-
Speichernde Magnetkernschaltung mit ersten und zweiten Kernteilen
mit mehreren Öffnungen Die Erfindung bezieht sich auf Magnetkernschaltungen, bestehend
aus Kernen mit mehreren öffnungen, die zum Zweck der Speicherung und übertragung
binärer Informationen verwendet werden.
-
Bekannte Magnetkernschaltungen mit mehreren öffnungen enthalten als
Grundelement einen Kern aus magnetischem Material mit hoher Remanenz, wie z. B.
Ferrit. In einer der einfachsten Ausfilhrungsforinen derartiger Kerne ist eine Hauptöffnung
in dem Kern vorhanden, die von einem geschlossenen magnetischen Flußweg umgeben
ist. Der Kern besitzt außerdem mindestens eine kleinere öffnung, die den Magnetfluß
in Zweige unterteilt. Um die kleineren öffnunaen verlaufen zusätzliche oreschlossene
magnetische Flußpfade, die Teile der Zweige des größeren Magnetflußpfades einschließen.
Der Anschluß des Kerns erfolgt durch Wicklungen, d. h. durch eine Eingangswicklung
und eine Ausgangswicklung. Die kleineren öffnungen dienen dazu, die Kopplung dieser
beiden Wicklungen voneinander zu trennen.
-
Obwohl die Brauchbarkeit von Kernen mit mehreren öffnungen für Speicherzwecke
und logische Operation allgemein anerkannt wurde, besaßen diese einige Nachteile,
die unter anderem eine, breite kommerzielle Anwendung bisher nicht ermöglichten.
Bei den meisten bekannten Kernen mit mehreren öffnungen ist das Ausgangssignal mit
zu starken Störsignalen behaftet. So wurde ein Ausgangssignal bei einem Kern mit
mehreren öffnungen dadurch erzeugt, daß der Fluß eine kleinere Ausgangsöffnung des
Kerns C t2 umschaltete, um in einer durch diese Öffnung geführten Ausgangswicklung
ein Signal zu induzieren. Das C bl beim Lesen des Kerns erzeugte Ausgangssignal
kann dazu benutzt werden, ein Element einer binären Information (binäre Eins) darzustellen.
Das Fehlen eines Flußwechsels in der Ausgangsöffnung beim Lesen führt zu keinem
Ausgangssigpal, so daß das Fehlen eines Ausgangssignals das andere Element einer
binären Information (binäre Null) darstellen kann. Es ist jedoch festgestellt worden,
daß beim Lesen des Kerns immer ein Teil des Flusses der Ausgangsöffnung verändert
wird, und zwar wegen des Unterschiedes zwischen dem Maximalfluß, der zum Umschalten
erforderlich ist, und dem Remanenzfluß, d. h. weil die Hystereseschleife
keine genau waajogerechten Äste besitzt, so daß der geringe Flußwechsel auch dann
ein Störsignal in der Ausgangswicklung erzeugt, wenn kein Ausgangssignal auftreten
sollte. (Die in der britischen Patentschrift 890 185 und der französischen
Patentschrift 1186 382 beschriebenen Kerne mit mehreren öffnungen arbeiten
in der eben C
beschriebenen Weise, so daß an ihren Ausc.,anc"swicklungen zu
große Störsignale auftraten.) Bekannt ist weiter (USA.-Patentschrift 2
983 906)
eine magnetische Einrichtung, bei der eine Ausgangswicklung zwei
Ausgangsöffnungen verschiedener Kerne im entgegengesetzten Sinn umfaßt, so daß die
Störsignale am Ausgang unterdrückt werden. Diese Einrichtung gibt zwei Ausgangssignale
entgegen-C C C aesetzter Polarität ab, so daß zwei Treibersignale entgegengesetzter
Polarität erforderlich sind, um die Ausgangssignale zu erzeugen. Da immer zwei Aus-C
C
,gangssignale entgegengesetzter Polarität erzeugt m C werden, kann
die Einrichtung nicht zur Ansteuerung eines anderen Kerns gleicher Art verwendet
werden. Diese Einrichtung ist keine echte logische Schaltung, sondern wird in Abhängigkeit
von einem unipolaren Einstellsignal zum Schalten bipolarer Signale an eine Last
benutzt. Bei einer ähnlichen Einrichtung (USA.-Patentschrift 3 093 817, die
der britischen Patentschrift 814455 entspricht) besteht noch der weitere Nachteil,
daß eine Vorspannung des Kerns erforderlich ist.
-
Bei einer weiteren bekannten Anordnung (deutsche Patentschrift
1070 677) ist zum Zweck der Kompensation ungewollter störender Ausgangshnpulse,
die infolge des nicht idealen Verlaufs der Hysteresekurve des Kernmaterials entstehen,
zusätzlich zu dem eigentlichen Magnetkern ein gleichartiger Kompensationskern vorgesehen,
um den die Ausgangswicklung in entgegengesetztem Sinn wie um den Hauptkern geführt
ist; die Leseimpulsleitung umschheßt beide Kerne gleichsinnior. Wenn beim Auftreten
eines Leseimpulses infolge eines eingespeicherten Null-Si'-gnals keine Flußumkehr,
sondern nur eine geringfügige, nach Verschwinden des Leseimpulses ebenfalls
verschwindende
Flußänderung eintritt, die in der Ausgangsleitung einen Störimpuls induziert, so
wird von dem Kompensationskern ein genau gleicher Kompensationsimpuls umgekehrter
Polarität in der Ausgangswicklung induziert, so daß kein störendes tD
im
Ausgangssignal entsteht.
-
Alle diese bekannten Schaltungen können jedoch nur Ausgangsimpulse
einer Polarität abgeben. Bei vielen Anwendungsfällen ist jedoch das Vorhandensein
von positiven und negativen Aus,-langsimpulsen erforderlich oder zur Vereinfachung
des Schaltungsaufwandes wünschenswert. Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin,
eine Speicherkernschaltung mit Transfluxoren zu schaffen, die ein einzelnes Ausgangssignal
entweder der einen oder der entgegengesetzten Polarität in Abhängigkeit von der
Polarität des Eingangssignals abgeben, wobei Störsignale in bekannter Weise weitgehend
unterdrückt werden. Die Magnetkernschaltung, von der die Erfindung ausgeht, hat
erste und zweite Kernteile, deren jeder eine von einem verhältnismäßig langen geschlossenen
Flußpfad umgebene Hauptöffnung und mindestens eine kleinere, von einem kürzeren
Flußpfad umschlossene Nebenöffnung aufweist, -sowie eine um die langen Flußpfade
beider Kernteile gleichsinnig herumgeführte Rückstellwicklung und eine durch die
Nebenöffnungen der Kernteile gegensinnig geführte gemeinsame Ausgangswicklung und
ist er-C C
findun-sgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zwecks einer eindeutigen
Polaritätszuordnung zwischen den Ausgangssig alen und den der Schaltung zugeführten
c b e'n Eingangssignalen je ein Eingangswicklungsabschnitt
in einander entgegengesetztem Sinn um den langen Flußpfad bzw. durch eine weitere
als Eingangsöffnung dienende Nebenöffnung jedes Kernteils geführt ist.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung unterscheidet sich von beschriebenen,
bekannten Einrichtungen dadurch, daß, abhängig von einem Eingangssignal, nur ein
Ausgangssignal erzeugt wird, wobei die Polarität des Ausgangssignals von der Polarität
des Eingangssignals abhängt.
-
Vorteilhafte Weiterbildun-en und Anwendungsmöglichkeiten der neuen
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispielen
und der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1
eine Magnetkernschaltung gemäß der Erfindung mit direkter und komplementärer Darstellun-
und mit einem Kernelement und Wicklungen, um den Kern magnetisch zu erregen, F i
g. 2 ein vereinfachtes Schaubild, welches das magnetische Flußbild in dem
Kern der F i g. 1 zeigt, wenn dieser zurückgestellt bzw. blockiert ist, F
i g. 3 ein anderes vereinfachtes Schaubild, welches das magnetische Flußbild
zeigt, wenn in dem Kern eine binäre Eins eingespeichert wurde, F i g. 4 ein
vereinfachtes Schaubild eines magnetischen Flußbildes, wenn in dem Kern eine binäre
Null eingespeichert wurde, F i g. 5 eine Tabelle, welche den Betriebszyklus
darstellt, um nacheinander ein eine binäre Eins darstellendes Signal und alsdann
ein eine binäre Null darstellendes Signal durch den Kern der F i g. 1 zu
übertragen, F i 6 eine Darstellun- der Flußdichte in Ab-
hängigkeit
von der magnetomotorischen Kraft des magnetischen Materials des Kerns der F i
g. 1,
F i g. 7 den Teil eines Kerns, der bei der Darstellung der Probleme
des teilweisen Flußwechsels in magnetischen Anordnungen beschrieben wird, F i
g. 8 einen Teil des Kerns der F i g. 1, der zur Erläuterung dient,
wenn beschrieben wird, daß ein teilweiser Flußwechsel in dem Kern den Betrieb der
Anordnung nicht nachteilig beeinflußt, F i g. 9 zwei Magnetkerne mit direkter
und komplementärer Darstellung der F i g. 1, die als Schieberegister geschaltet
sind, F i g. 10 eine andere Ausführungsforin des Erfindungsgegenstandes,
die zwei Kerne mit mehreren öffnungen aufweist, welche gegenüber einem einzelnen
Kern der F i g. 1 eine direkte und eine komplementär arbeitende Anordnung
bilden.
-
Eine Magnetkernschaltung gemäß der Erfindung mit direkter und komplementärer
Darstellung besteht aus einem magnetischen Material, welches zwei geschlossene Hauptflußwege
bildet, von denen ein jeder binäre Informationen in Form von Signalen speichern
und übertragen kann. Die beiden Flußwege können in einem einzigen Kern oder in getrennten
Kernen liegen, indessen hat in beiden Fällen die Vorrichtung einen direkten und
einen komplementären Teil. Eine binäre Eins darstellende Signale können durch den
einen und eine binäre Null darstellende Signale können durch den anderen Teil der
Ma-netkernschaltung gespeichert werden. Die Anordnung mit direkter und komplementärer
Darstellung ist für viele Speicherungs- und logische Verwendungszwecke, wie z. B.
Schieberegistern, Zählwerken und Torschaltungen usw., von Vorteil, insbesondere
zur Durchführung von Schalt- oder logische Funktionen, die durch Boolesche Algebra
ausgedrückt werden können.
-
Jeder Abschnitt der Anordnung besitzt eine Ausgangsöffnung in dem
magnetischen Material, die den entsprechenden Hauptflußweg in Zweige unterteilt,
und jeder Abschnitt kann außerdem, falls erforderlich, eine Eingangsöffnung aufweisen.
Die Eingangs-und Ausgangsöffnungen sind durch entsprechende Wicklungen miteinander
verknüpft, und das magnetische Material dient dazu, die Signale von der Eingangswicklung
zur Ausgangswicklung zu übertragen. Die, durch die Eingangssignale dargestellte
Information wird in der Form von magnetischem Fluß in dem magnetischen Material
während dieses übertragungsvorganges gespeichert.
