DE1010989B - Magnetische Kippschaltung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Für die Übertragung von Wertangaben durch Impulse werden Anordnungen mit zwei stabilen Zuständen gebraucht. Da für höhere Impulsfolgefrequenzen mechanische Gebilde infolge ihrer Massenträgheit nicht mehr in Betracht kommen, werden bistabile Schaltungen mit Elektronenröhren heran-.gezogen. Zur Vermeidung der bekannten Nachteile von Elektronenröhren, unter anderem beschränkte Lebensdauer und Notwendigkeit von Versorgungsspannungen, finden nicht der Abnutzung unterworfene, z. B. magnetische Elemente Eingang in diese Technik.

Ein solches Element ist die magnetische Kippschaltung, die von der Ferroresonanz Gebrauch macht. Es wird darunter die Erscheinung verstanden, daß der Strom in einer mit sättigbarem Eisenkern versehenen Induktivität mit steigender angelegter Spannung zunächst stetig wächst, dann plötzlich auf einen viel höheren Wert springt und anschließend wieder stetig weiter steigt, umgekehrt bei von hohem Wert fallender Spannung. Unter Benutzung dieses Effektes arbeitende Kippschaltungen sind bekannt. Sie sind zwei parallele Zweige, jeder aus der Reihenschaltung von Induktivität und Kondensator bestehend.

Zur Erhöhung 3er Arbeitsgeschwindigkeit wird erfindungsgemäß eine magnetische Kippschaltung mit zwei parallel geschalteten ferroresonanten Kreisen, jeder aus der Reihenschaltung einer Induktivität mit sättigbarem Kern, vorgesehen, bei welcher in jeden Reihenkreis eine impulsförmige Auslösespannung eingeführt wird und bei welcher ein Teil der Wicklungen der beiden Induktivitäten auf dem anderen Kern aufgebracht ist, so daß die beiden Stromkreise über Kreuz gekoppelt sind.

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

Fig. 1 ist eine Kurve, aus der die Abhängigkeit der Spannung vom Strom in einer durch Wechselstrom gespeisten Schaltung, in der Ferroresonanz auftritt, zu entnehmen ist;

Fig. 2 zeigt eine Kippschaltung, bei der die Ferroresonanz verwendet wird;

Fig. 3 zeigt idealisierte Kennlinien zur Erläuterung der Schaltung nach Fig. 2;

Fig. 4 stellt die Impulskurven in den verschiedenen Zweigen der Schaltung nach Fig. 2 dar;

Fig. 5 zeigt das Schaltschema der Anordnung gemäß der Erfindung und insbesondere die über Kreuz gekoppelten Spulen;

Fig. 6 zeigt, wie mehrere ferroresonante Kippschaltungen wie bei einem Frequenzteiler in Kaskade geschaltet werden können.

Die Ferroresonanz kann in Wechselstromkreisen auftreten, die einen ohmschen, einen kapazitiven und einen induktiven Widerstand enthalten, wobei sich der Magnetische Kippschaltung

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H., Sindelfingen (Württ), Böblinger Allee 49

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 25. August 1953

William Edward Triest, Hyde Park, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

induktive Widerstand nichtlinear mit dem Strom ändert. Dieser induktive Widerstand weist eine Spule auf, die mit einem Stromkreis magnetisch verkettet ist. Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit der Spannung von dem Strom in einer solchen Schaltung und die verschieden gerichteten, durch die Ferroresonanz hervorgerufenen Kurvenäste der Kennlinie. Bei Zunahme der Spannung wächst der Strom ebenfalls bis zum Punkt α an, um dann plötzlich auf den Wert b an zusteigen. Danach nimmt der Strom bei Erhöhung der Spannung in Richtung auf den Punkt c zu. Wenn während des stabilen Zustandes des Stromkreises im Kurvenastdbc die Spannung oder der Strom verringert wird, wird der Punkt d erreicht, wo· plötzlich der Stromwert auf den Wert e sinkt. Eine solche Schaltung arbeitet in ansteigender Richtung über die Werte o, e, a, b, c und in abfallender Richtung über die Werte c, b, d, e, o. Es werden somit stets die Werte o, e und b, c und beim steigenden Strom daher die Werte o, e, a, b und c und bei fallendem Strom die Werte c, b, d, e und ο durchlaufen.

