DE1251804B - Elektronische Schaltanordnung zur Lieferung von Stromimpulsen konstanter Amplitude - Google Patents

Description

BTJNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Deutsche KL: 21 al - 36/18

Nummer: 1251804

Aktenzeichen: E 26799 VIII a/21 al

Anmeldetag: 9. April 1964

Auslegetag: 12. Oktober 1967

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltanordnung zur Lieferung von Stromimpulsen aus einer Gleichstromquelle an einen stark induktiven Lastkreis.

Die vorliegende Erfindung steht im Zusammenhang mit der Tatsache, daß in modernen, elektronischen Rechenanlagen speziell für die Schreibund Leseschaltkreise des zugehörigen Magnetkernspeichers eine Hochspannungsstromquelle benötigt wird, während zur Versorgung der übrigen Schaltkreise einer solchen Rechenanlage infolge der Verwendung von Hälbleiterschalt- und Verstärkerkreisen nur Niederspannungsstromquellen mit Spannungen in der Größenordnung von 50 Volt benötigt werden. Darüber hinaus wäre auch im Hinblick auf die relativ niedrigen zulässigen Sperrspannungen von Halbleitervorrichtungen die Verwendung von Niederspannungsstromquellen wünschenswert.

Auf Grund der steilen Flanken der Schreib- und Lesepulse entstehen in den induktiven Lastkreisen der Magnetkernspeicher erhebliche Gegen-EMK, die dem schnellen Anstieg der Pulse entgegenwirken. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist es bekannt, eine Stromquelle hoher Spannung zu verwenden, die so hoch ist, daß sie zur Überwindung der entstehenden Gegen-EMK in jedem Fall ausreicht, so daß die Gegen-EMK keine merkbare Wirkung auf den Stromanstieg in dem Schaltkreis ausübt. Selbstverständlich muß bei Verwendung einer Stromquelle hoher Spannung ein sehr großer Widerstand in Reihe geschaltet werden, um den Strom auf den gewünschten Wert zu begrenzen. In diesem Widerstand erfolgt eine wesentliche und nutzlose Energievernichtung. Darüber hinaus ist die Verwendung einer Hochspannungsstromquelle im Zusammenhang mit Halbleiterschaltelementen unerwünscht, da sonst besondere Maßnahmen zum Schutz der Halbleiterelemente vor Überspannungen getroffen werden müssen.

So ist es bekannt, zur Einschaltung und Ausschaltung eines Relais od. dgl. einen Transistorschalter zu verwenden, der dem Relais parallel geschaltet ist und zur Herabsetzung der für den Transistor zu hohen Betriebsspannung in Serie zu der Parallelschaltung einen Widerstand anzuordnen.

Die vorliegende Erfindung geht einen anderen Weg, der es gestattet, für die Stromversorgung der hochinduktiven. Lastkreise, insbesondere der Lese- und Schreibschaltkreise die gleiche Spannungsquelle zu verwenden wie für die übrigen Schaltkreise. Dies gelingt mit Hilfe einer elektronischen Schaltanordnung zur Lieferung von Stromimpulsen konstanter Amplitude aus einer Gleichstromquelle an einen stark in-

Elektronische Schaltanordnung zur Lieferung von Strömimpulsen konstanter Amplitude

Anmelder:

The English Electric Company Limited, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Dipl.-Ing. G. Koch
und Dr. T. Haibach, Patentanwälte,
München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt: "

Reginald Hugh Allmark,

Stoke-on-Trent, Staffordshire;

Wilfred James Jones,

Edinburgh, Schottland (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 11. April 1963 (14 521)

duktiven Lastkreis, der erfindungsgemäß eine parallel zu dem Lastkreis liegende elektronische Schalt- vorrichtung und eine zwischen die Stromquelle und die Parallelschaltung aus Lastkreis und Schaltvorrichtung geschaltete Serienschaltung aus einer Stromregelschaltung und einer Induktivität aufweist.
Bei leitendem elektronischem Schalter ist der Lastkreis im wesentlichen stromlos. Beim Sperren des elektronischen Schalters geht der Strom auf den Lastkreis über. Die Induktivität des Lastkreises stellt dem beginnenden Stromfluß eine Gegen-EMK entgegen, die einen schnellen Anstieg zu verhindern sucht. Es hat sich ergeben, daß auch bei Verwendung von Halbleiterbauelementen für die Stromregelschaltung diese allein nicht in der Lage ist, die Wirkung dieser Gegen-EMK zu kompensieren. Dies gelingt hingegen, wenn der Stromregelschaltung eine Induktivität in Reihe geschaltet wird. Die in dieser durch den Stromfluß aufgebaute magnetische Energie steht bei der Sperrung des elektronischen Schalters für die Erzeugung eines schnellen Stromanstieges in dem Lastkreis zur Verfügung und führt zu einer erheblichen Versteilerung der Stromanstiegsflanken.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß in Reihe mit der

