DE1023613B - Binaere Trigger- und Zaehlerkreise unter Verwendung magnetischer Speicher - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Magnetkerne mit ausgeprägten Remanenzzuständen, im folgenden kurz bistabile Magnetkerne genannt, werden sehr häufig in elektronischen Rechen- oder Steueranlagen benutzt, und zwar vor allem zu Zähloder Speicherzwecken. Diese Kerne behalten ihren Schaltzustand unabhängig von Speisespannungen über außerordentlich lange Zeit bei, während für dieselben Zwecke benutzte, aus Röhren oder Transistoren aufgebaute bistabile Kippschaltungen beispielsweise beim Ausfall der Speisespannungen unter Umständen ihren Schaltzustand ändern und außerdem dauernd Leistung aufnehmen. Den offensichtlichen Vorteilen der eingangs erwähnten Magnetkerne steht jedoch der Nachteil gegenüber, daß ihre Umschaltung in einen bestimmten Remanenzzustand durch einen Impuls mit bestimmter Polarität erfolgen muß. Mit anderen Worten: Zum abwechselnden Erreichen der beiden Remanenzzustände sind Antriebsimpulse wechselnder Polarität erforderlich. Dies erfordert besondere Schaltvorrichtungen mit entsprechendem Aufwand. Gemäß der Erfindung wird dieser Aufwand bei Anordnungen zur Umschaltung von binären Magnetkernen in vorteilhafter Weise dadurch verringert, daß Eingangsimpulse gleicher Polarität zwei im Ruhezustand gerade noch gesperrten Verstärkern zugeführt werden, die den bistabilen Kern mittels der Antriebswicklungen in entgegengesetzten Richtungen magnetisieren und über den Antriebswicklungen zugeordnete Rückkopplungswicklungen positiv rückgekoppelt sind.

Es ist also nur bei jedem Umschaltvorgang einer der beiden Verstärker kurzzeitig wirksam, und zwar immer derjenige, der durch den Remanenzpunkt auf der magnetischen Kennlinie die stärker wirksame Rückkopplung erfährt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die Verstärker aus Transistoren. Mehrere Anordnungen werden in Form von Ketten- oder Ringschaltungen verwendet, vorzugsweise zur binär verschlüsselten Darstellung von Angaben zu Zahl- oder Speicherzwecken.

Weitere Merkmale enthält die an Hand von Zeichnungen erläuterte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. In den Zeichnungen ist

Fig. 1 die Schaltung des Magnetkernes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine andere Ausführung der Schaltung,
Fig. 3 eine weitere Ausführung der Schaltung,
Fig. 4 die Schaltung einer dezimalen Zählkette unter \^rerwendung der Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. S ist eine graphische Darstellung der Eingangsund Ausgangssignale der verschiedenen Stufen in dem Stromkreis von Fig. 4.

Binäre Trigger- und Zählerkreise unter Verwendung magnetischer Speicher

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen

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

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1853

George Duncan Bruce, Wappinger Falls, N. Y.,

und Joseph Carl Logue, Kingston, N. Y. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Umschaltung eines bistabilen Magnetkernes in seine beiden Schaltzustände durch Impulse gleicher Polarität. Diese als binärer Triggerkreis bezeichnete Schaltung enthält ein magnetisches Speicherelement 1, bestehend aus dem bistabilen Magnetkern 2, Antriebswicklungen 3 und 4, Rückkopplungswicklungen 5 und 6 und einer Ausgangswicklung 7. Der Kern 2 ist in Fig. 1 nur schematisch dargestellt. Es versteht sich, daß bei solchen Vorrichtungen ein Kern in Form eines geschlossenen Ringes vorgezogen wird.

Zwei Verstärker 8 und 9 sind an den magnetischen Speicher 1 angeschlossen. Der Verstärker 8 besteht aus einem Transistor 10 vom PNP-Schichttyp mit einer Emitterelektrode 10 e, einer Kollektorelektrode 10 c und einer Basiselektrode 10 b. In ähnlicher Weise besteht der Verstärker 9 aus einem PNP-Schichttransistor 11 mit einer Emitterelektrode Hi?, einer Kollektorelektrode lic und einer Basiselektrode 11 b.

Die Eingangskreise beider Verstärker 8 und 9 empfangen Signale von zwei Eingangsklemmen 12 und 13 über einen Eingangstransformator 14 mit einer Primärwicklung 15 und einer Sekundärwicklung 16. Der Eingangsstromkreis des Verstärkers 8 verläuft von der Emitterelektrode 10 e durch die Sekundärwicklung 16, die Leitungen 17, 18 und 19 und die Rückkopplungswicklung 5 zur Basiselektrode 10 b. Der Eingangsstromkreis für den Verstärker verläuft entsprechend vom Emitter He durch die Sekundär-

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wicklung 16, die Leitungen 17 und 18, die Rückkopplungswicklung 6 und die Basis 11 b.

Der Ausgangskreis des Verstärkers 8 verläuft vom Kollektor 10 c durch die Antriebswicklung 3, die Batterie 20, die Leitungen 18 und 19 und die Rückkopplungswicklung 5 zu der Basis 10 b, der Ausgangskreis des Verstärkers 9 entsprechend vom Kollektor 11 c durch die Antriebswicklung 4, die Batterie 20, Leitung 18 und die Rückkopplungswicklung 6 zur Basis 11 b.

Die Ausgangswicklung 7 ist an die Ausgangsklemme 22 und 23 über eine asymmetrische Impedanzvorrichtung 24 angeschlossen.

Es ist zu beachten, daß die Antriebswicklungen 3 und 4 so verbunden sind, daß sie den Kern 2 im entgegengesetzten Sinne magnetisieren.- Außerdem sind die Rückkopplungswicklungen 5 und 6 so geschaltet, daß sie über die zugeordneten Antriebswicklungen 3 bzw. 4 derart auf die Eingangskreise der Transisto-

Die Ausgangssignale sind Impulse von begrenzter Dauer, und beide Verstärker werden nach jedem Ausgangssignal abgeschaltet. Die Konstruktion der Wicklung 7 kann je nach den Erfordernissen der Impedanzanpassung verändert werden.

Fig. 2 veranschaulicht eine andere Ausführung

eines binären Triggerkreises, in dem die Eingangs-

kreise etwas anders geschaltet sind als in dem Stromkreis von Fig. 1. Die Verstärker haben Basiseingänge

ίο anstatt der Emittereingänge. Da die Stromkreise und die Arbeitsweise sonst im wesentlichen dieselben wie in Fig. 1 sind, sind dieselben Bezugszeichen verwendet, und die Stromkreise von Fig. 2 sind nicht näher beschrieben.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Triggerkreises gemäß der Erfindung. In diesem Stromkreis ist eine magnetische Speichervorrichtung 26 veranschaulicht, bestehend aus einem Ringkern 27, auf welchem zwei Antriebswicklungen 28 und 29,

ren 10 bzw. 11 einwirken, daß deren Emitterströme 20 zwei Rückkopplungswicklungen 30 und 31 und eine

verstärkt werden und dadurch kumulativ zur Ver- Ausgangswicklung 32 vorgesehen sind.

Stärkung des Kollektorstromflusses in der Wicklung 3 Es sind zwei Verstärker 33 und 34 vorgesehen. Der

oder 4 wirken. Zunächst sei die Arbeitsweise des Ver- Verstärker 33 ist ein Spitzentransistor mit einem

stärkers 8 allein betrachtet (d. h., der Verstärker 9 Körper 35 aus Halbleitermaterial vom η-Typ, einer

und seine Wicklungen seien zunächst nicht vornan- 25 Emitterelektrode 35 c, einer Kollektorelektrode 35 c

den). Beginnend mit entmagnetisiertem Kern 2 wird und einer Basiselektrode 35'b. Ähnlich ist der Verein Signal an den Verstärkereingangskreis angelegt
und erzeugt einen ständig in der Wicklung 3 fließenden und sich ständig verstärkenden Strom, bis ein

Punkt erreicht ist, an dem der Kern 2 gesättigt ist. 30 elektrode 36 b.

Bei diesem Punkt wird die Kopplung zwischen der Der Eingangskreis des Verstärkers 33 verläuft vom

Antriebswicklung 3 und der Rückkopplungswicklung 5 Emitter 35 e durch den Widerstand 37, eine Batterie

stark verringert, und der Verstärker wird im wesent- 38, eine Batterie 39, eine Sekundärwicklung 40 eines

liehen abgeschaltet. Eingangstransformators 41, eine Leitung 42 und die

Beide Verstärker sind im Ruhezustand abgeschal- 35 Rückkopplungswicklung 30 zur Basiselektrode 35 b.

stärker 34 ein Transistor mit einem Körper 36 aus Halbleitermaterial vom η-Typ, einer Emitterelektrode 36 e, einer Kollektorelektrode 36 c und einer Basis-

tet, und der Kern 2 ist in der einen oder anderen Richtung magnetisch gesättigt. Bei Empfang eines Eingangssignals an: den Klemmen 12 und 13 sprechen beide Verstärker 8 und 9 an, indem sie Ströme durch

Eine stromrichtungsabhängige Impedanz 43 liegt zwischen der Emitterelektrode 35 e und der Erde.

