DE1178113B - Bistabile Schaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche KL: 21 al - 36/18

Nummer: 1178 113

Aktenzeichen: J 20457 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 26. August 1961

Auslegetag: 17. September 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine bistabile Schaltung mit einem Bauelement mit negativer Strom-Spannungs-Kennlinie.

Für verschiedene Schaltungen bei elektronischen Rechenmaschinen und auf anderen Gebieten der Nachrichtentechnik werden bistabile Schaltungen benötigt, die sich durch einen möglichst geringen Leistungsverbrauch £ür die Umsteuerung und in den stabilen Betriebsklassen auszeichnen.

Gemäß der Erfindung ist die bistabile Schaltung dadurch gekennzeichnet, daß je eine Sekundärwicklung von zwei bei verschiedenen Strömen sättigbaren Ferritkernübertragern mit dem Bauelement, einem Widerstand und zwei Ausgangsklemmen in Reihe geschaltet sind und daß Impuäse gleicher Polarität, die auf die in Reihe geschalteten Primärwicklungen der beiden Übertrager gegeben werden, die bistabile Schaltung abwechselnd vom einen in den anderen stabilen Zustand sehalten.

Eine solche Schaltung hat den Vorteil, daß sowohl die stabilen Betriebszustände als auch die beim Umschalten entstehenden Signale ausgenutzt werden können.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß nur Impulse gleicher Polarität zum Umschalten der Anordnung erforderlich sind.

An einem Ausfühningsbeispiel wird nun die Erfindung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Schaltung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 die Kennlinie des Zweipols D der Schaltung nach F i g. 1,

F i g. 3 die Kennlinie der Reihenschaltung des Elementes D und des Widerstandes,

F i g. 4 eine magnetische Kennlinie eines Werkstoffes, der für die Übertrager verwendet wird.

F i g. 1 zeigt eine bistabile Schaltung, deren beide stabile Zustände z-ur Steuerung der Phasenlage der Aii'SgangsimpuIse eines Übertragerpaares verwendet werden. Die Wirkungsweise der Schaltung ermöglicht es_T sie als einfachen Binärzähler bei geringem Leistungsverbrauch einzusetzen. Zählketten oder Recheneinheiten können aus der Grundschaltung aufgebaut werden.

Die Schaltung besteht aus zwei Übertragern Tl und Γ 2, einer Spannungsquelle E, einem Widerstand R, einer am Ausgang angeschlossenen Belastung und einem Zweipol D, die, wie gezeigt, zusammengeschaltet sind. Der Zweipol ist eine Tunneldiode mit einer Strom-Spannungs-Charakteristik I_B, die in F i g. 2 dargestellt ist. Selbstverständlich können statt der Tunneldiode auch andere Bauelemente, die eine negative Kennlinie aufweisen, in der ange-Bistabile Schaltung

Anmelder:

International Standard Electric Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt, Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:
Igor Aleksander, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 1. September 1960 (30119)

gebenen Schaltung verwendet werden. Die Kennlinie eines anderen Bauelementes mit negativer Kennlinie kann beispielsweise nicht N-förmig, sondern S-förmig sein. Die durch die andere Kennlinie sich ergebende Abweichung der Schaltang ist nur gering.

Der Fachmann kann die Anpassung an das angegebene Ausfühningsbeispiel leicht selbst vornehmen. Die Belastengsgerade R_L, die in Fi g. 2 gezeigt ist, stellt den Gesaantwidersta-nd des Stromkreises dar, der aus dem Widerstand R, den Sekundärwieklwngen Sl und S 2 des Übertragers Jl und TZ, dein Inaerawidenstand der Spannaegsquelle E trad dem Widerstand eines Netzwerkes besteht, das an die Ausgangsklemmen angeschlossen ist, wie z.B. die Primärwicklungen' der Übertrager TIl und T12.

Die Wirkungen der Induktivität oder der Kapazität, die beide in der Schaltung selbstverständlich auch vorbanden sind, werden¹ in der Beschreibung nicht erwähnt, um diese nicht zu unübersichtlich zu machen. Die analytische Behandlung der Schaltung, die auch diese Wirkungen berücksichtigt, kann nach den bekannten Verfahren durchgeführt werden.

Der Spannungsabfall an der Reihenschaltung des Widerstandes R_L mit dem Element D hängt von dem durchfließenden Strom ab (s. Kennlinie Fig. 3).

Diese Kennlinie ist von der F i g. 2 abgeleitet, und es ist aus ihr ersichtlich, daß die beiden stabilen Zustände der Serienschaltung bei den F i g. 2 und 3 je an den Punkten A und B liegen. Der Widerstand R und die Spannung E müssen damit so gewählt werden, daß sich an den Schnittpunkten der Belastungsgeraden mit der I_fl/V-Kennlmie positive Steigungen der Kurve ergeben.

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Die beiden Übertragern und Tl, die in der F i g. 1 gezeigt sind, und die mit Ferritkernen aufgebaut sind, sind so zusammengeschaltet, daß ein Impuls, der auf die in Reihe geschalteten Primärwicklungen gegeben wird, entgegengesetzt gepolte Spannungen an den Sekundärwicklungen hervorruft. Der Ausdruck »Wicklung« bedeutet hier eine Wicklung mit einer Windung und eine Konstruktion, bei der ein Leiter auf einem Teil seiner Länge auf einen magnetischen Kern gewickelt ist. Die beiden Übertrager sind so ausgelegt daß der eine von beiden, z. B. Tl, bei einem kleineren Strom durch die Sekundärwicklungen gesättigt wird und daß er, wenn er nicht gesättigt ist, einen größeren Ausgangsimpuls bei einem gegebenen Eingangsimpuls abgibt als der andere Übertrager Tl. Um dies zu erreichen, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum Beispiel können Kerne verschiedener Abmessungen oder aus verschiedenen Werkstoffen verwendet werden, oder es kann eine unterschiedliche Windungszahl vorgesehen werden, oder es kann eine dritte Wicklung vorgesehen werden, durch die ein Strom fließt, mit dem der Arbeitspunkt entsprechend der Magnetisierungskennlinie eingestellt werden kann, oder durch einen außen, in unmittelbarer Nähe von einem oder beiden Übertragern angebrachten Dauermagnet. Es ist wünschenswert, daß beide Übertrager so aufgebaut sind, daß sie geringe Leistungsverluste haben. Bei einer Ausführungsform wurden Ringe aus dem Werkstoff Stanferrit 2 verwendet; diese Ringe haben einen äußeren Durchmesser von 0,37 inch, einen inneren Durchmesser von 0,19 inch und eine Dicke von 0,16 inch. Die Wicklungen Pl, 51, PS und Sl hatten 50, 100, 33 und 30 Windungen.

Die Wirkungsweise der Schaltung kann am besten an Hand der F i g. 4 verstanden werden, in der ein Teil einer Magnetisierungskennlinie eines Werkstoffes gezeigt ist. der für die Übertrager verwendet wurde.

LJm das Element D von einem stabilen Zustand zum anderen und umgekehrt umzuschalten, werden Impulse gleicher Polarität auf die beiden Primärwicklungen Pl und Pl gegeben. Dadurch werden in den Sekundärwicklungen 51 und Sl Impulse entgegengesetzter Polarität erzeugt. Einer dieser Impulse überwiegt, abhängig vom magnetischen Zustand der Kerne. Die Polarität der Eingangsimpulse kann dann als positiv definiert werden, wenn sie Ausgangsimpulse in ΓΙ zur Folge hat, die sich zu der Spannung E addieren und als negativ, wenn sie Ausgangsimpulse in Tl hervorrufen, die der Spannung E entgegengesetzt gerichtet sind. Die Ausgangsimpulse sind als Impulse beider Polaritäten mit einer Minimalamplitude definiert, die gerade zum Umschalten des Zustandes der Schaltung erforderlich ist. Es sei nun angenommen, daß die Schaltung im Zustand B wie in den F i g. 2 und 3 sei. Die Kerne der beiden Übertrager Π und Tl sind dann magnetisiert, wie in F i g. 4 durch die Kurven H_lB und H_2B angedeutet ist. Ein negativer Eingangsimpuls würde dann die Umschaltung auf den Zustande zur Folge haben, wobei der höhere Strom den Kern des Übertragers Tl sättigt, dabei seine Induktivität herabsetzt und dadurch die Sekundärspannung des Übertragers Tl überwiegen läßt, da die Kerne der beiden Übertrager Tl und Tl nun magnetisiert sind, wie in der Fig. 4 durch die Kurve H_lA und H._2A angedeutet ist. Ein zweiter negativer Impuls am Eingang wird umgekehrt wirksam und hat zur Folge, daß die Schaltung vom Zustand A zum ersten Zustand B zurückschaltet. Positive Impulse am Eingang sind wirkungslos, da sie jedem stabilen Zustand nicht entgegenwirken.

Bei jedem stabilen Zustand oder bei jedem Umschalten von einem Zustand zum anderen oder bei jedem stabilen Zustand und jedem Umschalten erhält man eine Ausgangsspannung ζ. B. an einem Netzwerk, von dem zwei Pole mit den Eingangsklemmen der Schaltung nach F i g. 1 verbunden sind. Damit haben Impulse einer Polarität am Eingang der Anordnung Ausgangsimpulse gleicher Polarität bei jedem zweiten Eingangsimpuls zur Folge, und durch Reihenschaltung einer Anzahl solcher Anordnungen kann eine binäre Zählkette aufgebaut werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Bistabile Schaltung mit einem Bauelement mit negativer Strom-Spannungs-Kennlinie, d a durch gekennzeichnet, daß je eine Sekundärwicklung von zwei bei verschiedenen Strömen sättigbaren Ferritkernübertragern mit dem Bauelement, einem Widerstand und zwei Ausgangsklemmen in Reihe geschaltet sind und daß Impulse gleicher Polarität, die auf die in Reihe geschalteten Primärwicklungen der beiden Übertrager gegeben werden, die bistabile Schaltung abwechselnd vom einen in den anderen stabilen Zustand schalten.

2. Bistabile Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis des ersten Übertragers größer als das Übersetzungsverhältnis des zweiten Übertragers ist und daß der in der Sekundärwicklung zur Sättigung erforderliche Strom beim ersten Übertrager kleiner als beim zweiten Übertrager ist und daß die Primärwicklungen der beiden Übertrager gegeneinander und die Sekundärwicklungen der beiden Übertrager miteinander in Reihe geschaltet sind.

3. Bistabile Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei verschiedene Ausgangssignale bei den beiden stabilen Zuständen verfügbar sind und daß durch Wahl von einem der beiden Ausgangssignale binär gezählt werden kann.

4. Bistabile Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei verschiedene Ausgangssignale beim Umschalten von einem in den anderen stabilen Zustand und beim Zurückschalten verfügbar sind und daß durch Wahl von einem der beiden Ausgangssignale binär gezählt werden kann.

5. Binäre Zählkette aus bistabilen Schaltungen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl bistabiler Schaltungen in Reihe geschaltet ist.

6. Bistabile Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement mit negativer Strom-Spannungs-Kennlinie eine Tunneldiode ist.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 146 108.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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