DE1201871B - Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl kryogener Schaltstufen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche KL: 21 al - 36/18

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

J 25011 VIII a/21 al
23. Dezember 1963
30. September 1965

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl kryogener Schaltstufen und insbesondere eine solche Schaltung, bei der ein einstellbarer Vorstrom einer aus kryogenen Schaltelementen bestehenden Schaltung (z. B. einer Matrix-Schaltung) zugeführt wird.

Unter Supraleitfähigkeit wird die Eigenschaft bestimmter Materialien verstanden, daß sich bei einer unterhalb der kritischen Übergangstemperatur T_c liegenden Temperatur kein elektrischer Widerstand ergibt. Die kritischen Ubergangstemperaturen der bekannten Materialien, welche Supraleitfähigkeit aufweisen, liegen zwischen 0,1 und 17° K; bei der kritischen Übergangstemperatur tritt, wenn man von geringfügigen Hysteresiseffekten absieht, der Übergang zwischen normalem Widerstandsverhalten und der supraleitfähigen Phase in einem guten Schaltelement praktisch diskontinuierlich auf. Wenn der Körper unterhalb seiner kritischen Übergangstemperatur T_c gehalten wird, so kann die Supraleitfähigkeit dadurch zerstört werden, daß ein hinreichend starkes Magnetfeld oder ein hinreichend hoher Strom dem Körper zugeführt wird. Die Größe des äußeren kritischen Magnetfeldes H_c und die Größe des den Körper selbst durchfließenden Stromes, welcher die Supraleitfähigkeit in einem Körper zerstört, nimmt mit zunehmender Temperatur ab und verschwindet bei der kritischen Übergangstemperatur T_c.

In der jüngsten Zeit sind Kryotron-Schaltelemente in Form dünner leitender Streifen aus Folien eines in bezug auf Supraleitfähigkeit harten und weichen Materials hergestellt worden, wobei die Streifen schichtförmig auf einem ebenen Unterlagkörper so hergestellt wurden, daß sich die Möglichkeit der Erzeugung eines Magnetfeldes ergab. Bei geeigneter Abkühlung erzeugte das Umschalten magnetischer Felder H_w einen Strom in dem harten supraleitfähigen Streifen, welcher den steuernden Leiter bildete, wobei dieser Strom die Stärke des kritischen Magnetfeldes H_c des weichen supraleitfähigen Streifens, d. h. des gesteuerten Leiters, überschritt und dadurch den letzteren Leiter in den Zustand des Widerstandsverhaltens brachte. Da der gesteuerte Streifen zwei unterschiedliche stabile Zustände annehmen kann, können Kryotron-Schaltstufen in datenverarbeitenden Maschinen als eindeutige Schalter verwendet werden, welche binäre Größen charakterisieren und logische Funktionen ausführen.

Grundsätzlich beruht die Arbeitsweise von Schaltungen (z. B. Matrix-Schaltungen) mit kryogenen Schaltstufen auf der selektiven Stromumschaltung zwischen parallel verlaufenden supraleitfähigen Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl
kryogener Schaltstufen

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

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

Vertreter:

Dr. phjl. G. B. Hagen, Patentanwalt,

München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:

Donald Reeder Young, Poughkeepsie, N.Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1962
(248 782)

Stromwegen, welche eine supraleitfähige Schleife bilden und von denen jeder einen Teil des gesteuerten Leiters der Kryotron-Schaltstufe aufweist. Wenn der gesteuerte Leiter in einem supraleitfähigen Stromweg plötzlich in den Widerstandszustand gebracht wird, so fließt der ganze Strom durch den anderen Stromweg; nach dieser Umschaltung fließt der Strom ständig in dem anderen supraleitfähigen Stromweg infolge der Induktivität des supraleitfähigen Stromkreises. Die Geschwindigkeit, mit der der Strom in dem supraleitfähigen Stromkreis umgeschaltet werden kann bestimmt sich durch die induktive' Zeitkonstante LIR, wobei L die Induktivität des Stromkreises ist und R der normale Widerstand des gesteuerten Leiters, welcher sich in dem einen supraleitfähigen Stromweg ergibt. Die elektromagnetische Zeitkonstante eines supraleitfähigen Stromkreises kann theoretisch durch entsprechende Ausbildung der Kryotron-Schaltelemente verringert werden. Eine zweite Beschränkung der Geschwindigkeit, mit welcher ein Strom in einem supraleitfähigen Stromkreis umgeschaltet werden kann, ergibt sich durch Schwankungen der Arbeitstemperatur. Obwohl der Phasenübergang praktisch diskontinuierlich erfolgt, so fallen doch die Ströme des gesteuerten Leiters, wenn er in den Widerstandszustand umgeschaltet wird, praktisch exponentiell in Anbetracht der Induktivität des

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Stromkreises ab, wobei dann die in dem magnetischen weniger als Eins arbeitet; es kann indessen ein VerFeld gespeicherte Energie ohmisch vernichtet wird. Stärkungsfaktor, der größer als Eins ist, bei einem Es wird auch eine geringe Menge Ohmscher Wärme Parallelkryotron dadurch erzielt werden, daß eine durch Wirbelströme erzeugt, die durch die magne- Vorerregungstechnik verwendet wird, wie es beitischen Felder hervorgerufen werden, welche auf der 5 spielsweise in der deutschen Patentschrift 1162405 Schleusenleiter der Schleusenstufe ausgeübt werden. beschrieben ist.

Die auf diese Weise erzeugte Ohmsche Wärme hat Es bringt daher die Anwendung der Vorerregungs-

das Bestreben, die Arbeitstemperatur der Schaltung technik bei kryogenen Schaltstufen folgendes mit

(z. B. Matrix-Schaltung) zu erhöhen und dadurch die sich: Die zusätzliche Zuführung eines umschaltenden

Umschaltcharakteristiken der einzelnen Kryotron- io magnetischen Feldes H_w liefert die Ausbildung eines

Schaltstufen zu ändern. übersteuernden magnetischen Feldes H_{0 d}, wodurch

Die Umschaltgeschwindigkeiten der Kryotron- die Übergangszeit des gesteuerten Leiters von dem Schaltstufen können erhöht werden, wenn eine Vor- supraleitfähigen Zustand in den Zustand des Widererregungstechnik angewendet wird. Zu diesem Zweck Standsverhaltens verringert wird; zweitens ergeben wird ein zusätzlicher Leiter aus hartem supraleit- 15 sich bei Parallelkryotron-Anordnungen Stromverstärfähigem Material, d. h. ein eine Vorrerregung bewir- kungsfaktoren, die größer als Eins sind; ferner verkender Leiter, mit dem Steuerleiter parallel ange- ringert sich die Größe des betriebsmäßigen Stromes I_w, ordnet. Ein konstanter Strom J₆ in Längsrichtung des d. h. des den gesteuerten Leiter und den steuernden die Vorerregung bewirkenden Leiters bewirkt ein Leiter durchfließenden Stromes, wodurch die Ohmsche vorerregendes konstantes Magnetfeld H_b in dem 20 Erhitzung in einer Schaltung (z. B. Matrizen-Schal-Leiter der Schleusenstufe. Das gesamte Magnet- tung) kryogener Schaltstufen im Betrieb verringert feld H_{0 d}, welches auf den Leiter der Schleusenstufe wird.

