen, wieder der Ausgangszustand
der Flußrichtungen von 01 und 02 eingestellt hat.
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Bei einer Serienschaltung des beschriebenen Binäruntersetzers zu einem
elektronischen Zähler geschieht die Fortschaltung der nachfolgenden Untersetzerstufe
durch die Ausgangsimpulse entweder des Transistors 5
oder des Transistors
6 der vorhergehenden Untersetzerstufe. Der Binäruntersetzer oder dessen Serienschaltung
kann nach einem beendeten Zählvorgang durch einen positiven Impuls über die Wicklungen
W, in die Ausgangs- bzw. Nullstellung (Fig. 1) gebracht werden.
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Man erkennt aus der Beschreibung der Schaltungsanordnung und ihrer
Wirkungsweise bei Betrachtung der Fig. 1., daß das Loch 3 für
die Funktion nicht wesentlich ist. Es ist nur erforderlich, um die Wicklungen Wlo
und W,20 aufbringen zu können, und kann entfallen, wenn man im Eingangskreis mit
einer einzigen Wicklung auskommt, wie in Fig. 1 dargestellt. Man kann es
aber auch dann zur Material- und Gewichtserspamis belassen.
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Weiter erkennt man, daß man die Scheibe 4 auch längs ihres
in der Zeichnung senkrecht liegenden Durchmessers in zwei Hälften aufteilen kann,
ohne daß sich an der Flußverteilung und damit an der Funktion etwas ändert. Das
bedeutet, daß man die Erfindung auch mit zwei einzelnen gelochten Kernen, z. B.
Ringkernen, verwirklichen kann, die durch das angegebene Netzwerk oder ihm äquivalente
Kreise miteinander verknüpft sind. Daraus folgt aber weiter, daß es auf die Flußrichtung,
etwa auf einen entgegengesetzten Drehsinn der Flüsse 0, und 0, in Fig.
1
nicht ankommt: man kann auch den Wicklungssinn an einem Loch umkehren
oder die Leitungen zu den Wicklungen eines Loches kreuzen.
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Statt demjenigen Ast des Eingangskreises, welcher dem magnetischen
Kreis zugeordnet ist, in dem die eingeprägteFlußrichtungmit der vomEingangshnpuls
aufgeprägten gleichsinnig ist, aus dem Rückkopplungskreis des andern, Astes bzw.
magnetischen Kreises ein Sperrpotential aufzudrücken, damit die Induktion des Eingangsünpulses
in der zugehörigen Eingangswicklung (W2() in Fig. 1) das Umklappen der Magaetisierung
durch die Induktion des Rückkopplungsünpulses in der zugehörigen Rückkopplungs-W'ek'Ung
(W22 in Fig. 1) nicht verhindert, kann man auch die Amperewindungszahl der
Rückkopplungswicklung gegenüber der der Eingangswicklung entsprechend größer halten
oder, da dies Leistungsaufwand bedeutet, vorteilhafter dafür sorgen, daß der Rückkopplungsimuls
breiter ist als der ihn auslösende Eingangs- oder Zählimpuls, also länger dauert.
In diesem Falle kann man die richtungsdurchlässigen Schaltelemente sparen, muß jedoch
in den Transistorstufen einen größeren Aufwand treiben.