Der Eingangskreis des Verstärkers 34 verläuft vom Emitter 36 t' über Leitung 44, Widerstand 37, die Bat-

die Antriebswicklungen 3 und 4 schicken. Da der 40 terien 38 und 39, die Sekundärwicklung 40, die Lei-Kern 2 bereits in der einen Richtung gesättigt ist, ist tung45 und die Rückkopplungswicklung 31 zur Basisder Strom durch eine der Antriebswicklungen nicht
fähig, den magnetischen Zustand des Kernes zu

verändern, so daß der der betreffenden Antriebswickelektrode 36 b.

Der Eingangstransformator 41 hat eine Primärwicklung 46, die an die Eingangsklemmen 47 und 38 lung zugeordnete Verstärker keinen Rückkopp lungs- 45 angeschlossen ist.

impuls empfängt und daher abgeschaltet wird. Ande- Der Ausgangskreis des Verstärkers 33 verläuft von

rerseits verringert der in der anderen Antriebswick- der Kollektorelektrode 35 c durch die Antriebswicklung fließende Strom die Magnetisierung des Kernes lung 28, Batterie 49, Batterie 39, die Sekundärwick- und erzeugt in der zugeordneten Rückkopplungswick- lung 40, die Leitung 42 und die Rückkopplungswicklung eine Spannung, die zur Verstärkung des Stroms 50 lung 30 zur Basiselektrode 35 b. Der Ausgangskreis in der Antriebswicklung führt. Dieser kumulative des Verstärkers 34 verläuft ähnlich vom Kollektor Vorgang wird fortgesetzt, bis die Polarität des Ker- 36 c durch die Antriebswicklung 29, die Batterie 49, nes 2 umgekehrt und der Kern in der entgegengesetz- die Batterie 39, die .Sekundärwicklung 40, die Leitung ten Richtung gesättigt ist. Nun wird der Antriebs- 45 und die Rückkopplungswicklung 31 zur Basiselekverstärker abgeschaltet. 55 trode 36 b.

Die Ausgangswicklung 32 ist an die Ausgangsklemmen 50 und 51 angeschlossen.

Der Unterschied der Schaltung gegenüber der vorher erklärten besteht im wesentlichen in der Art der

Impuls nicht wirksam war. Infolgedessen erscheint 60 Vorspannungserzeugung für die beiden Eingangsfür jeden den Eingangsklemmen 12 und 13 zugeführ- kreise, bestehend aus Batterie 38, Widerstand 37 und ten Eingangsimpuls ein Ausgangsimpuls in der Wicklung 7 von abwechselnd entgegengesetzter Polarität.

Durch Reihenschaltung der stromrichtungsabhängigen den Emittern 35 c und 36 c einen konstanten Strom Impedanz 24 mit der Wicklung 7 wird nur jedes 65 zu liefern, der nur ausreicht, um einen einzigen der

Bei Empfang des nächsten Impulses an den Eingangsklemmen 12 und 13 ist wiederum nur eine der beiden Antriebswicklungen wirksam. Es ist jedoch die Antriebswicklung, die bei dem vorhergehenden

Impedanz 43. Diese drei Schaltelemente bilden eine geschlossene Schleife, die die Funktion hat, den bei

zweite Ausgangssignal zu den Klemmen 22 und 23 geleitet. Infolgedessen stellen die Ausgangssignale die in, binärer Form ausgedrückte Anzahl der an den Eingangsklemmen 12 und 13 empfangenen Eingangssignale dar.

beiden Verstärker 33 und 34 im EIN-Zustand zu halten. Diese Eingangsstromschaltung bewirkt zusammen mit der Sperrwirkung infolge der Polarität der Magnetisierung des Kernes 27, daß nur einer der beiden Verstärker EIN ist.

Die Arbeitsweise dieser Eingangsschaltung sei nun genauer betrachtet. Wenn ein Eingangssignal an den Transformator 41 angelegt wird, und zwar mit einer solchen Polarität, daß die obere Klemme der Sekundärwicklung 40 (wie sie in der Zeichnung erscheint) negativ in bezug auf die untere Klemme wird, so hat dieses Eingangssignal die Neigung, beide Emitter

35 e und 36 e positiv hinsichtlich ihrer Basen 35 & bzw.

36 & vorzuspannen und dadurch einen Stromfluß zu den beiden Emittern zu bewirken. Jedoch liefert die io. gemeinsame Stromquelle (Batterie 38 und Widerstand 37) Strom nur zu dem Emitter mit dem niedrigsten Potential. Infolge des Sättigungszustandes des Kernes 27 bildet sich nur für einen der beiden Transistoren ein wirksamer Rückkopplungsvorgang aus, der das Potential seiner Basis senkt. Dieses gesenkte Basispotential dieses einen Transistors bewirkt nun, daß der ganze Strom von der Batterie 38 durch seinen Emitter fließt. Daher wird der andere Transistor abgeschaltet. Wenn dieser Vorgang einmal eingeleitet ist, hält er an, bis der Kern in seinen entgegengesetzten Sättigungszustand gebracht ist. Dann wird die Rückkopplung unterbunden, und beide Transistoren sind abgeschaltet bis zum nächsten Eingangssignal.

Die nachstehende Tabelle zeigt einige Werte für die Potentiale der verwendeten Spannungsquellen und Widerstände, die erfolgreich erprobt worden sind. Diese Werte dienen nur als Beispiele und beschränken die Erfindung nicht. Für die Impedanz 43 ist kein Wert angegeben worden. Ihr Widerstand ist in der Vorwärtsrichtung praktisch Null und in der Rückwärtsrichtung Unendlich.

Wicklungen 28 und 29 ... ISO Windungen

Wicklungen 30, 31, 32 .. 20 Windungen

Widerstand 37 3000 Ohm

Batterie 38 15 Volt

Batterie 39 IV2 Volt

Batterie 49 15 Volt

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Fig. 4 veranschaulicht einen Dezimalzähler mit vier Stufen, die dem in Fig. 3 gezeigten binären Triggerkreis entsprechen. Die vier Stufen sind durch die Bezugszahlen 52, 53, 54 bzw. 55 gekennzeichnet. Zum größten Teil entsprechen auch die einzelnen Schaltelemente den in Fig. 3 gezeigten, so daß sie dieselben Bezugszahlen erhalten haben und nicht näher beschrieben zu werden brauchen.

Die Ausgangswicklung 32 der Stufe 52 ist mit der Eingangswicklung der Stufe 53 und die Ausgangswicklung der Stufe 53 mit der Eingangswicklung für die Stufe 54 verbunden. Die beiden Verstärker 33 und 34 in der letzten Stufe 55 sind im Gegensatz zu den vorhergehenden Stufen mit getrennten Eingangskreisen versehen. Der Eingangskreis des Verstärkers 34 ist an die Ausgangswicklung 32 der Stufe 54 und der Eingangskreis des Verstärkers 33 an eine zweite Ausgangswicklung 56 in Stufe 52 angeschlossen. Die letzte Stufe 55 hat ebenfalls zwei Ausgangswicklungen, und zwar eine Ausgangswicklung 32, die an die Ausgangsklemmen 57 und 58 über eine Impedanz 59 angeschlossen ist, und eine zweite Ausgangswicklung 60, die über eine Leitung 61 und eine Impedanz 62 mit dem Eingangskreis der zweiten Stufe 53 verbunden ist.

Zunächst sei angenommen, daß eine Reihe von Eingangsimpulsen an den Eingangstransformator 41 der Stufe 52 gelangen. Zu Beginn der Impulsreihe wird der Kern 27 der Stufe 55 in einer solchen Richtung magnetisiert, daß die Eingangsimpulse von der Wicklung 56 der Stufe 52 nicht wirksam sind, um den Verstärker 33 der Stufe 55 leitend zu machen. Nun können also die Eingangsimpulse zum Verstärker 33 erst wirksam werden, wenn ein Eingangsimpuls von dem Verstärker 34 empfangen wird. Die ersten acht Eingangsimpulse werden von den Stufen 52, 53 und 54 gezählt, und wenn die Zählung der acht Impulse beendet ist, erzeugt die Stufe 54 einen Ausgangsimpuls entsprechender Polarität, so daß der Verstärker 34 der Stufe 55 leitend wird. Die dadurch in den Ausgangswicklungen 32 und 60 der Stufe 55 erzeugten Spannungen haben eine solche Polarität, daß sie von den Impedanzen 59 und 62 nicht durchgelassen werden. Danach empfängt beim zehnten Impuls der Verstärker 33 der Stufe 55 einen Signalimpuls von der Wicklung 56 der Stufe 52. Der Verstärker 33 ist nun wirksam, um Ausgangsinipulse in den Wicklungen 32 und

60 der Stufe 55 mit einer solchen Polarität zu erzeugen, daß die Impedanzen 59 und 62 durchlaufen können.

