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Impulsgenerator zur Erzeugung zweier zeitlich gegeneinander versetzter
Impulsfolgen mit Halbleiterschaltern Die Erfindung betrifft einen elektrischen Impulsgenerator,
der Halbleiterschalter enthält, der in Verbindung mit Schieberegistern angewendet
wird, dessen Bindung mit Schieberegistern angewendet wird, dessen Magnetkerne jeweils
mehrere Öffnungen aufweisen.
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Es ist bereits ein magnetisches Schieberegister vorgeschlagen worden,
dessen Magnetkerne je eine Mehrzahl Öffnungen haben und bei dem elektrische Impulse
abwechselnd zwei Verschiebewicklungen zugeführt werden zu dem Zweck, Informationsdaten
von einem Kern auf den nächstfolgenden Kern in dem Register zu übertragen. Die Kerne
sind zu einer Gruppe mit einer ungeraden Anzahl von Kernen .und einer Gruppe mit
einer geraden Anzahl von Kernen zusammengefaßt, wobei .eine Verschiebewicklung für
die geradzahlige Gruppe von Kernen und die andere Verschiebewicklung für die ungeradzahlige
Gruppe von Kernen vorgesehen ist. Für einen zuverlässigen Betrieb des Schieberegisters
müssen die Impulse, welche den Verschiebewicklungen zugeführt werden, genau bemessen
sein und sie müssen auch einen gleichmäßigen Abstand voneinander haben.
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In den F i g. 1 .und 2 soll zunächst ein bekannter, den genannten
Zwecken dienender Impulsgenerator beschrieben werden, wobei F i g. 1 die Schaltungsweise
dieses bekannten Impulsgenerators veranschaulicht und F i g. 2 eine Spannungs-Strom-Charakteristik
einer typischen Vierschichtendiode zeigt.
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Der Impulsgenerator P steuert ein Schieberegisters, welches aus Magnetkernen
mit mehreren Öffnungen besteht, wobei die Verschiebewicklungen EA und 0A mit den
»geraden« bzw. »ungeraden« Kernen .des Schieberegisters gekoppelt sind. Der Impulsgenerator
P besteht aus zwei Vierschichtendioden Di und D2, die so angeordnet sind, daß ,sie
durch entsprechende Impulssteuerstufen E und O stromführend gemacht werden; die
Diode D2 bewirkt, wenn sie stromführend ist, daß ein Kondensator C, welcher einem
impulsformenden Netzwerk mit den Induktivitäten Li und L2 und den Widerständen Ri
und R2 angehört, durch eine Batterie B geladen wird und die Wicklung 0A erregt,
während die Diode D1 in ihrer stromführenden Phase eine Entladung des Kondensators
C bewirkt, wodurch die Wicklung EA erregt wird.
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Wenn der Kondensator C geladen wird, ergibt sich eine Spannung an
der Diode D1, welche vom Wert Null bis zum vollen Spannungswert der Batterie B bzw.
zu einem knapp unterhalb dieses Wertes liegenden Spannungswert in Anbetracht der
Induktivität L1 ansteigt. Wenn die Batteriespannung 40 V beträgt und der Kondensator
C in 4 ,sec geladen wird, so beträgt die Spannungsänderung
welcher die Diode D1 unterliegt, 10 V/[,sec.
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Wenn der Kondensator C entladen wird, ergibt sich eine Spannungsänderung
von 10 V/wsec an der Diode D2.
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F i g. 2 zeigt die Strom-Spannungs-Charakteristik einer typischen
Vierschichtendiode für 50 V. Die in F i g. 2 wiedergebene Charakteristik zerfällt
in drei. Abschnitte I bis III. Im Abschnitt I wirkt die Diode wie eine rückwärts
vorgespannte Diode bis zu ihrem Gleichspannungsschaltwert von 50 V (vgl. Punkt DCOi).
Wenn die Spannung V, die der Diode zugeführt wird, diese Spannung überschreitet,
so wird die Durchbruchsspannung der Diode erreicht, so daß die Diode als negativer
Widerstand wirkt und der Strom 1 zunimmt, wenn die Spannung abfällt; die Diode wirkt
als eine positiv vorgespannte Diode in dem Abschnitt III, so daß dort der Strom
mit zunehmender Spannung wieder zunimmt.
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Wenn indessen
zunimmt, so nimmt die Schaltspannung der Diode entsprechend ab; wenn beispielsweise
den Wert 1 V/#tsec erreicht, wie durch die gestrichelte Linie AA angedeutet ist,
so nimmt die Schaltspannung auf 47 V ab (vgl. DC02), und ferner findet ein Abfall
auf 35 V statt (vgl. DC03), wenn
den Wert 10 V/#Lsec annimmt, entsprechend der gestrichelten Linie IsB.
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Der durch die Diode ftießende Strom kann als ein aus zwei Komponenten
bestehender Strom aufgefaßt werden, von .denen die eine Komponente eine Ohmsche
Stromkomponente und die andere eine kapazitive Stromkomopnente ist. Die kazapitive
Stromkomponente ist C
, wobei C die Kapazität der Diode ist. Wenn daher die Geschwindigkeit der Änderung
der angelegten Spannung zunimmt, so wird auch der scheinbare Stromfluß durch die
Diode größer.
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Obwohl die in F i g. 1 dargestellte Anordnung so aufgebaut sein sollte,
daß weder die Diode D, noch die Diode D2 stromführend .ist, bevor sie in einem bestimmten
Zeitpunkt von den Impulsstufen E bzw. O angesteuert werden, so kann es sich doch
durch Spannungsänderungen der Spannungsquelle B oder der von den Impulsstufen E
bzw. O gelieferten Steuerimpulse oder durch Änderungen der charakteristischen Eigenschaften
anderer Elemente der Schaltung ergeben, daß beide Dioden gleichzeitig stromführend
werden und einen Stromweg niedrigen Widerstandes von der Batterie zum Erdungspunkt
bilden, so daß beide Dioden ständig stromführend sind.
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Die Erfindung betrifft einen nach dem vorstehend erörterten Prinzip
arbeitenden Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsfolgen, die abwechselnd die
Kerngruppen eines Schieberegisters zeitlich nacheinander erregen, wobei die Anordnung
so ausgebildet ist, daß die den beiden Impulsfolgen zugeordneten, die Stromwege
freigebenden Vierschichtendioden nicht gleichmäßig stromführend werden. Dieses wird
im Rahmen der Erfindung dadurch erreicht, daß, wenn die eine Schaltstufe gezündet
werden soll, die Schaltungsanordnung dafür Sorge trägt, daß die Spannung an der
anderen Schaltstufe im wesentlichen konstant gehalten wird.
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Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator zur Erzeugung zweier
zeitlich gegeneinander versetzter Impulsfolgen zur Erregung zweier Treiberleitungen
eines aus mit mehreren öffnungen versehenen magnetischen Kernen aufgebauten Schieberegisters,
der ein erstes und ein zweites Vierschicht Halbleiterelement aufweist und die Halbleiterelemente
durch ihnen jeweils zugeordnete Impulsquellen abwechselnd in ihren leitenden Zustand
geschaltet werden und, wehrend sich das erste Halbleiterelement im leitenden Zustand
befindet, über diesen eine Speicherkapazität von einer Batterie mit konstanter Spannung
her aufgeladen wird und der Ladestrom gegebenenfalls über eine Pulsformschaltung
durch die erste Treiberwicklung eines Schieberegisters fließt und, während das zweite
Halbleiterelement sich in seinem leitenden Zustand befindet, die Speicherkapazität
sich über diesen entlädt und* der Entladestrom zweckmäßigerweise über eine Pulsformerschaltung
und durch .die. zweite Treiberwicklung eines Schieberegisters fließt. Die Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß über einen ersten Widerstand das erste Halbleiterelement
mit einem konstanten Potential verbunden ist, während sich dieser in nichtleitendem
Zustand befindet, sowie dadurch, daß das zweite Halbleiterelement über einen zweiten
Widerstand ebenfalls mit einem konstanten Potential verbunden ist, während sich
dieses in seinem nichtleitenden Zustand befindet.