Dieses Springen des Stromes infolge der Ferroresonanz wird zum Umschalten einer Schaltung benutzt, die dadurch als Kippschaltung arbeitet. Die Kippschaltung weist zwei stabile Zustände auf. Durch einen ersten Impuls kann sie von dem einen in den

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anderen stabilen Zustand und durch einen folgenden Impuls zurück in den ersten stabilen Zustand gekippt werden. Diese Schaltung kann beispielsweise bei Ketten- und Ringzählern und in Frequenzteilern, insbesondere auch in elektronischen Rechenanlagen, die mit sehr hoher Geschwindigkeit arbeiten, verwendet werden.

An Hand der Fig. 2 wird, nun die Arbeitsweise einer ferroresonanten Kippschaltung beschrieben. Die Spannung E wird von einer beliebigen Wechselstromquelle, die auch eine hochfrequente Spannung sein kann, geliefert. Die Belastung besteht aus dem Scheinwiderstand' 1, der mit den beiden parallel geschalteten Stromkreisen 2 und 3 in Reihe geschaltet ist. Jeder dieser beiden Stromkreise enthält einen induktiven Widerstand 4 bzw. 5 mit sättigbarem Kern und einen Kondensator 6 bzw. 7. Jeder Kern ist mit einer zusätzlichen Wicklung 8 bzw. 9 versehen, durch welche die Stromkreise umgeschaltet werden können. In jedem dieser beiden Stromkreise kann Ferroresonanz auftreten (vgl. Fig. 3). Bei passender Waihl der Spannung E und des Widerstandes 1 weise E₁ den Wert E_x auf, und einer der L-C-Zweige befinde sich in dem Zustand (2), in dem ein hoher Strom und demzufolge auch eine hohe Kondensatorspannung auf- as treten, während in dem anderen Zweig der Zustand (1) mit niedrigem Strom und niedriger Kondensatorspannung herrscht. Der hohe Strom in dem einen Resonänzzweig bewirkt einen Spannungsabfall über den Scheinwiderstand 1, der die Spannung über die L-C-Zweige auf den Wert E_x senkt. Nur der eine Zweig kann zeitweilig in Ferroresonanz sein, da eine Ferroresonanz in beiden Zweigen einen übermäßigen Abfall im Widerstand 1 bewirken und die Spannung über L-C unter der kritischen Spannung E₀₁ sinken würde.

Es sei angenommen, daß sich anfangs Zweig 2 in Zustand (1) und Zweig 3 in Zustand (2) befinden, und daß ferner dann ein Impuls über den Trigger A auf die Spule 8 gegeben wird. Der induktive Widerstand L_A der Spule 4 nimmt ab, und dieser Zweig sucht in den ferroresonanten Zustand zu gelangen. Der vergrößerte Spannungsabfall über den Widerstand 1 infolge des höheren Stroms im Zweig 2 läßt E₁ unter den Wert E_{c 1} sinken; der Zweig 3 nimmt den Zustand (2) statt des Zustandes (1) ein. Gleichzeitig strebt der Zweig 2 weiter der Ferroresonanz zu und erreicht den Zustand (2). Zweig 2 bleibt nun in diesem Zustand (2) und Zweig 3 im Zustand (1), bis ein Impuls an der Trigger-S-Klemme auftritt.

Es kann irgendein bekanntes Mittel, z. B. eine Kristalldiode und eine einfädler Filterkreis, verwendet werden, um eine Gleichstromspannung an der E^-Anzapfung 10 und der £_ß-Anzapfung 11 zu gewinnen.

Beispielsweise könnte die Schaltung nach Fig. 2 einen Widerstand von 100 Ohm, Kondensatoren C_A und Cß von je 0,005 Mikrofarad und Spulen 4 und 5 mit je 180 Windungen auf einem Kern von 1 cm Breite aufweisen. Der Kern besteht aus fünf Windüngen eines Streifens mit einer Stärke von 0,02 mm und einer Breite von etwa 1,6 mm aus einem magnetischen Material mit hoher Koerzitivkraft, das eine möglichst rechteckige Hysteresisschleife aufweist. Die Stromquelle E liefere eine Wechselspannung von 100 kHz. Beim Anschalten der Stromquelle steigt die Spannung von E = 0 an, bis in einem der Zweige Ferroresonanz auftritt, und kann ' dann über diese Spannung hinaus weiter erhöht werden, da der Stromkreis stabil wird. Triggerimpulse von etwa 7 Mikro- 70· Sekunden schalten den Zustand des Stromkreises um; wenn die beiden Spulen 8 und 9 an eine einzige Triggerleitung angeschlossen werden, würden daran angelegte aufeinanderfolgende Triggerimpulse nacheinander den Zustand der beiden Spulen wie bei einer Frequenzteilerschaltung verändern.

