DE1282078B - Kryotrontorschaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^STYKnS PATENTAMT Int. Cl.:

H03k

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 82 078.9-31 (J 24817)

28. November 1963

7. November 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kryotrontorschaltung, bei der aus supraleitenden Schichten bestehende, übereinander angeordnete Torleiter, Steuerleiter und Abschirmleiter parallel zueinander verlaufen, wobei zwischen einem Steuerleiter und einem Abschirmleiter ein Torleiter mit einem aus weich supraleitendem Material bestehenden Abschnitt vorgesehen ist.

Bei einer derartigen Kryotrontorschaltung, die als Parallelkryotron bekannt ist, kann durch einen Strom im Steuerleiter auf Grund des entstehenden Magnetfeldes der Torleiter von seinem supraleitenden in seinen normalleitenden Zustand umgeschaltet werden. Parallelkryotrone weisen im Verhältnis zu solchen Schichtkryotronen, bei denen der Steuerleiter und der Torleiter im rechten Winkel zueinander verlaufen, einen relativ hohen Widerstand auf, ohne daß extrem dünne Torleiter verwendet werden müssen. Ferner kann durch den Gebrauch von Steuer- und Torleitern gleicher Breite, beim Betrieb des Steuerleiters mit einer bestimmten Vorspannung oder durch den Gebrauch eines getrennt angeordneten Vorerregungsleiters eine Arbeitsverstärkung von mehr als 1 erreicht werden.

Bei einem bereits vorgeschlagenen Parallelkryotron wird eine Konstruktion mit lediglich einer supraleitenden Abschirmplatte verwendet. Um jedoch Parallelkryotrone möglichst raumsparend übereinander stapeln zu können, ohne daß eine unerwünschte Kopplung zwischen den Kryotronen auftritt, ist es erwünscht, auch auf der anderen Seite des Parallelkryotrons eine Abschirmung zu haben. Derartige Parallelkryotrone sind bisher nicht bekanntgeworden; vielmehr ist man bisher der Auf fassung gewesen, daß bei einem Parallelkryotron mit beidseitigen Abschirmungen keine Stromverstärkung erreicht werden könne.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kryotrontorschaltung zu schaffen, bei der beidseitig Abschirmungen vorgesehen sind und eine Stromverstärkung von größer als 1 erreicht werden kann.

Eine erfindungsgemäße Kryotrontorschaltung kennzeichnet sich dadurch, daß auf der von dem erstgenannten Abschirmleiter entgegengesetzten äußeren Seite des Kryotrons ein zweiter Abschirmleiter angeordnet ist und daß der zwischen dem Steuerleiter und dem erstgenannten Abschirmleiter angeordnete Torleiter zu einem dieser Leiter einen relativ geringen Aufwand aufweist.

In diesem Raum relativ geringen Abstandes herrscht infolge des durch den Torleiter fließenden Kryotrontorschaltung

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk,N.Y.(V.St.A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,
8000 München 71, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:
John Jacob Lentz,
Chappaqua, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. November 1962
(241 005)

Stromes eine im Verhältnis zu den übrigen Bereichen des Kryotrons viel größere Magnetflußdichte.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß der Abstand zwischen dem Steuerleiter und dem ihm benachbarten Abschirmleiter größer ist als der Abstand zwischen dem Torleiter und dem diesem benachbarten Abschirmleiter und daß eine antiparallele Betriebsweise des Steuerleiters und des Torleiters vorgesehen ist. Die bei dieser Ausführungsform erzielbare Stromverstärkung ist angenähert durch das Verhältnis des erstgenannten Abstandes zu dem zweitgenannten Abstand gegeben.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß der Steuerleiter und der Torleiter für eine antiparallele Betriebsweise vorgesehen sind, daß zwischen dem Steuerleiter und dem zweiten Abschirmleiter ein weiterer Torleiter vorgesehen ist, dessen Strom zu dem Strom im ersten Torleiter entgegengesetzt gleich ist, und daß der erste Torleiter zu dem ihm benachbarten Abschirmleiter einen kleineren Abstand aufweist als zu dem Steuerleiter. Bei dieser Ausfuhrungsform ist für die erzielbare Stromverstärkung das Verhältnis der Abstände des ersten Torleiters zu dem Steuerleiter und zu dem ihm benachbarten Abschirmleiter maßgebend. Durch die Anordnung des weiteren Torleiters wird die induktive Kopplung zwischen dem Steuerleiter einerseits und den Torleitern andererseits insgesamt auf-

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gehoben, so daß wesentlich größere Schaltgeschwin- sehen zwei supraleitenden Abschirmleitern 16 und 18 digkeiten erreicht werden können. angeordnet. Die einzelnen Leiter sind voneinander

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung durch geeignete, in den Figuren nicht eingezeichnete kennzeichnet sich dadurch, daß der Torleiter und der Isolierschichten getrennt. Der Torleiterteil 12^4 be-Steuerleiter für eine parallele Betriebsweise vorge- 5 steht aus weich supraleitendem Material, z. B. Zinn sehen sind, daß zwischen dem Steuerleiter und dem oder Indium, während die übrigen Streifenabschnitte zweiten Abschirmleiter ein weiterer Torleiter vorge- des Torleiters 12, der Steuerleiter 14 und die Absehen ist, dessen Strom zu dem Strom des ersten Tor- schirmleiter 16 und 18 aus hart supraleitendem Maleiters entgegengesetzt gleich ist, und daß der Ab- terial, z. B. Blei, hergestellt sind. Bei den beiden Abstand zwischen dem Steuerleiter und dem ersten Tor- io schirmleitern 16 und 18 bestehen zumindest deren leiter kleiner ist als der Abstand zwischen dem ersten innere Oberflächen aus hart supraleitendem Material. Torleiter und dem diesem benachbarten Abschirm- Beim Betrieb einer Torschaltung nach F i g. 1 ist

leiter. Eine Stromverstärkung, die größer als 1 ist, der Torleiterteil 12 A supraleitend. Stromsignale im wird dadurch erzielt, daß der erste Torleiter näher Steuerleiter 14 sind dann nicht vorhanden. Werden zum Steuerleiter hin als zu dem ihm benachbarten 15 dem Steuerleiter 14 Signale zugeführt, so erzeugen sie Abschirmleiter hin liegt. Bei dieser Ausführungsform ein magnetisches Feld genügender Intensität, um den ist es insbesondere möglich, den Steuerleiter unsym- weich supraleitenden Torleiterteil 12 A in einen normetrisch zwischen den beiden Torleitern anzuordnen, malleitenden Zustand umzuschalten. Der dann im und zwar mehr zum ersten Torleiter hin; dadurch Torleiter 12 hervorgerufene Widerstand ermöglicht entsteht eine induktive Kopplung zwischen dem 20 beispielsweise eine Anzeige der an ihm abfallenden Steuerleiter und dem ersten Torleiter, die wegen der Spannung; er kann jedoch auch dazu dienen, den im parallelen Betriebsweise das Einsetzen des Steuer- Torleiter 12 fließenden Strom in einen parallelstromes begünstigt und damit die Schaltgeschwindig- geschalteten supraleitenden Strompfad umzulenken, keit erhöht im Gegensatz zu bekannten Anordnun- Jeder der Leiter 12 und 14 ist so hergestellt, daß

gen, bei denen induktive Kopplungen in der Regel 25 seine Breite wesentlich größer als seine Dicke ist. zu einer Herabsetzung der Schaltgeschwindigkeit Die Leiterdicke liegt größenordnungsmäßig bei führen. 10 000 Angström (10~⁴ cm) oder darunter. Es wird

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Pa- später noch im einzelnen ausgeführt werden, daß es tentansprüchen enthalten. vorzuziehen ist, die Dicke des Tores merklich größer

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der 30 als die bei Betriebstemperatur geltende Stromein-Zeichnung dargestellt und werden im folgenden . - dringtiefe des supraleitenden Materials zu machen, näher beschrieben. Es zeigt Bei einer solchen Konstruktion mit dünnen, flachen

Fig. 1 den Querschnitt durch eine Ausführungs- Tor- und Steuerleitern und dazwischenliegenden form der erfindungsgemäßen Torschaltung, dünnen Schichten isolierenden Materials ergibt sich