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Die Erfindung wird im nachfolgenden im Zusammenhang mit den F i g.
3 bis 5 näher erläutert. Von den genannten Figuren zeigt F i g. 3 die Schaltung
eines erfindungsgemäßen Impulsgenerators zur Steuerung der Kerne eines magnetischen
Verschieberegisters, wobei das Verschieberegister nur schematisch angedeutet ist,
F i g. 4 ein Impulsdiagramm für die in F i g. 3 dargestellte Schaltung, F i g. 5
eine Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei
das Verschieberegister ebenfalls nur schematisch dargestellt ist.
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In F i g. 3 speist der Impulsgenerator 1 die Verschiebewicklungen
3 und 4 des aus einer Mehrzahl Kerne mit mehreren öffnungen bestehenden Verschieberegisters
2, wobei die Wicklungen 3 und 4 je den geraden bzw. den ungeraden Kernen des Verschieberegisters
zugeordnet sind und eine im wesentlichen induktive Belastung bilden. Der Impulsgenerator
1 weist zwei Vierschichtendioden 5 und 6 auf, wobei die Diode 5 an eine Impulssteuerstufe
7 über die Leitung 8 und den Kondensator 9 angeschaltet ist; die Diode 6 ist an
eine weitere Impulssteuerstufe 10, welche ähnliche Impulse wie die Impulsstufe 7
liefert, über den Leiter 11 und den Kondensator 12 angeschaltet. Eine Batterie 13
ist über den Widerstand 14 mit dem Leiter 8 verbunden und über den Gleichrichter
15 mit dem Leiter 11 und ferner über den Kondensator 16 mit dem Erdungspunkt; der
Widerstand 14, der Gleichrichter 15 und der Kondensator 16 haben den gemeinsamen
Verbindungspunkt 17. Die Eingangsleitung 8 ist an die eine Klemme 19 über den Hauptkondensator
20 unter Zwischenschaltung des Gleichrichters 21 und einer Induktivität 22 geschaltet,
welch letztere zusammen mit dem Widerstand 20 und seiner weiteren Induktivität 23
und den Widerständen 24 und 25 einem impulsformenden Netzwerk angehört. Die Diode
6 hat .eine Ausgangsleitung 26, die mit .der Klemme 19 des Kondensators 20 über
den Gleichrichter 27 und .die Induktivität 23 verbunden ist, wobei die Leitung 26
zwischen der Diode 6 und dem Gleichrichter 27 über den Widerstand 28 geerdet ist.
Die Diode 5 hat eine Ausgangsleitung 29, die mit der Verschiebewicklung 3 des Verschieberegisters
verbunden ist. Die andere Klemme 30 des Kondensators 20 -ist mit dem Erdungspunkt
über den Widerstand 24 und den Gleichrichter 31 verbunden und ferner mit der Verschiebewicklung
4 des Schieberegisters 2 über den Widerstand 25 und den Gleichrichter 32.
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Die Impulssteuerstufen 7 und 10 sind so ausgebildet, daß sie abwechselnd
Impulse den Dioden 5 und 6 über die Kondenstoren 9 bzw. 12 zuführen, wobei diese
Steuerimpulse eine Dauer von weniger als einer Mikrosekunde haben und die Dioden
5 und 6 abwechselnd stromführend machen, so daß der Kondensator 20 durch die Diode
6 aufgeladen wird und einen Ausgangsimpuls an die Wicklung 4 liefert, dessen Impulsform
durch das Impulsformungsnetzwerk, wie in F i g. 3 dargestellt, geformt wird; darauf
wird der Kondensator 20 durch die Diode 5 entladen und liefert dadurch einen ähnlichen
Ausgangsimpuls an die Wicklung 3.