Der durch Wicklung 60 erzeugte und durch Leitung

61 übertragene Ausgangsimpuls wird dem Eingang der Stufe 53 zugeführt, um den von der Stufe 52 geführten Ausgangsimpuls zu blockieren, der dem zehnten Impuls der Eingangsimpulsreihe entspricht. Der an der Wicklung 32 der Stufe 55 erzeugte Ausgangsimpuls wird zu den Ausgangsklemmen 57 und 58 geleitet und bedeutet die Zählung von zehn Einheiten.

Fig. 5 stellt graphisch eine Reihe von zehn Eingangsimpulsen 63 dar, die über den Transformator 41 der Eingangsstufe 52 zugeführt werden. Wie oben beschrieben, erzeugen die Impulse 63 Ausgangsimpulse 64 in der Wicklung 32 der Stufe 52, und diese Ausgangsimpulse haben abwechselnd verschiedene Polarität. Diese Ausgangsimpulse werden zu den Eingangskreisen der Stufe 53 übertragen. Die negativen Impulse können wegen ihrer Polarität keine Wirkung in der Stufe 53 hervorrufen. Die positiven Impulse jedoch betätigen die Stufe 53 und erzeugen in ihrer Ausgangswicklung 32 Signalimpulse 65, die ebenfalls abwechselnd verschiedene Polarität aufweisen. Diese Ausgangsimpulse 65 werden zu den Eingangskreisen der Stufe 54 übertragen. Während die negativen Ausgangsimpulse unwirksam sind, erzeugen die positiven Ausgangsimpulse Ausgangssignale 66 in der Ausgangswicklung 32 der Stufe 54. Es wird also für je zwei Eingangsimpulse 63 ein positiver Ausgangsimpuls 64, für je vier Eingangsimpulse 63 ein positiver Ausgangsimpuls 65, für je acht Eingangsimpulse 63 ein positiver Ausgangsimpuls 66 erzeugt. Die drei Stufen 52, 53 und 54 bilden daher einen dreistelligen binären Zähler.

Der negative Ausgangsimpuls 66 der Stufe 54 kann auf Grund einer Polarität die Stufe 55 nicht betätigen. Der positive Ausgangsimpuls 66 jedoch, der dem achten Eingangsimpuls 63 entspricht, bewirkt, daß der Verstärker 34 einen negativen Impuls 67 in der Ausgangswicklung 32 der Stufe 55 erzeugt, der aber durch die Diode 59 unterdrückt wird. Der neunte Eingangssignalimpuls 63 wirkt nicht über die erste Stufe hinaus; aber der zehnte Eingangsimpuls wird von der ersten Stufe durch die Ausgangswicklung 56 zum Eingangskreis des Verstärkers 33 der Stufe 55 übertragen und erzeugt in jeder der Wicklungen 32 und 60 einen positiven Ausgangsimpuls 68. Dieser positive Ausgangsimpuls wird durch die Impedanz 59 zu den Ausgangsklemmen 57 und 58 geleitet, um eine dezimale Zählung der Eingangssignalimpulse darzustellen. Außerdem wird er durch Leitung 61 und die

Impedanz 62 zu dem Eingangskreis der Stufe 53 übertragen; wo er dem entsprechenden, von der Stufe 52 empfangenen Ausgangssignal 64 entgegenwirkt, um zu vermeiden, daß die Stufe 53 betätigt wird. Danach ist der Zählerkreis zur Zählung der nächsten Reihe von zehn Eingangsimpulsen bereit.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Umschaltung bistabiler Magnetkerne, dadurch gekennzeichnet, daß Eingangsimpulse gleicher Polarität zwei im Ruhezustand gerade noch gesperrten Verstärkern (10, 11) zu-

geführt werden, die den bistabilen Kern (1) mittels der Antriebswicklungen (3, 4) in entgegengesetzten Richtungen magnetisieren und über den Antriebswicklungen (3,, 4) zugeordnete Rückkopplungswicklungen (5, 6) positiv rückgekoppelt sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker aus Transistoren bestehen.

3. Verwendung der Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2 als Stufe von für Zähl- oder Speicherzwecke geeigneten, an sich bekannten Ketten- oder Ringschaltungen, vorzugsweise zur binär verschlüsselten Darstellung von Angaben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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