DE1212992B - Schaltungsanordnung zum Ummagnetisieren von Magnetkernen mit quadratischer Hysteresisschleife - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/16

Nummer: 1212992

Aktenzeichen: E19378 VIII a/21 al

Anmeldetag: 25. Mai 1960

Auslegetag: 24. März 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ummagnetisierung von Magnetkernen mit quadratischer Hysteresisschleife mit einem Transistor, dessen Kollektorelektrode mit einem Pol einer Spannungsquelle für ein Betriebspotential über eine oder mehrere Eingangswicklungen eines oder mehrerer Magnetkerne verbunden ist.

Es ist bereits eine aus bistabilen Magnetkernen bestehende Schaltmatrix zum Betrieb einer Speichermatrix bekannt, bei der die Spalten- bzw. Zeilenwahlimpulse von einer Impulsquelle über Vielfachschalter in Form von Transistoren in unipolarer Betriebsweise den Spalten bzw. Zeilen zugeleitet werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs bezeichneten Art so zu verbessern, daß eine konstante Ummagnetisierungsspannung erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Emitterelektrode des Transistors über einen Widerstand mit einer ersten Klemme verbunden ist und die Basis des Transistors über einen Widerstand und eine damit parallelgeschaltete erste Diode an eine zweite Klemme angeschlossen ist, wobei diese zweite Klemme über eine zweite Diode mit der Kollektorelektrode verbunden ist und eine der beiden Klemmen mit der Ausgangsklemme eines Sperrschwingers und die andere der beiden Klemmen mit dem anderen Pol der SpannungsqueHe für das Betriebspotential verbunden ist und wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß die zweite Diode den durch die Sperrschwingerausgangsimpulse bewirkenden Abfall des Kollektorelektrodenpotentials begrenzt. Vorzugsweise ist der Sperrschwinger als Transistorsperrschwinger ausgebildet, der mit dem zuerst erwähnten Transistor über eine Transfer-' matorwicklung gekoppelt ist.

Durch die erfindungsgemäß erzielte konstante Ummagnetisierungsspannung ist es möglich, eine Quelle von relativ niedrigem Widerstand für einen gut ausgeprägten Ausgangsspannungsimpnls zu schaffen, und ferner ist es möglich, einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, dessen Dauer sich innerhalb vorbestimmter Grenzen regeln läßt. Letztere Tatsache ist dann von besonderer Bedeutung, wenn eine große Zahl von ähnlichen Magnetkernen verwendet wird, deren Charakteristiken innerhalb relativ großer Fertigungstoleranzen variieren können.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Schaltungsanordnung zum Ummagnetisieren von Magnetkernen mit quadratischer Hysteresisschleife

Anmelder:

Ericsson Telephones Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Big. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schwaigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

William Albert Edward Loughhead, Beeston, Nottinghamshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 25. Mai 1959

F ig. 1 zeigt einen Magnetkern 1 aus einem

Material mit quadratischer Hysteresissehleife nebst

einer Eingangswicklung 2, einer Rückstellwicklung 3 und einer Ausgangswicklung 4, an welch letztere eine Last 5 angeschlossen ist;

F i g. 2 veranschaulicht eine ideale Hysteresisschleife des Kems 1 nach Fig. 1;

F i g. 3 zeigt verschiedene Wellenformen, die zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 1 dienen;

F i g. 4 zeigt die Schaltung einer Ausbildungsform der Erfindung;

F i g. 5 veranschaulicht verschiedene Wellenformeri zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 4;

Fig. 6 ist ein Schaltbild, das erkennen läßt, auf welche Weise sich eine weitere Ausbildungsform der Erfindung von derjenigen nach F i g. 4 unterscheidet.

Es sei angenommen, daß sich der Kern 1 im Zeitpunkt tO im y4-Zustand befindet, d. h. in einem magnetischen Zustand, der auf der in Fig. 2 gezeigten Hysteresisschleife durch den Punkt α bezeichnet ist, und daß die Last 5 abgeschaltet ist. Wenn der Eingängswicklung 2 von einer Quelle für eine konstante Spannung ein Rechteckimpuls P zugeführt wird, fließt in der Wicklung2 ein Strom/,'

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dessen Amplitude und Dauer in Fig. 3 bei b durch eine Vollinie wiedergegeben ist. Die Induktivität der Wicklung 2 ist während der Zeitspanne iO bis ti relativ gering; dies gilt bei der Hysteresisschleife für die Strecke zwischen α und b, und infolgedessen verstärkt sich der Strom/ schnell. Nach^: Ablauf^; der Zeitspanne.11, d.,h.; im Punkt & der Hysteresisschleife, geht der Kern 1 vom A -Zustand in den B-Zustand über, und es tritt eine relativ große 'Änderung des Magnetflusses auf. Hierdurch wird das Ansteigen des Stromes/ während der Zeitspanneil bis ti begrenzt, wenn der Punkte der Hysteresisschleife erreicht wird. Nach Ablauf der Zeit ti ist die Induktivität-der-Wicklung 2 wieder niedrig, und der Strom/ steigt erneut schnell an, bis im Zeitpunkt ti der Punkt d der Hysteresisschleife erreicht wrfdi Nach dem Zeitpunkt i 3, d. h. wenn der· Kern 1 im Punkt d gesättigt ist, erreicht der Strom / den der Stromquelle maximal entnehmbaren Wert. Wenn der Impuls P im Zeitpunkt i4 beendet wird, geht der Kern 1 im Punkt e in den stabilen B-Zustand über, und der Strom I geht schnell auf Null zurück," wobei der Strom den Wert Null im' Zeitpunkt tS erreicht. Während der Zeit/1 bis ti, während welcher der Kernl aus dem A -Zustand in den B-Zustand übergeht, tritt an der Ausgangswicklung 4 ein rechteckiger Spannungsimpuls V auf, der in Fig.3 bei c dargestellt ist. Um den Kernl in den .4-Zustand zurückzustellen, kann man' der Rückstellwicklung 3 einen geeigneten Impuls zuführen.

Wenn an die Ausgangswicklung 4 eine Last 5 angeschlossen ist, entsprechen Amplitude und Dauer des Stroms/ der in Fig. 3 bei b eingezeichneten gestrichelten Linie. Wenn als Quelle für die konstante Spannung ein Transistor verwendet wird, kann es sekt, daß die Leistungsfähigkeit des Transistors nicht ausreicht, um diesen Strom / zu liefern. Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung wurde entworfen, um eine mit einem Transistor arbeitende Quelle für eine konstante Spannung zu schaffen, die zum Umschalten eines Magnetkerns mit quadratischer Hysteresisschleife geeignet ist.

Gemäß F i g. 4 ist ein Sperrschwinger vorgesehen, der einen PNP-Transistor VTl, einen Transformator TF, Widerstände A4, RS und R6 sowie eine Verbindungsdiode D 3 umfaßt. Die Widerstände R 4 und jR5 sind zwischen Erde und einer Quelle für eine Spannung von +1,5 V in Reihe geschaltet, und die Verbindungsstelle der Widerstände ist an eine Eingangsklemme 15 und die Basis des Transistors VTl angeschlossen. Der Emitter des Transistors ist über eine Wicklung des Transformators TF geerdet, während der Kollektor über die Primärwicklung des Transformators mit einer Leitung verbunden, an der eine Spannung von —12 V liegt. Die Primärwicklung ist durch eine Diode D 3 und einen damit in Reihe geschalteten Widerstand'/?6 überbrückt. Ein Ende einer Ausgangswicklung 10 des Transformators TF ist an eine Quelle für eine positive Spannung von 1,5 V angeschlossen, während das andere Ende dieser Wicklung mit der Basis und der Kollektorelektrode eines Kernantriebstransistors VT 2 über eine einen Widerstand J? 1 und eine Verbindungsdiode Dl umfassende Parallelschaltung bzw. eine Verbindungsdiode D1 verbunden ist. Die Kollektorelektrode des Transistors VT1 ist mit der Eingangswicklung 2 einer Magnetkernanordnung ähnlich derjenigen nach F i g. 1 verbunden. Der Emitter des Transistors;VT2 ist -übereinen Widerstand/?2"geerdet. Der Sperrschwinger äst so ausgebildet, daß der der Wicklung 10 entoehmbare maximale Strom größer ist als die Summe des Basisstroms ib des Transistors VTl'und des Stroms zu der DiodeD1, und'zwar jiriter sämtlichen Betriebsbedingungen.. . Wenn der mit der Basis des Transistors VTl des Sperrschwingers verbundenen Eingangsklemme 15 ein Auslöseimpuls zugeführt wird, erscheint an der

ίο Wicklung 10 des Transformators TF ein Ausgangsspannungsimpuls, dessen Amplitude und Dauer in F i g. 5 bei α wiedergegeben ist. Am Anfang dieses Ausgangsimpulses, d. h. während der Zeit tO bis ti, ist die .Verbindungsdiode/D 1 leitend, so daß der Widerstand/?! durch einen kleinen Widerstand überbrückt ist. Das Potential an der Basiselektrode des Transistors VTl fällt bis unter das Erdpotential ab und bewirkt, daß das Potential an der Emitterelektrode zurückgeht, wie es in Fig. 5 bei b darge-

ao stellt ist. Der Wert des in der Kollektorelektrode

. fließenden Stroms ip ist durch folgenden Ausdruck gegeben:

VA- (1,5 VD + VE)

= OC-

Rl

Hierin ist α der Stromgewinn des Transistors VT1, VA die Größe der an der Wicklung 10 erzeugten Spannung, VD die Größe der Spannung an der Diode Dl und VE die Größe der Basis-Kollek-■ tor-Spannung des Transistors VTl. Dieser Strom muß von ausreichender Amplitude sein, um den Strom zum Umschalten des Kerns 1 und den durch die Last 5 verbrauchten Strom zu liefern. In F i g. 5 ist der Strom ip bei d als Funktion der Zeit dargestellt. Das an der Eingangswicklung 2 des Kerns 1 entwickelte Potential beträgt im wesentlichen VB- VA +1,5. Der Strom/, der in Fig. 5 bei c wiedergegeben ist, beginnt in der Eingangswicklung 2 zu fließen, und er steigt während der Zeit t0 bis ti schnell an, so daß die Kollektorspannung (Kurve e in Fig. 5) schnell ansteigt, bis der Transistor VT2 einen Endzustand erreicht. Der durch, die Verbindungsdiode D 2 fließende Strom id ist die Differenz zwischen dem durch den Kollektor des Transistors VT1 gelieferten Strom und dem von der Eingangswicklung 2 aufgenommenen Strom. Bei dem erwähnten Endzustand des Transistors VT1 befindet sich der Kollektor dieses Transistors gegenüber der Basis auf einem positiven Potential, und dieses zu dem »Vorwärtspotential« an der Verbindungsdiode D1 hinzugefügte positive Potential reicht aus, um die Verbindungsdiode D 2 während der ZeitiO bis t3, während welcher der Transistor VT 2 in dem Endzustand verbleibt, im leitenden Zustand zu halten. Wenn die Verbindungsdiode D1 nicht vorgesehen wäre, würde in dem Transistor VT1 infolge des dann fließenden, übermäßig starken Basisstroms ein starkes Absinken stattfinden. Dies würde zu einer übermäßigen Energievernichtung innerhalb des Transistors VTl fuhren. Es besteht die Bedingung, daß VC+VD>VD' ist; hierbei ist VC die kleinste positive Kollektor-Basis-Spannung bei dem Endzustand, VD ist die kleinste Vorwärtsspannung an der Diode Dl, und VD' ist die höchste Vorwärtsspannung an der Diode D 2.

Die an der Wicklung 4 des Kerns 1 erscheinende Ausgangsspannung ist in Fig.5 bei / dargestellt.

Wenn der Kern 1 im Zeitpunkt ti in den 5-Zustand umgeschaltet worden ist, steigt der Strom/ an, bis er den gleichen Wert erreicht wie der Strom ip, und entsprechend geht der Strom id auf Null zurück. Das Potential an der Kollektorelektrode geht auf den Pegel der negativen Spannungsquelle -VB zurück. Am Ende des Ausgangsimpulses des Sperrschwingers, d. h. im Zeitpunkt t4, sinkt der Wert des Stroms ip schnell ab, so daß das Potential an der Kollektorelektrode »überschwingt«, da es versucht, den Stromfluß / in der Wicklung 2 aufrechtzuerhalten. Dieses »Überschwingen« wird durch die Verbindungsdiode D1 und den Widerstand R1 begrenzt. Im gleichen Zeitpunkt ti nimmt das an die Verbindungsdiode D1 angeschlossene Ende der Wicklung 10 ein positives Potential an, so daß die Verbindungsdiode D1 im Rückwärtssinne vorgespannt wird und der Widerstand R1 zum wirksamen Widerstand im Basiskreis des Transistors VT 2 wird. Hierdurch wird die Schnelligkeit des Abklingens des Stroms ip herabgesetzt und das Überschwingen des Potentials an der Kollektorelektrode auf einen relativ kleinen Wert begrenzt. In der Praxis können mehrere im 5-Zustand befindliche Kerne vorhanden sein, deren Wicklungen mit der Wicklung 2 des Kerns 1 in Reihe geschaltet sind, und die Wicklungen können die Induktivität der Schaltung vergrößern, so daß das erwähnte Uberschwingen in einem zu starken Maße auftreten würde, wenn die erwähnten Maßnahmen nicht getroffen wären.

Die Herabsetzung des Wertes der Last 5 hat die Wirkung, daß die Amplitude des Stroms / vergrößert wird, z. B. auf den in F i g. 5 bei c durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Wert. Somit wird der der Last 5 zugeführte Strom nur durch den Spitzenwert des Stroms ip begrenzt, der seinerseits durch die Energievernichtung des Transistors VT 2 und die dem Sperrschwinger entnehmbare Leistung begrenzt wird. Bei einer Ausbildungsform, bei der die Schaltungselemente die in Fig. 4 angegebenen Werte hatten, lag die dem Sperrschwinger entnommene Ausgangsleistung in der Größenordnung von 15 Milliwatt, die Ausgangsleistung des Transistors VT 2 lag in der Größenordnung von 100 Milliwatt, und die der Last zugeführte Leistung variierte zwischen 0 und 60 Milliwatt. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann man somit einen Transistorsperrschwinger mit zwei Wicklungen 10 und zwei Transistoren VT 2 und den zugehörigen Schaltungselementen vorsehen, um zwei Kerne 1 anzutreiben. Bei sorgfältiger Wahl der Werte der Schaltungselemente kann man diese Anordnung ohne große Schwierigkeit erweitern, um vier Kerne anzutreiben. Natürlich könnte man die Anordnung bei Verwendung eines leistungsfähigeren Sperrschwingers VTi in noch größerem Maße erweitern.

F i g. 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anordnung, die jedoch nicht mit allen Einzelheiten beschrieben wird, da sie der Anordnung nach F i g. 4 stark ähnelt. Bei dem Transistor VT2 in Fig. 6 wird an Stelle der Basis der Emitter angetrieben. Da ein Transistor mit angetriebenem Emitter keine Verstärkung bewirkt, richtet sich die Zahl der mittels

ίο dieser Schaltung antreibbaren Magnetkerne nach dem Sperrschwinger. Mit den Transistoren VTl und VT2 der Schaltung nach Fi g. 4 kann man nur einen Kern antreiben, doch wenn VTl ein leistungsfähigerer Transistor ist, kann man mehr als einen Kern antreiben.

Es sei bemerkt, daß man an Stelle von PNP-Transistoren auch NPN-Transistoren verwenden kann; in diesem Falle müssen die Polaritäten der Betriebspotentiale und der Dioden umgekehrt werden.

so ,

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Ummagnetisieren von Magnetkernen mit quadratischer Hysteresisschleife mit einem Transistor, dessen Kollektorelektrode mit einem Pol einer Spannungsquelle für ein Betriebspotential über eine oder mehrere Eingangswicklungen eines oder mehrerer Magnetkerne verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode des Transistors (VT 2) über einen Widerstand (R 2) mit einer ersten Klemme verbunden ist und die Basis des Transistors (VT 2) über einen Widerstand (Rl) und eine damit parallelgeschaltete erste Diode (D 1) an eine zweite Klemme angeschlossen ist, wobei diese zweite Klemme über eine zweite Diode (D 2) mit der Kollektor elektrode verbunden ist und eine der beiden Klemmen mit der Ausgangsklemme eines Sperrschwingers (VTl, TF) und die andere der beiden Klemmen mit dem anderen Pol der Spannungsquelle für das Betriebspotential verbunden ist und wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß die zweite Diode (D 2) den durch die Sperrschwingerausgangsimpulse bewirkenden Abfall des Kollektorelektrodenpotentials begrenzt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrschwinger (VTl, TF) als Transistorsperrschwinger ausgebildet ist, der mit dem zuerst erwähnten Transistor (VT2) über eine Transformatorwicklung (10) gekoppelt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: "
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1039 567.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen