DE1096089B

DE1096089B - Verfahren und Schaltungsanordnung fuer die UEbertragung von Informationen in Schaltkreisen mit saettigbaren Magnetkernen

Info

Publication number: DE1096089B
Application number: DES55221A
Authority: DE
Original assignee: Societe dElectronique et dAutomatisme SA
Current assignee: Societe dElectronique et dAutomatisme SA
Priority date: 1955-06-21
Filing date: 1957-09-23
Publication date: 1960-12-29
Also published as: GB863069A; US3206731A; US3040302A; FR1128056A; DE1082068B; GB825949A; FR70050E; FR68945E

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft verschiedene Verbesserungen und Weiterbildungen der Schaltungsanordnungen, die in dem Hauptpatent 1 082 068 beschrieben sind. Das Ziel der Erfindung liegt in erster Linie in der Verbesserung der Leistung und des Wirkungsgrads dieser S chaltungsanordnungen.

Zum einfacheren Verständnis sind in Fig. 1 bis 3 der Zeichnung die Grundzüge des Gegenstandes des Hauptpatents dargestellt, und zwar ist

Fig. 1 ein Abschnitt einer Kette zur Übertragung von binären Informationen gemäß dem Hauptpatent,

Fig. 2 eine rechteckige Hysteresisschleife der Magnetkerne, welche bei dieser Schaltungsanordnung Verwendung finden, und

Fig. 3 eine Gruppe von Steuerströmen, welche zur Steuerung der Fortschaltekette für binäre Informationen nach Fig. 1 Verwendung finden können.

Im Schaltbild von Fig. 1 sind drei Magnetkerne (1), (2) und (3) dargestellt, welche aus einem ferromagnetische!! Material bestehen, dessen Hysteresisschleife der Darstellung von Fig. 2 entspricht. Jeder Kern trägt drei Wicklungen, eine Eingabewicklung 6, eine Lesewicklung 2 und eine dritte Wicklung, welche für den Kern (1) mit 3, für den Kern (2) mit 7 und für den Kern (3) mit 10 bezeichnet ist. Diese Steuerwicklungen empfangen drei Steuerströme J₀₁, 1 ₀₂ und J₀₃, welche in Fig. 3 als Funktion der Zeit dargestellt sind. Es ist zu erkennen, daß die Amplitudenänderungen dieser Steuerströme gegeneinander um 120° phasenverschoben sind.

Jeder Kern kann einen seiner beiden Magnetisierungszustände aufweisen, die mit N bzw. P im Diagramm von Fig. 2 bezeichnet sind. Er kippt von einem Zustand in den anderen, wenn seine Steuerwicklung oder seine Eingabewicklung einen Strom erhält, welcher wenigstens gleich seinem Koerzitivstrom I_c ist. Jeder Kern (oder Ringkern, da dies die übliche Form dieser Kerne bei den Anordnungen der betrachteten Art ist) wird in den Zustand P eingestellt, wenn ihm eine Information zugeführt wird, während er in den Zustand N gebracht wird, wenn er keine Information empfängt. Die Steuerströme sind so gerichtet, daß sie die entsprechenden Ringkerne in den Zustand N bringen, wenn sie zuvor im Zustand P waren. Wenn beispielsweise der Kern (3) im Zustand N blockiert ist, läßt der Steuerstrom J₀₁ den Kern (1) in den Zustand N übergehen, wenn er zuvor im Zustand P war. Dann lädt sich der Kondensator 4 auf, welcher die Verbindung zwischen der Lesewicklung 2 des Kerns (1) und der Eingabewicklung 6 des Kerns (2) bildet. Dieser Kondensator entlädt sich dann über die Wicklung 6, wobei er den Kern (2) aus dem Zustand N in den Zustand P umkippen läßt, da der Steuerstrom I_n ₂ in diesem Augenblick Null ist usw.

Verfahren und Schaltungsanordnung
für die Übertragung von Informationen

in Schaltkreisen
mit sättigbaren Magnetkernen

Zusatz zum Patent 1 062 068

Anmelder:
S. E. A. Societe d'Electronique

et d'Automatisme,
Courbevoie, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 24 September 1956

Wenn dann der Steuerstrom J_{0 2} erscheint, bewirkt er die Aufladung der beiden Kondensatoren 4 in den Verbindungen zwischen den Kernen (2) und (1) bzw. den Kernen (2) und (3). Die in jedem Kondensator gespeicherte Energie ist offensichtlich gleich

V₂(J₀₂-V Φ),

wobei Φ die Flußänderung im Kern bedeutet. Dies heißt offensichtlich, daß beim Umkippen eines Kerns die Hälfte der verbrauchten Energie verloren ist, da der unmittelbar vorangehende Kern in der Kette blockiert ist.

Die Rechnung zeigt, wie bereits im Hauptpatent ausgeführt wurde, daß die Größe des Steuerstroms in der Größenordnung des Fünffachen des Koerzitivstroms eines Kerns liegen muß.

Das Ziel der Erfindung liegt darin, einen solchen Energieverlust zu verhindern. Zu diesem Zweck wird in jeden Übertragungsstromkreis zwischen den Kernen in Serie mit dem Kondensator 4 ein Element eingefügt, welches den verbrauchten Strom in demjenigen Verbindungsstromkreis begrenzt, welcher sich

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in der Fortschalterichtung vor dem umkippenden Kern befindet.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal besteht dieses Strombegrenzerelement aus einem Magnetkern, welcher gleichfalls eine rechteckige Hysteresisschleife S aufweist und zwei Wicklungen besitzt, von denen die eine elektrisch in Serie mit dem Verbindungsstromkreis liegt, während die andere einen Strom empfängt, der vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, einer der Steuerströme selbst ist, die in der Übertragungskette verwendet werden.

Beispielsweise Ausführungen der Erfindung sind in Fig. 4 bis 9 der Zeichnung dargestellt, und zwar ist

Fig. 4 eine erste Ausführungsart, die direkt von der Schaltung nach Fig. 1 abgeleitet ist und für welche die in Fig. 3 dargestellten Steuerströme Verwendung finden,

Fig. 5 und 6 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Übertragungskette von Fig. 4,

Fig. 7 eine weitere Gruppe von Steuerströmen, welche in Übertragungsketten nach Art von Fig. 8 und 9 Verwendung finden, und

Fig. 8 und 9 zwei weitere Ausführungsarten der Erfindung.

In Fig. 4 ist jeder der Strombegrenzer-Magnetkerne mit dem Bezugszeichen 55 versehen. Die Wicklung 54 jedes dieser Kerne liegt in Serie mit dem Verbindungsstromkreis zwischen den entsprechenden Kernen, und jeder Kern trägt ferner eine Steuerwicklung 56. Die Steuerwicklung des Begrenzerkerns zwischen den Kernen (2) und (3) empfängt den Steuerstrom I_{a v} diejenige des zwischen den Kernen (1) und (2) liegenden Begrenzerkerns empfängt den Steuerstrom I₀₃, diejenige des Begrenzerkerns, welcher zwischen dem Kern (3) und dem in der Kette folgenden Kern (4) liegt, empfängt schließlich den Steuerstrom I_a2.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung läßt sich dann folgendermaßen erläutern:

Sobald der Steuerstrom I₀₂ auftritt, was dem oben geschilderten Fall entspricht, wobei der Kern (2) im Zustand P steht, hat der von dem Steuerstrom I_as gesteuerte zusätzliche Kern 55 den Zustand JV, jedoch ist der Strom J₀₃ dann gleich Null. Sobald der K

dungsgemäßen Schaltung praktisch die gesamte Energie in den folgenden Verbindungsstromkreis. Man erkennt daraus sofort die Möglichkeit einer Verringerung der Energie, welche für den Betrieb der Übertragungskette erforderlich ist. Wenn z. B. der Strom I₁₂ durch die Einführung des Elementes 55-54 auf den Wert/_f begrenzt wird, beträgt die Energie W₂₃:

W₂₃={I_a%-2I_c)0. (3)

Damit der Kern (3) umkippt, muß wenigstens die Hälfte dieser Energie gleich dem Wert Ι₀·Φ sein, was entsprechend der dadurch ausgedrückten Gleichung zu folgendem Wert führt:

während im Teil der Schaltung von Fig. 1 diese Bedingung folgendermaßen lautet:

55

Kern (2) aus dem Zustand P in den Zustand JV umkippt, bildet der Kern 55 in dem vorangehenden Verbindungsstromkreis eine hohe Impedanz, da er vom Zustand JV in den Zustand P übergeht. Dagegen besitzt der folgende Verbindungsstromkreis eine sehr niedrige und praktisch vernachlässigbare Impedanz. Wenn mit I₁₂ der Strom im vorangehenden Verbindungsstromkreis und mit I₁₃ der Strom im folgenden Verbindungsstromkreis bezeichnet wird, gilt:

und die auf den Kondensator 4 des Verbindungsstromkreises zwischen den Kernen (2) und (3) übertragene Energie beträgt:

Wenn für jede Wicklung 54 jedes Kerns 55 eine entsprechend hohe Anzahl von Windungen verwendet wird, kann jeder Strom der Art I₁₂ sehr gering gehalten werden. An Stelle der gleichen Verteilung der beim Umkippen eines logischen Kerns, z. B. des Kerns (2), entstehenden Energie in den einen und den anderen der Verbindungsstromkreise, d. h. in den vorangehenden und in den folgenden mit diesem Kern verbundenen Stromkreis im Fall der Schaltung von Fig. 1, gelangt bei der in Fig. 4 dargestellten erfin- 7<> was bereits einen sicheren Energiegewinn in der Größenordnung von 20°/» ergibt.

Zur Vervollständigung der Erläuterung der Wirkungsweise genügt es dann, zu bemessen, daß während des Umkippens des Kerns 55 in dem dem umkippenden logischen Kern vorangehenden Verbindungsstromkreis der Kern 55 des folgenden Verbindungsstromkreises durch den ihm dann zugeführten Steuerstrom im Zustand JV gehalten wird. Für das oben betrachtete Beispiel, bei welchem der Kern (2) zum Umkippen erregt wird, ist dies der Steuerstrom I₀₁ (s. Fig. 3 und 4), welcher dieses gewährleistet. In der folgenden Betriebsperiode wird der Kern 55, der wenigstens teilweise vom Zustand JV in den Zustand P umgekippt ist, durch den Steuerstrom I„_s in den Zustand JV zurückgesetzt. Diese Bedingungen lassen sich direkt auf die gesamte Übertragungskette erweitern.

Natürlich muß die Windungszahl in jeder Wicklung 54 größer als die Windungszahl in den Wicklungen 2 und 6 sein, damit der vorangehende logische Kern bei einer Übertragung zwischen den in der Kette folgenden logischen Kernen nicht umgekippt werden kann. Die Amperewindungen der Wicklung 56 eines Kerns 55 müssen offensichtlich größer als die Amperewindungen sein, welche bei der Entladung eines Kondensators 4 entstehen. Ferner darf der beim Rückstellen des Kerns 55 in den Zustand JV durch einen Steuerstrom erzeugte Strom nicht ausreichen, um den Kondensator 4 merkbar aufzuladen, damit er nicht die Übertragung in der Übertragungskette in der gewünschten Richtung stört.

Es ist zu bemerken, daß die erfindungsgemäße Schaltung außer dem Vorteil eines Energiegewinns auch eine Erhöhung der Betriebsfrequenz der Kette ermöglicht. Die Umschaltzeit eines logischen Kerns wird durch die vorgeschlagene Schaltung tatsächlich verringert, da nur eine einzige Kapazität, und zwar die folgende, für eine Übertragung der beschriebenen Art in Tätigkeit tritt.

Ferner ist zu bemerken, daß jeder Kern 55 beim Umkippen den Kondensator 4 des zugehörigen Verbindungsstromkreises in gewissem Maße auflädt. Die durchlaufene Hysteresisschleife entspricht qualitativ der Darstellung von Fig. 5.

Der anfängliche Kippvorgang verläuft von JV₀ nach P'. Wenn der Strom zu Null wird, kehrt der Kern in den Zustand P₀' zurück. Der Kondensator 4 entlädt sich dann und bringt den Kern 55 aus dem Zustand P₀' in den Zustand JV₀'. Der Steuerstrom für die Rückstellung des Kerns 55 in den Zustand JV₀ braucht dann nur die Flußänderung Δ Φ hervorzu-

rufen. In Fig. 6 ist das Flußoszillogramm eines Kerns 55 vor dem Anlegen eines Rückstellstroms dargestellt. Die Anstiegsgerade entspricht dem Umkippen aus dem Zustand N₀ in den Zustand P', während die abfallende Gerade der Rückkehr in den Zustand N₀ ent- s spricht. Es ist also deutlich zu erkennen, daß die einzige Fluß änderung zur Rückstellung des Kerns 55 in den Zustand N₀ dem Wert A Φ entspricht.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß eine weitere Erhöhung der Betriebsfrequenz und gleichzeitig eine beträchtliche Einsparung der Anzahl der benötigten Magnetkerne in einer Übertragungskette erreicht werden kann. Ferner wird es möglich, die dreiphasige Steuerung durch eine zweiphasige Steuerung zu ersetzen, wie nun in Verbindung mit Fig. 7 bis 9 erläutert werden soll.

In der Übertragungskette von Fig. 4 empfängt der logische Kern (1) von dem Kern (2) bei dessen Umkippen nur einen Strom, welcher nicht ausreicht, um den Kern (1) umkippen zu lassen. Es wird also dann unnötig sein, einen logischen Kern zu blockieren, welcher vor dem umkippenden Kern liegt. Dieser vorhergehende Kern kann also seinerseits wieder eine Information von einem Kern erhalten, welcher ihm in der Kette vorangeht.

Die »Binärziffer-Zelle« bei Schaltungen nach dem Hauptpatent enthält drei Kerne pro Binärziffer, sie braucht nunmehr nur noch zwei solche Kerne zu enthalten. Die Steuerströme I_al und l_a% (Fig. 7) sind dann gegenphasig oder, mit anderen Worten, zueinander komplementär.

Der Übergang vom dreiphasigen Steuersystem auf das zweiphasige Steuersystem entspricht direkt dem Übergang von der Schaltung von Fig. 4 zu der Schaltung von Fig. 8. Die Steuerwicklung 56 jedes Kerns 55 wird direkt durch den Steuerstrom des logischen Kerns gespeist, welcher ihr vorangeht. Es sei angenommen, daß der Kern (2) im Zustand P steht, wenn der Steuerstrom I₀₂ beginnt, und der Steuerstrom Z₀₁ zu Null wird. Der Kern 55 in dem Verbin- _4<5 dungsstromkreis, welcher dem Kern (2) vorangeht, kippt in der beschriebenen Weise. Der Kondensator 4 des dem Kern (2) folgenden Verbindungsstromkreises lädt sich mit einem Strom auf, dessen Richtung durch den Pfeil angedeutet ist und welcher dem dann geringeren Rückstell strom des Kerns 55 im gleichen Verbindungsstromkreis entgegengerichtet ist.

Bei der Entladung des Kondensators 4 geht der Kern (3) in der erforderlichen Weise aus dem Zustand JV in den Zustand P über.

Um zu verhindern, daß der Rückstellstrom eines Kerns 55 einem Ladestrom des Kondensators 4 im gleichen Stromkreis entgegenwirkt, ist es dann vorteilhaft, getrennte, aber gleichphasige Steuerströme für die Fortschaltung und für die Rückstellung zu verwenden. Jeder Rückstellstrom verläuft zeitlich so, daß er seine Amplitude erst nach einer Zeit erreicht, welche ausreicht, um den Kondensator 4 gegebenenfalls vollständig aufzuladen. Dies ist durch die Stromverläufe 7_S1 und I₈₂ in Fig. 7 angedeutet. Die Schaltung entspricht dann derjenigen von Fig. 9, welche ohne weiteres zu verstehen ist. An Stelle der Verwendung von getrennten Strömen für die Fortschaltung und für die Rückstellung kann auch einfach jeder Wicklung 54 ein Widerstand parallel geschaltet werden, welcher die Umkippgeschwindigkeit des Kerns 55 herabsetzt, während er das erforderliche Sättigungsverhältnis dieses Kerns bei der Entladung des Kondensators 4 aufrechterhält.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit sättigbaren Magnetkernen gemäß dem Hauptpatent 1 082 068, wobei eine Anzahl solcher Kerne über Verbindungsstromkreise in Kaskade geschaltet sind, die wenigstens eine Lesewicklung und eine Eingabewicklung von zwei aufeinanderfolgenden Kernen der Kette und einen in Serie mit den Wicklungen liegenden Kondensator enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß jeder dieser Verbindungsstromkreise ferner ein Strombegrenzerelement enthält, um den Rückstrom zu begrenzen, welcher beim Umkippen des Kerns entsteht, welcher die Eingabewicklung in diesem Stromkreis trägt.

2. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strombegrenzerelement einen sättigbaren Magnetkern enthält, welcher eine Wicklung besitzt, die in Serie mit den zuvor genannten Wicklungen liegt, und deren Windungszahl größer als diejenige der beiden anderen Wicklungen ist.

3. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kern mit einer Wicklung zu Steuerung der Fortschaltung versehen ist, daß eine erste Gruppe von mehrphasigen Steuerströmen in regelmäßiger Verteilung auf die Kerne gegeben wird, welche die Informationen verarbeiten, und daß eine zweite Gruppe von mehrphasigen Steuerströmen in regelmäßiger Verteilung auf die Begrenzerkerne für die Rückströme gegeben wird, wobei die zweite Gruppe in einer bestimmten Phasenlage zu der ersten Gruppe liegt.

4. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Gruppen der Steuerströme dreiphasig ist und daß die Phase der zweiten Gruppe um 240° derjenigen der ersten Gruppe nachläuft, wenn der Eingang der Kette als Bezugspunkt für die Phasenlage gewählt wird.

5. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Gruppen der Steuerströme zweiphasig ist und daß ihre gegenseitige Phasenverschiebung in bezug auf den gleichen Anfangspunkt Null ist.

6. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gruppen der Steuerströme gleiche Wellenform besitzen und daß ein Widerstand parallel zu jeder der in den Verbindungsstromkreisen liegenden Wicklungen der Strombegrenzerkerne geschaltet ist.

7. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerströme der zweiten Gruppe eine Wellenform besitzen, bei welcher die Vorderflanken weniger steil als die Vorderflanken der Ströme in der ersten Gruppe sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen