DE965448C - Impulsfrequenzteiler mit Magnetkernen, insbesondere fuer elektronische Rechenmaschinen - Google Patents

Description

In Rechenmaschinen, die nach dem binären System arbeiten, können die beiden. Schaltzustände einer Vorrichtung (betätigt oder nicht betätigt) verwendet werden, um Angaben in verschlüsselter Form aufzuzeichnen oder zu speichern). Es sind vielfach als Vorrichtungen Relais benutzt worden, die jedoch wegen ihrer Schaltträgheit nur langsam schalten können. Man ist daher vielfach zu Schaltungen mit Elektronenröhren in solchen Maschinen übergegangen, wo es darauf ankommt, mit höheren Geschwindigkeiten zu arbeiten. Es wird jetzt allgemein ein schnelles Arbeiten von kleinen und wirtschaftlichen Schalteinheiten, die mit geringem Stromverbrauch bei Vermeidung von Wärmeverlusten ohne mechanische Bewegungen betrieben werden, angestrebt.

Die Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung mit kleinen Abmessungen, die zwei stabile Zustände annehmen kann> in der sie jeweils mit einem sehr geringen Energieaufwand in außerordentlich kurzer Zeit gebracht werden kann. Außerdem beinötigt sie keine Energie, um in dem jeweilig gebrachten Zustand gehalten, zu werden. Erfindungsgemäß enthält die Vorrichtung entgegengesetzt gewickelte Spulen mit einem Kern aus einem magnetischen Material, das bei seiner Magnetisierung

709 5H2/223

zwei gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete, stabile Remanenzzustände annehmen kann. Beim Hindurchffießen von Gleichstrom durch die Spulen heben sich zwei gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete Kraftflüsse gegenseitig auf, während beim Erregen der Spulen durch kurze Impulse von etwa 0,25 Mikrosekunden ungleiche magnetische Kraftflüsse im Kern entstehen. Diese Wirkung wird am vollkommensten erzielt, wenn das Kernmateria! eine rechteckige Hysteresisschleife¹ aufweist. Beim Anlegen eines kurzen Eingangsimpulses stellt sich der magnetische Kraftfluß auf den einen stabilen, z. B. den oberen Remanenzpunkt, nach Abklingen des Impulses und beim Anlegen des nachfolgenden Eingangsimpulsee auf den· unteren Remanenzpunkt nach Abklingen dieses folgenden Impulses selbsttätig ein. Die Umschaltung von einem zum anderen Remanenzpunkt kann nur durch eine so große magnetmotorische Kraft entsprechender Richtung erfolgen, daß die Knicke der Hysteresisschleife durchlaufen werden. Kleinere magnetmotorische Kräfte schalten den Remanenzpunkt nicht um.

Gemäß der Erfindung sind noch zwei weitere Spulenpaare auf dem Kern vorgesehen, die in gleicher Weise gewickelt sind und von denen die eine Spule jedes Paares an die Basiselektrode eines zugeordneten Transistors und die andere Spule des Paares an die Kollektorelektrode dieses Transistors angeschlossen ist; die beiden Transistoren sind parallel geschaltet. Da die Spulen des einen Transistors entgegengesetzt zu den Spulen des anderen Transistors angeschlossen sind, wird der eine Transistor einen angelegten Impuls weiterleiten, während zu dieser Zeit der andere Transistor gesperrt ist. Über die an der Basiselektrode, liegende Spule findet außerdem eine positive Rückkopplung statt.

Durch einen weiteren Satz von zwei Spulen auf demselben Kern wird über Gleichrichter von den beiden Ausgangsleitungen abwechselnd ein Ausgangsimpuls geliefert, so daß die eingangsseitig zugeführte Impulsfrequenz geteilt wird. Die beiden Ausgangsimpulse können einen gemeinsamen Verbraucher speisen. Es kann jedoch auch nur der Impuls der einen Ausgangsleitung einer weiteren in gleicher Weise aufgebauten elektromagnetischen Vorrichtung zugeführt werden, wodurch ein Zähler entsteht.

Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen an Hand der Abbildungen näher erläutert.

Fig. ι ist eine idealisierte Hysteresiskurve des als Kern in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten, magnetischen Materials;

Fig. 2 zeigt schematisch einen Impulsfrequenzteiler, durch den die Impulse über den Eingangskanal auf zwei Ausgangskanäle aufgeteilt werden; Fig. 3 ist das Schaltbild der Spulen des magnetischen Schaltelementes und der beiden verwendeten Halbleiterverstärker;

Fig. 4 ist ein Teilschaltbild der Schaltung nach Fig. 3 zur Erläuterung der Arbeitsweise;

Fig. 5 ist eine Teilschaltung mit anderen Mitteln zum Umschalten der Vorrichtung.

Der Impulsfrequenzteiler liefert einen Ausgangsimpttls für je zwei Eingangsimpulse. Solche Vorrichtungen sind in Fernübertragungsanlagen als fF-Z-Relaiskombinationen bekannt. Derartige Schaltungen finden auch in Rechen- und Buchungsmaschinen Verwendung, die nach dem binären System arbeiten.

Bei der vorliegenden Vorrichtung wird ein magnetisches Schaltelement verwendet, welches zwei stabile Zustände einnehmen kann, und zwar den einen,, indem es positiv, und den anderen, indem es negativ erregt wird. In dem einen Zustand drückt es die binäre ο und in dem anderen die binäre 1 aus. In einer solchen Vorrichtung sind mehrere Spulen durch einen magnetisierbaren Kern magnetisch miteinander verkettet, der eine große Koerzitivkraft und eine im wesentlichen rechteckige Hysteresiskurve (vgl. Fig. 1) aufweist. Wenn der Kern am Remanenzpunkt α ist und eine MMK in der Größe von -\~2-Hi an diesen angelegt wird, kehrt sich der magnetische Fluß um; die Kurve abc de wird durchlaufen. Wenn dann wieder die MMK sinkt, wird die Kurve edf durchlaufen; der Remanenzpunkt f wird erreicht und beibehalten. Wenn danach eine positive MMK, die entweder kleiner als ~\·Ηι oder größer als -\-2H1 ist, angelegt wird, erfolgt keine Zustandsänderung; beim Abschalten dieser Kraft kehrt die magnetische Induktion des Kernes zum Punkt / zurück. Wenn eine negative MMK angelegt wird, die größer als +Hi ist, aber nicht ausreicht, um den magnetischen Kraftfluß über den Punkt g zu treiben, ändert sich der Kraftfhiß nicht; beim Abschalten dieser Kraft wird der Punkt/ wieder eingenommen. Wenn jedoch eine Kraft angelegt wird, die mindestens —2 H1 ist, erfolgt eine Zustandsände^ rung; die Kurve fghij wird mit einer Rückkehr auf Punkt α beim Abschalten dieser magnetmotorischen Kraft durchlaufen. Wenn sich der magnetische Fluß des Kernes am Remanenzpunkt α befindet, stellt er eine binäre ο und am Punkt f eine binäre 1 dar. .

Mittels eines solchen Kernes ist ein Impulsfrequenzteiler nach Fig. 2 gebaut. Gemäß dieser Figur weist der Frequenzteiler einen einzigen Eingang A und zwei Ausgänge B und C auf, von denen einer oder beide verwendet werden können. Unterhalb dieser Blockdarstellung sind die drei Impulszüge A, B bzw. C abgebildet, die die Stromimpulse im Eingang A und an den beiden Ausgängen B und C darstellen. Die Eingangsimpulse können in unregelmäßigen Abständen (vgl. die Fig. 2) oder in regelmäßigen Abständen, je nach der Verwendung der Vorrichtung gegeben werden. Beim ersten, dritten, fünften und siebenten Eingangsimpuls werden entsprechende Impulse am Ausgang B und beim zweiten, vierten, sechsten und achten Eingangsimpuls am Ausgang C auftreten,.

