DE1199811B - Kryotron-Schaltung zur impulsgesteuerten schrittweisen UEberleitung des einen Stromzweig durchfliessenden Stromes auf einen Parallelzweig - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES wSfcWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

J 23253 VIII a/21 al
26. Februar 1963
2. September 1965

Die Erfindung betrifft supraleitfähige Schaltungen und insbesondere solche Schaltungen, in denen Stromteilwerte von einem Parallelzweig auf einen anderen übergeleitet werden.

Bei vielen Anwendungen von Supraleiterschaltungen in Rechenanlagen wird eine Umsteuerung des ganzen einen Zweig einer Parallelschaltung durchfließenden Stromes in einen anderen zu Steuer- oder Speicherzwecken vorgesehen. In diesen Anwendungen wird jedoch im allgemeinen der ganze oder fast der ganze Strom aus einem Zweig auf einen anderen Pfad umgeleitet. Diese Technik wird in mit Supraleitern arbeitenden logischen Schaltungen verwendet. Bekannt ist z.B. eine supraleitfähige bistabile Kippschaltung, die zwei Parallelzweige enthält. Der durch die Kippschaltung fließende Strom wird aus dem einen Stromweg in den anderen und umgekehrt durch Steuerimpulse übergeleitet, die an Kryotrons in jedem der Parallelzweige angelegt werden. Der Stromfluß durch den einen Zweig stellt den einen stabilen Zustand der bistabilen Kippschaltung dar, und der Stromfluß durch den anderen den anderen stabilen Zustand. Auch andere Supraleitfähigkeit ausnutzende logische Schaltungen, wie z.B. Ringschaltungen und Schieberegister, verwenden die Technik der totalen Stromumleitung. In diesen Schaltungen kann die Umleitung des Stromes aus dem einen in den anderen Zweig die in einer gegebenen Stufe gespeicherte Information darstellen oder die Übertragung von Information in eine nachfolgende Stufe steuern.

Es ist insbesondere für eine Verriegelungsschaltung auch schon vorgeschlagen worden, eine Stromüberleitung in Stufen oder Teilwerten aus einem Stromzweig in den anderen vorzusehen. Eine solche Schaltung hat Anwendung gefunden zur Feststellung von kurz- oder langdauernden Unterbrechungen in einer Stromversorgungsleitung. Die Länge der Stromunterbrechung in der steuernden Speiseleitung, die zur Herbeiführung der Eigenverriegelung notwendig ist, hängt dabei von der Zeitkonstanten der Verriegelungsschaltung ab, wobei jedoch die Länge der Stromunterbrechung die Zeitkonstante der Schaltung nicht zu überschreiten braucht, um eine gespeicherte Anzeige dafür zu erhalten, daß eine Unterbrechung stattgefunden hat. Diese Verriegelungsschaltung kann ausgelegt sein zur Anzeige einer einzigen Stromunterbrechung von vorherbestimmter Dauer oder einer Reihe von Unterbrechungen kürzerer Dauer, da sie eine kumulative Stromverschiebung aus einem Zweig in den anderen bewerkstelligt in Abhängigkeit von Stromunterbrechungen in einer Steuerlei-

Kryotron-Schaltung zur impulsgesteuerten
schrittweisen Überleitung des einen Stromzweig
durchfließenden Stromes auf einen Parallelzweig

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk,N.Y. (V.St.A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,

München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:
John Leander Anderson,
Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.)

tung, die die Kyrotrontore in beiden Stromzweigen umfaßt. Die vorgeschlagene Schaltung eignet sich nicht zum Betrieb mit kurzzeitigen Steuerimpulsen an Stelle von kurzzeitigen Stromunterbrechungen. Eine eventuelle Modifikation ist durchaus nicht naheliegend, zumal es auch gar nicht zum beabsichtigten Anwendungszweck der vorgeschlagenen Verriegelungsschaltung gehört.

Gemäß der Erfindung ist eine Stromüberleitung in Stufen oder Teilwerten aus dem einen Stromzweig in den anderen dadurch vorgesehen, daß einer Eingangssteuerleitung kurzzeitige Eingangsimpulse zugeführt werden, die dem Prinzip nach auf nur ein einziges Teilstromumsteuerkryotron einwirken und die Teilstromübertragung herbeiführen. Dabei kann grundsätzlich die Zeitkonstante der Stromübertragung, die Amplitude der Eingangsimpulse oder die Dauer der Eingangsimpulse gesteuert werden. Durch eine Besonderheit der Schaltung kann der Eingangsschwellenwert für die die weitere Stromüberleitung von einem Kryotrontor auf das andere Kryotrontor bewirkenden Eingangsimpulse noch zusätzlich selektiv steuerbar herab- oder heraufgesetzt werden. Die bevorzugte Anwendung der Schwellwertsenkung bzw. -hebung einer derartigen Schaltung liegt bei »Lern«- Schaltungen.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht in einer Kryotronschaltung für Stromteilwertüberleitung mit einer derart festgelegten Quantelung für den übergeleiteten Stromteilwert, daß dieser nicht von der

509 659/421

Größe oder Breite der Eingangsimpulse oberhalb einer bestimmten Mindestgröße oder -breite abhängig ist.

Die erfindungsgemäße Kryotronschaltung zur impulsgesteuerten, schrittweisen Überleitung des einen Stromzweig durchfließenden Stromes auf einen zu dem genannten Stromkreis angeordneten Parallelzweig ist dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Stromzweig aus dem Torleiter eines Kryotronelementes besteht und der zweite Stromzweig die Serienschaltung einer Induktivität und die Steuerwicklung des vorgenannten Kryotronelementes und die Steuerwicklung eines weiteren Ausgangskryotronelementes enthält und daß beide Parallelzweige an eine Quelle konstanten Stromes angeschlossen sind und die Steuerimpulse der Serienschaltung der beiden genannten Steuerwicklungen zugeführt werden.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung sowie den aufgeführten Zeichnungen; es zeigt

Fig. 1 eine Kryotron-Schaltung, welche die Prinzipien der Erfindung verwendet,

F i g. 2 ein Blockdiagramm einer »Lern«-Rechenanlage, welche die Prinzipien der Erfindung verwendet,

F i g. 3 eine weitere gemäß der Erfindung aufgebaute Kryotron-Schaltung.

Jeder Torleiter der Kryotrons in den hier beschriebenen Schaltungen besteht aus einem Material, das bei der Arbeitstemperatur der Schaltung und in Abwesenheit eines magnetischen Feldes supraleitend ist, aber jeder Torleiter wird normalleitend durch ein magnetisches Feld gemacht, das entsteht, wenn ein einen vorbestimmten Mindest- oder Schwellstrom übersteigender Strom in seiner Steuerwicklung fließt. Die übrigen Teile der Schaltung, d. h. die Kryotronsteuerwicklungen, die Induktivitäten, die Transformatoren und die Verbindungen zwischen den verschiedenen Bauelementen, bestehen aus einem supraleitfähigen Material, das unter allen Betriebsbedingungen der Schaltung im supraleitenden Zustand bleibt. Beispielsweise können die Torleiter aus Tantal und die übrigen Teile der Schaltung aus Niob bestehen, oder es können andere geeignete Materialien benutzt werden. Die Größe des durch jedes Element der Schaltung fließenden Stromes ist so gewählt, daß er nicht den Schwellenwert des betreffenden Elementes übersteigt. Die Kryotrons sind in den Zeichnungen zur Verdeutlichung als drahtgewickelte Ausführungsformen gezeigt, aber selbstverständlich arbeiten die dargestellten Schaltungen auch mit den bereits bekannten, sogenannten Schichtkryotrons; das sind schichtförmige oder flächenhafte Ausführungsformen von Kryotrons, bei denen sowohl das Kryotrontor als auch die dazugehörige Steuerleitung als benachbart angeordnete Bandleiter ausgeführt sind.

F i g. 1 stellt eine mit dem allgemeinen Überweisungszeichen 10 bezeichnete Schaltung dar, die mit einer im wesentlichen gleichartigen Schaltstufe 80 verbunden ist. In jeder dieser Schaltungen 10 und 80 werden Stromteilwerte auf Eingangsimpulse hin aus einem Stromzweig in den anderen übergeleitet. Diese Schaltungen können als »Lern«-Schaltungen bezeichnet werden. Ihre Funktion und Wirkungsweise werden noch näher beschrieben. Bei der Schaltung 10 wird Strom an eine Klemme 14 angelegt. Dieser Strom kann in jedem von zwei Stromzweigen fließen, von denen der erste einen Kryotrontorleiter 20 und eine Erdklemme 16 und der zweite eine Induktivität 38, einen Kryotrontorleiter 30, eine Klemme 36, eine um den Torleiter 20 gewickelte Wicklung 22, eine um den Torleiter 50 gewickelte Wicklung 52 und die Erdklemme 16 umfassen. Eine Erregerwicklung 32 und eine Vergeßwicklung 34 sind um den Torleiter 30 gewickelt, um einen Strom T₈ aus dem Torleiter 30 oder dem /g-Stromzweig in den Torleiter 20 oder