Bevor die Impulssteuerstufen 7
und 10 ihre Steuerimpulse liefern, sind die Dioden 5 und 6 gesperrt, und der Kondensator
20 ist dann nicht geladen.
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Damit die Diode 6 durch die Spannung der Batterie 13 nicht stromführend
gemacht wird, ist die Schaltspannung der Diode 6 größer als die Spannung der Batterie
13.
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Um den Betrieb des Impulsgenerators 1 einzuleiten, wird zunächst die
Impulssteuerstufe 10 in Tätigkeit gebracht, so daß die Spannung der Batterie 13
durch die Spannung der Impulssteuerstufe 10 unterstützt wird und die Diode 6 stromführend
wird; es wird der Kondensator 20 über die Gleichrichter 15 und 27, die Induktivität
22 und den Widerstand 25, den Gleichrichter 32 und die Wicklung 4 aufgeladen in
Anbetracht des Potentialunterschiedes des positiven Pols der Batterie 13 gegenüber
dem Erdungspunkt. Auf diese Weise wird die Wicklung 4 mit einem Impuls erregt, der
durch das Impulsformungsnetzwerk geformt wurde und eine Erregung der angekoppelten
Kerne bewirkt.
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Ein von der Impulssteuerstufe 7 abgegebener Impuls macht nunmehr die
Diode 5 stromführend, so daß der Kondensator 20 über den Widerstand 24, den Gleichrichter
31, die Induktivität 22, den Gleichrichter 21, die Diode 5 und die Wicklung 3 entladen
wird. Die Wicklung 3 wird dementsprechend erregt und steuert die Kerne an, welche
mit ihr durch das Impulsformungsnetzwerk gekoppelt sind.
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Das Impulsdiagramm der F i g. 4 zeigt die bisher zur Erörterung gelangte
Wirkungsweise der Schaltungsanordnung, wobei jede Kurve des Impulsdiagramms durch
ein Bezugszeichen gekennzeichnet ist, welches dem entsprechenden Schaltungselement
entspricht. So bezeichnet die Kurve 3 den Ausgangsstrom des Impulsgenerators 1,
welcher die Wicklung 3 erregt; die Kurve 7 bezeichnet die Ausgangsspannung der Impulssteuerstufe
7; die Kurve 4 bezeichnet den Ausgangsstrom des Impulsgenerators 1, der die Wicklung
4 erregt; die Kurve 5 bezeichnet den Strom, der durch die Diode 5 fließt; die Kurve
20 bezeichnet die Spannung über den Kondensator 20; die Kurve 6_ bezeichnet den
Strom, der durch die Diode 6 fließt, und die Kurve 10 bezeichnet die
Ausgangsspannung der Impulssteuerstufe 10. Die Kurve 13 bezeichnet die Spannung
der Batterie 13. Die Kurven sind über der Mikrosekunden wiedergebenden Zeitachse
aufgetragen.
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Wie F i g. 4 zeigt, nimmt der Strom durch die Diode 6 ein Maximum
an nach der Abgabe eines jeden Impulses der Impulssteuerstufe 10 und behält diesen
Maximalwert für mehrere Mikrosekunden entsprechend der Ladung des Kondensators 20,
welcher auf eine Spannung aufgeladen wurde, die etwas unterhalb der Spannung der
Batterie lag, in Anbetracht der im Ladekreis vorgesehenen Induktivitäten; dadurch
wird eine negative Spannung am Gleichrichter 27 erzeugt und derselbe gesperrt, wobei
die Diode 6 über den Widerstand 28 auf das Erdpotential zurückkehrt. Wenn der Kondensator
20 geladep wird, findet eine Erregung der Wicklung 4 entsprechend der Kurve 4 statt.
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Der Kondensator 20 bleibt geladen, bis ein Impuls von der Impulssteuerstufe
7 abgegeben wird, welcher durch die Kurve 7_ gekennzeichnet ist, so daß die Diode
5 stromführend wird und eine Entladung des Kondensators in der vorstehend erörterten
Weise auslöst, wobei die Wicklung 3 entsprechend der Kurve 3 erregt wird. Wie die
Kurve 20 zeigt, bleibt der Kondensator 20 entladen, bis der nächstfolgende Impuls
von der Impulsstufe 10 abgegeben wird. Die Entladespannung des Kondensators wird
durch den Einfluß der Induktivität 22 verringert.
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Da die Batterie 13 über den Widerstand 14 mit der Eingangsleitung
8 verbunden ist, liegt an der Diode 5 eine Gleichspannung, die im wesentlichen gleich
der Spannung der Batterie 13 ist, so daß, wie in Kurve 5 angezeigt ist, die Spannung
an der Diode 5 sich nicht ändert, während der Kondensator 20 geladen wird. Der Wert
des Widerstandes 14 sollte so groß sein, daß die Diode 5 nicht ständig in ihrem
stromleitenden Zustand gehalten wird. Wenn die Batterie 13 nicht mit der Eingangsleitung
8 verbunden wäre, so würde an der Diode 5 eine sich ändernde Spannung liegen, wie
durch die gestrichelte Linie A' in der Kurve 5 während der Ladeperiode des Kondensators
20 angedeutet ist. Die Diode 5 könnte daher während des Ladevorganges des Kondensators
20 beispielsweise in dem mit M bezeichneten Punkt der Linie A' stromleitend
werden.
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Wenn der Kondensator 20 entladen wird, so herrscht keine schwankende
Spannung an der Diode 6, da der Gleichrichter 27 durch die negative Vorspannung,
welche durch die Ladung des Kondensators 20 bestimmt ist, gesperrt gehalten wird;
die Diode 6 geht daher über den Widerstand 28 auf das Erdpotential zurück. Der Gleichrichter
21 hindert, daß der Kondensator 20 über einen Stromweg, der den Widerstand 14 enthält,
geladen wird. Wäre die Diode 6 in dieser Weise nicht abgeblöckt, so würde an ihr
eine Spannung herrschen, die sich während der Entladung des Kondensators 20 ändert,
wie durch die gestrichelte Linie B' der Kurve _6 angedeutet ist, und es könnte sich
eine Stromleitung in dem Punkt M der Linie B' ergeben.
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Da jede Diode somit nicht einer sich ändernden Spannung unterliegt,
wenn die andere Diode stromleitend ist, können die Dioden und die übrigen Schaltelemente
des Stromkreises mit weiteren Toleranzen behaftet sein, als im Fall der F i g. 1
sich ergibt. Es kann die Ladung des Kondensators in gewünschter Weise vergrößert
werden, ohne daß die Schaltspannung der Dioden vergrößert werden muß.
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F i g. 5 zeigt einen Impulsgenerator 32, der ein Schieberegister 33
mit den Schiebewindungen 34 und 35 steuert, wobei das Register eine größere Datenkapazität
hat als das in F i g. 3 dargestellte Schieberegister 2; dementsprechend handelt
es sich um eine größere Anzahl Kerne, und es ergibt sich eine größere Belastungsimpedanz
als bei der in F i g. 2 dargestellten Anordnung. Das Verschieberegister 33 kann
beispielsweise eine Kapazität von 50 Binärstellen haben und dementsprechend 100
Kerne umfassen.
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In der Schaltung gemäß F i g. 5 sind diejenigen Schaltelemente des
Impulsgenerators 32, welche ähn-. liehe Funktionen wie entsprechende Schaltelemente
im Impulsgenerator 1 der F i g. 3 erfüllen, mit denselben Bezugszeichen, jedoch
unter Anwendung eines Bezugsstriches bezeichnet. Es soll nunmehr im einzelnen die
Wirkungsweise dieser Schaltung beschrieben werden.
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Der Unterschied der Schaltung gemäß F i g. 5 gegenüber der Schaltung
gemäß F i g. 3 liegt in folgendem: Ein Widerstand 36 ist zwischen der Impulsstufe
7' und dem Kondensator 9' eingeschaltet, und ein Widerstand 37 liegt in der Leitung
11' zwischen
der Impulssstufe 10' und dem Kondensator 12'.
Ein Kondensator 38 und ein Gleichrichter 39 sind parallel zum Widerstand 28' geschaltet.
Ein Widerstand 40 liegt in der Leitung 29' zwischen der Wicklung 34 und der Diode
5'; ein Widerstand 41 ist zwischen dem Gleichrichter 32' und der Wicklung 35 geschaltet,
wobei die Widerstände 24 und 25 der F i g. 3 in Fortfall kommen.
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Die Widerstände 36 und 37 in den zu den Dioden 5' bzw. 6' bewirken
eine Entkopplung, wenn verschiedene Impulsgeneratoren 32 von gemeinsamen steuernden
Impulsstufen 7' und 10' gesteuert werden, wobei die Widerstände 40 und 41 so dimensioniert
sind, daß sich eine Impedanzanpassung des Impulsgenerators 32 an das Verschieberegister
33 ergibt. Bei hohen Impedanzbelastungen, wie es sich bei dem Verschieberegister
33 ergibt, wird eine beträchtliche entgegenwirkende elektromotorische Kraft bei
der Erregung der Wicklung 35 erzeugt und über die Gleichrichter 27' und 32' weitergeleitet,
so daß sich eine negative Entsperrspannung für die Diode 6' ergibt, welche die Neigung
hat, die Diode 6' stärker stromführend zu machen in Anbetracht der Spannung der
Batterie 13' an der Eingangsseite der Diode 6' und der an der Ausgangsseite sich
ausbildenden entgegenwirkenden Spannung. Der Kondensator 38 und der Gleichrichter
39 bezwecken, die Rückkehr der Diode 6' zum Erdpotential zu verzögern, wenn die
Diode nach Ladung des Kondensators 20' gesperrt wird, wobei der Kondensator 38 geladen
wird, wenn die Diode 6' stromführend ist und eine positive Spannung liefert, welche
der negativen Gegenspannung entgegenwirkt; der Gleichrichter 39 wirkt als ein Nebenschluß
zum Erden dieser negativen elektromotorischen Kraft.
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Wenn es sich um einen Impulsgenerator handelt, der ein mit 5KHz arbeitendes
Verschieberegister von einer Kapazität von 55 Binärstellen steuert, und es sich
um eine Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 handelt, so ergeben sich die nachfolgenden
zweckmäßigen Werte für die Schaltelemente:
| Widerstand 36 und 37 .... 4,7 K52, 0,5 W |
| Widerstand 40 und 41 .... 35 52, 5 W |
| Widerstand 14' und 28' . . . 68K52, 1 W |
| Induktivität 22' und 23' . . 15 #t .H |
| Kondensator 9', 12' und 38 300 [,J |
| Gleichrichter 15', 21', 23', |
| Nr. 5A2 International |
| 39, 31', 32' . . . . . . . . . . Rectifier Corp. |
| Kondensator 16' . . . . . . . . . 2 #tF |
| Diode 5' und 6' . . . . . . . . . . Shockley Nr. 4E |
| 200M-28 |
Die Spannung der Batterie 13' betrug 160 V, und die Impulsstufen 7' und 10' waren
so ausgebildet, daß sie positive Rechteckimpulse von einer Dauer, die weniger als
1 ,sec war, und eine Amplitude von ungefähr 10 V erzeugten. Der Impulsgenerator
erzeugte Ausgangsimpulse für die Wicklungen des Verschieberegisters, die 1,5 [.see
benötigten, um auf ihre volle Amplitude von 2,2 A anzusteigen, und 4 sec benötigten,
um von diesem Amplitudenwert auf den Wert Null zurückzufallen. Auf diese Weise konnten
Ausgangsimpulse bei einer Frequenz von 10 kHz erzeugt werden.