-
Die erfindungsgemäße Schaltung liefert störungsfreie Ausgangsimpulse
verschiedener Polarität. Ein eine binäre Eins darstellendes Ausgangssignal besteht
aus einem Strom in einer Richtung in der Aus-Crangswicklung, und dieser Strom wird
erzeugt, wenn mehr Fluß über die »Eins«-Ausgangsöffnung als über die »Null«-Ausgangsöffnung
geschaltet wird. Ein eine binäre Null darstellendes Ausgangssignal besteht aus einem
Strom in entgegengesetzter Richtung in der Ausgangswicklung, und es ergibt sich
dadurch, daß mehr Fluß über die »Null«-Ausgangsöffnung als über die »Eins«-Ausgangsöffnung
geschaltet wird. Auf diese Weise hängt die binäre Arbeitsweise der Anordnung nicht
von einem geschalteten oder nicht geschalteten Fluß ab, wie es bei den bekannten
Anordnunaen der Fall ist, sondern es hängt von der Größe des um zwei Ausgangsöffnungen
geschalteten Flusses ab.
-
Eine Anordnung mit direkter und komplementärer Darstellung gemäß der
Erfindung ist in der F i g. 1
dargestellt. Die Anordnung
10 besitzt einen Kern 11 C' aus mag .,netischeni Material, das eine rechteckförmige,
Hystereseschleife besitzt (F i g. 6). Aus der Fig. 1 ist zu erkennen,
daß die oberen und unteren Hälften des Kerns 11. symmetrisch sind und daß
die beiden Hälften des Kerns durch eine längere Öff-
nung 12 voneinander abgeteilt
sind, die zwei mittlere Schenkel oder Anne 13 und 13' bildet. Die
oberen und unteren Hälften des Kerns werden, wie aus F i la. 1 erkennbar,
nachfolgend als direkte und komplementäre Teile bezeichnet, obgleich erkennbar ist,
daß die direkten Signale durch jede Hälfte des Kerns gespeichert und übertragen
werden können und daß die komplementären Signale dann durch dir, andere Hälfte gespeichert
und Übertragen werden. Es ist nicht notwendig, daß die beiden Abschnitte
des Kerns symmetrisch sind.
-
Es sind zwei Hauptöffnungen 14 und 15 vorgesehen, wobei die
Öffnung 14 in dem direkten Ab-
schnitt und die Öffnung 15 in dem komplementären
Abschnitt angeordnet ist. Diese Hauptöffnunggen grenzen den Hauptflußwego
1 b, der in F i g. 2 schematisch durch Pfeile angezeigt ist,
ab. Die kleineren öffnungen, die über den ringförmigen Teil des Kerns
11 verteilt sind, teilen den Hauptflußweg in Zweiae, wobei ein kleinerer
Flußweg um jede der kleineren öffnungen herumgeht. Die öffnungen 16
und
17 sind die Eingangs- und Ausgangsöffnunoren für den direkten Teil des Kerns,
und die Öffnungen 18 und 19 sind die Eingangs- und Ausgangsöffnun-C
,(Yen für den komplementären Teil des Kerns. Die beiden anderen kleineren Öffnungen
21 und 22 können je nach Wunsch entweder als Eingangs- oder als Ausgangsöffnungen
verwendet oder aber weggelassen werden. Außerdem können mehrere kleinere öffnungen
vorgesehen werden, wenn dieses zweckmäßia, erscheint.
-
Die Eingangswicklung, 23 des Kerns geht durch die zwei Eingangsöffnungen
1.6 und 18 in entgegengesetzten Richtungen hindurch. Eine binäre Information
wird in den Kein eingebracht, indem ein Strom in der einen oder anderen Richtung
durch diese Wicklung fließt. Um eine binäre Eins in den Kern einzuspeichern, wird
der Strom der Eingangsstromquelle 20 zugeführt und fließt ün Uhrzeigersinn durch
die Wicklung 23. Ein Strom in der Wickluna 23 in dieser Richtung wird
als positiver Strom bezeichnet. Um umgekehrt eine binäre Null in den Kern einzuspeichern,
wird der Eingangsstrom im entgegengesetzten Uhrzeigersinn in dem gleichen Pfad eingeführt
und als negativer Strom bezeichnet.
-
Die Ausgangswicklung 24 geht in entgegengesetzten Richtungen durch
die beiden Ausgan,-söffnungen 17 und 19 und schaltet die Magnetflußwege
um diese öffnungen entgegengesetzt in Reihe. Der Ausgangsstrom in der Wicklung hat
die eine oder die andere Richtung, abhängig davon, um welche der beiden Ausgangsöffnungen
der größte Magnetfluß geschaltet ist. Besonders wenn der Magnetfluß um die
Öff-
nung 17 geschaltet ist und nicht um die öffnung 19,
erzeugt
das in der Wickluna, 24 induzierte Feld einen Stromfluß ün Uhrzeigersinn durch die
Wicklung 24 und die Belastung 25. Ein Strom in dieser Richtung in der Wicklung
24 wird als positiver Strom bezeichnet, und er ergibt das Ausgangssignal für eine
binäre Eins. Ein Ausgangsstrom entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn oder in negativer
Richtung in der Wicklung 24 stellt eine binäre Null dar und wird durch einen Magnetflußwechsel
um die Öffnung19 erzeugt. Die Schaltung desMagnetflusses um die Ausgangsöffnungen
wird dadurch hervorgerufen, daß bei der Ausführungsform der Fig. 1 ein Strom
der Lesestromquelle27 über die Leserichtung 28 geleitet wird. Dieser Lesevorgang
kann auf verschiedene Weise bewirkt werden, von denen eine Art noch später beschrieben
wird. Der Kern kann dadurch gelöscht bzw. zurückgestellt werden, indem der Strom
der Löschstromquelle 26 durch die Löschstromwicklung 29 geleitet wird,
wie später noch erläutert wird.