zur Einwirkung gebracht wird, d. h. das Feld H_w-{-H_b, Vorerregende Ströme I_b bestimmter Größe, die im ist größer als das kritische Magnetfeld H_c bei einer Hinblick auf bestimmte Bemessungsgrundsätze gebestimmten Arbeitstemperatur T₀. Durch die Anwen- 25 wählt wurden, wurden bereits bei Schaltungen (z. B. dung dieser doppelten magnetischen Felder H_{0 d} über- Matrix-Schaltungen) kryogener Schaltelemente angewindet man die latenten Wärmeeffekte und beschleu- wendet. Es sind indessen Kryotronstufen außerordentnigt den Phasenübergang des Leiters der Schleusen- lieh temperaturanfällig; Temperaturschwankungen in stufe in die Widerstandsphase. der Größe von 0,001° K haben bereits einen maß-

Weiterhin müssen Kryotron-Vorrichtungen einer 30 geblichen Einfluß auf die Schalteigenschaften einei Schaltung, (z.B. Matrizen-Schaltung) eine Strom- Kryotron-Anordnung. Es ist offensichtlich, daß die verstärkung, die größer als Eins ist, aufweisen. Die Arbeitstemperaturen in einer Schaltung (z. B. Matrix-Stromverstärkung einer Krytron-Vorrichtung wird Schaltung) kryogener Schaltelemente während des im allgemeinen durch das Verhältnis/_g0/7_C0 aus- Betriebes beträchtlich schwanken können, so daß, gedrückt, wobei I_gQ der kritische Stromwert des 35 wenn ein VorerregungsstromI_b falscher Größe zugesupraleitfähigen Stromleiters der Schleusenstufe ist führt wird, die ordnungsgemäße Arbeitsweise der und /,.„ der Strom längs des Steuerleiters ist, der Schaltung beeinträchtigt wird,
erforderlich ist, um den gesteuerten Leiter bei der Die Erfindung bezweckt, den vorstehend erörter-Temperatur T₀ in den Widerstandszustand zu brin- ten störenden Einfluß von Temperaturschwankungen gen, sofern ein Strom in dem gesteuerten Leiter nicht 40 auf die durch den Vorerregungsstrom bedingten Verfließt. Eine Stromverstärkung größer als Eins ist hältnissen der Kryotron-Schaltung zu vermeiden,
erforderlich, da der gesteuerte Leiter einer Schleusen- Eine Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl stufe mit seinem Strom häufig den steuernden Leiter kryogener Schaltstufen, welchen Betriebsströme, einer anderen Kryotron-Schaltstufe steuern soll. Bei Steuerströme und ein eine magnetische Vorerregung Kryotron-Schaltstufen mit sich überkreuzenden Lei- 45 bewirkender Vorstrom zugeführt werden, kennzeichtern wird das Stromverhältnis, welches größer als net sich gemäß der Erfindung dadurch, daß der Eins sein soll, dadurch erreicht, daß die Breite des Anschluß der kryogenen Schaltelemente an die die steuernden Leiters in bezug auf die Breite des ge- magnetische Vorerregung liefernde Stromquelle über steuerten Leiters der Kryotron-Schaltstufe geringer einen temperaturabhängigen Widerstand erfolgt, gewählt wird, wie es z. B. in der deutschen Patent- 50 dessen Temperaturabhängigkeit derart verläuft, daß schrift 1049 960 beschrieben ist. Eine solche Anord- die durch den Vorstrom erzeugte magnetische Vornung dient dem Zweck, sicherzustellen, daß der erregung in umgekehrt funktioneller Weise von der kritische Stromwert I₀₀ des die Steuerung bewirken- Arbeitstemperatur abhängt wie die kritische Magnetden Leiters niedriger ist als der kritische Strom- feldstärke, und daß parallel zu dem aus den kryowert/jj₀, welcher, in den gesteuerten Leiter fließend, 55 genen Schaltelementen und dem temperaturabhängidenselben in den Widerstandszustand bringt. Wenn gen Widerstand bestehenden Stromzweig ein Parder gesteuerte Leiter der Schleusenstufe in den allelzweig vorgesehen ist, in dem ein fester Wider-Widerstandszustand gebracht wird, so beschränkt stand angeordnet ist.

sich dieser Widerstand auf den Teil des gesteuerten Zweckmäßigerweise ist der temperaturabhängige Leiters der Stufe, welchen tatsächlich der steuernde 60 Widerstand, über den der die magnetische VorLeiter durchsetzt. Handelt es sich um Kryotronstufen erregung bewirkende Strom zugeführt wird, ebenfalls mit paralleler Anordnung, so wird ein größerer ein Supraleitfähigkeit aufweisender Leiter und ist aus Widerstand eingeführt, wenn der gesteuerte Leiter in ähnlichen Materialien und in ähnlicher Weise herden Widerstandszustand versetzt wird, weil der ge- gestellt wie die supraleitfähigen Schaltelemente der steuerte Leiter und der steuernde Leiter parallel 65 Kryotron-Anordnung, deren Temperaturabhängigkeit zueinander liegen. In Anbetracht seiner geometrischen kompensiert werden soll.

Ausbildung ist das Parallelkryotron notwendiger- Gemäß einer besonderen Ausführungsform der

weise eine Schaltstufe, welche mit einer Verstärkung Erfindung werden die vorstehend erläuterten Ziele

dadurch erreicht, daß die Betriebsströme, z. B. der Vorerregungsstrom I_b, welche einer aus kryogenen Schaltelementen bestehenden Schaltung (z.B. Matrix-Schaltung) zugeführt werden, als gesteuerte Schleusenstuf enströme I_g und auch als steuernde Ströme I_c eine den Regelungszwecken dienende Kryotronstufe durchfließen, deren geometrischer Aufbau und Arbeitstemperatur die Größe der der Schaltung (z. B. Matrix-Schaltung) zugeführten Ströme bestimmen. Die den Zwecken der Betriebsregelung dienenden Kryotronstufen sind auf derselben Unterlage angeordnet und werden mit derselben Temperatur betrieben wie die Kryotronstufen der Matrix-Anordnung. Es bestehen ferner die für die Zwecke der Regelung vorgesehenen Kryotronstufen und die Kryotronstufen der Schaltung (z. B. Matrix-Schaltung) aus demselben Material und sind im selben Niederschlagvorgang hergestellt, so daß sich ähnliche Arbeitscharakteristiken ergeben. Ein Streifen aus supraleitfähigem Material, dessen normaler Abschnitt einen Widerstand hat, der mit dem normalen Widerstand des Kryotronleiters der Schleusenstufe vergleichbar ist, ist parallel mit der Serienschaltung geschaltet, welche aus der den Zwecken der Regelung dienenden Kryotronstufe und dem die Vorerregung der kryogenen Schaltelemente der Schaltung (z. B. Matrix-Schaltung) besteht.

Ströme, welche dieser Parallelschaltung zugeführt werden, teilen sich auf zwischen dem einen Stromweg, welcher in Serie die den Zwecken der Regelung der Betriebsströme dienende Kryotronvorrichtung und den die Vorerregung der Kryotronstufen der Schaltung (z. B. Matrix-Schaltung) bewirkenden Kreis umfaßt, und einen zweiten Stromweg, der das normale Widerstandselement umfaßt, und zwar in einem Verhältnis, welches proportional dem Widerstandsverhältnis beider Kreise ist. Während des Betriebes der aus kryogenen Schaltelementen bestehenden Matrix-Anordnung ändert sich der effektive Widerstand der den Betriebsstrom regelnden Kryotronstufe im selben Sinne, wie Schwankungen der Arbeitstemperatur sich ergeben. Aus diesem Grunde ändert sich der Vorerregungsstrom I_b, welcher den vorerregenden Stromkreisen über die steuernde Kryotron-Vorrichtung zugeführt wird, umgekehrt wie die Arbeitstemperatur. Wenn beispielsweise die Arbeitstemperaturen abnehmen, wird der effektive Widerstand der den Zwecken der Betriebsregelung dienenden Kryotronstufen niedriger, und die Größe der der Kryotron-Schaltung (z. B. Kryotron-Matrix-Schaltung) zugeführten Vorerregungsströme nimmt zu; andererseits wird bei einer Erhöhung der Arbeitstemperaturen der effektive Widerstand der zur Regelung des Betriebes vorgesehenen Kryotronstufe größer, und die Stärke der Vorerregungsströme der aus kryogenen Schaltelementen bestehenden Schaltung (z. B. Matrix-Schaltung) nimmt ab.

Die vorstehend erläuterten Eigenschaften sowie weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Steuerung der Betriebsströme, welche einer kryogenen Schaltungsanordnung zugeführt werden,

F i g. 2 ein Phasendiagramm eines supraleitfähigen Materials, in welchem die kritische Magnetfeldstärke H_c in Abhängigkeit der Temperatur T dargestellt ist,

F i g. 3 und 4 Darstellungen, in welchen der Übergang von dem supraleitfähigen Zustand des normalen Widerstandsverhaltens gezeigt ist, wobei eine breite Arbeitscharakteristik und eine steile Arbeitscharakteristik gezeigt sind,

F i g. 5 und 6 Kryotron-Anordnungen, bei denen der steuernde Leiter senkrecht bzw. parallel zu dem gesteuerten Leiter geführt ist, wobei die dargestellten Kryotron-Schaltstufen gemäß der Erfindung den Zwecken dienen können, die Betriebsströme einer aus kryogenen Schaltstufen bestehenden Schaltungsanordnung zu regem,

F i g. 7 und 8 charakteristische Übergangskurven einer regelnden Kryotronstufe mit überkreuztem bzw. parallel geführtem steuerndem Leiter gemäß F i g. 5 und 6, wobei die Charakteristiken auch für Kryotron-Anordnungen gemäß Fig. 1 maßgeblich sind. Die Figuren zeigen die Temperaturabhängigkeit der zur Regelung der Betriebsbedingungen vorgesehenen Kryotron-Anordnungen gemäß Fig. 5 und 6 und auch die Charakteristik der aus Kryotron-Schaltstufen bestehenden Schaltungsanordnung.

Eine Schaltungsanordnung, welche das Erfindungsprinzip zur Regelung des Vorerregungsstromes I_b einer Kryotron-Schaltstufe wiedergibt, ist in F i g. 1 dargestellt. Die Grundschaltung enthält die beiden supraleitfähigen Stromwege 1 und 3, welche eine supraleitfähige Stromschleife bilden und an eine den gesteuerten Strom I_g der Schleusenanordnung liefernde Stromquelle 5 und an den Massepunkt mit den Anschlüssen 7 und 9 angeschlossen sind. Die Leiter 1 und 3 bestehen aus hartem supraleitfähigem Material, beispielsweise aus Blei, mit Ausnahme eines Zwischenstückes aus weichem supraleitfähigem Material, beispielsweise Zinn, welche die gesteuerten Schleusenleiter 11 von Parallelkryotronstufen 13 und 15 bilden. Zusätzlich sind steuernde Leiter 17 aus hartem supraleitfähigem Material parallel mit den Schleusenleitern 11 der Kryotronstufen 13 und 15 vorgesehen. Die steuernden Leiter 17 sind elektrisch isoliert von den gesteuerten Schleusenleitern 11 durch dünne Filme 19 aus dielektrischem Material, beispielsweise aus Siliziumoxyd. Die Steuerleiter 17 sind an äußere den Steuerstrom /,. liefernde Stromquellen angeschlossen, welche in der Figur nicht dargestellt sind. Unter normalen Arbeitsbedingungen sind der gesteuerte Schleusenstrom I_g und der steuernde Strom I_c größenmäßig gleich und sollen im nachfolgenden als Arbeitsstr.om /„, bezeichnet werden.

Die Parallelkryotrone 13 und 15 weisen je einen einen erregenden Vorstrom liefernden Leiter 23 aus einem harten supraleitfähigen Material auf, welcher parallel mit dem steuernden Leiter 17 und dem gesteuerten Leiter 11 verläuft und elektrisch von denselben durch einen zweiten dielektrischen Film 25 isoliert ist. Der den Vorstrom führende Leiter 23 ist an eine Stromquelle 27 über einen Leiter 29 angeschlossen, der aus hartem supraleitfähigem Material besteht und in Serie so geschaltet ist, daß die Ströme I_b in gleicher Richtung in bezug auf den steuernden Leiter 17 geführt werden. Der Leiter 29 ist bei 31 geerdet.

Die vorstehend erläuterte Schaltungsweise wird Parallelkryotron-Schaltungsweise genannt, wobei die Vorerregungstechnik angewendet ist. Die Anordnung kann beispielsweise im Wege der Metallverdampfung