ίο den /,j-Stromzweig umzuleiten. Die Wicklung 22 und eine Lernwicklung 24 liegen auf dem Torleiter 20, um einen Strom I_A aus dem den Torleiter 20 enthaltenden Zweig in den den Torleiter 30 enthaltenden Zweig umzuleiten. Die Induktivität 38 ist in dem Zweig des Stromes I_B vorgesehen, um die Zeitkonstante der Stromübertragung zwischen den beiden Stromzweigen zu vergrößern. Eingangsimpulse werden der Wicklung 22 über Eingangsklemmen 42, 44 und 46 und einen Transformator 40 zugeführt. Ein Löschkryotron mit einem Torleiter 26 und einer Wicklung 28 ist zwischen den Transformator 40 und . die Erdklemme 16 eingeschaltet. Ein Paar Torleiter 50 und 54 mit Wicklung 52 bzw. 56 liefert einen Ausgangsimpuls der Schaltung 10. Dieses Ausgangssignal kann einem Belastungskreis wie z. B. der Schaltung 80, die der Schaltung 10 etwa gleicht, über einen Kryotronschaltkreis zugeführt werden, welcher einen Torleiter 60 und einen Torleiter 64 umfaßt, die von Wicklungen 62 bzw. 66 gesteuert werden.

Im Betriebszustand der Schaltung 10 von F i g. 1 ist eine Stromquelle zwischen den Klemmen 14 und 16 angeschlossen. Der Strom / fließt von der Klemme 14 aus weiter und teilt sich als Strom I_A und Strom Iß auf zwischen die beiden Parallelzweige, die von den Torleitern 20 bzw. 30 gebildet werden. Die Stromteilung zwischen den beiden Zweigen ist umgekehrt proportional der Induktivität in jedem Zweig. Da die Induktivität 38 in dem den Torleiter 30 umfassenden Zweig liegt, fließt der größte Teil des Stromes / als I_A durch den Torleiter 20. Die Wicklung 62 ist normalerweise erregt, und die Wicklung 66 ist normalerweise nicht erregt, so daß daher der Torleiter 60 normalleitend und der Torleiter 64 supraleitend sind. Eine Stromquelle ist an die Klemme 58 und an Erde angeschlossen. Der Strom aus dieser Quelle fließt durch den Torleiter 50 zur Erde und über die Torleiter 54 und 64 zur Erde. Ein Erregungsimpuls wird der Wicklung 32 und ein Löschimpuls jeder der Wicklungen 28 und 56 zugeführt. Wenn ein Impuls an die Wicklung 32 gelegt wird, wird der Strom I_B gezwungen, durch den Torleiter 20 zu fließen. Wenn ein Löschimpuls an die Wicklung 28 gelegt wird, wird der gerade durch den Torleiter 26 fließende Strom gelöscht. Bei Anlegung eines Löschimpulses an die Wicklung 56 wird der durch den Torleiter 54 fließende Strom gezwungen, durch den Torleiter 50 zur Erde zu fließen. Jetzt ist die Schaltung 10 betriebsbereit.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß bei Anlegung eines Stromes I_x an die Wicklung 22 von F i g. 1, dessen Wert ausreicht, um den Torleiter 20 normalleitend zu machen, der Strom I_A schwächer wird und ein Teil dieses Stromes als Strom I_B im Torleiter 30 fließt. Jede beliebige Menge des Stromes /_s erzeugt jedoch eine größere Vorspannung am Torleiter 20 und senkt dadurch die Arbeitsschwelle der Schaltung 10. Wenn daher das nächste Mal der Wicklung 22 Strom zugeführt wird, erreicht

man einen Strom, der ausreicht, um den Torleiter 20 normalleitend zu machen, bei einem unter I_x liegenden Stromwert. Wenn die Ansprechzeit der Schaltung 10 sehr kurz ist, fließt der ganze Strom / als Strom I_B weiter. Wenn jedoch der der Wicklung 22 zugeführte Strom I_x ein Impuls ist, dessen Dauer kurz ist im Vergleich zu der Zeitkonstante der Übertragung des Stromes I_A aus dem Torleiter 20 in den Torleiter 30 als Strom I_B, erfolgt bei jeder Anlegung eines Stromimpulses I_x an die Wicklung 22 nur eine geringe Vergrößerung des Stromes I_B. Durch die in dem Zweig des Stromes I₈ verwendete Induktivität 38 wird die Zeitkonstante der Stromübertragung vergrößert.