-
Die magnetischen Flußbilder beim Speichern und übertragen einer binären
Information in dem Kern 11 werden mit Bezug auf die F i 1, 2,
3 und 4 be-
schrieben. Aufeinanderfolgende Eins- und Nullbetriebszyklen
sind schematisch in F i g. 5 dargestellt. Das mag
,netische Flußbild
emäß F i g. 2 zeigt den zurückgestellten bzw. blockierten Zustand des Kerns.
Aus den Pfeilen ist erkennbar, daß der Magnetfluß in Uhrzeigerrichtuno, Über den
größeren Flußweg geschlossen ist, der durch den oberen und direkten Teil des Kerns
gebildet wird. Außerdem ist der Magnetfluß in Uhrzeigerrichtung, über den Hauptflußweg
geschlossen, der von dem unteren oder komplementären Teil des Kerns gebildet wird.
Wenn der Kern durch einen positiven Strom in der Wicklung 23 auf eine binäre
Eins eingestellt ist, so wird ein Magnetflußbild der F i g. 3 erzeugt. Der
positive Eingangsstrom kehrt den Magnetfluß in dem äußeren Schenkel an der öffnung
16 um, ebenso den Magnetfluß an den inneren Schenkeln bei den öffnungen
17 und 21 sowie in dem oberen Schenkel 13
an der Öffnung
12. Der positive Eingangsstrom kann den Magnetfluß in dem komplementären
Teil des Kerns nicht schalten, da dieser Kern bereits in Richtung des zugeführten
Feldes gesättigt ist. Das Ergebnis des positiven Eingangsstromes besteht darin,
daß der Magnetfluß in Uhrzeigerrichtung um die Ausgangsöffnung 17, wie in
F i 3 gezeigt ist, geschlossen ist.
-
Ein Strom in der Lesewicklung 28 hat eine ausreichende Amplitude,
um den Magnetfluß um die Öffnung 17 zu schalten, wie durch die gestrichelte
Linie um diese Öffnung angegeben ist. Er hat aber C C keine ausreichende
Amplitude, um den Magnetfluß um die Öffnung 19 zu schalten, wie später noch
erläutert wird. Hierdurch ergibt sich ein Ausgangsstrom in der Wicklung 24, der
die gleiche Richtung hat wie der Eingangsstrom, der vorher in der Wicklung23 floß.
Auf diese Weise wurde das eine binäre Eins darstellende Signal von der Eingangswicklung
23 auf die Ausgangswicklung 24 übertragen.
-
Der Kern kann, wie in F i g. 2 dargestellt ist, wieder in den
Ruhezustand zurückgestellt werden, indem ein Strom durch die Lösch- bzw. Rückstellwicklung
29 hindurchgeleitet wird, die den ringförmigen Teil des Kerns des direkten
und des komplementären Abschnitts sowie den oberen und unteren Schenkel
13 und 13' an der öffnung 12 miteinander verbindet. Die Richtun- dieses
Stroms ist durch Pfeile in der F i g. 1 angegeben.
-
Um ein eine binäre Null darstellendes von der Wicklung 23 auf
die Wicklung 24 zu übertragen, ist die Arbeitsfolge die gleiche, wie sie in Verbindung
mit der Übertragung einer binären Eins beschrieben wurde, indessen erfolgt die Magnetflußschaltung
in dem komplementären Teil des Kerns. Das Eingangssignal
Null wird
durch einen negativen Strom in der Wickluno, 23 hervorgerufen, und dieser
Strom schaltet den Magnetfluß um die Hauptöffnung 15, wodurch das Magnetflußbild
der F i g. 4 erzeugt wird. Nachdem der Kein auf eine binäre Null eingestellt
ist, ist der Magnetfluß um die Ausgangsöffnung 19
herum im Uhrzeigersinn geschlossen.
Dieser Magnetfluß wird umgekehrt, um das Ausgangssignal Null hervorzurufen, indem
ein Strom durch die Ablesewicklung 28 geleitet und somit ein negativer Strom
in der Wicklung 24 erzeugt wird. Der Kern wird durch einen Strom in der Wicklung
29 in Richtung der Pfeile der F i g. 1 in den Ruhezustand zurückgestellt.
