DE2915138C3 - Treiberschaltung für eine Magnetblasenvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung für eine Magnetblasenvorrichtung, wie etwa einen Magnetblasenspeicher.

Ein bekanntes Verfahren zum Treiben der Magnetblasen basiert im allgemeinen auf der Verwendung eines magnetischen Drehfeldes und eines Musters aus magnetisierbaren Bereichen. Nach diesem Verfahren wird beispielsweise ein T-balkenförmiges Muster auf der Oberfläche eines Kristalls, welcher die Existenz von Magnetblasen zuläßt, durch Metallverdampfung oder Ätzen ausgebildet, und ein magnetisches Drehfeld von einer externen Einheit her angelegt. Das magnetische Drehfeld läßt sich üblicherweise gewinnen, indem man Ströme, die gegeneinander eine Phasenverschiebung von 90° haben, durch eine Spule X und eine Spule V fließen läßt, die in einer K reuzlage angeordnet sind. Die Magnetblasen breiten sich längs des Musters aus magnetisierbaren Bereichen entsprechend dem magnetischen Drehfeld aus. Die Schaltungen zum Treiben einer solchen Magnetblasenvorrichtung mittels eines magnetischen Drehfeldes lassen sich grob in eine Sinuswellen-Treiberschaltung und eine Dreieckswellen-Treiberschaltung (US-PS 39 52 292) unterteilen, die jeweils ihre Vor- und Nachteile haben. Die Dreieckswellen-Treiberschaltung hat beispielsweise den Vorteil, daß sie ohne Resonanzkondensator auskommt, der bei der Sinuswellen-Treiberschaltung notwendig ist, und daß sie auch keine Resonanzabstimmung benötigt. Die Dreieckswellen-Treiberschaltung hat jedoch beispielsweise den Nachteil, daß sie beim Arbeiten im Hochfrequenzbereich gegenüber der Sinuswellen-Treiberschaltung einen erhöhten Verbrauch an elektrischer Energie hat und daß sie bei Frequenzen des magnetischen Drehfeldes von mehr als 20OkHz im wesentlichen nicht verwendbar ist. Aus solchen Gründen wird die Dreieckswellcn-Treiberschaltung für kleine Magnetblasenspeicher geringer Kapazität verwendet, wo die Schaltung in der Form eines 1-Chip-Bestückungsbausteins und mit niedrigen Geschwindigkeiten verwendet wird und damit ihre Vorteile ausspielen kann.

Bei der herkömmlichen Dreieckswellen-Treiberschaltung wird der Gleichspannungspegel des Treiberstromes zur positiven oder zur negativen Richtung hin verschoben, wenn nicht die Zeit für das Leitendmachen der Steuerschalter, die zur positiven Richtung hin zunehmende Ströme zu den Treiberspulen X und Y fließen lassen, genau gleich der Zeit für das Leitendmachen der Steuerschalter, die zur negativen Richtung hin zunehmende Ströme fließen lassen, eingestellt wird. Dies bedeutet, daß ein Gleichstrom zu einem dreieckförmigen Treiberstrom addiert wird, was bewirkt, daß der Vektor des magnetischen Drehfeldes eine Parallel-Versetzung in einer bestimmten Richtung erfährt, was ein ernstes Problem beim Betreiben von Magnetblasen darstellt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltung zum Treiben einer Magnetblasenvorrichtung zu schaffen, bei welcher die Pegelverschiebung des Treiberslroms, die bei den oben beschriebenen bekannten Schaltungen vorhanden ist, beseitigt ist.

Zur Losung dieser Aufgabe umfaßt eine Treiberschaltung für eine Magnetblasenvorrichtung gemäß der Erfindung eine Parallelschaltung, bestehend aus einer ersten Reihenschaltung aus einem ersten Zweirich tungsschalter und einem zweiten Zweirichtungsschalter sowie einer zweiten Reihenschaltung aus einem dritten Zweirichtungsschaller und einem vierten Zweinch-

Ί5 tungsschalter; eine zwischen zwei Anschlüssen der Parallelschaltung angeschlossene Gleichspannungsquelle, Treiberspulen, die zwischen einem gemeinsamen Punkt des ersten und des zweiten Zweiriehtungsschdl ters der ersten Reihenschaltung und einem gemeinsamen Punkt des dritten und des vierten Zweirichtungsschalters der zweiten Reihenschaltung angeschlossen sind, und eine Schaltersteuerschaltung zur Steuerung des Öffnens und Schließens des ersten bis vierten Zweirichtungsschalters zur Erzeugung eines Wechsel· stroms in den Treiberspulen; wobei die Schaltersteuerschaltung das Öffnen und Schließen des ersten bis vierten Zweirichtungsschalters so steuert, daß der Verlauf des Wechselstroms einen Zeitbereith aufweist in welchem der nach der Zeit differenzierte Wert des Stroms Null wird, wenn der Strom von positiver Polarität zu negativer Polarität oder von negativer Polarität zu positiver Polarität übergehend den Nuiwert auf der Zeitachse kreuzt.