Im Betrieb der Schaltung 10 von F i g. 1 wird eine Gruppe von bestimmten Impulsen der Eingangsklemmen 42, 44 und 46 zugeführt. Diese Eingangsimpulse bilden einen Stromimpuls I_x, der der Wicklung 22 des Torleiters 20 zugeleitet wird. Wenn dieser Stromimpuls I_x ausreicht, um den Torleiter 20 normalleitend zu machen, wird eine geringe Strommenge I_A aus dem Torleiter 20 oder dem I_A-Zwug umgeleitet, der als Strom I_B durch den Torleiter 30 oder den /_ß-Zweig fließt. Während der durch die Zeitkonstante der Stromübertragung bestimmten Zeitdauer vergrößert sich der Strom I_B weiter, wobei sein Anstieg durch den Wert der Induktivität 38 begrenzt wird, bis die Eingangsimpulse so verändert sind, daß die Summe von I_x plus I_B nicht ausreicht, um den Torleiter 20 im normalleitenden Zustand zu halten. Dieser Vorgang tritt ein, wenn die Eingangsimpulse abklingen und daher die Übertragung von Strom in den /_ß-Zweig aufhört. Der Strom l_B reicht selbst dann, wenn er seinen Maximalwert hat, nicht aus, um den Torleiter 20 normalleitend zu halten. Diejenige Größe des Stromes I_B, die fließt, wenn die Eingangsimpulse abklingen, fließt weiterhin durch die Induktivität 38, den Torleiter 30 und die Wicklungen 22 und 52 zur Erde. Dieser Strom fließt weiter, da ein aus einem ersten Stromzweig in einen zweiten Zweig einer supraleitenden Schaltung umgeleiteter Strom weiterhin im zweiten Zweig fließt, bis er aus diesem wieder umgeleitet wird. Daher reicht das nächste Mal eine kleinere Gruppe von Eingangsimpulsen aus, um den Torleiter 20 normalleitend zu machen, weil diese Impulse durch die jetzt in der Wicklung 22 fließende Strommenge I_B verstärkt werden. Diese als nächste angelegte Gruppe von Eingangsimpulsen läßt den Torleiter 20 normalleitend werden, und der Strom I_B wird weiter erhöht, wodurch die Eingangsimpulsschwelle für die nächste Umleitung von Strom in den /_ß-Zweig weiter gesenkt wird. Je größer also die Eingangsimpulse sind, je langer oder je öfter sie angelegt werden, desto kleiner oder zahlenmäßig weniger brauchen die nächsten Eingangsimpulse zu sein. Alle Eingangsimpulse können zu »Einheits«-Werten gequantelt werden, in welchem Falle dann eine Stromübertragung in den /_ß-Zweig mit immer weniger werdenden Eingangsimpulsen erfolgt. Obwohl nur drei Eingaagsklemmen 42, 44 und 46 gezeigt sind, können beliebig viele verwendet werden.

Die Torieiter 50 und 54 bilden den Ausgangsimpuls der Schaltung 10. Der Torleiter 50 wird immer dann normalleitend, wenn der Torleiter 20 nonnalleitend wird, da durch ihre Wicklungen 52 bzw. 22 derselbe Strom fließt. Damit der Ausgang ein Impuls ist, muß die Löschwicklung 56 immer dann erregt werden, wenn die Eingangsimpulse abklingen. In diesem Falle wird ein Ausgangsimpuls der Schaltung 10 durch den Stromfluß durch den Torleiter 54 nach dem Anlegen eines Rückstellimpulses an die Wicklung 56 und darauffolgenden S Anlegen eines Eingangsimpulses an die Schaltung 10 bestimmt. Der Torleiter 50 und die Wicklung 52 müssen so ausgelegt sein, daß ein oder mehr den Klemmen 42, 44 und 46 zugeführte Eingangsimpulse diesen Torleiter normalleitend machen. Da der Torleiter 60 normalleitend und der Torleiter 64 supraleitend sind, fließt der Ausgangsstrom aus dem Torleiter 54 über den Torleiter 64 zur Erde. Wenn dieser Ausgangsimpuls der Schaltung 80 oder einer anderen Belastungsschaltung zugeleitet werden soll,

is wird die Wicklung 62 kurzzeitig abgeschaltet und ein Impuls an die Wicklung 66 gelegt, wodurch dieser Ausgangsstrom als Impuls aus dem Torleiter 64 in den Torleiter 60 umgeleitet wird, durch welchen er zum Eingang der Schaltung 80 fließt.

ao Es ist vorstehend bereits gezeigt worden, wie die Schaltung 10 arbeitet, um ihre eigene Schwelle zu senken. Hieraus ist ersichtlich, daß die Schaltung es lernt, auf immer weniger werdende Eingangsimpulse anzusprechen. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es möglieh, nachdem einmal genügend Eingangsimpulse der Schaltung 10 zugeführt worden sind, um zu erreichen, daß der Wert des Stromes I_x groß genug ist, um den Torleiter 20 normalleitend zu machen und dadurch eine Stromübertragung aus dem Torleiter 20 in den Torleiter 30 herbeizuführen, einen Impuls an die Lernwicklung 24 anzulegen, um diese übertragung zu steigern und dadurch die Schaltung zu veranlassen, danach aufeinanderfolgend auf noch weniger Eingangsimpulse anzusprechen. Die Schwelle der Schaltung kann mit anderen Worten willkürlich dadurch gesenkt werden, daß ein äußerer Impuls an die Lernwicklung 24 angelegt wird. In gleicher Weise kann die Schwelle durch Anlegen eines äußeren Impulses an die Vergeßwicklung 34 angehoben werden. Ein der Vergeßwicklung 34 zugeführter Impuls macht den Torleiter 30 normalleitend und verringert dadurch den Strom I_B.

Die Schaltung 10 von F i g. 1 läßt sich in einer Rechenanlage verwenden, die »gelehrt« werden kann, Aufgaben zu lösen. Solche Rechenanlagen sind schon als »Lernmaschinen« und als »Perceptrons« bezeichnet worden.

F i g. 2 stellt eine solche »lernende« Rechenanlage in Form eines Blockdiagrammes dar. Die Vorrichtung von F i g. 2 enthält mehrere Lernschaltungen ähnlich der Schaltung 10 von F i g. 1, die miteinander ebenso wie die Schaltung 10 mit der Schaltung 80 verbunden sind. Die Vorrichtung von F i g. 2 kann eine Anzahl von Schaltungen enthalten, die der Schaltung 10 gleichen, wobei der Ausgang der ersten Schaltung an einen oder mehrere Eingänge der zweiten Schaltung, der Ausgang der zweiten Schaltung an einen oder mehrere der Eingänge einer dritten Schaltung usw. angeschlossen sind. Es ist bereits erklärt worden, wie die Schaltung 10 von F i g. 1 arbeitet, um ihre eigene Schwelle zu senken. Durch das Anlegen eines Stromimpulses an den Lerneingang wird ebenfalls die Schwelle gesenkt. Durch das Anlegen eines Stromimpulses an die Vergeßwicklung wird die Schwelle durch Verringerung des Stromes l_B angehoben. Die Zahl von Eingangs-, Ausgangs-, Lern- und Vergeßklemmen ist bei der Vorrichtung von F i g. 2 lediglich beispielsweise angegeben; es können

beliebig viele solcher Eingangsklemmen verwendet werden.

Bei Betätigung der Vorrichtung von F i g. 2 wird eine gegebene Gruppe von Eingangsimpulsen an bestimmte der Eingangsklemmen 100 angelegt, und das Ansprechen der Vorrichtung wird durch Abfragen der Ausgangsklemmen 106 beobachtet. Jedesmal beim Anlegen der Eingangsimpulse kann eine Änderung in der Ansprechzeit eintreten. Wenn aufeinanderfolgende Ansprechzeiten eine gewünschte Tendenz in der Änderung der Ansprechzeit aufweisen, können bestimmte Lern-Eingangsklemmen erregt werden, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der sich die Ansprechzeit der gewünschten Ansprechzeit zu nähern scheint. Falls wiederholt ein unerwünschtes Ansprechen auf die Gruppe von Eingangssignalen auftritt, können die einzelnen Vergeßklemmen 104 erregt werden, und zwar in beliebiger Folge. Da der letzte Ausgangsimpuls oder die Gesamtansprechzeit der Vorrichtung von F i g. 2 durch die Summe der einzelnen Ansprechvorgänge als Ergebnis der Zusammenwirkung der einzelnen Lernschaltungen gebildet wird, können eine oder mehr und in manchen Fällen alle Vergeßklemmen gleichzeitig erregt werden, um den bestehenden Zustand der Lernvorrichtung und damit die Tendenz ihrer Ausgangsimpulse zu verändern. Es kann sein, daß keine sofortige Wiederholung eines unerwünschten Ansprechvorganges in den einzelnen Lernschaltungen eintritt, wenn der unerwünschte Ansprechvorgang in einer gewünschten Richtung verändert wird. Wenn das gewünschte Ansprechen mit einer oder mehr gegebenen Eingangssignalkombinationen erreicht wird, kann man sagen, daß die Vorrichtung von F i g. 2 das »richtige« Ansprechen gelernt hat.

Die Schaltung 10 von F i g. 1 hat natürlich viele Anwendungen. Sie kann z.B. für die Ausführung arithmetischer oder logischer Funktionen benutzt werden. Sie kann als Akkumulator oder als Addierschaltung verwendet werden, in der ein Ausgangssignal nach dem Anlegen einer bestimmten Zahl von Eingangsimpulsen an die Schaltung erzeugt wird. Die Schaltung kann auch als UND-Schaltung benutzt werden, die zuerst bei η Eingangsimpulsen wirksam wird. Danach arbeitet die Schaltung bei n—l, n—2 usw. Eingangsimpulsen, da die Schwelle der Schaltung für jedes Anlegen von Eingangsimpulsen gesenkt wird.

Die in F i g. 3 dargestellte Schaltung ist ein Beispiel für einen anderen Schaltungsaufbau, der die Gedanken der Erfindung verwendet und in dem bestimmte Stromteilwerte aus einem Zweig in einen anderen umgeleitet werden. In dieser Schaltung wird der umgeleitete Stromteilwert durch eine Teilwertquantelungsschaltung festgelegt. Eine Stromquelle ist zwischen den Klemmen 200 und 202 angeschlossen. Zwei parallele Stromkreise bestehen aus:

1. einem Torleiter 210 und

2. einem Torleiter 220, einer Induktivität 222, einer Induktivität 224 und einer Wicklung 226.

Der Stromfluß durch die Wicklung 226 steuert den Zustand des Ausgangstorleiters 230. Durch eine Löschwicklung 232 auf dem Torleiter 220 wird der Strom aus diesem in den Strompfad mit dem Torleiter 210 umgeleitet. Eingangsimpulse werden einer Eingangswicklung 240 über die Eingangsklemmen 236 und 238 zugeführt. Eine Teilwertquantelungsschaltung oder Begrenzungsschaltung zur Festlegung des umgeleiteten Stromteilwertes besteht aus einer Induktivität 224, einem Torleiter 250 und einer Wicklung 252 auf dem Torleiter 220. Eine Vorspannungsstromquelle ist zwischen einer Klemme 260 und Erde angeschlossen. Der Vorspannungsstrom kann von der Klemme 260 aus durch die Wicklung 254 zur Erde und von der Klemme 260 aus durch den

ίο Transformator 262 und den Torleiter 264 zur Erde fließen. Ein Vorspannungserregungsimpuls, der einer Wicklung 266 des Torleiters 264 zugeführt wird, macht diesen Torleiter normalleitend, wodurch der Vorspannungsstrom durch die Wicklung 254 umgeleitet wird. Durch die Strombegrenzungswiderstände 270 und 272 wird der Stromfluß durch deren jeweilige Stromkreise begrenzt.

Die Vorrichtung von F i g. 3 integriert Stromteilwerte, die in den den Torleiter 220 enthaltenden Stromzweig umgeleitet werden, bis zur Schwelle des Ausgangstorleiters 230. Eine Stromquelle ist zwischen den Klemmen 200 und 202 angeschlossen, und ein Strom / teilt sich auf zwischen die beiden folgenden Parallelzweige: Torleiter 210, Torleiter 220, Induktivität222, Induktivität 224 und Wicklung 226, und zwar umgekehrt proportional zur Induktivität in jedem Zweig. Der Strom aus der zwischen Klemme 260 und Erde angeschlossenen Vorspannungsstromquelle fließt durch die Wicklung 254 zur Erde und durch den Transformator 262 und den Torleiter 264 zur Erde. Wenn ein Vorspannungserregungsimpuls an die Wicklung 266 angelegt wird, wird der Torleiter 264 normalleitend und leitet dadurch den Vorspannungsstrom aus dem Transformator 262 und dem Torleiter 264 um. Der Vorspannungsstrom fließt dann durch die Wicklung 254 zur Erde, und dieser Strom macht den Torleiter 250 normalleitend. Ein Löschimpuls wird an die Wicklung 232 angelegt. Dieser Löschimpuls macht den Torleiter 220 normalleitend, und daher fließt der Strom/ durch den Torleiter 210 als StTOmZ₁. Wenn ein Strom aus einem ersten Zweig weggeleitet wird, weil ein Torleiter in dem betreffenden Zweig normalleitend wird, und in den zweiten Zweig einer supraleitfähigen Schaltung umgeleitet wird, fließt der Strom weiter im zweiten Zweig selbst dann, wenn der Torleiter im ersten Zweig supraleitend wird. So fließt z. B. bei Beendigung des der Wicklung 232 zugeführten Löschimpulses der Strom/ weiterhin als StromI₁, durch den Torleiter 210, bis der Strom Z₁ aus dem Torleiter 210 weggeleitet wird, weil er normalleitend wird. Jetzt ist die Vorrichtung von F i g. 3 betriebsbereit.

Jeder der Vorrichtung von F i g. 3 zugeführte Eingangsimpuls bewirkt die Umleitung eines standardisierten Stromteilwertes aus dem Torleiter 210 in den den Torleiter 220 enthaltenden Zweig. Wenn ein genügend großer Eingangsimpuls an die Wicklung 240 gelegt wird, wird der Torleiter 210 normalleitend, und daher fließt dann ein Teil des Stromes/ durch den Torleiter 220 als Strom I₂. Außerdem bildet der Eingangsimpuls einen Stromimpuls I_B in der Sekundärwicklung des Transformators 262. Dieser Stromimpuls Iß wirkt dem durch die Wicklung 254 fließenden Vorspannungsstrom entgegen, und daher kann der Torleiter 250 supraleitend werden. Der Strom Z₂ fließt durch die Induktivität 222 und durch den Torleiter 250, weil die Induktivität der Wicklung 252 auf dem Torleiter 220 viel kleiner ist als die Induktivität

224. Der-durch'die Wicklung 252 fließende Strom ist mit I₇ bezeichnet, worin das T für »transient« steht. Der Strom I₇ vergrößert sich weiter, solange der Torleiter 210 normalleitend ist (solange der Eingangsimpuls bestehenbleibt, und wenn der Strom I₇ auf -5 einen Wert /_c ansteigt, wird der Torleiter 220 normalleitend. Beim Normalleitendwerden des Torleiters 220 verringert sich der Strom Z₂, und daher sinkt der Strom I₇ unter den Wert I_c ab. Damit wird also erreicht, daß der Wert des Stromes I₇ zwangläufig immer kurz unter einem Wert/_C liegt. Hierdurch wird der in den den Torleiter 220 enthaltenden Stromzweig umgeleitete Stromteilwert festgelegt. Dieser Vorgang läuft schnell ab, und die Induktivität 224 hat einen solchen Wert, daß der umgeleitete Stromteilwert festgelegt wird, bevor ein wahrnehmbarer Strom durch die Induktivtät 224 fließen kann. Wenn der Eingangsimpuls weggenommen wird, klingt der Stromimpuls I_B ab, und es wird v/ieder der volle Vorspannungsstrom an die Wicklung 254 angelegt und dadurch der Torleiter 250 normalleitend gemacht. Wenn der Torleiter 250 normalleitend wird, wird der Strom I_T gezwungen, durch die Induktivität 224 zu fließen, die kleiner als die Induktivität 222 ist, und zwar als Strom /_s, bei dem es sich um einen festgelegten Stromteilwert handelt. Jetzt sind die Torleiter 210 und 220 supraleitend, und die Schaltung ist in Ruhestellung, wobei der Strom I₂ (jetzt /_a = /_s = I₇) in der Wicklung 226 und ein Strom I₁ (jetzt gleich I—/₂) im Torleiter 210 fließen. Jeder Eingangsimpuls kann eine beliebige Größe oder Breite haben, vorausgesetzt, die Größe oder Breite reicht aus, um den Torleiter 210 lange genug normalleitend zu machen, damit der Strom I₇ gebildet werden kann. Daher ist die Schaltung von F i g. 3 gegenüber der Größe und der Breite der Eingangsimpulse, die über einer bestimmten Mindestgröße und -breite liegt, unempfindlich.

Der nächste der Wicklung 240 zugeführte Eingangsimpuls macht den Torleiter 210 normalleitend, und es fließt wieder ein Strom I₇ durch die Wicklung 252. Dieser Strom Z₇- wird wieder auf einen kurz unter T_c liegenden Wert begrenzt. Wenn der Eingangsimpuls weggenommen wird, wird dieser Strom/7 gezwungen, durch die Induktivität 224 als Strom I₈ zu fließen. Der jetzt durch die Induktivität 224 und die Wicklung 226 fließende Strom hat den Wert 2/_s. Damit ist I₂ also verdoppelt worden, und in diesem Zustand kommt die Schaltung nun zur Ruhe. Der dritte der Wicklung 240 zugeführte Eingangsimpuls bewirkt einen ebensolchen Vorgang, und bei Wegnahme dieses Impulses I₂ den Wert 3/_s. Dies wird bei jedem folgenden Eingangsimpuls fortgesetzt, bis der Strom I₂ so groß geworden ist, daß er den Ausgangstorleiter 230 normalleitend macht. Die Schaltung von F i g. 3 kann so ausgebildet sein, daß der Ausgangstorleiter 230 beim Auftreten einer beliebigen Zahl von Eingangsimpulsen normalleitend wird. Um z. B. einen Dezimalzähler zu bilden, wird die Schaltung so ausgebildet, daß /_s (der festgelegte Stromteilwert) gleich einem Zehntel des kritischen Stromes des Ausgangstorleiters 230 ist.

Mehrere Schaltungen, wie die in F i g. 3 gezeigte, können verwendet werden, um die Eingangsimpulse zu den Klemmen 42, 44 und 46 der Schaltung 10 in der Vorrichtung von F i g. 1 zu liefern. In einer solchen Anordnung können die Schaltungen gemäß F i g. 3 so ausgebildet sein, daß beim Empfang irgendeiner bestimmten Zahl von Eingangsimpülsen ein Ausgangsimpuls erzeugt wird.

Die Erfindung sieht also Schaltungen vor, die alternative Stromwege haben uftd in denen Strörnteilwerte aus einem 'dieser Wege in einer anderen umgeleitet werden können. TDie Schaltung kann so aufgebaut sein, daß ■ aufeinanderfolgende so unigeleitete Stromteilwerte !jeweils die Schwelle dör Schaltung senken, so daß die Schaltung nacheinander mit weniger, kleineren oder kürzeren Eingangsimpulsen betrieben werden kann. Diese Technik der Umleitung von Strom in Teilwerten kann auch in eine Schaltung eingebaut werden, in der jeder aufeinanderfolgende umgeleitete Stromteilwert eine Standardgröße aufweist, wodurch man eine Schaltung erhält, die gegenüber der Größe und der Breite der Eingangsimpulse oberhalb einer bestimmten Mindestgröße und -breite unempfindlich ist. Außerdem geht aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wie die Erfindung bei logischen, lernenden und zählenden Schaltungen angewandt werden kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kryotron-Schaltung zur impulsgesteuerten schrittweisen Überleitung des einen Stromzweig durchfließenden Stromes auf einen zu dem genannten Stromkreis angeordneten Parallelzweig, dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Stromzweig aus dem Torleiter (20) eines Kryotronelementes besteht und der zweite Stromkreis die Serienschaltung einer Induktivität (38) und die Steuerwicklung (22) des vorgenannten Kryotronelementes und die Steuerwicklung (52) eines weiteren Ausgangskryotronelementes enthält und daß beide Parallelzweige an eine Quelle konstanten Stromes angeschlossen sind und die Steuerimpulse der Serienschaltung der beiden genannten Steuerwicklungen (22, 52) zugeführt werden.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Steuerwicklungen (22, 52) enthaltenden Parallelzweig der Torleiter (30) eines weiteren steuerbaren Kryotronelementes angeordnet ist, dessen Steuerwicklungen (32, 34) der vollständigen bzw. teilweisen Wiederherstellung des ursprünglichen Verteilungszustandes des Stromes auf die beiden Parallelzweige dienen.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit den die Zuführung der Steuerimpulse dienenden Mitteln (40) der Torleiter (26) eines weiteren Kryotronelementes angeordnet ist, das dem Zweck dient, den in dem Steuerstromkreis fließenden Strom löschen zu können.

4. Kryotron-Schaltung zur impulsgesteuerten schrittweisen Überleitung des einen Stromkreis durchfließenden Stromes auf einen zu dem genannten Stromzweig angeordneten Parallelzweig, dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Stromzweig aus dem Torleiter (210) eines Kryotronelementes besteht und der zweite Stromkreis die Serienschaltung einer Induktivität (222, 224) und des Torleiters (220) eines weiteren Kryotronelementes und die Steuerwicklung (230) eines weiteren Ausgangskryotronelementes (226) enthält und daß beide Parallelzweige an eine Quelle konstanten Stromes angeschlossen sind und die

C «5.* ::■■■'■■> ^: "■" 509 659/421

Steuerimpulse der Steuerwicklung (240) des erstgenannten Kryotronelementes zugeführt werden.

5. Kryotron-Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der Steuerwicklung (252) des mit der Induktivität (222, 224) und dem Ausgangskryotron (226) den zweiten Parallelzweig bildenden Kryotronelementes ein Teil (224) der genannten Induktivität und

der Torleiter (250) eines weiteren Kryotronelementes angeordnet sind, welch letzteres ebenfalls von den Eingangssteuerimpulsen gesteuert wird und den Zwecken der Strombegrenzung dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1092 060.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 659/421 8.65 © Bundesdruckerei Berlin