im Vakuum und des Niederschiagens auf einer Glasunterlage 35 hergestellt werden, wobei eine Grundbelegung 37 aus hartem supraleitfähigen! Material und eine dünne Schicht dielektrischen Materials 39 aufgebracht werden. Die supraleitfähigen Materialien, welche die streifenförmigen Leiter 1 und 3 bilden und auch der gesteuerte den Schleusenleiter 11 bildende Leiter sowie die Steuerleiter 17 und die den Vorstrom liefernden Leiter 23 werden unter Anwendung entsprechender Abdeckmasken nacheinander aufgebracht. Die Grundbelegung 37 dient als magnetische Abschirmung, welche die Induktivität des supraleitfähigen Stromkreises verringert und den Einfluß hoher Feldstärken an den Kanten des Schleusenleiters und des Steuerleiters und des Vorerregungsleiters reduziert. Es ist zu beachten, daß eine große Anzahl derartiger Kryotron-Schaltstufen in Form einer Schaltung (z. B. Matrix-Schaltung) zusammenhängend auf der Unterlage 35 aufgebracht sein kann. Die Anordnung zur Erzeugung des regelnden Vorstromes I_b zwecks Zuführung zu der aus den kryogenen Schaltelementen bestehenden Matrix-Anordnung wird in ähnlicher Weise und gleichzeitig mit den Schleusenleitern 11 und den den Vorstrom führenden Leitern 23 auf die Unterlage 35 aufgebracht. Die die Unterlage bildende Platte 35 zusammen mit den kryogenen Schaltelementen der Schaltung (z. B. Matrix-Schaltung) wird in üblicher Weise gekühlt, beispielsweise durch einen Kryostaten 41, der aus einem flüssigen Heliumbad besteht, so daß sich eine Temperatur unterhalb der kritischen Übergangstemperatur T_c des den Schleusenleiter bildenden Materials ergibt. Dementsprechend sind die beiden Stromwege 1 und 3 und die den Vorstrom führenden Leiter 23 im Zustand der Supraleitfähigkeit. Im Ruhezustand ist die Betriebstemperatur T₀ der aus den kryogenen Schaltstufen bestehenden Schaltungsanordnung genau bestimmt durch die Temperatur des flüssigen Heliumbades. Während des Betriebes indessen erhöht sich die Arbeitstemperatur der aus den kryogenen Schaltstufen bestehenden Schaltungsanordnung infolge der thermischen Vorgänge, welche mit den Schaltvorgängen verbunden sind. Ein derartiger Vorgang besteht darin, daß sich latente Wärme bei dem Phasenübergang des Schleusenleiters 11 vom supraleitfähigen Zustand in den Widerstandszustand ergibt. Wenn der Schleusenleiter in den Widerstandszustand bzw. in den supraleitfähigen Zustand übergeht, wird eine bestimmte Wärmemenge von dem flüssigen Heliumbad des Kryostaten 41 absorbiert bzw. an denselben abgegeben. Der Vorgang ist thermodynamisch reversibel, und wenn man einen Mittelwert bildet über sehr viele Umschaltvorgänge, so ändert sich die Betriebstemperatur der aus den kryogenen Schaltelementen bestehenden Schaltungsanordnung nicht. Der zweite thermische Prozeß bezieht sich auf die Ohmsche Wärme, welche bei der dynamischen Betriebsweise der Schaltungsanordnung erzeugt wird. Wenn ein Schleusenleiter 11 in den Widerstandszustand umgeschaltet wird, so fällt der Strom Ig ungefähr exponentiell infolge der Induktivität des Stromkreises ab, und Ohmsche Erwärmung ergibt sich. Zusätzlich wird etwas Ohmsche Wärme dabei durch Wirbelströme erzeugt, welche durch magnetische Felder induziert werden, die in den Schleusenleiter 11 eindringen, wenn dieser sich im Widerstandszustand befindet. Die Ohmsche Wärme wird zum größten Teil auf die die Schaltungsanordnung tragende Unterlageplatte 35 übertragen und wird in dem Kryostaten 41 vernichtet. Der Unterlagekörper 35 bildet ein thermisches Reservoir, welches zusammen mit den übrigen thermischen Zeitkonstanten der Anordnung das Bestreben hat, die Arbeitstemperatur der aus den kryogenen Schaltelementen bestehenden Schaltungsanordnung oberhalb der Temperatur des Heliumbades zu halten.

Da Kryotronstufen außerordentlich temperaturanfällig sind, wirken sich Schwankungen der Betriebstemperaturen auf die Übergangscharakteristiken der Schaltelemente aus. Fig. 2 zeigt ein Phasendiagramm, in welchem die kritische magnetische Feldstärke H_c des Schleusenleiters 11 in Abhängigkeit von der Arbeitstemperatur T aufgetragen ist. Wenn die Betriebstemperatur T von der vorgeschriebenen Arbeitstemperatur T₀ in Richtung auf die kritische Übergangstemperatur T_c zunimmt, so nimmt die kritische magnetische Feldstärke H_c, welche den Schleusenleiter 11 in den Zustand des Widerstandsverhaltens bringt, ab. In der Nähe der kritischen Übergangstemperatur T_c ist die Steilheit der Phasenkurve 43 beträchtlich groß, so daß Schwankungen in der Arbeitstemperatur beträchtlich die Größe der kritischen magnetischen Feldstärke H_c beeinträchtigen. Unter praktischen Verhältnissen wird die Arbeitstemperatur T₀ nahe der kritischen Übergangstemperatur T_c gewählt, damit, um das Auftreten Ohmscher Wärmeverluste zu vermindern, die Größe der der aus kryogenen Schaltelementen bestehenden Schaltungsanordnung zugeführten Betriebsströme I_w möglichst gering wird. Fig. 2 zeigt auch, daß bei der Arbeitstemperatur T₀ die Größe des durch den den Vorstrom führenden Leiter 23 erzeugten vorerregenden magnetischen Feldes H_b, welches auf den Schleusenleiter 11 zur Einwirkung gebracht wird, geringer als die Größe des kritischen Magnetfeldes H_c ist und das schaltende Magnetfeld H_w ergänzt, welches durch den steuernden Leiter 17 erzeugt wird.

Das gesamte magnetische Feld H_{0 d}, welches dem Schleusenleiter 11 zugeführt wird, d. h. die Summe H_w+H_b, ist hinreichend größer als die kritische magnetische Feldstärke H_c bei der Arbeitstemperatur T₀, damit ein schneller Phasenübergang des Schleusenleiters 11 erfolgt. Wenn indessen die Betriebstemperatur zunimmt, dagegen die Feldstärke des vorerregenden Magnetfeldes H_b konstant gehalten wird, kann dieselbe bei der Temperatur T₁ die kritische Magnetfeldstärke H_c überschreiten und für sich allein bereits den Schleusenleiter 11 in den Widerstandszustand bringen. Ein solches Versagen der Anordnung wird dadurch vermieden, daß die Stärke des vorerregenden Magnetfeldes H_b, welches auf den Schleusenleiter 11 ausgeübt wird, in umgekehrt funktioneller Weise von der Arbeitstemperatur abhängt, während für die Zwecke der Umschaltung des Schleusenleiters 11 ein konstantes Magnetfeld H_w zur Wirkung gebracht wird. Dementsprechend schwankt die Stärke des die Übersteuerung bewirkenden Magnetfeldes H_{0 ä} in Abhängigkeit von der Arbeitstemperatur, und dadurch wird die gewünschte Arbeitsweise der die kryogenen Schaltelemente enthaltenden Schaltung (z. B. Matrix-Schaltung) erreicht.
Die Steuerung des die Vorerregung bewirkenden magnetischen Feldes H_b in der aus den kryogenen Schaltelementen bestehenden Schaltungsanordnung wird zweckmäßigerweise dadurch in umgekehrt funktioneller Abhängigkeit von der Arbeitstemperatur

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bewirkt, daß ein temperaturabhängiges Element Sl F i g. 1 benutzt werden. Ideale Schaltcharakteristiken in dem Leiter 29 in Serie mit dem von dem Vorstrom einer sich überkreuzende Leitungen aufweisende durchflossenen Leiter 23 angeordnet ist. Ein aus har- Kryotronstufe und einer Parallelkryotronstufe wertem supraleitfähigem Material bestehender Leiter 53 den nachstehend im Zusammenhang mit den F i g. 7 ist in Serie mit einem normalen Widerstandselement 5 und 8 erläutert. Es wird sich daraus ergeben, daß die 55, welches beispielsweise aus Gold besteht, in einem geometrische Ausbildung der zur Anwendung gelan-Stromzweig parallel zu der genannten Serienschaltung genden Kryotronstufen den Bereich und die Größe· in Fig. 1 vorgesehen. Dieser Parallelzweig53 ist an der VorströmeI_b bestimmen, welcher dem den Vorder Stelle 61 geerdet. Diese Anordnung der den Vor- erregungskreis bildenden Belastungskreis L zugeführt strom führenden Leiter 23 in der aus den kryogenen io wird.

Schaltelementen bestehenden Schaltungsanordnung Das sich überkreuzende Leiter aufweisende Kryowird im nachstehenden als Vorerregungs-Belastungs- tron gemäß Fig. 5 sieht vor, daß der Abschnitt 63 kreis L bezeichnet. Eine Induktivität 57 in dem Leiter des Leiters 29 senkrecht zur Richtung des strom-53 bildet die Selbstinduktion des Stromkreises, wel- regelnden Abschnittes 59 geführt wird, so daß sich eher aus den Leitern 59 und 53 besteht. 15 schnitte 63 und 59 sind elektrisch durch einen dün-Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dadurch ein Steuerleiter und ein Schleusenleiter der kann das steuernde Element 51 aus einem Teil 59 Kryotronstufe ergeben. Die stromleitenden Abeines supraleitfähigen Materials bestehen, welches nen dielektrischen Film 65 getrennt. Das sich übereine kritische Übergangstemperatur hat, die etwas kreuzende Stromleiter aufweisende Kryotron wird unterhalb der gewünschten Betriebstemperatur T₀ 20 zweckmäßigerweise mit einer Schaltmatrix verwenliegt, wobei das Material eine flache Ubergangskurve det, welche ähnliche Schaltstufen aufweist. Wie in zwischen dem supraleitfähigen Zustand und dem Zu- der Zeichnung wiedergegeben ist, ist die Breite des stand normalen Widerstandsverhaltens hat. Die Über- die Steuerung bewirkenden Leiterabschnittes 63 gegangscharakteristik des supraleitfähigen Teiles 59 ist ringer gewählt als die Breite des Abschnittes 59, so in F i g. 3 wiedergegeben, wo R den Widerstand in 35 daß sich dadurch ein niedrigerer kritischer Strom-Abhängigkeit der Temperatur Γ angibt; die maximal wert/_c0 ergibt, als bei der gleichen Arbeitstemperaauftretende Übergangstemperatur in Anbetracht tür der Steuerleiter 11 haben müßte, um in gewünsch-Ohmscher Erwärmung der aus den kryogenen Schalt- ter Weise die Größe der Ströme I_b, welche dem die stufen gebildeten Schaltungsanordnung ist mit T₁ Vorerregung bewirkenden Belastungskreis L zugebezeichnet. In dem Temperaturbereich T₀ bis T₁ be- 30 führt werden, zu ergeben.

findet sich das Stromkreiselement 59 in der Zwi- Bei der Parallelkryotronstufe gemäß F i g. 6 findet schenphase, d. h., es ist weder vollständig supraleit- ebenfalls ein zurückgebogener Steuerleiterabschnitt fähig, noch auch hat es vollständig den Widerstands- 63 Anwendung, welcher parallel oberhalb des Charakter; es hat vielmehr einen effektiven Wider- steuernden Abschnittes 59 liegt; der steuernde Abstand, der in Abhängigkeit der Temperatur zunimmt. 35 schnitt 63 und das die Steuerung bewirkende EIe-Mit zunehmenden Arbeitstemperaturen und entspre- ment 59 sind elektrisch voneinander durch einen chender Zunahme des effektiven Widerstandes des dünnen dielektrischen Film 65 getrennt. Die hier geTeiles 59 wird weniger Vorstrom I_b dem die Vor- zeigte Kryotronstufe wird in der antiparallelen Beerregung bildenden Belastungskreis L zugeführt und triebsweise verwendet, man könnte jedoch auch eine durch das Widerstandselement 55 geleitet. Mit ab- 40 parallele Betriebsweise nutzen. Wie aus der Figur nehmender Temperatur, d. h., wenn sich die aus den hervorgeht, ist die Breite des steuernden Leiterkryogenen Schaltelementen bestehende Schaltungs- abschnittes 63 gleich der Breite des Abschnittes 59, anordnung in einem weniger dynamisch belasteten doch ist die Breite dieser Abschnitte geringer als die Zustand befindet, verringert sich der effektive Wider- des Steuerleiters 17 und die des Schleusenleiters 11 stand des Schaltelementes 59, und es wird ein größe- 45 der Schaltstufen der in Fig. 1 und 3 behandelten rer Vorstrom I_b dem Kreis L zugeführt. Die Größe Kryotron-Anordnung. Dementsprechend sind der des Vorstromes I_b in dem Belastungskreis L ändert kritische Eigenstrom/^₀ und der kritische Strom I_c0 sich daher in umgekehrt funktioneller Abhängigkeit des Leiterabschnittes 59 und des steuernden Leitervon der Betriebstemperatur und ist gleich dem kriti- abschnittes 63 geringer, als es bei dem Schleusenleiter sehen Stromwert des Teiles 59 bei der betreffenden 50 11 und dem Steuerleiter 17 der Kryotron-Anordnun-Arbeitstemperatur. Da der Widerstand des Wider- gen 1 und 3 bei gleicher Arbeitstemperatur der Fall Standselementes 55 vergleichbar ist mit dem norma- ist. Die geometrischen Verhältnisse der steuernden len Widerstand des Widerstandssegmentes 59, spal- Kryotron-Vorrichtung bestimmt die Größe der ten sich die Ströme der Stromquelle 27 in geeigneter Ströme I_b, welche dem die Vorerregung bewirkenden Weise auf die beiden parallelen Stromwege auf, wenn 55 Belastungskreis L zugeführt wird. Unter praktischen die Arbeitstemperatur sich erhöht oder erniedrigt. Verhältnissen sind die zur Regelung des Betriebes Wenn das Widerstandselement 55, welches normalen vorgesehenen Kryotronstufen und die die Schaltung Widerstandscharakter hat, nicht vorhanden wäre, (z. B. Matrix-Schaltung) bildenden Kryotronstufen würde der Strom in dem Stromleiter 53 bei abneh- vom gleichen Typ. Wenn beispielsweise gemäß F i g. 1 menden Arbeitstemperaturen unverändert weiter- 60 eine Schaltung (z. B. Matrix-Schaltung) mit sich überfließen, kreuzende Leiter aufweisenden Kryotronstufen zur Das Widerstandselement 51 wurde im Zusam- Anwendung gelangt, so werden zweckmäßigerweise menhang mit Fig. 1 als ein kurzes supraleitfähiges als Elemente 51 zur Regelung des Betriebes Widerstandselement bezeichnet, es können aber auch Kryotronstufen mit sich kreuzenden Leitern gemäß viele andere kryogenen Schaltvorrichtungen ähnlicher 65 F i g. 5 verwendet. Das zur Regelung des Betriebs-Art verwendet werden. Beispielsweise kann eine jede stromes vorgesehene Element 59, welches den der in F i g. 5 und 6 dargestellten Kryotron-Schalt- Schleusenleiter des zur Regelung vorgesehenen Kryostufen an Stelle des Widerstandssegmentes 59 in trons gemäß Fig. 5 und 6 bildet, besteht aus dem

gleichen supraleitfähigen Material wie die Schleusenleiter 11 der aus kryogenen Schaltstufen bestehenden Schaltungsanordnung. Um eine möglichst gute Arbeitsweise zu erzielen, werden der zur Regelung dienende Leiterabschnitt 59 und die Schleusenleiter 11 im Verlauf desselben Herstellungsvorganges niedergeschlagen, damit sich identische Charakteristiken ergeben. Es ist bekannt, daß geringe Schwankungen der Betriebsparameter bei einem Niederschlagvorgang beträchtlich die charakteristischen Eigenschaften des auf einer Unterlage gebildeten Niederschlages beeinflussen. Durch gleichzeitiges Niederschlagen sind daher die Schwankungen der Systemparameter in bezug auf die charakteristischen Eigenschaften des Schleusenleiters 11 und des Leiterabschnittes 59 auf denselben Bereich beschränkt.

Da die Arbeitsweise der in F i g. 5 und 6 beschriebenen Kryotronstufen der erwähnten beiden Typen bei Verwendung als steuerndes Schaltungselement 51 in Fig. 1 ähnlich ist, soll nunmehr die Arbeitsweise jeder Anordnung im Zusammenhang mit den in F i g. 7 und 8 dargestellten Kurven erörtert werden. Es wird dabei angenommen, daß die zur Regelung des Betriebsstromes dienenden Kryotronstufen und die in der Matrizenschaltung verwendeten Kryotronstufen von gleicher Bauweise sind. Es wird laufend eine Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 erfolgen, wenn entsprechende Anwendungszwecke und Arbeitsweisen im Zusammenhang mit den vorgesehenen Parametergrößen der Stromkreise zur Ausnutzung gelangen.

In den F i g. 7 und 8 sind der den Schleusenleiter durchfließende Strom I_g und der den Steuerleiter durchfließende Strom I_c der Kryotronstufen als Ordinatenwerte bzw. als Abszissenwerte aufgetragen. Die Stromwerte I_g0 und I_gor charakterisieren die kritischen Eigenstromwerte des Schleusenleiters 11 und des steuernden Stromsegmentes 59 bei der zur Anwendung vorgesehenen Arbeitstemperatur T₀; /_c0 und I_cor charakterisieren die kritischen Stromwerte des Steuerleiters 23 und des Steuerabschnittes 63. Insbesondere bezeichnet der Strom I_c0 die GesamtströmeI_c und I_b, die in dem Steuerleiter 17 und dem Vorerregungsleiter 23 fließen und welche erforderlich sind, um ein Magnetfeld, welches größer als das kritische Magnetfeld H_c ist, zu erzeugen, für die Zwecke der Umschaltung des Schleusenleiters 11, wenn kein Strom in demselben fließt. Die Übergangscharakteristiken, die man auch Phasendiagramme nennen kann, zeigen in F i g. 7 und 8 idealisierte Verhältnisse. Arbeitspunkte, die durch die Größe des Schleusenstromes Ig und des steuernden Stromes I_c bestimmt sind und innerhalb, außerhalb oder auf einer solchen Kurve liegen, bestimmen gewisse Arbeitszustände, wobei in einem solchen Fall der Schleusenleiter einer Kryotronstufe sich entweder in der vollständig supraleitfähigen Phase oder in der vollständigen Widerstandsphase oder einer Zwischenphase befinden kann, d. h. in einer Phase, in der er weder vollständig supraleitfähig ist, noch auch vollständig Widerstandscharakter hat.

Die charakteristischen Kurven für eine bestimmte Arbeitstemperatur T₀ einer der beiden Kryotronarten einer eine Vielzahl Schaltelemente umfassenden Schaltung gemäß F i g. 1 sind durch die ausgezogenen Kurven73 in den Fig. 7 und 8 wiedergegeben. Im Verlauf der dynamischen Arbeitsweise wird die Arbeitstemperatur der aus einer Vielzahl kryogener Schaltstufen gebildeten Schaltungsanordnung, wie zuvor erörtert wurde, auf die Maximaltemperatur T₁ erhöht. Da der kritische Eigenstrom des Schleusenleiters 11 und der kritische Strom des Steuerleiters 17 sich umgekehrt zur Temperatur ändern, ändern sich kontinuierlich die Übergangscharakteristiken der aus den Kryotronstufen gebildeten Schaltungsanordnungen, und bei einer maximalen Temperaturänderung auf die Temperatur T₁ ergibt sich die ausgezogene Kurve 75. Bei der Arbeitstemperatur T₁ sind die kritischen Eigenstromwerte des Schleusenleiters 11 und die kritischen Stromwerte des Steuerleiters 17 der Kryotronschaltung durch die Größen I'_g0 und /',.„ bestimmt.

In F i g. 7 und 8 sind die charakteristischen Übergangskurven einer der Regelung der Betriebsströme dienenden Kryotronstufe mit sich kreuzenden Leitern und einer Parallelkryotronstufe gemäß F i g. 5 und 6 bei den Arbeitstemperaturen T₀ und T₁ durch

die gestrichelten Linien 77 und 79 wiedergegeben. Bei dem Kryotron gemäß F i g. 5, auf welches sich insbesondere Fig. 7 bezieht, besteht das regelnde Segment 59 aus dem gleichen supraleitfähigen Material und kann die gleichen Abmessungen haben wie der Schleusenleiter 11. Dementsprechend sind der kritische Eigenstrom des regelnden Segmentes 59 und der kritische Eigenstrom des Schleusenleiters 11 bei derselben Arbeitstemperatur gleich, d. h., die kritischen EigenstromwerteI_g0 und I_gor bei der Ar-

beitstemperatur T₀ sind gleich und ebenso die Stromwerte T_g0 und I'_g0T bei der Arbeitstemperatur T₁. Andererseits ist die Größe des kritischen Steuerstromwertes I_cor des Leiterabschnittes 63 durch die Breite desselben bestimmt, und die Breite wird so gewählt, daß der Strom I_{e or} kleiner als der kritische Steuerstrom/,.„ des steuernden Leiters 17 ist. Da die Übergangscharakteristik des die Betriebsverhältnisse regelnden Kryotrons, welches vom Typ mit sich kreuzenden Leitern ist, sich kontinuierlich mit der Temperatur ändert, wird diese Beziehung auch bei der maximalen Abweichungstemperatur T₁ aufrechterhalten, d. h., es ist auch dann I'_COT geringer als I'_c0. Die Übergangscharakteristik des die Betriebsverhältnisse regelnden Kryotrons mit sich kreuzenden Leitern bei der Temperatur T₁ ist durch die gestrichelte Kurve 79 in Fig. 7 wiedergegeben. Abweichungen von den Übergangscharakteristiken 77 und 79 dieser die Betriebsverhältnisse regelnden Kryotrone in bezug auf die Charakteristiken 73 und 75 der in der Kryotron-Schaltung (z. B. Kryotron-Matrix-Schaltung) verwendeten Kryotronstufen hängt in exakter Weise von den gewählten geometrischen Verhältnissen ab, d. h. von dem Unterschied der Breite des steuernden Leiterabschnittes 63 und des Steuerleiters 17.