709 677/353

Last- bzw. Verbraucherschaltung ein Widerstands-Kondensator-Parallelschaltungsglied vorgesehen ist, derart, daß sich der Kondensator bei Umschaltung der Schaltvorrichtung in den leitenden Zustand über den Widerstand entlädt und so der an der hohen Induktivität der Lastschaltung beim Absinken des Laststroms auftretenden Gegen-EMK entgegenwirkt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß weitere Schaltvorrichtungen in Reihe mit der Last- bzw. Verbraucherschaltung vorgesehen sind, um eine Umkehr der Richtung des Stromflusses durch die Verbraucherschaltüng zu ermöglichen.

Die Last-bzw. Verbraucherschaltung . kann ein Stromkreis sein, welcher durch ein oder mehrere Magnetkerne eines Magnetkernspeichers führt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Stromquelle einen ersten Transistor, welcher aus einer Spannungsquelle gespeist wird und in seinem Emitter-Kollektor-Kreis einen Steuerwiderstand aufweist, sowie einen zweiten Transistor aufweist, welcher ebenfalls aus der Spannungsquelle gespeist wird und zum Vergleich der an dem Steuerwiderstand abfallenden Spannung mit einer Bezugsspannung dient und das Basispotential des ersten Transistors derart beeinflußt, daß die Leitfähigkeit des zweiten Transistors so verändert wird, daß an dem Steuerwiderstand der gleiche Spannungsabfall wie an der Bezugsspannung aufrechterhalten wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß der erste und der zweite Transistor vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind, daß der zweite Transistor einen Kollektorlastwiderstand besitzt, dessen Spannungsabfall das Basispotential des ersten Transistors steuert, derart, daß jede Abweichung zwischen dem Spannungsabfall an dem Steuerwiderstand und der Bezugsspannung das Basis-Emitter-Potential des zweiten Transistors so verändert, daß der Stromfluß durch den Kollektorlastwiderstand und damit der Spannungsabfall an diesem sich so ändert, daß der erste Transistor im Sinn einer Verringerung der Abweichung zwischen den Spannungsabfall an dem Steuerwiderstand und der Bezugsspannung wirkt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das eine elektrische Impulsschaltung betrifft, welche einen Stromimpuls an einen Schaltkreis liefert, welcher durch eine Reihe von Magnetkernen eines Magnetkernspeichers von Datenverarbeitungsanlagen führt. Die Beschreibung erfolgt an Hand der Zeichnung.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die Schaltung eine Zenerdiode 10 auf, die in Reihe mit einem Widerstand 11 zwischen einer negativen Sammelschiene 12 und Erde liegt. Die Basis eines n-p-n-Tränsistors 13 ist mit dem Knotenpunkt zwischen der Diode 10 und dem Widerstand 11 verbunden. Der Kollektor des Transistors 13 ist mit der Basis eines p-n-p-Transistors 14 sowie über einen Widerstand 15 mit Erde verbunden. Der Emitter des Transistors 13 ist mit dem Kollektor des Transistors 14 sowie über einen Widerstand 16 mit der negativen Sammelschiene 12 verbunden. Der Emitter des Transistors 14 ist über eine Induktivität 17 mit Erde verbunden, und zwar über einen ersten Schalterstromkreis, welcher aus zwei elektrisch parallelliegenden Transistoren 18 und 19 besteht, deren jeder im Kollektorkreis einen niedrigen Widerstand 20, 21 aufweist und deren Basen mit einer Eingangsklemme 22 verbunden sind.

In einem zweiten, parallel zu dem ersten Schalterstromkreis angeordneten Schalterstromkreis ist eine Last- bzw. Verbraucherschaltung 23 eingeschaltet. Die Verbraucherschaltung 23 weist einen Stromkreis auf, welcher durch eine Reihe von Magnetkernen ίο in einem Magnetkernspeicher einer Datenverarbeitungsanlage führt; die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der durch diesen Stromkreis fließende Strom bei ausreichender Größe den Magnetisierungszustand der Magnetkerne beeinflußt. Die Kerne können in bekannter Weise aus einem stabilen Magnetisierungszustand in einen anderen stabilen Magnetisierungszustand, und umgekehrt, geschaltet werden, zur Wiedergabe der Datenbits »1« oder »0«. Der Zustand, in welchen die Kerne umgeschaltet werden, wird durch die Stromrichtung des in dem Stromkreis fließenden Stroms bestimmt. Zum Auslesen von in den Kernen gespeicherten Daten aus dem Datenspeicher muß der Strom in einer Richtung durch den Stromkreis fließen. Zum Einschreiben von Informationsdaten in den Speicher muß der Strom den Stromkreis in entgegengesetzter Richtung durchfließen. Die Verbraucherschaltung 23 ist niederohmig. ■

Der zweite Schalterkreis, in welchem die Lastschaltung 23 liegt, weist zwei Strompfade auf. Der erste Pfad umfaßt zwei Transistoren 24 und 25, deren Basiselektroden mit einer gemeinsamen Eingangsklemme 26 verbunden sind und die zu beiden Seiten der. Verbraucherschaltung 23 liegen. Der zweite Pfad weist zwei Transistoren 27 und 28 auf, deren Basen ebenfalls mit einer gemeinsamen Eingangsklemme 29 verbunden sind und von denen ebenfalls jeweils einer zu beiden Seiten der Lastschaltung 23 angeordnet ist. Jeder dieser Strompfade weist ferner ein Widerstands-Kondensator-Parallelschaltungsglied 30, 31 auf. Parallel zu den beiden Schalterstromkreisen liegt ein Widerstands-Kondensator-Reihenschaltungsglied 32.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der Schaltung beschrieben. Die Transistoren 13 und 14 4-5 erzeugen zusammen einen konstanten Ausgangsstrom für die Schalterstromkreise. Der Widerstand 16 und die Zenerdiode 10. sind so gewählt, daß normalerweise an ihnen gleiche Spannungen abfallen. Ein Unterschied zwischen den Spannungsabfällen als Folge einer Änderung des Stroms durch den Widerstand 16 bewirkt eine Änderung des Basis-Emitter-Potentials des Transistors 13. Daher ändert sich der Strom durch den Transistor 13 und ändert damit das Basispotential des Transistors 14. Der Stromfluß durch den Transistor 14 und damit der Strom durch den Widerstand 16 ändert sich dann in solchem Sinn, daß die Spannungsabfälle an dem Widerstand 16 und der Zenerdiode 10 wieder abgeglichen werden. Die Anordnung ergibt somit einen konstanten Spannungsabfall an dem Widerstand 16, und der Strom durch diesen Widerstand stellt den konstanten Ausgangsstrom dar, welcher durch die Induktivität 17 zu den Schalterstromkreisen fließt.

Normalerweise befinden sich die Transistoren 18 und 19 im vollendenden Zustand, und die Transistoren 24 bis 28 sind nichtleitend. Der Strom fließt daher nur durch die Transistoren 18 und 19 und nicht durch die Verbraucherschaltung 23. Um durch die

Verbraucherschaltung 23 einen Stromimpuls zu leiten, wird zunächst einem der beiden Anschlüsse 26 oder 29, jedoch nicht beiden zugleich, ein negatives Potential zugeführt, derart, daß entweder die Transistoren 24 und 25 oder die Transistoren 27 und 28 beide in den Sättigungszustand gebracht werden. Der Widerstandswert der Widerstände in den Widerstands-Kondensator-Gliedern 30 und 31 ist zehn- bis zwanzigmal so groß wie der Widerstand der Widerstände 20 und 21, derart, daß nur ein sehr geringer Teil des Stroms durch die Lastschaltung 23 fließt, der Hauptteil des Stroms vielmehr weiterhin noch durch die Transistoren 18 und 19 geht. Sodann wird der Klemme 22 ein positiver Impuls zugeführt und die Transistoren 18 und 19 für die Dauer des Impulses gesperrt. Hierdurch wird der Strom durch die Verbraucherschaltung 23 umgeleitet. Nach Beendigung des an der Klemme 22 zugeführten Impulses werden die Transistoren 18 und 19 wieder voll leitend, so daß der Strom wiederum nur durch die Tran- ao sistoren 18 und 19 fließt und daher der Strom in der Verbraucherschaltung 23 auf , Null abfällt. Einer Gegen-EMK in der Verbraucherschaltung, die durch den Stromabfall in der hohen Induktivität der Verbraucherschaltung verursacht werden kann, wirkt die Entladung des Kondensators in dem betreffenden zugehörigen Widerstands-Kondensator-Schaltglied 30 bzw. 31 entgegen. Die Induktivität 17 wirkt ebenfalls Änderungen der Stromstärke entgegen, wie sie zu Beginn des Stromflusses in der Verbraucherschaltung auftreten können. Die Stromregelschaltung (10 bis 16) zusammen mit der Induktivität 17 halten also den Stromfluß konstant. Die Stromrichtung in der Verbraucherschaltung 23 ist dadurch bestimmt, welches von den beiden Transistorpaaren 24, 25 bzw. 27, 28 in den leitenden Zustand gebracht wird; dies wiederum ist dadurch bestimmt, welchem der Klemmen 26 bzw. 29 das negative Potential zugeführt wird.

Claims (8)

Patentansprüche: 40

1. Elektronische Schaltanordnung zur Lieferung von Stromimpulsen konstanter Amplitude aus einer Gleichstromquelle an- einen stark induktiven Lastkreis, g e k e η η ζ e i c h η e t d u r c h eine parallel zu dem Lastkreis (23) liegende elektronische Schaltvorrichtung (18 bis 21) und eine zwischen die Stromquelle und die Parallelschaltung aus Lastkreis (23) und Schaltvorrichtung (18 bis 21) geschaltete Serienschaltung aus einer Stromregelschaltung (10 bis 16) und einer Induktivität (17).

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Last- bzw. Verbraucherschaltung (23) ein Widerstands-Kondensator-Parallelschaltungsglied (30 bzw. 31) vorgesehen ist, derart, daß sich der Kondensator beim Übergang der Schaltvorrichtung (18 bis 21) in ihren leitenden Zustand über den Widerstand entlädt und so der an der hohen Induktivität der Lastschaltung (23) beim Absinken des Laststroms auftretenden Gegen-EMK entgegenwirkt.

3. Schaltanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen Transistor (18 bzw. 19) aufweist, welcher zwischen einem nichtleitenden und einem leitenden Zustand geschaltet werden kann.

4. Schaltanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Schaltvorrichtungen (24 bis 29) in Reihe mit der Last- bzw. Verbraucherschaltung (23) vorgesehen sind, um eine Umkehr der Richtung des Stromflusses durch die Verbraucherschaltung zu ermöglichen.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Schaltvorrichtung Transistoren (24, 25, 27, 28) aufweist, die zwischen einem nichtleitenden und einem leitenden Zustand geschaltet werden können.

6. Schaltanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Last- bzw. Verbraucherschaltung (23) ein Stromkreis ist, welcher durch einen oder mehrere Magnetkerne eines Magnetkernspeichers führt.

7. Schaltanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle einen ersten Transistor (14), welcher aus einer Spannungsquelle

(12) gespeist wird und in seinem Emitter-Kollektor-Kreis einen Steuerwiderstand (16) aufweist, sowie einen zweiten Transistor aufweist, welcher ebenfalls aus der Spannungsquelle gespeist wird und zum Vergleich der an dem Steuerwiderstand (16) abfallenden Spannung mit einer Bezugsspannung (10) dient und das Basispotential des ersten Transistors (14) derart beeinflußt, daß die Leitfähigkeit des zweiten Transistors (13) so verändert wird, daß an dem Steuerwiderstand (16) der gleiche Spannungsabfall wie an der Bezugsspannung (10) aufrechterhalten wird.

8. Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (14) und der zweite

(13) Transistor vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind, daß der zweite Transistor einen Kollektorlastwiderstand (15) besitzt, dessen Spannungsabfall das Basispotential des ersten Transistors (14) steuert, derart, daß jede Abweichung zwischen dem Spannungsabfall an dem Steuerwiderstand (16) und der Bezugsspannung (10) das Basis-Emitter-Potential des zweiten Transistors (13) so verändert, daß der Stromfluß durch den Kollektorlastwiderstand (15) und damit der Spannungsabfall an diesem sich so ändert, daß der erste Transistor (14) im Sinn einer Verringerung der Abweichung zwischen dem Spannungsabfall an dem Steuerwiderstand (16) und der Bezugsspannung wirkt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 137 075,

021 023,1 099 580,1 114 537, 1 114 224,

1 071 133; USA.-Patentschrift Nr. 2 821 639.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 677/353 10.67 © Bundesdruckerei Berlin