In Fig. 4 sind die Impulsformen der Spannungen E_A und E_B dargestellt, wenn die Schaltung durch die aufeinanderfolgenden Triggerimpulse umgeschaltet wird. Diese Impulse folgen nach der Figur teilweise regelmäßig und teilweise unregelmäßig aufeinander. In manchen Schaltungen, z. B. in einem Frequenzteiler, müssen die Triggerimpulse mit größter Regelmäßigkeit aufeinanderfolgen, während sie in anderen Schaltungen, z. B. in einer Rechenanlage, unregelmäßige Abstände aufweisen können.

Eine wesentlich verbesserte Arbeitsweise läßt sich gemäß der Erfindung dadurch erreichen, daß das Verhältnis von E_Hl zu E_Lo möglichst groß gemacht wird. Dieses Ziel kann dadurch erreicht werden, daß eine weitere Spule zu jedem sättigbaren Kern hinzugefügt wird, die mit dem anderen Stromkreis, wie Fig. 5 zeigt, verbunden ist, so daß die beiden Stromkreise über Kreuz gekoppelt sind. Wenn diese zusätzlichen Spulen 12 und 13 je 75 Windungen aufweisen und über Kreuz jeweils angeschlossen sind, wird das Verhältnis E_Hl/E_Lo verdreifacht. Außerdem kann der Reihenwiderstand R_s vergrößert werden.

Der Strom in dem Zweig im Zustand (1) ist ein nacheilender Strom entsprechend einer induktiven Belastung, während der Strom in dem Zweig im Zustand¹ (2) ein voreilender Strom entsprechend einer kapazitiven Belastung ist.

Diese Überkreuzkopplung gemäß Fig. 5 wirkt sich deshalb vorteilhaft aus, weil die Ströme in den Zweigen 2 und 3 entgegengesetzt gerichtet sind und ein voreilender Strom in dem ferroresonanten Zweig und ein nacheilender Strom in dem anderen Zweig fließen. Beispielsweise erzeugt, wenn sich der Zweig 2 in Ferroresonanz befindet, der hohe voreilende Strom in der Lß'-Spule 13 einen Kraftlinienfluß in Kern 15, und somit wird eine Spannung in der Lß-Spule 16 induziert, durch die der Strom im Zweig 3 vermindert wird. Da gleichzeitig der Strom im Zwei'g2 ansteigt, wird die Differenz dieser beiden Ströme und somit auch die Differenz der Spannungsabfälle über die Kondensatoren C_A und C_B vergrößert.

Fig. 6 zeigt, wie zwei Schaltungen nach Fig. 5 in Kaskade geschaltet werden können, um einen Frequenzteiler zu bilden. Die Wedhselstromquelle 17 kann beispielsweise Schwingungen mit einer Frequenz von ., 700 kHz und die Triggerimpulsquelle 18 kann Im- "^f pulse mit einer Frequenz von 50 kHz liefern. Die Ausgangsleitung 19 führt zu einer zweiten, in. gleicher Weise aufgebauten Schaltung. Die Frequenz der Ausgangsspannung ist halb so groß wie die der Eingangsspannung, also 25 kHz. Ein Ausgleichsnetzwerk liegt an der anderen Ausgangsklemme 20, von der ebenfalls eine Ausgangsspannung von 25 kHz abgenommen werden kann. Der Ausgangskreis 21 der zweiten Schaltung kann zu einer dritten Schaltung führen, durch die die Frequenz weitergeteilt werden kann. Die Ausgangsspannung des Kreises 21 kann auch zu anderen Zwecken verwendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Magnetische Kippschaltung mit zwei parallel geschalteten ferroresonanten. Kreisen, jeder aus der Reihenschaltung einer Induktivität mit sättig-

   barem Kern und eines Kondensators bestehend, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden Reihenkreis eine impulsförmige Auslösespannung eingeführt wird und daß jeweils ein Teil der Wicklungen der beiden Induktivitäten auf dem anderen Kern auf-

   gebracht ist, so daß die beiden Stromkreise über Kreuz gekoppelt sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: »Electronics«, April 1952, S. 121 bis 123.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen