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Gegenstand der Erfindung ist eine bistabile Kippschaltung, die einen
bei Ausfall der Betriebsspannung vorhandenen Kippzustand beibehält, mit zwei Transistoren,
deren Kollektorkreise je an ein Ende einer Wicklung eines Ferritkerns mit angenähert
rechteckiger Hystereseschleife angeschlossen sind, während die beiden Transistoren
gemeinsame Kollektorspeisespannung an eine Mittelanzapfung der Wicklung angeschlossen
ist und zwischen den Kollektorkreisen und den Basiskreisen der Transistoren Rückkopplungswege
vorgesehen sind.
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In digitalen elektronischen Steuer- und Rechenanlagen werden als Speichereinrichtungen
außer 'an= deren auch bistabile Multivibratoren oder Ferritringkerne benutzt. 'Abgesehen
von den Kosten haben diese beiden an sich bekannten Speichereinrichtungen einige
Vor- und Nachteile.
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Speicher aus bistabilen Multivibratoren sind statisch und dynamisch
auswertbar, verlieren jedoch bei Unterbrechung der Betriebsspannung ihre Information.
In Speichern aus Ferritringkernen bleibt bei einer Unterbrechung der Betriebsspannung
die Information erhalten, sie sind jedoch nur dynamisch auswertbar: Es sind auch
Schaltungen bekannt, bei denen in den Hauptstromkreis der Transistoren eines bistabilen
Multivibrators ein ferromagnetischer Kern aus Ferritmaterial mit rechteckförmiger
Hysteresisschleife mit zwei gegensinnigen Wicklungen eingesetzt ist. Hierbei ergibt
die Impedanz im ursprünglich geschalteten bzw. gesperrten Transistorzweig des Flip-Flops
beim Wiedereinschalten eine Unsymmetrie, die das Flip-Flop in den vor dem Ausschalten
vorhandenen Schaltzustand zwingen soll. . --- -Diese Schaltungen sind in, ihrer
:Wirkungsweise unter anderem abhängig von der Steilheit des Anstiegs der Versorgungsspannung
beim Wiedereinschalten, so daß sie im allgemeinen nur dadurch sicher wirksam gemacht
werden können, daß sie zusätzliche Rückkopplungswicklungen erhalten. Diese zusätzlichen
Wicklungen machen Schwierigkeiten bei der Unterbringung auf einem - Ringkern und
sind teuer in ihrer Herstellung.
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Die Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer wohlfeileren Speichereinrichtung,
welche statisch auswertbar ist und bei einer Unterbrechung der Betriebsspannung
ihre Information beibehält. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jedes Spulenende
über je eine Diode (D1, D2) mit der Belegung je eines Kondensators (C1, C2) verbunden
ist, die über je eine weitere Diode (D:,', D2) mit der Basisspannungszuführung je
eines der Transistoren verbunden ist, und die andere Belegung der Kondensatoren
an eine der Kollektorspeisespännung (- Ub) gleiche, aber von ihr unabhängige
Spannung (- U,) angeschlossen ist, die über verzögernde elektronische Schalter zugeführt
ist, die beim Wiedereinsetzen der Betriebsspannung die Spannung (U,) kurzzeitig
herabsetzen.
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Der Ferritkern wird dabei in dem jeweiligen stabilen Schaltzustand
des Multivibrators entsprechenden Richtung magnetisiert. Nach einer Unterbrechung
der Betriebsspannung des Multivibrators wird bei deren Wiedereinschalten durch Rückkopplung
der Wicklungen des Ferritkerns auf die Steuereingänge der bistabile Multivibrator
in den vorher innegehabten Schaltzustand gekippt.
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Die Erfindung wird an Hand der A b b. 1 bis 3 erläutert. A b b. 1
zeigt die Grundschaltung eines einfachen mit Transistoren T1 und T2 bestilrkten
bistabilen Multivibrators, der außerdem einen bewickelten Ferritringkern FKi enthält.
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3 Um zu erreichen, daß die Anordnung die mit der Erfindung beabsichtigte
Wirkung hat, muß der Ferritkern aus einem Material bestehen, das eine angenähert
rechteckige Hysteresisschleife besitzt, und müssen die Windungszahlen der Teilwicklungen
W1 und W2 so bemessen sein, daß in den stabilen Schaltzuständen des Multivibrators
die magnetische Durch flutung ausreicht, um den Kern bis in die Sättigung umzumagnetisieren.
-Der aus den Transistoren T, und T2 bestehende bistabile Multivibrator ist an eine
symmetrisch aufgebaute Gleichstromquelle angeschlossen, die ihm die Betriebsspannung
+Ub und -Ub zuführt. Die Spannung Null dieser Stromquelle liegt an Masse M. Werden
diesem Multivibrator Spannungsimpulse Ui zugeführt, dann wird abwechselnd der Transistor
T1 oder T2 leitend. In dem Stromkreis dieser beiden Transistoren ist die durch eine
gestrichelte Linie gekennzeichnete Einrichtung eingebaut. Der ringförmige Ferritkern
FKi ist mit den beiden Wicklungen W1 und W2 versehen, die insgesamt eine durchgehende
Wicklung mit Mittelabgrif darstellen; die Wicklung W1 liegt :1 Stromkreis des Transistors
T1, entsprechend die Wicklung W2 im Stromkreis des Transistors T2. Je nachdem, welcher
der beiden Transistoren durch den Steuerimpuls Ui leitend gemacht wird,. wird die
Spule W1 oder W2 von einem solchen Strom durchflossen, daß der Ferritkern FKi entweder
im Uhrzeigersinn oder diesem entgegengesetzt magnetisiert wird. Der Ferritkern wird
durch in die Schaltung gegebene Steuerimpulse Ui ständig ummagnetisiert; aber er
behält die ihm zuletzt aufgedrückte Magnetisierungsrichtung beim Abschalten der
Betriebsspannung Ub bei, die der Information des bistabilen Multivibrators vor deni
Abschälten der Spannung entspricht.
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Es ist wesentlich; daß in der Speichereinrichtung beim Wiedereinschalten
der Betriebsspannung Ub der Informationsinhalt wieder eingestellt wird, den der
Multivibrator vor dem Abschalten besaß.
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Zunächst kippt der bistabile Multivibrator in einen beliebigen Schaltzustand.
Wenn dieser der Magnetisierungsrichtung des Ferritkerns aus der Zeit vor dem Abschalten
der Betriebsspannung Ub entspricht, ist der Multivibrator in den »richtigen Schaltzustand«
gekippt. Ist dieser neue Schaltzustand der Magnetisierungsrichtung des Ferritkerns
aus der Zeit vor dem Abschalten entgegengesetzt; dann ist der Multivibrator in den
»falschen Schaltzustand« gekippt.
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Falls der Multivibrator beim Wiedereinschalten in den -»falschen«
Schaltzustand kippt, wird eine Ummagnetisierung des Kerns FKi bewirkt, durch welche
in den Wicklungen W1 oder W2 eine Spannung induziert wird. Je nach der Richtung
der Feldänderung in dem Ferritringkern (die sich aus dem Schaltungszustand des Multivibrators
vor dem Abschalten der Spannung Ub ergibt) wird entweder der Kondensator C1 über
die Diode D1 oder der Kondensator C2 über die Diode D2 aufgeladen.
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Für die Wiederherstellung des »richtigen« Schaltzustandes aus diesem
»falschen« können die in den Wicklungen W1 oder W2 induzierten Spannungen benutzt
werden, die in den Kondensatoren C1 oder C2 als Ladungen zur Verfügung stehen. Zu
diesem
Zweck wird die Spannung US, die etwa dieselbe Größe wie die
Betriebsspannung Ub besitzt, kurzzeitig auf Null herabgesetzt: Dabei entlädt sich
der aufgeladene Kondensator C1 bzw. C2 über die Diode D,' bzw. D2' auf die Basis
des Transistors T1 bzw T2, der dadurch gesperrt wird und infolgedessen den bistabilen
Multivibrator in den richtigen Schaltzustand kippt.
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Durch das Aufladen der Kondensatoren Cl bzw. C2 und die Schaltmaßnahmen
mit der Spannung US wird .erreicht, daß die in der Wicklung des Kerns FKi induzierte
Spannung mit zeitlicher Verzögerung--auf den Steuereingang wirkt. Dieses ist für
ein sicheres Funktionieren der Anordnung nach der---Erfindung erforderlich, .die
eine .direkte Kopplung der in der Kernwicklung induzierten Spannung auf den Steuereingang
zu einer sofortigen Änderung des Kollektorstroms führen würde. Dies wiederum würde
eine Flußänderung im Kern FKi bewirken, wodurch die Umschaltung des bistabilen Multivibrators
gefährdet wäre. Weiterhin wird durch diese Maßnahme erreicht, daß der Kern FKi nur
beim Einschalten der Betriebsspannung in der beschriebenen Weise wirksam wird, nicht
aber im normalen Betrieb des bistabilen Multivibrators, so daß dessen Wirkungsweise
nicht beeinträchtigt wird.
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In A b b.1 bedeuten Bi, B2 ... Anschlüsse der Basis; S
... Stelleingang.
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A b b. 2 zeigt den beschriebenen Vorgang im Diagramm. In A b b. 2
a ist dargestellt, wie die Spannungen -I- Ub; - Ub und US beim Abschalten
der Betriebsspannung im Zeitpunkt ta zusammenbrechen und auf Null zurückgehen. Beim
Wiedereinschalten (Ab b. 2 b) nehmen diese Spannungen vom Einschaltzeitpunkt
t, an zu und erreichen bei t1 ihre ; Spannungshöhe, die sie vor dem Abschalten besaßen.
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Man erkennt nun, daß während einer kurzen Zeit t" die Spannung US
dieselbe Höhe wie - Ub besitzt, daß sie dann im Zeitpunkt t2 auf Null zurückgeht
und anschließend wieder dieselbe Höhe wie - Ub einnimmt.
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Gleichzeitig zeigt A b b. 2 c den »falschen Schaltungszustand« nach
dem Wiedereinschalten gegenüber dem vorhandenen entsprechend der Magnetisierung
von FKi. Es entsteht infolgedessen zwischen t1 und t2 in den Wicklungen des Kerns
FKi eine hohe induktive Spannung UWi bzw. UW2, die, wie oben beschrieben wurde,
die Kondensatoren C1 bzw. C2 auflädt. Nach dem Zeitpunkt t2, wenn also US auf Null
zurückgegangen ist, besorgt diese Aufladespannung das Zurückkippen des Multivibrators
in den »richtigen Schaltzustand«.
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A b b. 2 d zeigt im Gegensatz zu A b b. 2 c die Vorgänge beim Kippen
in den ».richtigen Schaltzustand«, d. h., daß der Schaltzustand nach dem Wiedereinschalten
der vorhandenen Magnetisierungsrichtung von FKi entspricht. In diesem Fall entsteht
in den Wicklungen des Kern FKi nur eine geringe Spannung UWi bzw. UW2, die aber
außerdem im Zeitpunkt t1 schon wieder abgeklungen ist. Sie kann infolgedessen die
Kondensatoren nicht aufladen.
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Es mag zunächst scheinen, daß die Verwendung der Schaltspannung US
einen zusätzlichen Aufwand darstellt. Man muß aber berücksichtigen, daß fast nie
ein einziger derartiger Multivibrator als einzelne Speichereinrichtung auftritt,
sondern daß stets eine Vielzahl solcher Speichereinrichtungen zu elektronischen
Zählern, Schieberegistern oder anderen Gesamtschaltungen .vereinigt werden. In diesem
Fall werden aber sämtliche Schaltanschlüsse US untereinander verbunden und gemeinsam
umgeschaltet.
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Eine solche Einrichtung zeigt die A b b. 3, bei der mehrere Multivibratoren
der A b b.1 zu einer binärverschlüsselten Zähldekade zusammengeschaltet sind. Hierbei
ist die Zähldekade als Blockschaltbild dargestellt, zu dessen Erläuterung die Schaltung
des Multivibrators der A b b.1 in der A b b.1 a ebenfalls als Blockschaltbild wiedergegeben
ist. Die dort angegebenen Bezeichnungen entsprechen den Anschlußbezeichnungen der
A b b. 1. L und O sind die beiden stabilen Zustände, in die der Multivibrator kippen
kann.
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Vor allem geht aus A b b. 3 hervor, wie die Schaltspannung US und
die Betriebsspannung Ub gesteuert werden, damit die Multivibratoren beim Wiedereinschalten
in den richtigen Schaltzustand kippen. Die von der Stromquelle kommende Spannung
UN wird zunächst einem elektronischen Schalter ST zugeführt, der bei
einer bestimmten Spannungshöhe einschaltet und bei deren Unterschreiten wieder ausschaltet.
Dieser elektronische Schalter ST ist auch unter der Bezeichnung »Schmitt-Trigger«
bekannt. Er schaltet vor allem die Betriebsspannung Ub ein und sorgt dafür, daß
die Betriebsspannung konstant ansteigt. Dies ist notwendig, damit die in den Wicklungen
des Kerns FKi induzierten Spannungen UWi bzw. UW2 stets dieselbe Größe erhalten.
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Außerdem schließen sich an den Schalter ST noch zwei monostabile Multivibratoren
MM, und MM2 an, mit deren Hilfe das verzögerte kurzzeitige Umschalten der Spannung
US erreicht wird, wie es in A b b. 2 b diagrammatisch dargestellt ist. Die Schaltzustände
dieser Multivibratoren sind mit 0 und S gekennzeichnet.
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Es sind weiterhin zwei Impedanzwandler 1W1 und 1W2 vorhanden,
die dafür sorgen, daß eine große Anzahl von bistabilen Multivibratoren parallel
angeschlossen werden kann. Da sämtliche dieser Multivibratoren einer Anlage parallel
geschaltet werden können, sind die in A b b. 3 dargestellten Hilfsschaltungen nur
einmal erforderlich, so daß der zusätzliche Aufwand auf die Gesamtheit bezogen nur
gering ist.