DE1762221C3 - Ausfallsicheres binäres Schaltnetz - Google Patents

Description

Die E.tlimiting betrifft ein ausfällsicheres Schaltnetz, das eine (iruppe von ausfallsichereii elementaren Verknüpfungsgliedern enthüll, die von einer Eingangssliifc mit einer gegebenen Schaltfunklion angesteuert werden, und das bei Ausfall eines der Verkniipfungsgliedei ein Atisgangssignal mit einem delinierlen Binürwcil abgibt.

Ein digitales Schaltnetz wird normalerweise unter Verwendung von Verknüpfungsgliedern wie /.. B. ODER-Schaltungen, Nicht-Schallungen, UND-Schaltungen usw. aufgebaut. Zur Erfüllung strenger Sicherheitsbestimmungen für die Einrichtungen oder für die menschliche Umwelt, beispielsweise bei einem Datenvii al !leitungssystem oder einer Regeleinrichtung, die aiii Realzeilbasis arbeilet, einer Regeleinrichtung für einen Kernreaktor oder einer Regeleinrichtung zur Fernsteuerung von Bewegungen, sind ausfallsichere Schaltnetze erforderlich, die ein vorgegebenes Ausfallsignal bei Ausfall eines der elementaren Verknüpfungsglieder abgeben. Wenn jedoch in einem Verknüpfungsglied ein Fehler auftritt, z. B. bei Unterbrechung oder Kurzschluß, können sich die binären Ausgangswerte »1« und »0« jeweils mit gleicher Wahrscheinlichkeit ergeben. Folglich kann man nicht voraussagen, welcher Ausgangswert des Schaltnetzes bei Ausfall erscheint.

Zur Ausschaltung dieser Mehrdeutigkeit des Ausgangswertes bei Ausfall eines elementaren Verknüpfungsgliedcs ist es bekannt (»British Communications and Electronics«, Nov. 1%2, S. 836 bis 840, und »AEG-Mitteilungen« 56 [1966], S. 149 bis 151), im Schaltnetz nur solche ausfallsichere Verknüpfungsglieder zu verwenden, die bei einem Fehler stets den einen, ungefährlichen Binärzustand (»0«) annehmen.

Dies stellt jedoch eine erhebliche Einschränkung des Schaltnetzes bei der Realisierung gewünschter Schaltfunktioncn dar.

Damit bei Verknüpfungsschaltungen, bei denen es auf absolute Zuverlässigkeit der Verknüpfungsglieder ankommt, verhindert wird, daß ein falsches Signal unbemerkt erzeugt wird, ist es auch bekannt, die Schaltungen mit Verknüpfungsgliedern antivalent, d. h. zweikanalig aufzubauen (deutsche Auslegeschriften I 182 451 und 1 174 360). Hierbei entspricht einem

v> Verknüpfungsglied in dem einen Kanal, beispielsweise einem UND-Glied, entsprechend dem dcMorganschen Theorem ein ODER-Glied in dem anderen Kanal, wodurch die Möglichkeit besieht, durch eine Antivalenzkontrolle jeden auftretenden Fehler zu

is erkennen. Diese bekannten Schaltungen sind aber niehl ausfallsicher in dem Sinne, daß bei Ausfall eines der Verknüpfungsglieder mit Sicherheit ein Ausgangssignal mit einem delinierten Binärwerl erzeugt wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines ausfallsichereii, d. h. im Falle eines Fehlers stets einen delinierlen Ausgangszusland annehmenden Schaltnetzes, das aus verschiedenartigen Verknüpfungsgliedern aufgebaut sein kann, von denen bei Ausfall die einen ein (/-Signal und die anderen ein I-Signal liefern.

is Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Schaltnetz der eingangs angegebenen Art dadurch, daß eine zweite Eingangsslufe mit der gleichen Schaltfunklion wie diejenige der ersten Eingangsstufc mit der (iruppe der Verknüpfungsglieder verbunden ist, welche bei

so ihrem eigenen Ausfall stets ilen binären Ausgangszusland »I« annimmt, während die erste Eingangsslufe bei ihrem Ausfall stets den entgegengesetzten Au.sgangszusland »0« annimmt.

In Weiterbildung der Erfindung sind in der < iruppe

ss von Verknüpfungsgliedern jeweils die Verkniipfiingsglieder vor und nach einer Nicht-Schaltung so ausgebildet, daß sie bei Ausfall jeweils wechselweise unterschiedliche Ausgangszusläiule haben. Diese Anordnung der Verknüpfungsglieder läßt sieh als »Kas-

(KJ kaden-Wechsclanordnung« bezeichnen.

Der wesentliche Fortschritt der Erfindung gegenüber bekannten ausfallsichereii Sehalliietzen besieht darin, daß durch die Ausfallsicherheil keine wesentlichen Beschränkungen im Aufhau des Schallnelz.es

(>s in Kauf genommen werden müssen. Das Schaltnetz kann also flexibel den jeweiligen VerkniipfungserlOrdeinissen angepaßt werden.

Der Grundgedanke der Erfindung wird aus der

folgenden Einzelbeschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verständlich. Es stellt dar

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Schaltnetzes,

Fig. 2 und 3 Blockschaltbilder von Ausführungsformen der Erfindung, die für dieselbe Aufgabe wie das Schaltnetz nach F i g. 1 brauchbar sind.

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines bekannten Schaltwerks,

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, die die Schaltung nach F i g. 4 ersetzt.

Fig. 6 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des schaltungsgemäßen Aufbaues des Systems nach der Erfindung,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit Fehlernachweiseigenschaften,

F i g. 8 ein Schaltbild eines bekannten Parametronkreises,

F i g. 9 ein Schaltbild für eine Ausführungsform eines ausfallsicheren Parametronkreises nach der Erfindung,

Fig. 10(A), K)(B) und 11 Schaltbilder zur Erläuterung weiterer Ausführungsformell ausfallsicherer Parametronkreise nach der Erfindung,

Fig. 12 ein Schaltbild zur Erläuterung der Wirkungsweise des Parametronkreises nach Fig. 11,

Fig. 13 ein Schaltbild zur Erläuterung weiterer ausfallsicherer Parametronkreise nach der Erlindung und

Fig. 14(A) und 14(B) Blockschaltbilder zur Erläuterung des Schaltungsaufbaues eines elementaren Verknüpfiingsgliedcs für ein System nach der Erlindung.

In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß eine ausfallsichere Verknüpfungsschaltung mit »O«-Ausfallz.ustand bei einem Unterbrechung- oder Kurzschluß in einem Verknüpfungsglied immer einen logischen Ausgangswert »0« abgibt. Entsprechend gibt eine ausfallsichere Schaltung mit »!«-Ausfallziistand bei Unterbrechung- oder Kurzschluß eines Verknüpfungsgliedes immer einen logischen Ausgangswerl »I« ab. Zunächst wird ein vollständiges ausfallsicheres System unter Verwendung ausfallsicherer Verknüpfungsglieder mit »()«- und »!«-Ausfall/usland erläutert. Sodann werden spezielle Ausführungsbeispiele solcher Schaltnetze beschrieben. In der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen sind folgende Symbole benutzt:

Oder-Schallung.

Und-Schaltung.

Nicht-Schaltung.

Eine /-te Oder-Schaltung mit »O«-Aiis

/ustaiul.

Eine /-te Oder-Schallung mit »!«-Aus

zustand.

Eine /-te Und-Schaltung mit »O«-Ausf

zustand.

Eine /-te Uiid-S(.halliiug mit »Iu-Ausf

/!island.

Eine i-te Nicht-Schaltung mit »t)«-Ausl'

/ustaiul.

Eine i-te Nieht-Schaltimu mit »!«-Ausf

/uslaiul.

Nach dieser Bczcichiumgswcisc werden die lnde\- /ahleu »m nacheinander von der Ausgangsseile aus gezählt. Die üczugszcichcn ι,- \., / . geben Hngangs- oder Ausgangsgrößen an. und die Bezugszeichen °.v„ ¹V,... stellen Veränderliche dar. die einen jeweiligen Ausfallzustand »0·< oder »1« aufweisen.

Zur Verdeutlichung der Merkmale der Erfindung ist zunächst in Fig. 1 ein bekanntes Schaltnet/ dargesteilt. Dieses System bildet eine logische Funktion / = V₁V, + (.v, + .Vi). Da nach der obigen Erläuterung die logischen Ausgangswerte »1« und »0« jeweils mit gleicher Wahrscheinlichkeit auftreten, wenn ein Verknüpfungsglied des Schaltnetzes einen binären Fehler aufweist, kann man nicht eindeutig vorherbestimmen, welchen Ausgangswert das Sv stein in einem Ausfallzustand abgibt.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung zur Erfüllung der gleichen Aufgabe wie das System nach F i g. 1 mit einer Eingangsstufe 10 des »O«-Ausfallzustandcs. einer Eingangsstufe 11 des »1 «-Ausfallzustandes und mit einer Gruppe°t^: von Verknüpfungsgliedern. Die Eingangsstufen 10 und 11 haben den gleichen funktionalen Aufbau. Die Verkniipfiiiigsglieder sind jeweils ausfallsiehere Kreise der oben beschriebenen Art. Dabei sind jeweils \or und nach einer Nicht-Schaltung"/V, wechselweise ein »0«-Aiisfallzustand-Verknupfungsglied¹^, und ein »lo-Ausfall/.ustand-Verknüpfungsglied ¹V₄ in Reihe geschaltet. Diese Schaltungsart, bei der jeweils mindestens ein »Οκ-Ausfall/.ustand-Verknüpfungsglied und mindestens ein »!«-Ausfallzustund-Verknüpfungsglied \or und hinter einer Nicht-Schaltung innerhalb eines jeden Signalkanals zwischen dem Ausgangsanschlul.t und dem Eingangsaiischluß wechselweise in Reihe geschaltet sind, wird als Kaskaden-Wechselanordnung bezeichnet.

Das Schaltnet/ nach Fig. 2 hat einen »0«-Auslall-/ustand. d. h.. es gibt beim Auftreten eines Fehlers in einer der Stufen bzw. Vcrkiiüpfungsglicdcr 10. II. \.. V₁. N₁ und v₄ einen Signalwert »0« ab. Damit man diesen Ausgangswert »0« erhält, ist die Oder-Schaltung \, ein Verknüpfungsglied ⁰V₁ mit einem »O«-Ausfallzustand. die Und-Schaltung \_: ein Verknüpfungsglied "\, mit einem »Ou-Ausfullzustaiid und die Nichtschaltung/V, ein Verknüpfungsglied ".V, mit einem »l)«-Aiisfallzusland. Da die Nicht-Schaltung"λΊ einen Hngangswerl »I« zur Abgabe eines Ausgangswortes »0« erhalten niuü, wenn ein Ausfall in dem unmittelbar vorhergehenden Verknüpfungsglied v₄ auftritt, muli das Verknüpfungsglied v₄ einen »lu-Ausfall-/ustand haben. Das heißt, die vor und nach der Nicht-Schaltung"N, befindlichen Verkniipfuiigsglieder müssen demnach unterschiedliche Ausfall/ustäiule »I« und »0« besitzen. Wenn innerhalb des Sehaltiietzes eine Mehrzahl von Nicht-Schaltungen vorhanden sind, wird der Aufbau so getroffen, daß jeweils vor und hinter einer jeden Nicht-Schaltung unterschiedliche Ausfallzustände »l-< und »0« der ein/einen Kreise vorhanden sind. Die Eingangsstufe 10 mit »O«-Ausfal!zustand ist an das Verknüpfungsglied"\, mit »((«-Ausfallzustand und die Eiiigangsslufc Il mit »lu-Ausfall/usland an das Verknüpfungsglied \₄ mit »I «-Ausfall/ustand angeschlossen.

Auf Grund dieser Schaltungsanordnung gibt das Schallnet/ nach !■' i g. 2 immer den Signalwert »0« ab, wenn ein Ausfall in irgendeinem Verknüpfungsglied der v.!ruppe"l' oiler der Eiiigangsstiifeii 10 und Il aultritt. Wenn (alternativ) die jeweiligen Verknüpfungsglieder V₁. \>, /V₁ und v₄ sowie die Eingangsstufen 10 und 11

jeweils einen entneuenneset/tcn

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Ausfallzustand erhalten, bekommt das System nach F i g. 2 einen »!«-Ausfallzustand.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Gründung in der Technik eines doppcltausgclegten Schaltnetzcs. Dabei sind die Eingangsstufc IO mit »O«-Ausfallzustand und die Eingangsstufe 11 mit »!«-Ausfallzustand sowie die Gruppe"(.' den entsprechenden Schaltkreisen der F i g. 2 gleich. F.ine Gruppe ¹U von Verknüpfungsgliedern dien! zur Durchführung der gleichen logischen Funktion wie die Gruppe ⁰Ii. gibt jedoch einen Ausgangswert ' / bei Ausfall eines Verknüpfungsgliedes ab. Innerhalb der Gruppe ' U findet das genannte Prinzip der Kaskaden-Wechselanordnung vor und hinter einer Nicht-Schaltung ¹JV, Anwendung. Die Eingangsstufc 10 und die Gruppe "I' haben »O«-Ausfallverhalten und die Hingangsstufe II sowie die Gruppe 'U »!«-Ausfallverhalten. Jeweils eine Kombination der Eingangsstufc 10 und der Gruppe ⁰U sowie eine Kombination der F.ingangsstufe H und der Gruppe ¹U dienen zur Durchführung der gleichen logischen Funktion. Folglich stellt diese Ausführungsform der Erfindung ein vollständiges doppeltausgelegtes System für eine ausfallsichere logische Funktion dar.

Der Grundgedanke der Erfindung kann auf ein ausfallsicheres Schaltwerk Anwendung finden.

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines bekannten Schaltwerks in Form einer bistabilen Kippschaltung. Dabei ist die Verzögerungszeit einer Verzögcrungsschaltung D₂ der Eingangsimpulsperiode an dem Fingangsanschluß / gleich. Jeweils für zwei Eingangsimpulse der Wertigkeit »1« an dem Eingangsanschluü / wird ein Ausgangsimpuls der Wertigkeit »1« an den Ausgangsanschluß 0 abgegeben.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die die gleiche logische Funktion wie die bekannte Anordnung nach F i g. 4 durchführt. Dabei ist das Prinzip der Kaskaden-Wechselanordnung jeweils vor und hinter einer jeden Nicht-Schaltung"^ und ¹N₄ angewandt. Die Gruppen ⁰U und 'U haben jeweils eine gleiche logische Funktion, weisen jedoch wechselweise »0«- bzw. »!«-Ausfallverhalten auf.

Zunächst wird die normale Betriebsweise dieser Ausführungsform erläutert. Wenn jeweils Impulse der Wertigkeit »1« gleichzeitig an der Eingangsseite der Gruppe "U mit »(!«-Ausfallverhallen und an der Eingangsseile der Gruppe '(J mit »!«-Ausgangsverhalten anliegen, wobei die durch die Gruppen"^ und '17 gebildeten Kippstufen sich in Rückstcllzustand befinden, werden diese Impulssignale der Wertigkeit »1« jeweils durch die Oder-Schaltungen °v₅ und ¹V₅ durchgelassen und laufen jeweils in einer Schleife aus den Verknüpfungsgliedern

⁰W °« ^ΟΓ> ⁰W

V₅ — A₃ U₂ — V₅

um. Wenn die nächstfolgenden Impulse der Wertigkeit »1« jeweils gleichzeitig an den Eingangsseiten der Gruppen ⁰U und ¹U anliegen, kann ein Impuls der Wertigkeit »1« an jedem Ausgangsanschluß 16 und 17 abgenommen werden, da die in der Schleife umgelaufenen Impulse der Wertigkeit»!« jeweils an den Und-Schaltungen°A, und ¹A₁ anliegen. Diese Ausgangsimpulse der Wertigkeit»!« beaufschlagen gleichzeitig die Nicht-Schaltungen ' N₄ und ⁰N₄ und nach Negation die Und-Schaltungen ¹A₃ und ⁰A₃. Da die von Seiten der Nicht-Schaltungen ¹N₄ und ⁰N₄.

anliegenden Impulse die Wertigkeit »0« haben, weis« beide Ausgangsspannungen der Und-Schaltungcn ¹A, und ¹V, die Wertigkeit »0« auf. und die Impulse dei Wertigkeit »1« innerhalb der Schleifen kommen /urr s Verschwinden. Folglich werden die Kippschaltunger jeweils aus dem Zustand »0« oder »I« in den entgegen gesetzten Wcrtigkcitszustand »1« oder »0« umgeschaltet, wenn ein F.ingangsimpuls der Wertigkeit »1« anliegt. In diesem Fall werden jeweils gleiche Ausgangs

ίο signale an der Gruppe "U mit »(!«-Ausfallverhalter und der Gruppe ¹IV mit »!«-Ausfallvcrhaltcn abgenommen.

Wenn in der Eingangsstufc 10 mit »(!«-Ausfall verhalten ein Ausfall auftritt, behält der Eingangs

is impuls für die Gruppe"U immer die Wertigkeit »0« Dementsprechend bleibt am Ausgang der Gruppe "L immer die Wertigkeit »0« bestehen. Wenn irgcndcir Verknüpfungsglied der Gruppe "N ausfällt, nimmt dai Ausgangssignal der Gruppe ⁰U die Wertigkeit »()<

2Ό an. da alle Verknüpfungsglieder ein »(!«-Ausfallvcrhal ten aufweisen. Wenn die Eingangsstufe mit »1«-Aus fallvcrhaltcn und/oder die Gruppe ' U ausfallen, stell sich im Ausgang der Gruppe ¹U die Wertigkeit »l< ein. Wenn ein oder mehr Ausfälle in einem Elementar

2s kreis der Stufen bzw. Gruppen 10, "U und 11, 'U auf treten, gibt das System mit »(!«-Ausfallvcrhaltcn (10 ⁰L/) die Ausgangswertigkeit »0« und das System mi »1 «-Ausfallverhalten (II. ¹U) die Ausgangswcrtig keit >>1« ab. Wenn beispielsweise die Und-Schal

}o tung Ά, ausfällt, tritt am Ausgang dieser Und Schaltung Ά, die Wertigkeit»!« auf. Dieser Impul: der Wertigkeit »1« liegt nach Negation mit dci Wertigkeit »0« an dem Eingang der Und-Schallung°A an. Demgemäß geben die Systeme mit »(!«-Ausfall

is verhalten und »!«-Ausfallverhalten jeweils Ausgangs Wertigkeiten »0« bzw. »1« ab. Nach der vorstehender Beschreibung erfüllt dieses Schaltwerk die Bedingun gen und Erfordernisse eines völlig ausfallsichercr Schallnetzcs.