Da der Wert des kritischen Steuerstromes I_t und der Wert des kritischen Eigenstromes I_g bei einer Parallelkryotronstufe von der Größe abhängt, können sich ähnliche Effekte in bezug auf das die Betriebsbedingungen regelnde Kryotron gemäß F i g. 6 erzielen lassen; es ist indessen zweckmäßig, sowohl die Größe des den Betriebsstrom regelnden Abschnittes 59 als auch des steuernden Leiterabschnittes 63 kleiner zu wählen. Bei einer solchen Verkleinerung der geometrischen Verhältnisse des den Zwecken der Steuerung der Betriebsströme dienenden Parallelkryotrons gemäß F i g. 6 in bezug auf die Kryotronstufen der Schaltung (z. B. Matrix-Schaltung) gelten die Kurven 77 und 79 der Fig. 8, welche Charakte-

ristiken eines die Betriebsverhältnisse regelnden Par- gangscharakteristik der F i g. 4 durch den Punkt 1

allelkryotrons bei den Temperaturen T₀ und T₁ dar- bezeichnet wird. Es ist offensichtlich, daß der effek-

stellen, während die Kurven 73 und 75 sich auf eine tive Widerstand des regelnden Leitersegmentes 59 sich

Kryotronstufe einer Schaltung (z. B. Matrix-Schal- kontinuierlich zwischen den Punkten 0 und 1 innertung) beziehen. 5 halb des zu erwartenden Temperaturschwankungs-

Da die gleichen Ströme sowohl den steuernden bereiches von T₀ bis T₁ ändert. Der Regelungs-Leiterabschnitt 59 als auch den gesteuerten Leiter- bereich, der sich erzielen läßt, vergrößert sich, wenn abschnitt 63 durchfließen, ergibt sich die Arbeits- der Widerstand des Schaltelementes 55 verringert weise eines die Betriebsverhältnisse steuernden Kryo- wird. Dementsprechend verläuft im Ruhezustand der trons gemäß Fig. 5 oder Fig. 6 notwendigerweise io gesamte Arbeitsstrom/„, von der Stromquelle5 und als Schnittpunkt einer Arbeitslinie 81, welche vom der Klemme 7 über den einen supraleitfähigen Strom-Ursprung ausgeht und die Neigung Eins hat, wobei weg, beispielsweise über den Stromweg 3 und über der Schnittpunkt mit der betreffenden Übergangs- den Schleusenleiter 11; kein Arbeitsstrom indessen charakteristik, d. h. mit der Kurve 77 oder 79, die fließt über den supraleitfähigen Stromweg 1. Bei der betreffende Arbeitstemperatur charakterisiert. Die 15 bestimmten Arbeitstemperatur T₀ wird ein eine Vor-Ströme I_c und I_g, die in dem regelnden Leiterab- erregung bewirkender Vorstrom I_b0 über das die Beschnitt 59 bzw. dem steuernden Leiterabschnitt 63 triebsverhältnisse regelnde Kryotron geleitet und dem fließen, verringern beide die Supraleitfähigkeitsver- Belastungskreis L zugeführt. In diesem Zustand sind hältnisse in solcher Weise, daß der Leiterabschnitt der Arbeitspunkt des Kryotrons 15 durch den 59 in der Zwischenphase gehalten wird. Die Größe 20 Punkt A und der Arbeitspunkt des Kryotrons 13 der Ströme, welche die Stromquelle 27 liefert, ist durch den Punkt D bestimmt.

unter Berücksichtigung des parallelen Stromleiters 53 Wenn der Strom von dem Stromweg 3 auf den

und des Widerstandselementes 55 derart, daß der Stromweg 1 übergeschaltet werden soll, werden

Leiterabschnitt 59 nicht vollständig in den Wider- Schaltströme/_s von gleicher Größe wie die Arbeits-

standszustand gebracht wird. Die Größe der Ströme 25 ströme I_w über den Steuerleiter 17 geleitet, welche

in einem den Zwecken der Regelung der Arbeitsver- sich zu dem Vorstrom I_b0 addieren und zur Folge

hältnisse dienenden Kryotron hängt in bestimmter haben, daß der Arbeitszustand der Kryotronstufe 3

Weise von der gewählten Arbeitstemperatur ab und im Punkt B oberhalb der Kurve 73 liegt, wie in den

auch von den geometrischen Verhältnissen des die F i g. 7 und 8 angegeben ist. Wenn der Arbeitspunkt

Regelung bewirkenden Kryotrons. Wenn die Tempe- 30 eines Kryotrons 3 der Schaltung (z. B. Matrix-Schal-

ratur zwischen den Temperaturwerten T₀ und T₁ tang) oberhalb der Kurve 73 gelangt, so nimmt der

schwankt, so bewirkt die Temperaturabhängigkeit des Schleusenleiter 11 wiederum seine Widerstands-

die Betriebsverhältnisse regelnden Kryotrons, daß die phase an, und der Strom wird auf den anderen

Größe des Stromes I_b, welche dem den Vorerregungs- Stromweg 1 übergeleitet. Wenn der Strom in dem

strom liefernden Belastungskreis L zugeführt wird, 35 Stromweg 3 abnimmt, so geht der Betriebszustand

sich kontinuierlich in Abhängigkeit der Arbeitstem- des Kryotrons 3 von dem Punkt B nach unten in den

peratur zwischen den Werten I_{b 0} und I_{b t} ändert. Punkt C über, wobei der letztere Punkt den Zustand

Es wurde bereits erwähnt, daß die Arbeitscharak- charakterisiert, in welchem der gesamte Strom vom teristiken des die Regelung der Betriebsströme be- Stromweg 3 auf den Stromweg 1 übergeleitet wurde wirkenden Kryotrons und des der Betriebsschaltung 40 Wenn Arbeitsströme I_w dem Steuerleiter 23 zugeangehörenden Kryotrons durch die Unterschiede in führt werden, bleibt weiter der Arbeitszustand des der geometrischen Bemessung sich insoweit unter- Kryotrons 3 im Arbeitspunkt C, und der Schleusenscheiden, daß bei einer bestimmten Arbeitstempera- leiter 11 erhält seinen Widerstandszustand. Wenn die tür, der maximale Strom der regelnden Kryotronstufe Arbeitsströme I_w unterbrochen werden, wandert der nicht größer ist als der Steuerstrom I_c des der Schal- 45 Arbeitspunkt des Kryotrons 3 auf der Abszissentang (z. B. Matrix-Schaltung) angehörenden Kryo- achse vom Punkt C zum Punkt D. Wenn daher die trons unter dem Einfluß des Arbeitsstromes. Die Technik der Anwendung eines vorerregenden VorGröße der die Vorerregung bewirkenden Ströme I_b, stromes verwendet wird, so wird der Schaltungsvorwelche dem den Vorerregungsstrom bestimmenden gang in einem einer Schalt-Matrix angehörenden Belastungskreis L zugeführt werden, werden durch 50 Kryotron durch den rechteckigen Linienzug AB CD das für die Zwecke der Regelung vorgesehene Kryo- wiedergegeben.

tron in umgekehrt funktioneller Abhängigkeit zur Es wurde in F i g. 2 gezeigt, daß die Größe des die Arbeitstemperatur gesteuert. Die Arbeitsweise, d. h. Vorerregung bildenden Vorstromes I_b unter dem der effektive Widerstand des regelnden Kryotron- Einfluß der Steuerung des den Zwecken der Regesegmentes 59 kann, da das Leitersegment sich in der 55 lung der Betriebsströme dienenden Kryotrons nicht Zwischenphase befindet, durch einen vertikalen Ab- größer sein sollte als die Größe der Steuerströme /, schnitt der Übergangskurve gemäß F i g. 4 dargestellt unter dem Einfluß der Arbeitsströme I_w, d. h. der werden. Bei der Arbeitstemperatur T₀ wird ein Strom Schleusenströme I_g, welche erforderlich sind, einen I_b0 dem Belastungskreis L durch das regelnde Kryo- Schleusenleiter 11 bei irgendeiner Arbeitstemperatar tron zugeführt, wie F i g. 7 und 8 erkennen lassen; 60 in den Widerstandszustand zu bringen. Es ist zu beder effektive Widerstand des regelnden Stromleiter- achten, daß der den Vorstrom führende Leiter 23 in Segmentes 59 wird durch den Punkt 0 der Über- bezug auf den Schleusenleiter 11 im Prinzip ein gangskurve gemäß F i g. 4 charakterisiert. Wenn die zweiter Steuerleiter ist. Im Zusammenhang mit den Arbeitstemperatar vom Wert T₀ auf den Wert T₁ zu- F i g. 7 und 8 wurde gezeigt, daß im Betrieb eines nimmt, werden die Ströme geringerer Größe I_{b ±} dem 65 der Reihenschaltang angehörenden Kryotrons, wenn Belastungskreis L zugeführt, und der effektive Wi- die Vorströme konstant gehalten werden, beispielsderstand des regelnden Leitersegmentes 59 wird grö- weise bei dem Wert I_{b 0}, der Betriebszustand ohne die ßer, so daß der effektive Widerstand in der Über- Kurve 75 bestimmt wäre, wenn die Arbeitstempera-

tür vom Wert T₀ sich auf den WeTtT₁ ändern würde. Die Vorströme J₀₀, welche für die Arbeitsweise bei der Temperatur T₀ hinreichend sind, wären für sich allein ausreichend, den Schleusenleiter 11 der Reihenschaltung in den Widerstandszustand zu bringen, wenn die Arbeitstemperatur auf den WeTtT₁ gebracht wird und Arbeitsströme I_w zugeführt werden. Gemäß der Erfindung indessen werden, bedingt durch die Unterschiede in dem geometrischen Aufbau der den Betrieb regelnden Kryotrons, die dem Vorerregungs-Belastungskreis L zugeführten Ströme I_b reduziert und folgen dabei den kritischen Strömen I_c des Steuerleiters 17, entsprechend den sich ändernden Arbeitsströmen I_w in dem zugeordneten Schleusenleiter 11. Dementsprechend wird der Arbeitspunkt der Kryotronstufen der Reihenschaltung notwendigerweise innerhalb des supraleitfähigen Bereiches zwischen den Kurven 73 und 75 bei den zu erwartenden Schwankungen der Betriebstemperatur T₀-T₁ festgelegt, und auf diese Weise werden Betriebsstörungen vermieden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit einer Mehrzahl kryogener Schaltstufen, welchen Betriebsströme, Steuerströme und ein eine magnetische Vorerregung bewirkender Vorstrom zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß der kryogenen Schaltelemente an die die magnetische Vorerregung liefernde Stromquelle über einen temperaturabhängigen Widerstand erfolgt, dessen Temperaturabhängigkeit derart verläuft, daß die durch den Vorstrom erzeugte magnetische Vorerregung in umgekehrt funktioneller Weise von der Arbeitstemperatur abhängt, wie die kritische Magnetfeldstärke, und daß parallel zu dem aus den kryogenen Schaltelementen und dem temperaturabhängigen Widerstand bestehenden Stromzweig ein Parallelzweig vorgesehen ist, in dem ein fester Widerstand angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Serie mit den kryogenen Schaltelementen angeordnete temperaturabhängige Widerstand aus supraleitfähigem Material besteht und in dem durch die Schwankungen der Betriebstemperaturen bedingten Temperaturintervall im Übergangsbereich zwischen Supraleitfähigkeit und Widerstandsverhalten arbeitet.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren kryogenen Schaltelemente und die temperaturabhängige Widerstandsvorrichtung auf derselben Unterlageplatte aufgebracht sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren kryogenen Schaltstufen je einen aus hartem supraleitfähigem Material bestehenden Leiter aufweisen, welcher von einem eine Vorerregung bewirkenden Vorstrom durchflossen wird, und diese Leiter miteinander und der temperaturabhängigen Widerstandsvorrichtung in Serie geschaltet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des in dem Parallelzweig vorgesehenen normalen Widerstandselementes etwa ebenso groß ist, wie der Widerstand des aus weichem supraleitfähigem Material bestehenden Schleusenleiters im nicht supraleitfähigem Zustand ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der aus weichem supraleitfähigem Material bestehende Abschnitt des Schleusenleiters und der aus weichem supraleitfähigem Material bestehende Abschnitt des in Serie mit den den Vorstrom führenden Vorerregungsleitern liegenden temperaturabhängigen Widerstandselementes aus dem gleichen supraleitfähigen Widerstandsmaterial bestehen.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das in Serie mit den den Vorstrom führenden Leitern der kryogenen Schaltstufen angeordnete Widerstandselement aus einer Parallelkryotronstufe oder einer Kryotronstufe mit sich überkreuzenden Leitungen besteht, wobei der steuernde, aus hartem supraleitfähigem Material bestehende Leiter im letztgenannten Fall eine geringere Breite hat als der aus weichem supraleitfähigem Material bestehende gesteuerte Leiter der Kryotronstufe.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die die gesteuerte Schaltungsanordnung bildenden Kryotronstufen und die in Serie mit den den Vorstrom zuführenden Leitern geschaltete Kryotronstufen Parallelkryotronstufen sind und letztere geringere Breite haben als die die gesteuerte Schaltungsanordnung bildenden Kryotronstufen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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