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Publication number: DEI0008494MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 7. April 1954 Bekanntgemacht am 20. Dezember 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Es ist bekannt, Triggerkreise aus Elektronenröhren oder gasgefüllten Entladungsröhren aufzubauen. Unter einem Trigger versteht man eine elektrische Kippanordnung mit zwei stabilen, Zuständen, welche durch äußere Impulse von dem einen in den anderen umgeschaltet werden,. Solche Triggerkreise werden häufig in elektrischen Rechenmaschinen als Zählerelement verwendet.

Die Erfindung betrifft einen magnetischen

ίο Triggerkreis, welcher aus in Reihe geschalteten ohmschen, kapazitiven und induktiven. Schaltelementen besteht, die von einer Wechselspannungsquelle gespeist werden. Erfindungsgemäß ist auf der Drosselspule eine Umschaltwicklung vorgesehen, deren Magnetfeld senkrecht zum Spulenfeld verläuft. Mit Hilfe dieser Wicklung erfolgt die Umschaltung des Triggers von einem stabilen Zustand in den anderen. Der Vorteil besteht in einer wirksamen Entkopplung der beiden Wicklungen, SO' daß die Impulsbreite der Umschaltinipulse keine Störungen verursacht.

Ein Merkmal der Erfindung ist ein Ferro resonanztriggerkreis, in dem die Umschaltwicklung und die Belastungswicklung stets getrennt sind, wenn keine Triggerimpulse angelegt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und sind in den Zeichnungen veranschaulicht, die an Hand von Beispielen Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

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Die Zeichnungen haben folgende Bedeutung:
Fig. ι zeigt eine Reihenschaltung zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Ferroresonanz; Fig. 2 ist eine graphische Darstellung derStrom-Spannungskennlinien für die Schaltung gemäß Fig. ι;

Fig. 3 ist ein Schaltbild eines gewöhnlichen Impedanztriggerkreises, der zwei gemischt geschaltete Ferroresonanzzweige umfaßt;

ίο Fig. 4 a, 4b und 4c sind dynamische Hysteresisdiagramme eines Industorkerns, der Triggerimpulsen ausgesetzt ist;

Fig. 5, 6 und 7 veranschaulichen. Konstruktionsmerkmale der Drossel;

Fig. 8 ist ein Schaltbild eines dualeii Ferroresonanztriggers.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf magnetische Schaltelemente, bei denen die Ferroresonanz angewendet wird in Form der Reihen- schaltung eines Widerstandes R mit einer Kapazität C und einer sättigbaren. Drosselspule L sowie einer Wechselspannungsquelle E_AC. Bei entsprechender Auswahl der Werte der verschiedenen Schaltelemente und der Frequenz und Spannung der Quelle E_Aq kann. der Arbeitspunkt dieser Schaltung auf einem von zwei stabilen Zuständen, liegen. Gemäß Fig. 2, welche die Stromspannungskennlinie der Reihenschaltung von, Fig. 1 veranschaulicht, bestehen zwei stabile Zustände α und b für einen bestimmten Spannungswert E₂.

Beim Übergang vom Zustand α in den Zustand b kann in der Annahme eines festen Speisespannungswertes entweder die Kondensatorspannung' durch direkte Impulsgabe an den Kondensator C oder die gesamte Speisespannung durch Spannungsimpulse an die Drosselspule L gesteigert werden bzw. die Drosselspulenimdanz durch Stromimpulse gesenkt werden, wodurch eine Erhöhung der Kondensatorspannung erfolgt. Ist die Impulsdauer gleich oder kleiner als die Schwingungsdauer der Trägerfrequenz, SO' ist eine sorgfältige Synchronisierung mit der Trägerspannung E_AC notwendig, damit der Magnetfluß im Kern erhöht und nicht verringert wird. Im allgemeinen sind Amplitude und Breite wichtige miteinander im Zusammenhang stehende Größen. Eine Verbesserung der Grundreihenschaltung kann erhalten werden durch Verwendung von, zwei in Reihe geschalteten Drosselspulen L, die einzeln mit zwei in Reihe geschalteten, Umschaltwdcklungen, die entgegengesetzt gewickelt sind, gekoppelt sind. Die Schwierigkeiten der Synchronisierung werden auf diese Weise verkleinert, da ein in einer Richtung wirkender Umschaltimpuls, der an die Gegenwicklungen angelegt wird, im allgemeinen die Neigung hat, eine der beiden. Drosselspulen zu sättigen.