.40 An Hand der F i g. 6 wird der Schaltungsaufbai eines vollständigen ausfallsicheren Schaltnctzes nacl der Erfindung unter Verwendung der beschricbenci Kreise und Schaltwerke erläutert. Das vollständig« Schaltnetz umfaßt eine Eingangsstufe 10 mit »0«-Aus

4s fall verhalten, eine Eingangsstufe Il mit »1 «-Ausgangs verhalten, eine Gruppe "N von Verknüpfungsgliedcrt mit »O«-Ausfallverhaiten und eine GrUpPc¹I/ vot Verknüpfungsgliedern mit »!«-Ausfallverhalten. Di< Eingangsstufe 10 mit »O«-Ausfallvcrhaltcn und dii

so Gruppe ⁰C mit »(!«-Ausgangsverhalten geben imme den Ausgangswert »0« beim Ausfall eines Verknüp fungsglicdes ab. Andererseits geben die Eingangs stufe 11 mit »!«-Ausgangsverhalten und die Gruppe ¹L mit »!«-Ausgangsverhalten immer den Ausgangs s wert »1« beim Ausfall eines Verknüpfungsgliedes ab Zum Aufbau der Gruppen mit »0«- und »1 «-Ausfall verhalten wird das Prinzip der Kaskaden-Wechsel anordnung benutzt. Wenn allgemeine logische Funk tionen ausgeführt werden sollen, kann jedes Ver

fto knüpfungsglied der Gruppe ⁰U das entgegengesetzt A usfallverhalten »1« erfordern. In diesem Fall win ein erforderlicher Ausfallzusland von dem entspre chenden Verknüpfungsglied (z. B. Ά,- in Fig. 5) de anderen Gruppe' U abgenommen und in das ent

fts sprechende Verknüpfungsglied (beispielsweise⁰^ nacl F i g. 5) der Gruppe ⁰L/ eingespeist. Dieses Erforderni kann auch in der Gruppe ' U mit »!«-Ausfallverhaltci auftreten.

In diesem 1 all leitet man einen erforderlichen Ausfallzusland von dem entsprechenden Verknüpfungsglied (z. B. "λ, nach F i g. 5) der jeweils anderen Gruppe "U ab und speist diesen Wert in ein entsprechendes Verknüpfungsglied (beispielsweise ¹N₄ nach l'i g. 5) der Gruppe 'U ein. Dieses vollständige ausfallsichcrc Schaltnet/ enthält doppcltausgelegte Verknüpfungsschallungen (10 und "U) sowie (11 und ¹U). die jeweils eine gleiche Funktion haben und ein jeweils wechselweise verschiedenes Ausfallverhalten aufweisen.

An Hand der I·' i g. 7 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer Fchlernachweismöglichkcit beschrieben. Dabei soll die Fehlernachweisschaltung ebenfalls Ausfallsichcrheit aufweisen. Diese Ausführungsform setzt sich aus doppeltausgelegten Schaltnetzcn (⁰IV₀. "U, und "U₂ sowie ' U₀.' U₁ und ' U₂) nach demselben Schaltungsaufbau, wie in Verbindung mit Fig. 6 erläutert, zusammen. Der Fchlcrnachwcis erfolgt durch die jeweiligen Vcrgleicherausgangswcrte zweier entsprechender Gruppen der beiden Schaltwegc⁰U₀, ⁰U₁ und "U₂ bzw. ¹U₀. ¹U₁ und ¹U₂ miteinander. Beispielsweise weist die Fchlernachwcisschaltung'J). zur Erfassung von Fehlern der Gruppe⁰U, mit »O«-Ausfallverhalten und der Gruppe ¹U₁ mit »!«-Ausfallvcrhaltcn das Erfülltsein bzw. Nichterfülllscin der folgenden logischen Funktion nach:

— Λ ι

+ X₂

Wenn beide Systeme jeweils den Ausgangswerl »0« oder »I« abgeben, befinden sich beide Systeme in Normalzustand. Infolgedessen hat die logische Funktion ' /j, den Wert »0«. Wenn jedoch ein Element der Gruppe "(V₁ ausfällt, hat mindestens ein Ausgang der Gruppe"(V₁ den Wert »0«. Wenn andererseits ein Element der Gruppe ' U₁ ausfällt, hat mindestens ein Ausgang der Gruppe 'U₁ den Wert »1«. Infolgedessen hat die logische Funktion '/,,, den Wert »1«. Wenn die Anzahl der Ausgänge »»»« beträgt, wird eine ausfallsichcre Fchlcrnachweisschaltung zur Durchführung der folgenden logischen Funktion hinsichtlich entsprechender Paare von Ausgängen der Gruppen mit »0«- und »!«-Ausfallverhalten eingesetzt:

ίο

40

45

wo das Symbol »^_« die logische Summe bedeutet.

Die Fchlcrnachwcisschaltung ¹D, ist ein Beispiel einer ausfallsicheren Verknüpfungsschaltung mit »!«-Ausfallverhalten, die immer einen Ausgangswert »1« beim Ausfall irgendeines Verknüpfungsgliedes abgibt.

Ausfallsichere Verknüpfungsglieder zum Aufbau des genannten vollständigen ausfallsicheren Schaltnetzes werden nunmehr im Vergleich mit bekannten Verknüpfungsgliedern erläutert.

F i g. 8 zeigt ein Beispiel eines bekannten Parametronkreises. Es sollen die Betriebszustände des Kreises beim Ausfall irgendeines Bauelementes untersucht werden. Der Kreis besitzt zwei Magnetkerne M₁ und M₂ mit nichtlinearer Kennlinie, einen Schwingungskreis aus einer Schwingungswicklung N₂ für die beiden Kerne M₁ und M₂, der auf eine Frequenz/ abgestimmt ist, eine Erregerwicklung N₁ zur parametrischen Erregung des Schwingungskreises mit einer Frequenz 2/, Eingangswicklungen J₁, J₂, J₃ und einen Eingangstransformator T zum Aufschalten der über die- iiingangswicklungen /,, /₂ und J₃ eingegebenen Fingangssignale .*,, V₂ und v, auf den Schwingungskreis. Die Erregerwicklung N₁ besitz! normalerweise eine Windung, die Schwingungswicklung N₂ normalcrweise zehn Windungen. Die Erregerwicklung /V₁ und die Schwingungswicklung N₂ sind auf die Kerne M₁ und M₂ nach der sogenannten Orthogonal-Technik gewickelt, damit keine unmittelbare Kopplung auftreten kann. Die Wicklung N₂ besteht nach der Zciclinung aus zwei mit entgegengesetztem Wicklungssinn gewickelten Abschnitten. Ein Widerstand R dient zur Auskopplung der Ausgangsleistung dieses Kreises auf die nachfolgende Stufe. Wenn in einer solchen Anordnung der Frregerstrom der Frequenz 2/ in der Erregerwicklung N, fließt, wird beim Anlegen von Eingangssignalcn x,, .Y₂, x₃ an die Eingangswicklungen /,, J₂ und I₃ der Schwingungskreis zu einer Schwingung mit der Frequenz/ erregt, deren Phasenlage (0 oder n) in Abhängigkeit von einer Mehrhcitsentscheidung bezüglich der Phasenbeziehungen der Eingangssignale abhängt. Folglich werden die Binärwerte »0« und »I« durch die Phasenlagen »0« und ».τ« des Parametronkreiscs dargestellt.

Wenn der Erregerstrom in diesem Paramctronkrcis beispielsweise aussetzt, wird die Parametronschwingung in dem Schwingungskreis beendet. Wenn jedoch eines der Eingangssignale infolge eines Bruchs einer Eingangswicklung oder infolge eines Aussetzens des vorgeschalteten Kreises aussetzt, wird dieser Parametronkreis nur von zwei Eingangssignalen beaufschlagt. Wenn in diesem Fall lic beiden Eingangssignal die gleiche Phasenlage »0« oder ».τ« haben, gibt dieser Parametronkreis ein Ausgangssignal der Phasenlage »0« oder »n« ab. Wenn dagegen die beiden Eingangssignale entgegengesetzte Phascnlagen haben, liegt an dem Parametronkreis im wesentlichen kein Eingangssignal an. In diesem Fall gibt der Parametronkreis ein Ausgangssignal mit einer beliebigen Phasenbeziehung (0 oder n) ab, was von der Eingangsphasenbeziehung des Rauschens abhängt. Innerhalb eines Schaltnetzes mit bekannten Paramctronkreisen ist es sehr schwierig, zu erkennen, welche Stufe ausgefallen ist, da man den Ausfallzustand (d. h. den Zustand des Ausgangssignals) nicht vorgeben kann, der bei dem Ausfall irgendeines Elementes des Parametronkreises auftritt.

F i g. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines ausfallsicheren Schaltnetzes nach der Erfindung. Danach ist eine gerade Anzahl von Eingangswicklungen Z₁ und I₁ benutzt; eine Konstantwicklung N₁. ist mit den gleichen Öffnungen der Magnetkerne Ai₁ und Ai₂ wie die Erregerwicklung N₁ gekoppelt. In diesem Ausführungsbeispiel haben die Konstantwicklung N₁. und die Schwingungswicklung N₂ jeweils entgegengesetzten Wicklungssinn bezüglich des Kerns M₂, so daß die Konstantwicklung N_c eine lineare Kopplung mit der Schwingungswicklung N₂ und eine nichtlineare Kopplung mit der Erregerwicklung TV₁ hat. Wenn man ferner voraussetzt, daß die effektive Intensität des von seiten der in den Eingangswicklungen J₁ und I₂ fließenden Eingangssignale X₁ und x₂ erregten Magnetfeldes in den Kernen M₁ und M₂ einen Wert »1« hat. wird die Intensität des in den Kernen M₁ und M₂ durch ein in der Konstantwicklung N_c fließendes Konstantsignal x_r erregten Magnetfeldes so festgelegt, daß sic größer oder kleiner als der genannte Wert »1« ist. Das in den Magnetkernen M₁ und M₂ durch das Konstantsignal x_r erregte Magnetfeld hat zwei mög-

liehe Phasenzustände W₀ und W₁₁. Die durch die Konstantsignale ν, mit einem der beiden möglichen Phasenzustände W₀ und W₁₁ und in der Größe von '/₂ oder ¹ 2 der Eingangssignal erregten Magnetfelder haben dann jeweils folgende Werte: W₀(¹Z₂), W_n(¹Z₂), W₀(³Z₂) und (-I_n[³Ii)- I'¹ entsprechender Bezeichnungsweise ergibt sich das in den Kernen Λ/, und Λ/, durch die Kingangssignale Y₁ und v, erregte Magnetfeld zu W₀(I) oder W₁(I). Wenn man annimmt, daß das Magnetfeld W₀(V₂) durch das Konstantsignal .V₁. in den Kernen Λ/, und M₁ erregt wird, stellt sich der Parametronkreis nach K i g. 9 als Und-Schaltung mit einem »(!«-Ausfallzustand dar. Das heißt, dieser Parametronkreis erzeugt ein Ausgangssignal mit der Phasenbeziehung W_n nur dann, wenn die beiden Hingangssignale ν, und X₂ das Magnetfeld W₁₁(I) erzeugen, in allen anderen Fällen wird ein Ausgangssignal mit dem Phasenzustand W_n erzeugt. Zur Erläuterung der .Schaltzustände dieses Parametronkreises sind in Tabelle 1 Kombinationen der Phasenzustände und der Intensitäten der Eingangssignale .v, und Y₂ sowie des Ausgangssignals Z für Normal- und Ausfallbetriebszustände angegeben; dabei entsprechen die Phasen-

zustände Wn

und W0 den

logischen Binärwerten »

V,

(MU

I

W0(I)

W0(I)

Z

Laufende

J

1

\rbcitsweise im Ausfallzustand

(MU

5

und »0«.

Arbeitsweise im

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".(M

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Nummer

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Tabelle I

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W0(I)

«,(1)

r

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W11(I)

(MU

r

In dieser Tabelle 1 gibt das Zeichen »r« den Zustand eines fehlenden Ausgangssignals an (keine Ausgangsschwingung). Aus der Tabelle 1 entnimmt man, daßdic ausfallsichere Und-Schaltung mit »O«-Ausfallvcrhalten jeweils richtig arbeitet, oder beim Ausfall irgendeines Elements im Eingangsteil, im Erregerteil oder in anderen Bauelementen ein Ausgangssignal »Z« mit einem Phasenzustand W₀ oder ein schwingungsfreies Ausgangssignal erzeugt. Bei diesem Parametronkreis wird vorausgesetzt, daß die Konstantwicklung N₁. niciit vollständig ausfällt Wenn diese Voraussetzung bei dem Parametronkreis erfüllt ist, arbeitet derselbe in einem der in Tabelle I dargestellten Kombinationszustände mit Ausfallmöglichkeiten wie öffnung oder Kurzschluß der Eingangswicklung .v, oder .Y₂, öffnung oder Kurzschluß der Erregerwicklung N₁, Bruch des s Eingangskerns T, öffnung oder Kurzschluß der Wicklung des Eiingangskerns 7", öffnung oder Kurzschluß der Schwingungswicklung N₂, Bruch eines der Kerne Λ/, oder M₂ sowie öffnung oder Bruch des Kondensators C oder des Widerstandes R usw.

κι Fig. K)(A) zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines ausfallsicheren Parametronkreises mit einem Mehrlochkern F, der nach dem Grundgedanken der F i g. 9 aufgebaut ist. Dabei ist der Mehrlochkern F mit einer gesonderten öffnung /i, für die Eingangs-

is wicklung/, und /, sowie öffnungen/i₂ für eine Konstantwicklung N₁. ausgestattet. Die Konstantwicklung N₁. ist durch die öffnungen /i, in der dargestellten Weise gefädelt, so daß die Konstantwicklung N₁. unmittelbar mit der Schwingungswicklung N₂ und

>o mittelbar (Orthogonal-Technik) mit der Erregerwicklung Ν, gekoppelt ist. Dieser Kreis ist eine ausfallsichere Und-Schaltung mit »O«-Ausfallverhalten, wenn das an der Konstantwicklung N₁. anliegende Konstantsignal .V₁. eine Phasenbeziehung W₀ und eine Intensität von ³/₂ der Intensität der Eingangssignale .v, und .Y₂ aufweist.

F i g. H)(B) zeigt ein weiteres Beispiel eines ausfallsichcren Parametronkreises mit einem Kern T zur Kopplung der Eingangswicklungen /, und /₂ mit der

ίο Schwingungswicklung N₂, wodurch die öffnung /i, der Ausführungsform nach F i g. 10(A) ersetzt ist.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Beispiel eines ausfallsicheren Parametronkreises mit einem Magnetdraht in Form eines geraden Leiters Cu, der mit einer Ferromagnetschicht P überzogen ist. In diesem Kreis schneiden die durch einen Erregerstrom und einen Schwingungsstrom erzeugten Magnetfelder einander innerhalb des Magnetdrahtes. Der Erregerstrom erliegt zusammen mit einem Vorspannungsgleichstrom einer Gleichspannungsquelle E_d über einen Widerstand Z₁ an dem geraden Leiter Ci/ an. Ein Konstant-. strom Cf mit einer Frequenz/ ist als Konstantstrom .Y₁. über einen vergleichsweise großen Koppelwiderstand Z₂ an den Leiter Cn angeschlossen. Da die Schwingungswicklung N₂ schraubenförmig auf den Magneldraht unter einem Steigungswinkel Φ gegenüber der Längsachse des Magnetdrahtes gewickelt ist, Fig. 12, ist die Schwingungswicklung N₂ mit den Magnetflüssen des Erregerstromes e_lf und des Konstantstromes e_f im Verhältnis sin Φ verkoppelt. Dieser Parametronkreis erfüllt die Bedingungen der Ausfallsicherheit, insoweit eine Schwingung mit vorgegebenem Phasenzustand oder ein schwingungsfreier Zustand auf Grund eines Ausfalls des vorhergehenden Kreises oder auf Grund einer Unterbrechung in einer Eingangswicklung I_x und I₂ auftritt.

In dem Parametronkreis kann die Vorzugsrichtung leichter Magnetisierbarkeit der Ferromagnetschicht in Umfangsrichtung, in Axialrichtung oder schraubcn-

fto förmig gegenüber dem Magnetdraht eingestellt sein. Zur Beaufschlagung der Schwingungswicklung N₂ mit dem Magnetfeld des Konstantstromes e_f kann man einen zusätzlichen Magnetdraht vorsehen, an den der Widerstand Z₂ angeschlossen ist

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines ausfallsicheren Parametronkreises, wo ein gemeinsames Magnetfeld auf Grund eines Konstantstromes e_f an den Schwingungswicklungen einer Mehrzahl von

Parametronkreisen anliegt. In diesem Beispiel wird der Konstantstrom iy zur Urzeugung des gemeinsamen Magnetfeldes über einen Widerstand Z und eine Schleifenleitung L₁, eingespeist, die gemeinsam um die Magneldrähte W₁, W-, . . . der Parametronkreisederart gewickelt ist,daßsiedie Magnetdrähte H', und W₁ in Orthogonal-Technik schneidet. Die effektiven Magnetfelder auf Grund des Konstantstromes ty innerhalb der Magnetdrähle W₁ und U', haben eine Intensität im wesentlichen gleich ' , oder ^J , der Intensität des Magnetfeldes auf Grund der Fingangssignale X₁ und Y₂.

Die F i g. 14(A) und l4(H)sind Funktionsdiagramme der obengenannten ausfallsieheren Und-Schaltung. In Fig. 14(A) gibt die Bezeichnung W₀)¹ ₂) einen Parametronkreis an, der von einem Konstantstrorn mit einer Intensität ^J/, und einem Phasen/ustand W₀ beaufschlugt ist. Die Bezugszeichen V₁ und .V₂ zeigen Eingangssignale der Intensität »1« und des Phasenzustandes W₀ oder W„ an. Kin Bezugszeichen / stellt das Ausgangssignal dar, das eine Intensität»!« und eine Phasenbezichung W₀ oder H_n im Normalzustand hat. Dieses Ausgangssignal / hat unter Ausfallbedingungen eine Intensität »1« und einen vorgegebenen Phasenzustand H_n bzw. es verschwindet. Da also dieser Parametronkreis bei Beaufschlagung mil dem Konstantstrom W_n(³Z₂) eine ausfallsichere Und-Schaltung mit »O«-Ausfallverhalten ist, kann dieses durch eine Bezeichnung »"λ« nach Fig. 14(B) ausgedrückt werden. Demnach ist die Bezeichnung »"λ« einem Konstantstrom W„(^J ,) gleichwertig.

Tabelle 2 zeigt ausfallsichere Vcrknüpfungsschallungen aus Parametronkreisen der obengenannten Art. In Tabelle 2 sind als Kennwerte Intensität und Phasenzustand des Konslanisignals angegeben. Fin Eingangssignal "ν in der ersten Zeile für eine Verzögerungsschallung mit »(!«-Ausfallverhallen gibt an, daß dieses Eingangssignal ein »O«-Ausfallverhallen hai. Demnach läßt diese Bezeichnung"v erkennen, daß ein Eingangssignal mil »!«-Ausfallverhallen in Verbindung mit dieser Verzögerungsschallung nicht brauchbar ist. Ein Eingangssignal '.ν in der zweiten Zeile für eine Verzögerungssehaltung mit »!«-Ausfallverhalten gibt entsprechend an, daß das Eingangssignal ein »1 «-Ausfallverhalten haben muß.

Aus der obigen Beschreibung läßt sich entnehmen, daß jedes Eingangssignal und jedes ausfallsichere Verknüpfungsglied nur ein bestimmtes AusfalKerhalten haben darf, damit man für ein vollständiges Schaltnetz mit ausfallsicheren Verknüpfungsgliedern eine vollständige Ausfallsicherheit erhält. Dabei bedeutet ein Eingangssignal mit »(!«-Ausfallzustand ein verschwindendes Signal oder ein Signal mit einem Phasenzustand W₀ und einer Intensität »1«, ein Eingangssignal mit »!«-Ausfallzustand bedeutet ein Signal mit einem Phasenzustand W„ und einer Intensität »1«.

Tabelle 2

t-ouischc tunklion

Verzögerungssehaltung mit
»O«-Ausfall verhalten

Verzögerungsschaltung mit
»1 «-Ausfallverhaiten

Nicht-Schaltung mit
»O«-Ausfallverhalten

Nicht-Schaltung mit
»1 «-Ausfall verhalten

Und-Schaltung mit
»O«-Ausrallvernalten

Und-Schaltung mit
»I «-Ausfallverhalten

Oder-Schaltung mit
»Ow-Ausfallverhalten

Be/eidimiiiü

' V —

c \-

ForKet/une

ΛίΜι'ΪΙΙΙΙΙ!

1 <>L!isi-hc I tiiiktmn

Odcr-Schaltung mil
»1 «-Ausfallverhaltcn

Ein Symbol » 1 « in der dritten und vierten

Zeile der Tabelle 2 für eine Nicht-Schaltung mit »0«- oder »1 «-Ausfallzustand bedeutet eine Umkehrung des Phascnzustandes, d.h.. der Phasenzustand H₀ is oder H_n eines Eingangssignals .v ist in den Phasenzustand H_n oder H₀ umgekehrt. Diese Nicht-Schaltungen haben jeweils bezogen auf den »0«- und »lw-Ausfallzustand Eingangssignalc '.ν oder "v mit entgegengesetztem Ausfallzustand. ia

Eine Und-Schaitung in der fünften Zeile der Tabelle 2 entsprechend den Fig. 14(A) und 14(B) liefert ein Ausgangssignal mit einem Phasenzustand H_n nur dann, wenn beide Eingangssignale .v, und .v₂ einen Phasenzustand H_n aufweisen. Dieses Ausgangs- ^s signal hat einen Phasenzustand H₀ oder verschwindet in allen anderen Fällen. Der zulässige Ausfallzustand eines Eingangssignals ist der »((«-Ausfallzustand, also kein Signal oder ein Signal mit dem Phasenzustand H₀.

Eine Und-Schaltung in der sechsten Zeile der Tabelle 2 liefert ein Ausgangssignal, dessen Phasenzustand entsprechend der Und-Schaltung in der fünften Zeile nur dann den Wert H_n hat, wenn beide Eingangssignale .ν, und .V₂ einen Phasenzustand H_n haben.

Damit ist der zulässige Ausfallzustand eines jeden Eingangssignals der »!«-Ausfallzustand. d.h.. kein Signal oder ein Signal mit dem Phasenzustand H_n. Diese Schwingungsphase des Kreises wird durch den Phasenzustand H₀ des Konstantstromes nur dann festgelegt, wenn die beiden Eingangssignale .v, und .Y₂ gleichzeitig einen signalfreien Zustand haben, so daß das Ausgangssigircal in diesem Fall einen Phasenzustand H₀ hat. Diese Und-Schaltung erfüllt die Forderungen für eine ausfallsichere Und-Schaltung mit dem »!«-Ausfallzustand, mit Ausnahme des sehr seltenen Falles, wo beide Eingangssignale .v, und .Y₂ gleichzeitig in dem signalfreien Zustand sind.

Eine Oder-Schaltung in der siebten Zeile der Tabelle gibt ein Ausgangssignal mit einem Phasenzustand H_n dann ab, wenn ein oder beide Eingangssignale .Y₁ und .V₂ einen Phasenzustand θ aufweisen. Diese Arbeitsweise ist für eine Oder-Schaltung erforderlich. Wenn außerdem ein Eingangssignal .Y₁ oder .Y₂ im signalfreicn Zustamd vorliegt, gibt diese Oder-Schaltung ein Ausgangssignal ab, dessen Phasenzustand durch ein verbleibendes Eingangssignal 'estgelegt ist. Dieses Verhalten liefert nur eine Odcr-Schaltung mit »Ow-Ausfallzustand. Wenn jedoch beide Eingangssignale .Y₁ und .Y₂ gleichzeitig einen signalfreicn Zustand to haben, gibt diese Oder-Schaltung ein Ausgangssignal in einem Phasenzustand H_n ab, der durch den Phasenzustand H des Konstantstroms bestimmt ist. Folglich

Bc/cichnuiij!

erfüllt diese Oder-Schaltung die Anforderungen fü eine ausfallsicherc Oder-Schaltung mit »O«-Ausfall verhalten mit Ausnahme des sehr seltenen Falles, wc beide Eingangssignal .v, und .Y₂ gleichzeitig den signal freicn Zustand einnehmen. Der zulässige Ausfallzustand der Eingangssignale .v, und x₂ ist der »O«-Aus· fallzustand.

Eine Oder-Schaltung nach der achten Zeile gibl ein Ausgangssignal in einem Phasenzustand H_n ab wenn eines oder beide Eingangssignal χ, und
einen Phasenzustand H_n aufweisen. Wenn außerdem eines oder beide Eingangssignalc x, und .Y₂ einen signalfreien Zustand aufweisen, hat das Ausgangssignal einen Phasenzustand <-)„ oder einen signalfreien Zustand. Diese Ve haltensweisc erfüllt die Anforderungen an eine Oder-Schaltung mit »1 «-Ausfall zustand.

Wie man den oben erläuterten Einzelheiten ent nimmt, weisen die obigen ausfallsichcren Logiksystcmc unter Verwendung von Paramctronkrciscn das Merk mal auf, das ein Schaltkreis zum Anlegen eines Einstcll signals (eines Konstantsignals mit einem vorgegebenen Phasenzustand H₀ oder H_n) an den Schwin gungskreis des Parametronclcmcnts unabhängig von den Eingangsinformationssignalen (/,, /₂...) vorgc sehen ist, daß die Intensität dieses Einstcllsignal: zwischen den Werten (0) und (1) oder den Werten (1 und (2) im Falle von zwei Eingangssignalen cingestcll wird, wenn man für das Eingangssignal eine Inten sität (1) annimmt. Der Phasenzustand dieses Eingangs signals wird in Abhängigkeit von der Grundlogik de: Logiksystems festgelegt. Wenn die Anzahl π dc Eingangssignalc größer als zwei ist, wird die Intensitä des Einstellsignals (Konstantsignals) zwischen der Werten (0) und (1) oder den Werten (1) und (n) ein gestellt. Infolge dieses Aufbaus und infolge de genannten Bedingungen erfüllt dieser Logikkreis di< Anforderungen für ein ausfallsichercs Logiksystem c!as beim Ausfall der betreffenden Stufe selbst odc einer vorhergehenden Stufe kein Ausgangssignal ode ein Ausgangssignal mit vorgegebenem Phasenzustam abgibt. Dieses ausfallsichere Logiksystem erfüllt in wesentlichen die Anforderungen der Ausfallsichcrhei gegenüber einem beliebigen Ausfall irgendeiner Stufi mit Ausnahme eines Ausfalls der Errcgerquelle.

Nach der obigen Beschreibung ist der Parametron kreis unter Verwendung eines Ferromagnctstoffc aufgebaut. Der ausfallsichere Logikkreis nach de Erfindung kann jedoch auch mit parametrischci Resonatoren und unter Verwendung eines Ferro clcktrikums oder Kapazitäts-Variations-Halblcitcr aufgebaut werden.

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Claims (5)

! 762 221 Patentansprüche:

1. Ausfallsicheres Schaltnetz, das eine Gruppe von ausfallsicheren elementaren Verknüpfungsgliedern enthält, die von einer Eingangsstufe mit einer gegebenen Schaltfunktion angesteuert werden, und das bei Ausfall eines der Verknüpfungsglieder ein Ausgangssignal mit einem definierten Binärwert abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Eingangsstufe (11) mit der gleichen Schaltfunktion wie diejenige der ersten Eingangsstufe (10) mit der Gruppe (⁰I/) der Verknüpfungsglieder verbunden ist, welche bei ihrem eigenen Ausfall stets den binären Ausgangszustand »1« annimmt, während die erste Eingangsstufe (10) bei ihrem Ausfall stets den entgegengesetzten Ausgangszustand »0« annimmt.

2. Schaltnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicfinet, daß in der Gruppe ("L/) von Verknüpfungsgliedern die Verknüpfungsglieder (ζ. B. ¹V₄, "v,( vor und nach einer Nicht-Schaltung (",V₃) bei Ausfall jeweils wechselweise unterschiedliche Ausgangszustände haben (Fig. 2).

3. Schaltnetz nach Anspruch 1 oder 2 mit jeweils doppelten Schaltsystemen, dadurch gekennzeichnet, daß die Systeme <"17„ ⁰U₂, "U,.. . sowie ' l/|,' U₂,' U_} ... (jeweils einen gleichen funktionellcn Aufbau, jedoch bei Ausfall wechselweise verschiedene Ausgangszustände haben, und daß für je ein Paar von Systemen zur Durchführung der gleichen logischen Funktion eine Fehlernachweisschaltung ('/)„, ¹D₁, '/J₂) vorgesehen ist, mit der feststellbar ist, ob dieses Systempaar jeweils gleiche Ausgangswerte aufweist oder nicht (F i g. 7).

4. Schaltnetz nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein ausfallsicheres Parametron einen Signalkreis (W,) zum Anlegen eines Konstantsignals (x,) an den Schwingungskreis des Paramelrons unabhängig von den Eingangskreisen (/,, I₁...) aufweist, welches Konsluntsignal eine vorgegebene Phasenbeziehung »0« oder »ι« sowie eine Intensität aufweist, die größer oder kleiner als die Intensität einer geraden Anzahl von Eingangssignalen (x,, X₁) ist.

5. Schallnetz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstantsignal (x,) an einer Mehrzahl von Parametronkreisen gemeinsam anliegt (I ig. 13).