-
Die Amplitude des Eingangsstroms, in der Wicklung 23 muß ausreichend
sein, um den Schaltschwellwert der Hauptflußwege in den öffnungen 14 und
15 zu übersteigen. Die Kurve T 1 der F i g. 6 ist charakteristisch
für die Flußschaltung über den Hauptöffnungen. Die Amplitude des Lesestroms in der
Wicklung 28 ist begrenzt, so daß zwar der Schaltschwellwert der kleineren
Flußwege um die Ausgangsöffnung 17 und 19 überschritten, indessen
der Schwellwert der Hauptflußwege um die größeren öffnungen nicht überschritten
wird. Die Kurve T2 der F i g. 6 ist charakteristisch für die Schaltung des
Flusses um die kleineren Öffnungen, wie z. B. die Ausgangsöffnungen 17 und
19. Das Knie der Kurve Tl, welches bei der magnetomotorischen Kraft FI auftritt,
ist der Schwellwertbereich ' oberhalb dessen der größte Flußwechsel um die,
Hauptöffnung stattfindet. In ähnlicher Weise ist das Knie der Kurve T 2 bei der
Kraft F2 der Schwellwert des Flußwechsels um die Ausaanasöffnunaen. Im Idealfall
würden die C t> C, Knie der beiden Kurven im Bereich der Schwellwerte scharf
und ausgeprägt sein. In der Praxis brauchen die Schwellwertbereiche nicht scharf
ausgeprägt zu sein. Die beiden charakteristischen Kurven können von der wünschenswerten
Form so weit abweichen, wie durch die gestrichelt gezeichneten Kurven Tx
und Ty der Fi (r. 6 anaedeutet ist. Diese gestrichelten Kurven haben
keine ausgeprägten Schwellwertbereiche. Aus der verhältnismäßig großen Neiguno,
dieser Kurven und der sich teilweise überlappenden Bereiche ist zu erkennen, daß
der Flußwechsel um eine der kleinen öffnungen von einem ereringen Flußwechsel um
eine der Hauptöffnungen begleitet ist. Dies stört bei den bekannten Anordnungen
mit mehreren Öffnungen offensichtlich den einwandfreien Betrieb dieser Anordnungen,
weil bei diesen eine deutlich ausgeprägte und gut getrennte Schwellwertcharakteristik
kritisch ist. Die Anordnung der F i 1 läßt jedoch verhältnismäßig schlecht
definierte Schwellwerteigenschaften zu, da der erfolgreiche Betrieb dieser Anordnung
nur auf der reinen Differenz des Flußwechsels um die beiden Ausgangsöffnungen beruht.
-
Der Wirkungsunterschied des direkten und komplementären Kerns der
F i g. 1 wird mit der Wirkung eines Kerns verglichen, dessen Funktion von
der Ge-
genwart oder dem Fehlen eines Magnetflußwechsels um eine Ausgangsöffnung
abhängt. Es werden gewisse Vorteile des Kerns mit direkter und komplementärer Darstellung
aufgezeigt. F i g. 7 zeigt einen Teil des Kerns 41, der eine Ausgangsöffnung,
42 besitzt, in der eine Wicklung 43 vorgesehen ist. Es ist nur ein Teil des Kerns
dargestellt, da in diesem Kein der interessierende Magnetflußwechsel stattfindet.
Der Ausgangsstrom in der Wicklung 43 wird durch Schaltung des Flusses um die Öffnung
42 erzeugt, und dieser Strom stellt das Ausgangssignal einer binären Eins dar. Eine
binäre Null wird durch das Fehlen eines Flußwechsels um die Öffnung 42 dargestellt,
wenn der Kern zum Zweck der Informationsübertragung an die Last 44, die z. B. ein
anderer Kern sein kann, erregt wird. Wenn kein Magnetflußwechsel zum Zeitpunkt des
Lesevorganges auftritt, so ist kein Strom (oder keine Stromerhöhung) in der Ausgangswicklung
43.
-
Wenn dagegen ein teilweiser Magnetflußwechsel um die Öffnung 42 beim
Ablesen einer Null auftritt, so ist ein geringer Ausgangsstrom vorhanden.
Ob-
gleich der Magnetfluß des Kerns 41 beim Lesen einer Null nominell gesättigt
wäre, erfolgt beim Erregen des Kerns ein geringer Flußwechsel, da der Remanenzfluß
J), etwas geringer ist als die Größe des Sättigungsflusses 0, wie in F i
g. 6 dargestellt, außerdem wegen des Fehlens eines deutlich ausgeprägten
Schaltschwellwertes (F1 in Fig.6). In üblicher Weise ist die Kopplung zwischen dem
Kern 41 und einem die Belastung 44 bildenden folgenden Kern derart, daß eine Magnetflußverstärkung
stattfindet und durch diese Verstärkung auch die Wirkung des teilweisen Flußwechsels
verstärkt wird. Eine Flußverstärkung tritt dann auf, wenn der Flußwechsel in dem
die Belastunor bildenden Kern größer ist als der Flußwechsel in dem treibenden Kern.
Sofern mehrere Kerne vorhanden sind, wie es bei Zählwerken oder Schieberegistern
der Fall ist, wird die teilweise Flußumschaltung bei einem gegebenen Kern in den
folgenden Kernen bis auf einen Punkt verstärkt, bei dem sich in dem System eine
falsche Information einstellt. Mit anderen Worten, das Nutz- zu Störsignal-Verhältnis
nähert sich dem Wert Eins, wenn das Störsignal in nachfolgenden Kernen verstärkt
wird.
-
Der Kern mit direkter und komplementärer Darstellung der Fig.
1. spricht auf teilweisen Magnetflußwechsel nicht an, so daß ein hohes Nutz-
zu Störsignal-Verhältnis erreicht wird. Wie in den Fig. 1 und 8 umgibt
die Ausgangswicklung 24 wirkungsmäßig das Material zwischen den beiden
Öff-
nungen 17 und 19. Daher verbindet keiner der um die Hauptöffnungen
14 und 15 über die inneren Schenkel entweder der Ausgangsöffnungen
17 und 19 oder über die äußeren Schenkel beider Ausgangsöffnungen
geschalteten Flüsse die Ausgangswicklung 24, und in dieser Wicklung wird kein Feld
induziert. Infolgedessen kann die Wicklung 24 genügend hohe Windungszahl aufweisen,
um einen reichlichen Flußgewinn ohne Herabsetzung des Nutz- zu Störsignal-Verhältnisses
sicherzustellen.
-
Bei den meisten Anwendungsfällen der Kernvorrichtungen mit direkter
und komplementärer Darstellung wird der zweistufige binäre Betrieb angewendet, bei
dem entweder eine binäre Eins oder eine binäre Null bei jedem Arbeitszyklus in dem
Kern eingespeichert wird. Auf diese Weise ist bis zum Zeitpunkt des Ablesens der
Magnetfluß um die eine oder andere Ausgangsöffnung 17 und 19 geschlosser.
Während des Lesetaktes (der auch als übertragungstakt betrachtet werden kann) wird
um eine Aust' crangsöffnung ein größerer Magnetfluß als um die andere geschaltet,
wodurch ein Ausgangsstrom ergt wird, der eine hinreichende Amplitude aufzeug weist,
um den Magnetfluß in einem folgenden Kern
umzuschalten. Die Polarität
des Ausgangsstroms hängt davon ab, um welche der Ausgangsöffnungen der größte Magnetfluß
geschaltet wird. In der obigen Beschreibung wurde der positive Ausgangsstrom einer
binären Eins zugeordnet; der positive Strom kann jedoch auch eine binäre Null darstellen,
wobei der negative Strom dann eine binäre Eins darstellt. Auch kann das Ausgangssignal
des Kerns 11 in einem nachfolgenden Kein gegebenenfalls invertiert werden.
-
Die Anordnung der Fig. 1 kann gegebenenfalls auch ternär betrieben
werden. Bei dieser Art stellt ein Strom in der einen Richtung in den Wicklungen
23 und 24 ein erstes Informationselement dar, wührend der Strom in entgegengesetzter
Richtung ein zweites Element der Information darstellt, und das Fehlen eines Stroms
stellt das dritte Informationselement dar. Die Ausgangssignale entsprechend dem
ersten und dem zweiten Element hängen von der Differenz der um zwei Ausgangsöffnungen
geschalteten Magnetflüsse ab. Das dritte Element liegt bei Fehlen eines Umschaltens
des Magnetflusses vor, indessen verursachen Störungen keine Probleme, da die infolge
von unvollkommenen Remanenzeigenschaften des Kernmaterials auftretende ungewollte
Flußänderung die Ausgangswicklung 24 nicht beeinflußt.
-
Die F i g. 9 zeigt eine Stufe eines Schieberegisters mit zwei
Kernen pro Bit, welche mit den erfindungsgremäßen Kernen mit direkter und komplementärer
Darstellung ausgerüstet ist. Es ist erkennbar, daß die Kernelemente 11 a
und 11 b in F i g. 9 wie der Kern 11 der F i
g. 1 ausgebildet sind, und daher sind mit Ausnahme der hinzugefügten Bezeichnungen
a und b (um die beiden Kerne voneinander zu unterscheiden) die gleichen Bezugszeichen
verwendet worden. Die Wicklungen des Kerns unterscheiden sich etwas von denen der
F i g. 9, so daß sie mit unterschiedlichen Bezugszeichen versehen sind. Die
Ausgangswicklung 31 des Kerns lla ist mit der Ein-9 anoswick-luno,
32 des Kerns 11 b verbunden, uni ,t> t2 eine übertragungsschleife
zu bilden. Der Kern lla besitzt eine Eingangswicklung 30, die mit einer vorausgehenden
Stufe verbunden ist, und der Kein llb besitzt eine Ausgangswicklung 33, die
mit einer folgenden Stufe verbunden sein kann. Es ist nur eine Stufe dargestellt,
da die anderen Stufen völlig gleich sind. Zusätzlich zu den Eingangs- und Ausgangswicklunggen
ist einVorbereitungskreis34 vorgesehen, der durch die kleinen Öffnungen der Kerne
hindurchgeht. Jeder der Kerne besitzt eine Blockierwicklung, die mit Taktimpulsen
gespeist wird. Die Blockierwicklungen sind mit 35 und 36 bezeichnet.
-
Das Arbeitsspiel wird unter der Annahme beschrieben, daß ein eine
binäre Eins darstellendes Signal, welches einen positiven Strom in der Eingangswicklung
30 des Kerns lla erzeugt, von einer vorausgehenden Stufe übernommen wird.
Das Ausgangssignal der vorausgehenden Stufe- in der Form eines positiven Stroms
in der Wicklung 30 stellt den Kern 11 in der mit Bezug auf die F i
g. 1 beschriebenen Weise auf eine binäre Eins ein. Alsdann gelangt aus der
Impulsquelle 37 ein Taktimpuls an den Vorbereitungskreis 34, der den Magrietfluß
um die Ausgangsöff-nung 17a umkehrt. Dieser Impuls besitzt eine begrenzte Amplitude,
so daß er den Schwellwert der Hauptflußwege in den Keinen nicht übersteigt. Obgleich
die Umkehr des Magnetflusses um die öffnung17a einen Strom in der Wicklung31 erzeugt,
beeinflußt dieser Strom den Kein llb nicht, da er in diesem Kern keinen Magnetffuß
schalten kann. Alsdann wird ein Impuls von der Impulsquelle 38 auf die Blockierwicklung
35 gegeben, die den Kern lla in die Ruhelage zurückstellt. Hierdurch wird
der Magnetfluß um die Öffnung 17a geschaltet, die mit der Ausgangswicklungo31 gekoppelt
ist, so daß in der Wicklung 31 ein Strom in positiver Richtung fließt. Der
positive Strom hat eine ausreichende Stärke, um den Magnetfluß, des Hauptflußweges
der oberen Hälfte des Kerns 11 b zu schalten. Auf diese Weise wird
eine binäre Eins zu dem Kern llb verschoben. Dem Vorbereitungskreis wird wiederum
ein Strom zugeführt, und alsdann wird ein Taktimpuls von der Impulsquelle
39 auf die Blokkierwicklung 36 gegeben, die einen Strom in der Ausgangswicklung
33 in positiver Richtung hervorruft. Dieser Ausgangsstrom überträgt die eine
binäre Eins darstellende Information auf die folgende Stufe.
-
Der Betrieb der soeben beschriebenen Kernschaltung mit direkter und
komplementärer Darstellung unterscheidet sich von dem in Verbindung mit den F i
g. 1 bis 5 beschriebenen Kern, obgleich die Prinzipien die gleichen
sind. Bei der Schaltungsanordnung nach der F i g. 9 erfolgt die übertragung
des Magnetflusses durch Erregung der Kreise 35 und 36,
und der abgelesene
Impuls der F i &-. 1 wird zur Vorbereitung (F i g. 8) benutzt,
um den Magnetflußzustand umzukehren, so daß die Flußumkehr zur übertragungszeit
die Ausgangswicklung beeinflußt. Es ist vorteilhaft, den Magnetfluß mittels eines
Stroms in den Wicklungen 35 und 36 zu übertragen, da die Amplitude
dieses Stroms nicht begrenzt zu werden braucht und daher eine ausreichende Ausgangsleistung
zur Verfügung steht.
-
Es ist zu erkennen, da-ß bei dem oben beschriebenen Schieberegister
die Taktimpulse der beiden Wicklungen 35 und 36 sowie des Vorbereitungskreises
34 stets eine konstante Belastung haben. Dies kommt daher, daß jeder Kern mit direkter
und komplementärer Darstellung stets durch einen Strom in der einen oder anderen
Richtung in der Eingangswicklung eingestellt wird, so daß zum Zeitpunkt der Taktimpulse
in jedem der Keine stets eine binäre Eins oder eine binäre Null vorhanden ist. Infolgedessen
können die Taktimpulse erzeugenden Stromkreise als Spannungsschalter ausgebildet
sein. Wenn die Kerne eines Registers für die Taktimpulse keine konstante Belastung
darstellen, wie es bei bekannten Registern aus Kernen mit mehreren öffnungen der
Fall war, so ist es notwendig, Taktimpulsquellen mit konstantem Strom zu verwenden,
die beträchtlich teuerer sind und die bedeutend mehr Leistung als ein einfacher
Spannungsschalter erfordern.
-
Die Wicklung 31 verknüpft die Magnetflußwegge um die öffnungen
17 a und 19 a gegensinnig in Reihe, und ebenso verknüpft die Wicklung
33 die Magnetflußwege um die Öffnungen 17b und 19b gegensinnig
in Reihe. Wie oben erwähnt, ist der Vorbereitungsstrom in der Amplitude begrenzt,
so daß er den Schaltschwellwert der Wege um die Hauptöffnungen der Kerne lla und
Ilb nicht übersteige. Wird aber der Vorbereitungsstrom zu groß, z. B. bei Änderungen
der Betriebsspannungen, so kann er den Magnetfluß um die Ausgangsöffnung,
die nicht eingestellt ist, teilweise umschalten und außerdem den um die Ausgangsöffnung
eingestellten Magnetfluß umkehren.
Wenn z. B. vor der Vorbereitung
um die öffnung 17a ein geschlossener Magnetfluß und um die Öffnung 19
a ein unterbrochener Magnetfluß vorhanden ist, so bewirkt der zu hohe Vorbereitungsstrom
eine Magnetflußänderung um die Öffnung 19 a und kehrt den Magnetfluß um die
Öffnung 17a um. Solan(Te jedoch der nachfolgende Blockierimpuls in der Wicklung
35 beträchtlich mehr Magnetfluß um die Öffnung 17a als um die Öffnung 19a
schaltet, wird ein eine binäre Eins darstellendes Ausgangssignal auf den Kern11b
übertragen. Eine Flußverstärkung wird dadurch erreicht, daß die Wicklung
31 mehr Windungen als die Wicklung 32 besitzt, und diese Verstärkung
gleicht jeden Flußverlust, der durch das Schalten des Magnetflusses um beide Ausgangsöffnungen
17a und 19a entsteht, aus. Eine Erhöhung der Betriebsspannung bewirkt ebenfalls
eine Zunahme der Magnetflußverstärkung, wodurch den Flußverlusten ebenfalls entgegengewirkt
wird. Auf diese Weise hilft die Verstärkung ein angemessenes Nutz- zu Störsignal-Verhältnis
aufrechtzuerhalten und das Nutz- zu Störsignal-Verhältnis nicht herabzusetzen, wie
es bei der teilweisen Magnetflußschaltung eines Kerns der F i g. 7 auftreten
würde. Jede Flußänderung in den Kernen der F i g. 9, die sich bei unvollkommenen
Remanenzeigenschaften des Kernmaterials ergibt, koppelt die Ausgangswickluneren
31 und 34 nicht miteinander, so daß die Arbeitsweise der Kerne, wie eben
beschrieben wurde, nicht nachteilig beeinflußt wird.
-
In gleicher Weise ist die Anordnung mit direkter und komplementärer
Darstellung gegenüber Veränderungen der Umgebungstemperatur weniger empfindlich
als ein Kein nach F i g. 7. Ein Ansteigen der Temperatur würde bewirken,
daß die reine Größe des in dem Magnetfluß mit direkter und komplementärer Darstellung
zur übertragungszeit geschalteten Magnetflusses etwas vermindert ist, dieser Verlust
wird jedoch durch die Magnetflußverstärkung zwischen den Kernen ausgeglichen. Andererseits
kann eine Temperaturzunahme eine teilweise Magnetflußschaltung in dem Kein 41 hervorrufen,
welche durch die Magnetflußverstärkung zwischen den Kernen nachteilig vergrößert
wird.
-
F i g. 10 zeigt eine andere Ausführungsform einer Anordnung
mit direkter und komplementärer Darstellung gemäß der Erfindun '-. Diese Anordnung
gleicht derjenigen der F i g. 1. An Stelle eines Kerns sind jedoch zwei Keine
46 und 47 vorgesehen. Die Keine sind ringförmig ausgebildet und bilden auf diese
Weise pro Kein zwei geschlossene Hauptflußwege. In dem Kein 46 ist eine Ausgangsöffnung
48 und in dem Kein 47 eine andere Ausgangsöffnung, 49 vorhanden. Diese Öffnungen
bilden in dem umgebenden Material kleine, geschlossene Magnetflußwege, die kürzer
als die Hauptflußwege um die großen Öffnungen 51 und 52 sind. Eine
Eingangswicklung 53 umfaßt die ringförmigen Teile der beiden Keine in entgegengesetzten
Richtungen, und auf diese Weise werden die beiden Hauptflußwege in entgegengesetzter
Richtung miteinander verknüpft. EineAusgangswicklung54 geht in entgegengesetzten
Richtungen durch die beiden Ausgangsöffnungen 48 und 49, und auf diese Weise werden
die beiden kleinen Magnetflußwege in entgegengesetzter Richtung miteinander verknüpft.
Für die Eingabe einer binären Eins fließt in der Eingangswicklung 53 ein
Strom in der einen und für die Eingabe einer binären Null ein Strom in entgegengesetzter
Richtung. Der Eingangsstrom schließt den Magnetfluß um eine der Ausgangsöffnungen,
und dieser Magnetfluß wird umgekehrt, um einen Ausgangsstrom in der Wicklung 54
zu erzeugen. Die Richtung des Ausgangsstroms hängt davon ab, um welche der öffnungen
48 und 49 der größte Magnetfluß geschaltet worden ist. Der Magnetfluß an den Ausgangsöffnungen
wird durch Zuführung eines Stroms zu der Lesewicklung 55 umgekehrt, die in
der gleichen Weise wie die Lesewicklung 28 der F i CG. 1 arbeitet. Eine Rückstell-oder
Blockierungswicklung 56 wird erregt, um beide C, el Kerne in einen Bezugszustand
zu bringen, in dem C ZD der Magnetfluß über die beiden Hauptöffnungen
51
und 52 geschlossen und über die beiden Ausgangsöffnungen 48 und
49 unterbrochen ist.
-
Ein Unterschied zwischen der Anordnung der F i g. 10 und derjenigen
der F i g. 1 besteht darin, daß die Ausgangswicklung 54 der F i
g. 10 die teilweisen Magnetflußschaltungen um die Ausgangsöffnungen 48 und
49 unterdrückt, wogegen die Aus-(Yangswicklung 24 der F i g. 1 durch teilweise
Magnet-C flußschaltungen, wie oben beschrieben, nicht beeinflußt wird. Infolgedessen
ist es zweckmäßig, daß die beiden Kerne 46 und 47 zueinander passend ausgesucht
werden, d. h. aus dem gleichen Material hergestellt sind und die gleichen
Hystereseeigenschaften aufweisen. Die Einzelkernausführung der F i g. 1 hat
den Vorteil, daß sie insgesamt aus dem gleichen Material besteht, so daß die Anpassung
kein Problem ist; außerdem ist es einfacher und weniger kostspielig, eine logische
Einrichtung mit einem einzelnen Kern als mit zwei Kernen aufzubauen. Ein weiterer
Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen besteht darin, daß die Anordnung
der F i g. 1,0 keine Trennung zwischen der Eingangswicklung 53 und
der Rückstellwicklung 56 besitzt, wogegen bei der Anordnung der F i
g. 1 die Eingangsöffnungen 16 und 18 die Eingangswicklung
23
von der Rückstellwicklung29 wirksam isolieren. Die Eingangsöffnungen können
jedoch auch in zwei Kernen 46 und 47 vorgesehen werden, um gegebenenfalls eine derartige
Isolierung zu schaffen.
-
Auf diese Weise hat die Anordnung mit direkter und kompleinentärer
Darstellung gemäß der Erfindung viele Anwendungsmöglichkeiten und verschiedene bedeutende
Vorteile. Ihre einwandfreie Arbeitsweise ist beträchtlich wenioer von der Schwellwertcharakteristik
des magnetischen Materials abhängig, als bei bekannten Anordnungen, arbeitet über
einen großen Temperaturbereich betriebssicher und erfordert keine strengen Toleranzen
der Amplitude und Wellenform der Taktimpulse. Sie stellt eine Anordnung zum Speichern
und übertragen von direkten und komplementären Signalen dar, die die Auslegung von
Schaltungen zur logischen Verknüpfung vereinfacht. Die Anordnung stellt für die
Taktimpulse eine konstante Belastung dar, so daß es möglich ist, die die Taktimpulse
begrenzenden Stromkreise zu vereinfachen. Die Gestaltung des Kernelementes ist unkompliziert
und kann wirtschaftlich mit einem hohen Grad an Gleichmäßigkeit des Erzeugnisses
und der Betriebssicherheit hergestellt werden.