Durch obigen Aufbau läßt sich die Pegelverschiebung des in den Treiberspulen fließenden Treiberstroms vollkommen beseitigen, so daß der Vektor des magnetischen Drehfeldes einen bestimmten geometrischen Ort in bezug auf das Drehzentrum beschreibend

rotiert, ohne eine Parallelverschiebung in einer bestimmten Richtung durchzumachen. Als Folge davon kann die Magnetblasenvorrichtung mit erhöhten Betriebsgrenzen stabil betrieben werden.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist bzw. sind

Fig. 1 ein Schaltbild einer Referenzschaltung zur Veranschaulichung der Schaltungen nach dem Stand der Technik innewohnenden Nachteile,

F i g. 2A bis 2D Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung der Fig. 1,

F i g. 3 ein Diagramm, welches einen Treiberstromverlauf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig.4A eine Prinzipdarstellung eines Aufbaus zur Erläuterung der Merkmale der Treiberschaltung gemäß der Erfindung,

Fig.4B bis 4F Diagramme zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltung der F i g. ^A,

Fig. 5A ein Schaltbild, welches einen konkreten Aufbau der Treiberschaltung gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 5B bis 5D Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der in F i g. 5A gezeigten Schaltung,

F i g. 5E und 5F ein Diagramm, welches Stromverläufe in den Treiberspulen X und Y zeigt, und ein Diagramm, welches geometrische Orte der erzeugten magnetischen Drehfelder zeigt,

F i g. 6A ein Schaltbild einer Treiberschaltung, wie sie für eine zweite Ausführungsform der Erfindung verwendet wird,

Fig. 6B bis 6R Diagramme zur Erläuterung der herkömmlichen Wirkungsweise der in Fig. 6A gezeigten Schaltung,

Fig. 6S ein Diagramm geometrischer Orte von magnetischen Drehfeldern, die durch die in den F i g. 6B bis 6R gezeigte herkömmliche Wirkungsweise erzeugt werden,

Fi g. 7 ein Diagramm eines Stromverlaufs gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8A bis 8Q Zeitdiagrammt hinsichtlich des Betreibens der Schaltung der F i g. 6A, und

F i g. 8R und 8S ein Diagramm, welches Stromverläufe in den Treiberspulen X und Y gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und ein Diagramm, welches geometrische Orte der erzeugten magnetischen Drehfelder zeigt.

Der Mangel eier herkömmlichen Dreiecksweilen-Treiberschaltung, b/w. die Ursache der Pegeländerung des Ausgangsstroms durch das Tastverhältnis von Eingangsimpulsen, stammt von der Anhäufung geringer Abweichungen der Tasiverhältnisse in den einzelnen Zyklen. Bei der Dreieckswellen-Treiberschallüng kann die Steigung des in die Treiberspulen fließenden Stroms im wesentlichen eingegrenzt werden, nicht aber die Dauer. Daher werden selbst geringfügige in den einzelnen Zyklen vorhandene Abweichungen im Tastverhältnis der Eingangsimpulse kumuliert, so daß eine große Abweichung erzeugt wird, wenn der negative Scheitelwert um selbst den kleinsten Betrag kleiner als der positive Scheitelwert ist

F i g. 1 zeigt ein Schaltbild eines konkreten Aufbaus der Dreieckswellen-Treiberschaltung, die erwähnt wird, um umfassend die Nachteile dieses Standes der Technik zu erläutern. Auf die Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird weiter unten unter Bezugnahme auf eine in Fig.4A gezeigte Prinzipschaltung eingegangen. Hier werden die die Schaltung der Fi g. 1 bildenden Elemente in Relation zu den die Prinzipschaltung der Fig.4A bildenden Elemente angeführt und die Erscheinung der durch die Änderung des Tastverhällnisses der Eingangsimpulse bewirkten Pegelverschiebung erläutert Zunächst zu den Schaltkreiselementen. Eine Parallelschaltung, bestehend aus einem Transistor 13 und einer Diode 15 in Fig. 1, entspricht einem Zweirichtungsschalter 32 der F i g. 4A. eine Treiberspule 27 der Fig. 1 entspricht einer Treiberspule 31 der Fig.4A, eine Spannungsquelle 28 einer Gleichspannungsquelle 36, und ein Eingangssignal 1, eine UND-Schaltung 3, ein Transistor 7, ein Widerstand 9 und ein Impulsübertrager 11 der Fig. 1 entsprechen einer (nicht gezeigten) Schaltung zur Steuerung des Öffnens und Schließens des Zweirichtungsschalters 32 der Fig.4A. Andere Beziehungen sind aus den oben erwähnten offensichtlich.

Die Erscheinung der Pegelverschiebung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2D erläuten. Impulse von Eingangssignalen 1 und 2 der F i g. 1 sind in Fig. 2A bzw. Fig. 2B gezeigt. Unter Verwendung der Schaltung der Fig. 1 wurde ein Versuch durchgeführt, der darin bestand, daß das Verhältnis der Impulsbreite u des Signals 1 der F i g. 2A, welches die Ausgangstransistoren 13 und 20 leitend macht, zu einer Zykluszeit fc geändert wurde, d.h., also das Tastverhältnis d(d=t\l te χ 100%) geändert wurde.
F i g. 2C zeigt den Verlauf eines in die Treiberspule 27 der F i g. 1 durch das Ein- und Ausschalten der in den Fig. 2A und 2B gezeigten Eingangssignale 1 und 2 fließenden Stromes 28.

F i g. 2D ist ein Diagramm, welches die Änderung des in die Treiberspule 27 fließenden Scheitelstroms /_t (siehe F i g. 2C) positiver Polarität und die Änderung des Scheitelstroms /_ negativer Polarität (siehe Fi g. 2C) in Abhängigkeit von der Änderung des Tastverhältnisses d bezogen auf eine Stromamplitude (100%) bei 50°/b Tastverhältnis .eigt.

Wie aus Fig. 2D ersichtlich, ändert sich der Scheitelwert um den großen Betrag von ungefähr 10% bei einer Änderung des Tastverhältnisses dum ungefähr 1%. Um daher die Änderung des Scheitelwerts auf weniger als 1% einzugrenzen, muß die Änderung des

•45 Tastverhältnisies d auf weniger als 0.1% eingegrenzt werden. Dies ist ein Wert, der sich mit herkömmlichen Schaltungssystemen nicht ohne weiteres verwirklichen läßt.

Es ist jedoch allgemein bekannt, daß es einfach ist. das Arbeiten der Dreieckswellen-Treiberschaltung zu starken und stoppen. Wenn daher das Arbeiten jeden Halbzyklus zuverlässig gestartet und gestoppt wird, und wenn das Arbeiten des nachfolgenden Halbzyklus wieder aufgenommen wird, nachdem die Energie in der Treiberspule auf Null abgefallen ist, kommt es nicht zu einer Kumulierung der vorgenannte Abweichungen. Das heißt, wie durch den Stromverlauf 30 der Fig. 3 dargestellt, es sollte eine horizontale Stufe a-b (Zeitbereich, in welchem ein zeitdifferenzierter Wert Null ist) notwendigerweise an einer Stelle ausgebildet werden, an welcher der Strom die Zeitachse überquert, seine Amplitude also Null ist. Mit anderen Worten, es sollte also in Fig.3 ein Anfangspunkt b des negativen Kurvenverlaufs nicht abhängig vom Endpunkt a des positiven Kurvenverlaufs geändert werden. Das heißt, wenn der Stromverlauf 30 die Zeitachse t mit Null-Amplitude überquert, existiert ein Zeitbereich, in welchem der zeitdifferenzierte Wert Null wird. Dies läßt

sich durch Änderung der zeitlichen Einstellung der Eingangssignalimpulse verwirklichen, wie später noch unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform der Erfindung dargelegt wird.

Vor Erläuterung der Wirkungsweise der Treiberschaltung gemäß der Erfindung sind im folgenden Merkmale des Aufbaus der für die Erfindung verwendeten Treiberschaltung erwähnt. Fig.4A zeigt einen Grundaufbau der Dreieckswellen-Treiberschaltung, wie er für die Erfindung verwendet wird. Wie ersichtlich, besteht die Dreieckswellen-Treiberschaltung aus einer Kombination von drei Arten elektrischer Elemente, nämlich einer Gleichspannungsquelle (Spannung E) 36. Zweirichtungsschaltern 32, 33, 34 und 35, und einer Treiberspule (Induktivität L)31. Was die Wirkungsweise der Schallung anbelangt, so werden, wenn die Zeitachse, wie in den F i g. 4B bis 4F dargestellt, in Form von Phasen angegeben ist. die Zweirichtungsschalter 32 und 35 innerhalb der Phase von 0" bis 180" leitend gemacht, wodurch eine Gleichspannung E positiver Polarität an die Treiberspule 31 gelegt wird und ein Spulenstrom (iL) 41 linear von einem negativen Wert auf einen positiven Wen mit einer Steigung ansteigt, die durch

E=L- d(iL)ldt

gegeben ist. Während dieser Zeitdauer fließt der elektrische Strom in die Zweirichtungsschalter 32 und 35 in den Formen, wie sie bei 37 und 40 in Fig.4D angegeben sind. Während einer Zeitdauer, in welcher die Phase zwischen 180" und 360° liegt, sind die Zweirichtungsschalter 32 und 35 ausgeschaltet, während die Zweirichtungsschalter 33 und 34 leitend gemacht sind, so daß eine Gleichspannung f negativer Polarität an die Treiberspule 31 gelegt wird. Die Arbeitsweise ist genau dieselbe, wie wenn die Phase zwischen 0" und 180" liegt, nur ist die Richtung des Stromes anders. Deshalb fließt ein elektrischer Strom einer Dreiecksform in die Spule 31, wie bei 41 in Fig. 4 F angegeben ist. Hier sollte der Tatsache Aufmerksamkeit geschenkt werden, daß Ströme 38 und 39 negativer Polarität in die Zweirichtungsschaiter 33 und 34 fließen, und die Spannungsquelle 36 mittels der Treiberspule 31 elektrisch aufladen. Das elektrische Laden entspricht dabei buchstäblich dem Laden einer Batterie, wenn die Spannungsquelle 36 eine Batterie ist. Wenn die Spannungsquelle eine solche des Typs mit Kondensatoreingang ist. der eine Gleichrichtungsfunktion hat. bedeutet es das Laden eines Gleichrichterkondensators. Jedenfalls ist der Ladestrom vom Gleichrichter entsprechend vermindert.

ripktrisrher Simmflnß in die .Spule 31 heißt ein Strömen von Energie aus der Spannungsquelle 36 in die Spule 31. Demgemäß geht bei der Treiberschaltung gemäß der Erfindung die Energie nicht als Wärme verloren, sondern wird der Spannungsquelle 36 zurückgegeben. Dementsprechend hat die Treiberschaltung einen äußerst geringen Energieverbrauch.

Im folgenden wird die Schaltung zum Treiben der Magnetblasenvorrichtung erläutert. F i g. 5A zeigt einen konkreten Aufbau der Treiberschaltung gemäß der Erfindung. Aus Fig. 5A ist ersichtlich, daß der Schaltungsaufbau derselbe wie der in Fig.4A gezeigte Prinzipaufbau ist. Denn, wie weiter oben erwähnt, besteht das Merkmal der Erfindung in der Verwendung eines herkömmlichen Schaltungsaufbaus für das Fließenlassen von Wechselströmen mit Stufe in die Treiberspule einfach durch Änderung der leitenden Zeilabschnitte der Zweirichtungsschaiter. Im folgenden wird die Wirkungsweise der in Fig. 5A gezeigten Treiberschaltung gemäß der Erfindung in Verbindung mit den F i g. 5B bis 5D beschrieben, welche Spannungs- und Stromverläufe zeigen. Vor dem Startvorgang sind alle Eingänge 43 bis 46 auf hohem Pegel und Ausgangstransistoren 47 bis 50 alle im abgeschalteten Zustand. Wenn die Eingänge 43 und 46 zu einer Zeit 65 auf einer Zeitachse 64 gleichzeitig nach niedrigem Pegel geändert werden, werden die Ausgangstransistoren 47 und 50 leitend gemacht, und ein Spulenstrom 41 nimmt linear mit einer Steigung zu, wie sie bei 72 angegeben ist. Wenn die Eingänge 43 und 46 zu einer Zeit 67 gleichzeitig nach hohem Pegel geändert werden, werden die Ausgangstransistoren 47 und 50 nichtleitend gemacht, und der Spulenslrum 4i iädl die Spannungsquelle 28 über Dioden 56 und 55 elektrisch auf. Von diesem Zeitpunkt nimmt der Spulenstrom 4t linear mit einer Steigung 73 ab und erreicht den Wert Null zu einer Zeit 68.

Infolge der Eigenschaften einer Spule ist die Steigung 72 durch

Ε.- £447)- £,450)= L(d/l/d/;(72)

gegeben, wobei £_s eine Spannung der Gleichspannungsquelle 28 darstellt, £,.„(47) und £,.»(50) gesättigte Kollektor-Emitterspannungen der Ausgangstransistoren 47 und 50 bezeichnen, L die Induktivität der Spule 31 und iL den Spulenstrom 41.

JO Im Experiment waren £,.„(47)= £,..„(50) = 0,5 Volt, Es=IOVoIt und Δ=45μΗ. Deshalb beträgt die Steigung

d/Z7d/(72) = 0,2 · 10^b A/s.
Die Steigung 73 ist durch

E₁ + E_d (55) + E_d (56} = L(AiUa l) (73)

gegeben, da die über den Dioden 55 und 56 entwickelten Spannungsabfälle £(/(55) und £,/(56) zur Spannung der Spannungsquelle 28 addiert werden.

Der Spannungsabfall ist Ej(SS)=Ej(Se)=I Voll und daher die Steigung

d/X/dr(73) = 0,27 · 10" A/s.

<f> Das heißt, die Steigung 73 ist um ungefähr 33% steiler als die Steigung 72. Das ist durch die Tatsache bewirkt, daß der Spannungsabfall über den Dioden oder Transistoren in entgegengesetzten Richtungen arbeitet, abhängig davon, ob die Spannungsquelle 28 oder die Spule31 als die Energiequelle dient.

Wenn keine Differenz zwischen den Steigungen 72 und 73 vorhanden ist. sollte die Zeil 67 so eingestellt sein, daß sie gleich der Zeit 66 ist. bei welcher der Arbeitszyklus bei 25% isu so daß die Zeit 68 mit der Zeit 69 in Obereinstimmung gebracht ist. bei welcher der Arbeitszyklus bei 50% ist. Bei einer Treibfrequenz von 100 kHz (einer Periode von 10 Mikrosekunden) entsteht, wenn die Zeit 67 gleich der Zeit 66 gesetzt ist. ein Zeitzwischenraum von 0,83 Mikrosekunden zwi-

<jo sehen der Zeit 68 und der Zeit 69. was bewirk!, daß das Arbeiten der Magnetblasen instabil wird. Wenn die Zeit 67 gegenüber der Zeit 66 um 0.4 Mikrosekunden zur Abweichung gebracht wird, so daß sie Z9 Mikrosekunden ergibt wird die Zeit 68 4.84 Mikrosekunden. was zu

öi dem Auftreten einer Stufe (flacher Abschnitt) Anlaß gibt, in welchem der Spulenstrom 41 für 0.16 Mikrosekunden zwischen der Zeit 68 und der Zeit 69 Null wird. Mit einem Zeitintervall solcher Dauer wird

die Stufe selbst unter dem Einfluß verschiedener Faktoren (Temperatur, Spannungszufuhr, usw.) nicht beseitigt, und die Magnetblasen arbeiten stabil. Selbst wenn die Breite der Eingangsimpulse um ±1% (25 Nanosekunden) variiert wird, variiert die Amplitude nur um ±1%; die Variationen für die einzelnen Zyklen werden nicht kumuliert und es entsteht nicht am Ende eine starke Schwankung des Strompegels.

Fig.5E zeigt die Verläufe von Trei'berslrömen /,\-2. In, die in den Treiberspulen Xund Kfließen, welche zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes in rechtem Winkel zueinander gewickelt sind. Der Treiberstrom /« zum Treiben der Spule X weist eine Phase auf, welche sich um 90° von der Phase des Treiberstroms In zum Treiben der Spu.'e Y unterscheidet. Fig. 5F ist ein Diagramm, welches das magnetische Drehfeld Hr zeigt, das in der Ebene des Magnetblasenkrisialls durch in den Treiberspulen X und Y fließende Dreiecks-Treiberslröme l\ und Iy erzeugt wird. In Fig. 5F gibt eine in unterbrochenen Linien wiedergegebene rechteckig verlaufende Kurve Hm einen herkömmlichen geometrischen Ort eines magnetischen Drehfelds an. d. h., den geometrischen Ort eines magnetischen Drehfelds, wie es durch den in F i g. 4F gezeigten Dreieckstrom erzeugt wird, während eine Kurve in Form eines deformierten Rechtecks Hn. wie sie durch eine durchgehende Linie wiedergebeben wird, den geometrischen Ort eines magnetischen Drehfelds angibt, wie es gemäß der Erfindung erzeugt wird, d. h., den geometrischen Ort eines magnetischen Drehfeldes, wie es durch die in Fig. 5t gezeigten gestuften Dreieckströme /\2. In erzeugt wird. Der geometrische Ort Hn weist wegen der gestuften Dreieckströme Stufen 60 bis 63 auf: das Arbeiten der Magnetblasen wird jedoch in keiner Weise durch das magnetische Drehfeld beeinträchtigt.

Im folgenden wird nun die zweite Ausführungsform der Erfindung behandelt. Wie weiter oben ausgeführt, besteht ein Problem der Dreieckswellen-Trciberschaltung darin, daß bei Betreiben im Hochfrequenzbereich der Energieverbrauch zunimmt. Bei der folgenden Ausführungsform ist die Erfindung auf eine Trape/wcl· !en Treiberschaltung angewandt, um diesen Mangel zu verringern. Eine Trapezwellen-Treiberschaltung ist beschrieben bei John A. Ypma und Paul Swenson »DESIGN AND PERFORMANCE OF A 100 K BYTE BUBBLE RECORDER« IEEE COMPCON.Spring 1977 Proc Feb. 1977. Seiten 239 bis 242. Im folgenden wird zunächst die in der Erfindung verwendete Trapczwellen-Treiberschaltung und ihre Wirkungsweise behandelt. Fig. 6A zeigt einen konkreten Aufbau der Trapezwellen-Treiberschaltung, welche grundsätzlich gleich wie die in Fig.4A gezeigte Schaltung aufgebaut ist. Das heißi. die in Fig.4A gezeigten Zweirichtungsschalter 32, 33, 34 und 35 entsprechen den in Fig. 6A gezeigten Parallelschaltungen, bestehend aus Ausgangstransistoren 84, 85, 92, 93 und Dioden 88, 89,90, 91 zur Rückgabe der Energie an die Spannungsquelle 104.

Die Wirkungsweise der Schaltung der F i g. 6A wird unten in Verbindung mit den in den Fig.6B bis 6R gezeigten Zeitdiagrammen erläutert. Wenn die Eingänge 74,77,100 und 103 auf niedrigem Pegel sind, werden die Treibertransistoren 78, 81, 96 und 99 leitend gemacht. Es sei nun angenommen, daß ein Spulenstrom 121 zu einer Zeit 125 auf der Zeitachse / Null ist. Wenn in diesem Zeitpunkt die Eingänge 75 und 102 auf niedrigem Pegel sind, werden die Transistoren 79 und 98 leitend gemacht, und die Ströme fließen an die Basen der Ausgangstransistoren 84 und 93 und machen diese leitend. An die Spule 31 ist die Spannungsquelle 104 gelegt, wobei der Pfeil auf der rechten Seite die positive Richtung und der Pfeil auf der linken Seite die negative Richtung darstellt. Der Spulenstrom 121 nimmt nahezu linear zu. Es wird bewirkt, daß der Eingang 75 den hohen Pegel zu einer Zeit 105 unmittelbar vor (ungefähr 200 Nanosekunden) der Zeit 126 annimmt und gleichzeitig wird bewirkt, daß der Eingang 74 auf niedrigem Pegel bleibt, bis die Zeit 126 erreicht ist.

Während der Eingang 74 auf niedrigem Pegel bleibt, ist der Transistor 78 leitend gemacht, wodurch sein Ausgang dahingehend arbeitet, daß ein Strom umgekehrter Richtung durch einen Impulsübertrager 82 an die Basis des Ausgangstransistors 84 fließt. Dies dien:

dazu, die Ausschaltzeit des Ausgangstransistors 84

chcn. Bei der Drcicckswcllcn- und der Trapezwellen-Treiberschaltung werden die Ausgangstransistoren anders als bei einer Sinuswellen-Treiberschaltung von Maximalstrom auf Null geschaltet. Bei der Dreieckswellen- und Trapezwellen-Treiberschaltung werden daher während der Schaltvorgänge hohe Leistungen verbraucht, weshalb e. nötig ist, die Ausschaltzeit zu minimalisieren.

Wenn der Strom des Ausgangstransistors 84 bei der Zeit 126 abgeschaltet wird, bewirkt dies, daß der Strom zur Diode fließt, weil der Spulenstrom 121 nicht so schnell geändert werden kann. In diesem Zeitpunkt bleibt der Ausgangstransistor 93 weiterhin leitend, so daß der Spulenstrom 121 durch eine Schleife, bestehend

3d aus Spule 31 — Transistor 93 - Erde — Diode 89 — Spule 31. fließt. Dieser Strom wird durch die in der Spule gespeicherte Energie erzeugt. Wenn daher der gesamte Verlustwiderstand der Schleife mit rund die Induktivität der Spule mit /. bezeichnet wird, nimmt der Strom

J5 geringfügig entsprechend der Zeitkonstanten L/r ab. Wenn der Ausgangsiransistor 93 zu der Zeit 127 abgeschaltet wird, fließt der Spulenstrom 121 in die Diode 90. In diesem Zeitpunkt wird eine Spannung in linker Richtung an die Spule 31 angelegt und die

ίο Steigung des Stromes umgekehrt. Der Strom wird daher nahezu liniear vermindert. Der Ausgangstransistor 92 ist gleichzeitig mit dem Ausschalten des Transistors 93 leitend gemacht worden. Deshalb steigt der Spulenstrom 121. der in die Diode fließt und zu der Zeit 128 Null wird, weiterhin in negativer Richtung an. Es fließt also ein Strom 121 mit trapezförmigem Verlauf in die Spule 31. wie er in Fig. 6R gezeigt ist.

In den Treiberspulen X und K die in rechtem Winkel zueinander gewickelt sind, werden die trapezförmig verlaufenden Ströme, wie sie in Fig. öR gezeigt sind, mit einer Phasenverschiebung von 90' zum Fließen gebracht, so daß ein magnetisches Drehfeld parallel zur Oberfläche des Magnetblasenknstalls, der zwischen den Treiberspulen X und Y angeordnet ist. erzeugt wird.

Das durch die trapezförmigen Siromverläufe erzeugte magnetische Drehfeld beschreibt einen achteckigen geometrischen On 123. wie er in F i g. 6S gezeigt ist. Die in Fig. 6S gezeigte Ortskurve 123 ist wegen der Spannungsabfälle über den Transistoren und Dioden

bo und der Verzögerungszeit der Schaltung geringfügig deformiert (gekippt), verglichen mit einer normalen achteckigen Ortskurve (nicht gezeigt). Zum Vergleich ist in Fig.6S mit unterbrochenen Linien ein Kreis 124 eingezeichnet, welcher eine Ortskurve für ein durch eine

f>5 Sinuswellen-Treiberschaltung erzeugtes magnetisches Drehfeld darstellt.

Die Ortskurve 123 liegt verglichen mit der quadratischen Ortskurve von Dreieckswellen, nahe am Kreis

124, und der Leistungsverbrauch der Treiberschaltung (einschließlich der Spulen, aber ausschließlich der Vorstufe) bei einer Frequenz von 200 kHz ist um ungefähr 50%, verglichen mit dem Betrieb bei 100 kHz, erhöht. Dieser Wert liegt in der Nähe des Zuwachses von 15% im Falle der oben genannten Sinuswellen, ist aber kleiner als der Zuwachs von 100% im Falle der Dreieckswellen.

Der Temperaturanstieg in einem I-Chip-Bestükkungsbaustein ist dem bei Sinuswellen vergleichbar, d.h., er beträgt ungefähr 10%, was weniger als die Zunahme von 40% bei Dreieckswellen ist.

Die durch die trapezförmigen Treiberströme gewonnene achteckige Ortskurve ist damit derjenigen durch Dreiecksströme gewonnenen überlegen, was den Leistungsverbrauch in der Treiberschaltung und die Erzeugung von Wärme in den Spulen anbelangt.

Obiger Vergleich numerischer Werte behandelte eine durch die Sinuswellen-Treiberschaltung gebildete kreisförmige Ortskurve, eine durch die Dreieckswellen-Treiberschaltung gebildete rechteckige Ortskurve, die die kreisförmige Ortskurve umschreibt, und eine durch die Trapezwellen-Treiberschaltung gebildete achteckige Ortskurve, die die ebenfalls kreisförmige Ortskurve umschreibt.

Der Betrieb der Trapezwellen-Treiberschaltung beinhaltet jedoch die gleichen Mängel, wie sie in Bezug auf die Dreieckswellen-Treiberschaltung dargelegt worden sind. Das heißt, der Wert des Ausgangsstroms wird durch die Schwankungen der Breiten der Eingangsimpulse verschoben. Das Entstehen dieser Erscheinung kann verhindert werden, indem eine gestufte trapezförmige Welle 140 (gezeigt in F i g. 7) im gleichen Sinne wie unter Bezugnahme auf die Ausfiihrungsform der Dreieckswellen-Treiberschaltung verwendet wird.

Die Fig. 8A bis 8Q zeigen Zeitdiagramme zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Stufentrapezwellen-Treibersehaltung. Die Stufentrapezwellen· Treiberschaltung ist in der gleichen Weise aufgebaut, wie die in F i g. 6A gezeigte Trapezwellen Treiberschaltung: der Unterschied liegt jedoch in der Betriebsweise. Die Zeitdiagramme der Stufentrapezwellen-Treiberschaltung, die in den Fig. 8A bis 8Q gezeigt sind, unterscheiden sich von den Zeitdiagrammen der Trapezwellen-Treiberschaltung, die in den Fig. 6B bis 6R gezeigt sind, hinsichtlich der Eingangssignale 75,102, 101 und 76. Wie aus der Zeichnung entnehmbar, nehmen die Eingangssignale den niedrigen Pegel an. nachdem der Diodenstrom den Wert Null erreicht hat. Der Spulenstrom 121 wird daher zur Zeit 117 zunächst Null, wie auf der Zeichnung gezeigt, und beginnt von der Zeit 118 an. also etwas verzögert, zuzunehmen.

Wenn uc: su gewonnene geMufie irupe/füi finge Strom 121 (gezeigt in F i g. 8Q) den Treiberspulen X und V unter Einhaltung einer in Fig.8R gezeigten Phase (als Iχί,, Iy₄ in Fig. 8R) zugeführt wird, läßt sich ein magnetisches Drehfeld, welches eine deformierte achteckige Ortskurve Hr^ beschreibt, wie sie in Fig.8S gezeigt ist, gewinnen. Die in Fig. 6S gezeigte achteckige Ortskurve 123 ist von der in Fig.8S gezeigten achteckigen Ortskurve Wr₄ insofern verschieden, als eine Stufe zwischen einem Punkt 119 und einem Punkt 120, die in Fig. 8S gezeigt sind, vorhanden ist Dies rührt von der Tatsache her, daß, während ein flacher Abschnitt im Spulenstrom 121 der Fig.8Q entsprechend einer Zeitkonstanten L/r (L stellt die Induktivität der Spule 31 und r den Veriustwiderstand der Spule 31 dar) geringfügig vermindert wird, der andere Spulenstrom infolge des Stufenabschnitts Null wird.

Die oben erwähnten Stufen in der achteckigen Ortskurve beeinträchtigen jedoch das Arbeiten der Magnetblasen in keiner Weise.

Wie oben erwähnt, ist es durch Verwendung eines gestuften trapezförmigen Stroms anstelle eines trapezförmigen Stromes möglich zu verhindern, daß der Pegel des Stroms durch eine Änderung der Breite der Eingangsimpulse verschoben wird und dadurch merkbare Effekte liefert.

Gemäß der Erfindung können, wie oben erwähnt, Wertänderungen des Ausgangsstroms, die durch eine geringfügige Abweichung von Taktimpulsen verursacht werden, stark vermindert werden, und ferner ermöglicht das Betreiben mit einer trapezförmigen Welle, welches eine achteckige Ortskurve beschreibt, die Verwirklichung einer Magnetblasenvorrichtung des nichtresonanten Typs, welche sich nur wenig vom Sinuswellentyp unterscheidet, was den Leistungsverbrauch durch die Treiberschaltung und die Erzeugung von Wärme durch die Spule anbelangt.

Vorstehende Beschreibung hat sich mit dem Fall befaßt, daß den beiden in rechtem Winkel zueinander angeordneten Spulen Wechselströme zugeführt werden, die eine Phasendifferenz von 90^c haben, das magnetische Drehfeld kann jedoch auch mit Wechselströmen bzw. Spulen erzeugt werden, die sich unter beliebigen Winkeln kreuzen, vorausgesetzt, daß die Phasendifferenz geändert wird. Ferner läßt sich die Erfindung auch mit einer Kombination aus drei oder mehr Spulen verwirklichen; es besteht also keine Einschränkung auf zwei in rechtem Winkel zueinander angeordnete Spulen.

Ferner wurde die Erfindung vorstehend zwar anhand der Fälle eines Dreiecksstromes und eines trapezförmigen Stromes erläutert, das Wesen der Erfindung betrifft jedoch eine Magnetblasenvorrichtung des Typs eines nicht-resonanten Treibers mit niedrigem Energieverbrauch, bei welchem die in den Spulen gespeicherte Energie nicht in Wärme umgewandelt, sondern an die Spannungsquelle zurückgegeben wird. Die Wellenform soll auch nicht allein auf eine Dreiecks- oder Trapezwelle beschränkt sein.

Ferner handelt es sich bei den Ausführungsformen zwar um solche mit Parallelschaltungen von Transistoren und Dioden zur Bildung von Zweinchtungselementen. es kann aber jedes Schaltelement mit niedrigem Spannungsabfall verwendet werden, vorausgesetzt, daß es Strom in zwei Richtungen fließen lassen kann. Beispielsweise ist es zulässig, einen Zweirichtungstransistor (NPN-Transistor. welcher den Strom auch vom

enigegengesetzt verschaltete Schaltstufe, bestehend aus gewöhnlichen Einweg-NPN-Transistoren, oder eine Schaltstufe aus einem NPN-Transistor und einem parallel dazu angeschlossenen PNP-Transistor zu verwenden.

Zusammengefaßt schafft die Erfindung eine Treiberschaltung für eine Magnetblasenvorrichtung, bei welcher eine Gleichspannung und Treiberspulen an eine Brückenschaltung, bestehend aus vier Zweirichtungsschaltern, angeschlossen sind und Wechselströme mit Stufen (etwa dreieckförmig oder trapezförmig verlaufende Ströme) in den Treiberspulen durch geeignete Steuerung des Ein- oder Ausschaltens der Zweirichtungsschalter erzeugt werden. Ais Folge davon wird der Gleichspannungspegel der Wechselströme durch Ände-

rungen der Breite von Impulsen, weiche das öffnen und Schließen der Zweirichtungsschalter steuern, nicht verschoben, und die Magnetblasenvorrichtung wird mit einem stark verbesserten Arbeitsbereich versehen.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   !.Treiberschaltung für eine Magnetblasenvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Parallelschaltung, bestehend aus einer ersten Reihenschaltung aus einem ersten Zweirichtungsschalter (32) und einem zweiten Zweirichtungsschalter (33), und einer zweiten Reihenschaltung aus einem dritten Zweirichtungsschalter (34) und einem vierten Zweirichtungsschalter (35); eine zwischen zwei Anschlüssen der Parallelschaltung angeschlossene Gleichspannungsquelle (36); Treiberspulen (3;), die zwischen einem gemeinsamen Punkt des ersten und des zweiten Zweirichtungsschalters der ersten Reihenschaltung und einem gemeinsamen Punkt des dritten und des vierten Zwdrichtungsschalters der zweiten Reihenschaltung angeschlossen sind; und eine Schaltersteuerschaltung zur Steuerung des Öffnens und Schließens des ersten bis vierten Zweirichtungsschalters zur Erzeugung eines Wechselstroms in den Treiberspulen; wobei die Schaltersteuerschaltung das Öffnen und Schließen des ersten bis vierten Zweirichtungsschalters so steuert, daß der Verlauf des Wechselstroms einen Zeitbereich aufweist, in welchem der nach der Zeit differenzierte Wert des Stroms Null wird, wenn der Strom vcn positiver Polarität zu negativer Polarität oder von negativer Polarität zu positiver Polarität übergehend den Null wert auf der Zeitachse kreuzt.
2. 2. Treiberschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom Dreiecksform hat.
3. 3. Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom Trapezform hat.
4. 4. Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweirichtungsschalter aus Parallelschaltungen von Transistoren (84, 85, 92, 93) und Dioden (88,89,90,91) bestehen