Der Impulsfrequenzteiler kann gemäß Fig. 3 aufgebaut sein. Demgemäß sind durch den Kern 1 die acht Spulen 2 bis 9 magnetisch verkettet. Durch den Punkt am Ende jeder Spule soll die Polarität der Spule angezeigt werden. Man sieht also, daß

die zwischen der Röhre ίο und dem positiven Pol der Spannungsquelle in Reihe liegenden Spulen 2 und 3 einander entgegengesetzt geschaltet sind. Die an das Gitter der Röhre 10 angeschlossene Impulsquellen steuert die Röhre 10, die einen Impuls durch die Wicklungen 2 und 3 sendet. Wenn der magnetische Fluß des Kernes dem Punkt α entspricht, liefert ein Impuls in diesem Anodenkreis das in Fig. 4 gezeigte Ergebnis, d. h., die Spule 3 erzeugt einen schwachen negativen Impuls und die Spule 2 einen starken positiven Impuls. Wenn andererseits der magnetische Fluß des Kernes dem Remanenzpunkt/ entspricht, werden diese Ergebnisse umgekehrt, und der negative Impuls an der Spule 3 ist stark genug, um den schwachen positiven Impuls der Spule 2 zu überwinden. Obwohl diese Spulen 2 und 3 in jeder Hinsicht elektrisch gleich sind, erzeugen sie keine gleichen und entgegengesetzten Felder, die sich genau gegenseitig aufheben. Diese Erscheinung kann dadurch erklärt werden, daß im ersten Falle die Spule 3 versucht, den Kern in der Richtung zu magnetisieren, in der er bereits magnetisiert ist, und daß durch keine höhere angelegte MMK dieser Zustand verstärkt wird. Der in Fig. 4 gezeigte winzige negative Impuls kommt offenbar daher, daß die Hysteresiskurve in Wirklichkeit nicht die idealisierte Form von Fig. ι aufweist und in Wirklichkeit eine geringe negative Erhöhung des magnetischen Flusses auftritt. Da das von der Spule 3 aufgebaute Feld daher kein bemerkenswertes Ergebnis liefert, kann die Spule als kurzgeschlossene Spule betrachtet werden; es wird nur eine sehr geringe Spannung induziert. Andererseits erzeugt die Spule 2 eine positive magnetisierende Kraft, die den magnetischen Fluß längs der Kurve ab ede zu ändern sucht, so daß die Spule 2 als hohe induktive Belastung wirkt/wodurch eine starke Spannung induziert wird. Aber im zweiten Fall ist die wirksame Impedanz der Spule 3 größer als die der Spule 2 infolge des Zustandes des Kernes, so> daß dann die Verluste durch die Spule 2 größer sind.

Es ist somit festgestellt, daß, wenn der magnetische Fluß durch den Kern dem Punkt a entspricht, dia Spule 2 eine vorherrschende Wirkung ausübt, und wenn dieser dem Punkt f entspricht, die Spule 3 vorherrscht.

Die Schaltung nach Fig. 3 enthält ferner zwei Halbleiterverstärker 12 und 13. In jedem ist die Basiselektrode über eine Spule geerdet und die Kollektorelektrode über eine weitere Spule an eine negative Spannungsquelle angeschlossen. Die Basis- und die Kollektorspule der beiden Transistoren sind jedoch entgegengesetzt gepolt.

Auf dem Arbeitspunkt α übt ein von der Röhre 10 ankommender Impuls durch die vorherrschende Wirkung der Spule 2 auf die Spule 6 die Wirkung aus, daß die Basiselektrode des Transistors 13 positiv wird, so daß die Steuerelektrode gegenüber der Basiselektrode negativ wird und jeden Stromfluß der Steuerelektrode zur Kollektorelektrode unterbindet, da nur dann Strom in dem Halbleiter, z. B. Germanium, fließt, wenn die Steuerelektrode gegenüber der Basiselektrode positiv vorgespannt ist. Daher bleibt dieser Transistor 13 gesperrt. Die Basiselektrode des anderen Transistors 12 wird jedoch gegenüber der Steuerelektrode negativer, so daß die Vorspannung der Steuerelektrode gegenüber der Basiselektrode positiver wird, wodurch das Germanium leitend wird. Einige der Elektronen gelangen zu der Kollektorelektrode; es wird somit ein Strom von der Steuerelektrode zur Kollektorelektrode fließen. Dieser Strom ruft eine Spannung in der Wicklung 4 hervor. Die sich pro Windung in dieser Spule ergebende Spannung tritt an der Basiselektrode als negative Spannung auf, wodurch eine positive Rückkopplung stattfindet. Diese Wirkung hält an, bis der Kern von seinem binären o- auf seinen binären 1-Zustand umgeschaltet ist, worauf, 'da keine weitere Veränderung im Kraftlinienfluß mehr erfolgt, die induzierten Spannungen gleich Null sind und der Transistor in seinen statischen Zustand zurückkehrt.

Da die Schaltung symmetrisch aufgebaut ist, findet dieselbe Folge von Vorgängen statt, wenn der nächste Umschaltimpuls angelegt wird, nur wird dieses Mal von der binären 1 zur binären 0 umgeschaltet; der Transistor 13 ist anstatt des Transistors 12 in Betrieb.

Außerdem sind zwei weitere Spulen 8 und 9 in Reihe mit den Dioden 14 bzw. 15 vorgesehen, die die Ausgangsspannungen liefern, von denen eine oder beide Ausgangsimpulse an eine auf solche Impulse ansprechende Schaltung 16 angelegt werden. Beispielsweise kann die C-Leitung von der Spule 9 als eine Impulsleitung· für einen weiteren Impulsfrequenzteiler, der gleich dem der Fig. 3 ist, verwendet werden:, wodurch ein Zähler gebildet wird.

Fig. 5 zeigt eine andere Umschaltvorrichtung, die in der Praxis sehr zufriedenstellend arbeitet. An Stelle zweier entgegengesetzt gepolter Spulen, die in Reihe geschaltet sind, speist hier der Anodenstrom der Röhre 17 zwei Kondensatoren! 18 und 19 mit geringer Kapazität; derjenige Transistor 20 oder 21, der mit der Spule 22 bzw. 23 verbunden ist, die das größte negative Potential erzeugt, übernimmt die Steuerung und arbeitet in einer Weise, die ähnlich der oben beschriebenen ist.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Impulsfrequenzteiler, insbesondere für elektronische Rechenmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei entgegengesetzt gewickelte Spulen einen Kern aus einem magnetischen Material aufweisen, das zwei gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete, stabile Remanenzzustände annehmen kann, und daß, obwohl sich im Kern beim Hindurchfließen von Gleichstrom durch die Spulen die gleichen entgegengesetzt gerichteten magnetischen Kraftflüsse gegenseitig aufheben, beim Erregen der Spulen durch kurze Impulse ungleiche magnetische Kraftflüsse im Kern entstehen,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden entgegengesetzt gewickelten Spulen in Reihe geschaltet sind,

denen die Eingangsimpulse über eine Elektronenröhre von einer Impulsquelle zugeführt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Spulenpaare auf dem Kern vorgesehen sind, von denen, eine Spule eines jeden Paares an die Basiselektrode eines Transistors und die andere Spule- des Paares an die Kollektorelektrode dieses Transistors so angeschlossen ist, daß sich eine positive Rückkopplung ergibt, und daß die beiden Transistoren parallel geschaltet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen des einen Transistors entgegengesetzt zu den Spulen des anderen Transistors gepolt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kernmaterial verwendet wird, das eine möglichst rechteckige Hysteresisschleife aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch das Anlegen eines Eingangsimpulses der magnetische Kraftfluß nach dem Abklingen dieses Impulses auf den einen, z. B. den oberen Remanenzpunkt (/) und beim Anlegen des folgenden Eingangsimpulses nach dessen Abklingen auf den unteren Remanenzpunkt (a) einstellt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen an die Transistoren derart angeschlossen sind, daß jeweils der eine Transistor beim Anlegen eines Eingangsimpulses leitet, während der andere Transistor gesperrt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen- weiteren Satz von zwei Spulen auf demselben Kern über Gleichrichter an. die Ausgangsleitungen abwechselnd ein Ausgangsimpuls geliefert wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden nacheinander auftretenden Ausgangsimpulse einem einzigen Verbraucher zugeführt werden.

. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Ausgangsimpuls auf der einen Ausgangsleitung einer weiteren gleichartigen Vorrichtung zugeführt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Eingangsröhre zugeführten Eingangsimpulse jeweils über einen Kondensator geringer Kapazität zu den Basiselektroden der Transistoren gelangen und daß stets der Transistor arbeitet, dessen Basiselektrode die negativere Spannung gegenüber der Basiselektrode des anderen Transistors aufweist-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 738/171 12.56 (709 532/223 5. 57)