Die Umschaltung in den Zustand α geringen Stroms erfolgt am besten durch eine Entladung des Kondensators durch Umschaltimpulse (Kurz-Schluß trigger). Es ist jedoch schwer, den. Stromkreis in diesen Zustand durch Impulse an der Drosselspule zu schalten, weil die Umschaltimpulse während des kurzen Zeitabschnitts, in dem der Kondensator seine Ladung ändert, angelegt werden müssen, um wirksam zu sein. Infolge dieser Schwierigkeiten wird die Reihenschaltung gemäß Fig. ι nicht oft als bistabiles Triggerelement verwendet. Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung eines Triggerkreises mit nur einem Zweig liegt in dem Problem der Hochfrequenzspeisung, wenn mehrere Triggerkreise mit einer zufälligen Verteilung von Zuständen geringer und hoher Stromstärke verwendet werden,.

Diese Schwierigkeit kann, durch die Verwendung von zwei parallel geschalteten Ferroresonanzkreisen verringert werden, bei denen einer der beiden parallel geschalteten Zweige immer im Zustand hoher Stromstärke ist, wenn der andere im Zustand geringer Stromstärke ist. Ein Beispiel für den parallelen Zweigtriggerkreis' ist der in Fig. 3 gezeigte sogenannte Impedanztriggerkreis. Durch entsprechende Wahl der Schaltelemente und der Spannung E_AC kann ein Zweig im Zustand hoher Stromstärke und der andere im Zustand geringer Stromstärke sein oder umgekehrt, jedoch können, beide Zweige nicht gleichzeitig den gleichen Zu-'stand annehmen. Zur Unterscheidung der Schaltelemente der beiden Zweige sind die Zusätze 1 und 2 den Bezeichnungen R, C und L für die Grundschaltelemente gemäß Fig. 1 und die Drosselspulenvorspannungs- oder Umschaltwicklungen, T hinzugefügt. Der aus zwei parallel geschalteten Reihen-Ferroresonanzzweigen bestehende .Stromkreis hat auch nicht mehr die, Schwierigkeit der Umschaltung aus einem Zustand in den anderen, wie oben, besprochen. Durch die Umschaltwicklungen, T₁ und T₂ wird der Zweig mit der geringen Stromstärke immer in den Zustand hoher Stromstärke geschaltet und dort durch den Umschaltimpuls so· lange gehalten, bis der ursprünglich im hohen Zustand befindliche Kondensator C entladen ist, wodurch sein zugeordneter Zweig in den Zustand niedriger Stromstärke geschaltet wird. Wechselstromausgangssignale, deren Größen sich verändern, wenn die Ferroresonanzzweige von einem stabilen Zustand in den anderen umschalten, erhält man an Ausgangsstromkreis«m, die mit dem Verbindungspunkt der L- und C-Elemente der jeweiligen Zweige gekoppelt sind. Der Stromkreis gemäß Fig. 3 kann dual betätigt werden,, indem die Umschaltwicklungen T₁ und T₂ in Reihe geschaltet werden, so daß jeder Umschaltimpuls gleichzeitig an beide Zweige angelegt wird.

Bei dieser Art kann der Magnetfluß nach der Phasenlage des Umschaltimpulses in bezug auf die Trägerspeisespannung erhöht oder vermindert werden. Ist die Impulsdauer jedoch kleiner als die Schwingungsdauer der Trägerspannung und ist außerdem die Amplitude des Umschaltimpulses so· gering, daß durch den Impuls allein, keine Um-Schaltung der magnetischen Triggerkreiise erreichit wird, SO^ ist eine Synchronisierung des Impulses mit der Trägerspannung notwendig.

Die transfoirmatorische Einkopplung der, Umschaltimpulse in Ferroresonanztriggerkreise nach der Fig. 3 ist jedoch mit Nachteilen behaftet, da.

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der Bezugspunkt für die Fluß änderungen der Drosselspule während der Impulsdauer verschoben ist.

Erfmdungsgemäß wird eine Feldwicklung in jeder Zweigdrosselspule verwendet, die einen Magnetfluß rechtwinklig zu dem normalen Spulenmagnetfeld liefert und, obwohl sie die Drosselspule des Induktors L steuern kann,, den Umschaltkreis nicht mit der Drosselspule koppelt, außer wenn das

ίο normale und das Querfeld gleichzeitig angelegt werden. Weiterhin entsteht ohne Rücksicht auf die Polarität des normalen Spulenfeldes ein Magnetfluß immer bei Anlegung des Querfeldes. Deshalb braucht man nicht doppelte Kerne oder zwei reihen,-geschaltete Drosselspulen vorzusehen, wie oben erwähnt ist. Der polarisierte Zustand der Drosselspule infolge der Verwendung von transformatorgekoppelten Umschaltimpulsen und, die symmetrische dynamischeHysteresiskurve,.die durch Ver-Wendung von Umschaltimpulsen des Querfeldes erhalten wird, sind in der Fig. 4 veranschaulicht. Bild 4 a dieser Figur zeigt die dynamische Hystereseschleife des Drosselspulenkerns ohne Schaltimpulse, 4b bei transformatorischer Einkopplung des Schaltimpulses und 4 c bei Anwendung des Ouerfeldes.

Der Umschaltimpuls des Ouerfeldes kann direkt durch das Kernmaterial selbst geleitet werden oder durch eine Leitung, um die herum ein zylindrisches Magneitkernelement und, die Wechselstromwicklung liegen.

Gemäß Fig. 5 wird das Kernmaterial 10 als Leiter verwendet. Es ist zu einem Band geformt und erstreckt sich entlang der Mittelachse. In der Mitte ist es nochmals gefaltet. Dann wird eine Kupferleitung 11 an den Enden, angeschweißt oder -gelötet, um Zuleitungen zu bilden. Eine zylindrische Kernausführung ist in Fig. 6 veranschaulicht, in welcher das Kernmaterial 10 um den, Leiter 11 gerollt ist. Der hindurchgehende Leiter entspricht einer Wicklung. Es können jedoch mehrere Leiter in die mittlere Kernöffnung gebracht werden, die nach Wunsch eine einzige Wicklung, mit mehreren, Windungen oder eine Mehrzahl von Wicklungen bilden. Die Wechselstromwicklung 12 kann direkt auf das Magnetmaterial 10 oder über einen Isolierzylinder 13 gemäß Fig. 7 gewickelt werden, welcher danach auf das Kernmaterial 10 geschoben wird. Die Richtung der Kraftfeder ist in, Fig. 8 bis 10 gezeigt. Die Wechselstromwdcklung ist vorzugsweise einlagig ausgeführt, um Streufluß und verteilte Kapazität auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Sehr dünnes hochpermeables magnetisches Bandmaterial wird verwendet, um eine Drosselspule zu erhalten, bei der das Verhältnis der Reaktanz im ungesättigten Zustand zu der Reaktanz im gesättigten Zustand groß ist. Selbst bed einem großen Luftspalt kann man, Verhältnisse von 4 : ι erzielen,

Der in Fig. 3 veranschaulichte Ferroresonanz-Triggerkreis kann als dualer Trigger geschaltet sein, wie Fig. 8 zeigt, mit einem einzigen Eingangskreis 14 und zwei Ausgangskreisen 15 und 16. Die Querfeldumschaltwicklungen T 1 und T 2 werden in Reihe zum Eingangskreis geschaltet, der einseitig geerdet werden kann, wie dargestellt. Der Kondensator Ci ist durch eine Diode 17 und eine Parallelschaltung aus Widerstand 18 und Kondensator 19 überbrückt, der Kondensator C 2 durch eine Diode 20 und eine Parallelschaltung aus Widerstand 21 und Kondensator 22. Diese Elemente dienen zur Glättung und Gleichrichtung der auf den Leitungen 15 und 16 erscheinenden Ausgangspotentiale. Das gemeinsame Impedanzelement Z ist als Kondensator 23 veranschaulicht, und das eine Ende des Widerstandes 24 ist zwischen den Kondensator 23 und den Verbindungspunkt der beiden parallelen Ferroresonanzzweige geschaltet. Das andere Ende des Widerstandes 24 ist geerdet· und bildet einen Weg für das Gleichstrotnausgangssignal, das auf den Leitungen 15 und 16 auftritt, Der Widerstand 24 kann jedoch wegfallen bei Verwendung einer Induktivität oder eines Widerstandes als gemeinsames Impedanzelement.

Es sei angenommen, daß der Zweig 1 im Zustand hoher Stromstärke ist, wie oben beschrieben, und Zweig 2 im Zustand niedriger Stromstärke, Ein an Leitung 14 angelegter Umschaltimpuls beliebiger Richtung erregt die Wicklungen Ti und T 2 gleichzeitig und schaltet damit den Triggerkreis um, so daß jetzt im Zweig 1 ein geringer Strom und im Zweig 2 ein großer Strom fließt. Am Ausgang 16 tritt eine Potentialerhöhung' auf, während ein Abfall am Ausgang 15 festgestellt wird, Der Zweig mit niedrigem Strom wird, immer in den, Zustand hoher Stromstärke geschaltet, und, dort so lange gehalten, bis der Kondensator C des ursprünglich im Zustand hohen Stromes befindlichen Zweiges sich entladen, und dadurch den zugeordneten Zweig in den Zustand niedriger Stromstärke umschaltet.

Durch die Verwendung eines Querfeld.es sind, die magnetischen Flußänderungen in, der Spule unabhängig von der Phasenlage der Triggerimpulse symmetrisch, und das Problem der Triggerimpuls- und Trägersynchronisierung fällt weg, wodurch sich eine zuverlässige Arbeitsweise als bistabiler magnetischer Trigger ergibt. Weiterhin sind die Wechselstromwicklungen, der Spulen L und der Triggeirwicklungen T nur dann, gekoppelt, wenn die Triggerimpulse angelegt werden, und infolgedessen, können unerwünschte, von den Strömen in den Ferroresonan.zzweigen erzeugte Oberwellen nur während der Triggerimpulszeiten, in die Signalstromkreise gelangen.

Der beschriebene duale Trigger kann in bekannter Weise in Zählerkreisen, Stellenverschiebungsregistern u. dgl. verwendet werden,, bei denen eine Kette von, Triggerkreisen, untereinander verbunden ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Magnetischer Triggerkreis, bestehend aus in Reihe geschalteten ohmschen, kapazitiven, und induktiven Schaltelementen, die von einer Wechselspannungsquelle gespeist werden, in,s-

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besondere für elektrische Rechenmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Drosselspule eine Umschaltwicklung vorgesehen ist, deren Magnetfeld senkrecht zum Spulenfeld verläuft.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel geschaltete Ferroresonanzzweige mit einem Impedanzelement und der Spannungsquelle in Reihe geschaltet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstromkreise je an den Verbindungspunkt der Induktanz- und Kondensatorschaltelemente der Ferroresonanzzweige angeschlossen sind.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sättigbaren Induktivitäten je eine Spule umfassen, die auf einen länglichen Kern gewickelt sind, der aus wenigstens einem gefalteten Streifen aus leitendem Magnetmaterial besteht, und an dessen Enden Leitungen für die Anschlüsse und Umschaltwicklungen befestigt sind.
5. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sättigbaren Induktivitäten aus Spulen bestehen, die auf einen, zylindrischen Kern gewickelt sind, der aus Streifen magnetischen Materials geformt ist, und in dem sich mindestens eine Umschaltwicklung befindet.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Electronics, 25, S. 121 bis 123, 1952, Nr.
(April).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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