Fig. la eine perspektivische Ansicht der. Ausfüh- 35 praktisch dieselbe Wirkungsweise der erfindungsrungsform nach F i g. 1, gemäßen Torschaltung, wenn die Signale an einen

Fig. Ib die Kennlinie für die Stromwerte beim einzigen Steuerleiter 14 (vgl. Fig. 1) oder wenn sie Erreichen der Supraleitung in der Ausführungsform an zwei übereinander angeordnete Steuerleiter 14 nach F i g. 1, und 20 (vgl. F i g. 2) angelegt werden. Eine derartige

F i g. 2 den Querschnitt einer Variante der Aus- 40 Variante ist in F i g. 2 dargestellt. Der dort gezeigte führungsform nach Fig. 1 mit einem zusätzlichen . zweite Steuerleiter20 wird auch als Vorerregungs-Vorerregungsleiter, ~ leiter bezeichnet. Bei der Beurteilung der noch zu

Fig. 3 den Querschnitt einer weiteren Ausfüh- erläuternden, in Fig. 1 b dargestellten Kennlinien ist rungsform der erfindungsgemäßen Torschaltung mit zu beachten, daß der in diesem Diagramm aufgeeinem Steuerleiter, an dessen gegenüberliegenden 45 tragene Steuerleiterstrom entweder den in einem ein-Seiten die beiden Torleiter angeordnet sind, zigen vorhandenen Steuerleiter 14 (F i g. 1) fließen-

F i g. 4 den Querschnitt einer Variante der Ausfüh- den Strom oder den in mehreren Steuerleitern 14 und rungsform nach F i g. 3 mit einem Steuerleiter, der 20 (F i g. 2) fließenden Gesamtstrom bedeuten kann, einen zum Strom im Torleiter entgegengesetzten Fig. Ib,zeigt die Übergangs- oder Verstärker-

Strom führt, 50 charakteristik 21 für einen Torleiterteil 12 ^4 der

Fig. 4a eine perspektivische Ansicht der Ausfüh- ■ Ausführungsform nach Fig. 1. In Ordinatenrichtung rungsform nach F i g. 4, ist der Torleiterstrom I_g und in Abszissenrichtung

Fig. 4b die Kennlinie für die Stromwerte beim der gesamte Steuerleiterstrom I_c aufgetragen. Für Erreichen der Supraleitung in der Ausführungsform Punkte unterhalb der Kurve ist der Torleiterteil 12,4 nach Fig. 4, 55 supraleitend; für Punkte oberhalb der Kurve ist der

■■ F i g. 5 den Querschnitt einer Variante der Ausfüh- Torleiterteil 12^4 normalleitend. Das Diagramm von rungsform nach Fig. 4, in der die verschiedenen Fig. 1 b gilt für einen Torleiterstrom, der in einer Leiter asymmetrisch angeordnet sind, bestimmten Richtung fließt, wie sie beispielsweise in

F i g. 6 den Querschnitt einer Variante der Aus- F i g. 1 durch ein Pluszeichen eingezeichnet ist. Der führungsform nach Fig. 5 mit einem zusätzlichen 60 Strom im Steuerleiter kann entweder in derselben Vorerregungsleiter. Richtung (vgl. +I_c in Fig. 1 und Ib) oder in der

Die in Fig. 1 dargestellte Torschaltung in der Art entgegengesetzten Richtung (vgl. —I_c in Fig. 1 und eines Parallelkryotrons besteht aus einem streifen- Ib) wie der Torleiterstrom fließen. Je nachdem, ob förmigen Steuerleiter 14 und einem streifenförmigen die Steuer- und Torleiterströme in gleicher oder in Torleiter 12, der einen Torleiterteil 12/1 (vgl. 65 entgegengesetzer Richtung fließen, wird die Betriebs-Fig. la) umfaßt. Der Torleiter 12 und der Steuer- weise der Torschaltung im folgenden als parallel leiter 14 werden übereinander, parallel zueinander oder antiparallel bezeichnet. Aus Fig. Ib geht her- und in einem gewissen Abstand voneinander zwi- vor, daß das Verhalten der Torschaltung nach

Fig. 1 bei gleicher Richtung der Steuer- und Torleiterströme sich wesentlich von dem Verhalten der Torschaltung bei entgegengerichteten Steuer- und Torleiterströmen unterscheidet. Der Wert I_gc in Fig. Ib stellt den kritischen Torleiterstrom bei einem Steuerleiterstrom I₁. = 0 dar, wobei die Torschaltung aus dem supraleitenden in den normalleitenden Zustand übergeht. Die Werte + I_C1. und — /_ff geben die kritischen Steuerleiterströme an, die im Steuerleiter fließen müssen, um bei einem Torleiterstrom I_K = 0 die Torschaltung normalleitend zu machen. Die Kurve 21 macht deutlich, daß sich der kritische Wert für den Torleiterstrom bei gleichzeitigem Vorhandensein eines entgegengesetzten Steuerleiterstromes erhöht, wie dies bei der antiparallelen Betriebsweise der Torschaltung der Fall ist. Fließen Steuer- und Torleiterstrom in derselben Richtung, so nimmt der kritische Wert für den Torleiterstrom in auffallender Weise ab.

Das Diagramm von Fig. Ib ähnelt den Kennlinien bekannter, aus supraleitenden Schichten bestehender Parallelkryotrons, bei denen allerdings ein zweiter Abschirmleiter 16 nicht vorhanden war und auch nicht verwendet werden konnte, ohne die Möglichkeit für eine Stromverstärkung zu zerstören. Für die vorliegende Erfindung ist es sehr wesentlich, daß man dennoch einen zweiten Abschirmleiter 16 ohne Zerstörung der Stromverstärkung der Torschaltung hinzufügen kann. Um dies zu erreichen, muß der Abstand S zwischen dem Torleiter 12 und dem ersten Abschirmleiter 18 kleiner sein als der Abstand T zwischen dem Steuerleiter 14 und dem zweiten Abschirmleiter 16. Es wurde beobachtet, daß die mit einer derartigen Torschaltung erreichbare Stromverstärkung ungefähr gleich dem Verhältnis T: S ist. Werden diese Abstände verändert, so muß man mit abnehmenden Werten des Verhältnisses T : S damit rechnen, daß die Höhe der Kennlinie 21 abnimmt und in bezug auf den Koordinatenursprung eine mehr symmetrische Form annimmt. Die in F i g. 1 b gezeigte Kennlinie entspricht einem hohen Wert des Verhältnisses T : S. In dem mit S bezeichneten Raum zwischen dem Torleiter 12 und dem Abschirmleiter 18 herrscht infolge des durch den Torleiter 12 fließenden Stromes eine hohe magnetische Feldstärke, die auch in Abwesenheit eines Steuerstromes existiert. Man bezeichnet dies als einen Zustand magnetischer Sättigung. Das soll aber nicht heißen, daß der Raum unterhalb des Torleiters mit magnetisch sättigbarem Material ausgefüllt ist, sondern daß der betreffende Raum in seinen Ausmaßen in Beziehung zu dem restlichen um den Torleiter verbleibenden Raum so ausgebildet ist, daß in ihm eine viel größere Magnetflußdichte pro Querschnittsflächeneinheit auftritt.

Das Diagramm von Fig. Ib erläutert die Betriebsweise einer Ausführungsform der Torschaltung sowohl nach Fig.l als auch nach F i g. 2. Die nun folgende Beschreibung bezieht sich auf die Anordnung nach Fig. 2 und weist der Kennlinie in Fig. Ib noch eine weitere Bedeutung zu. Durch den Vorerregungsleiter 20 fließt dauernd ein Vorerregungsstrom; an den Steuerleiter 14 werden Steuersignale angelegt, um den Leitfähigkeitszustand (Supraleitung — Normalleitung) des Torleiters zu steuern. In größeren Schaltungsanordnungen ist der Torleiter einer ersten Torschaltung mit dem Steuerleiter einer zweiten Torschaltung in Reihe geschaltet. Für einen derartigen Betrieb ist es notwendig, daß die Torschaltung eine gewisse Verstärkung aufweist, d. h., daß das zum Umschalten des Torleiters in den Normalleitungszustand notwendige Signal kleiner ist als der zum Verbleib der Torschaltung im supraleitenden Zustand gerade noch zulässige Torleiterstrom. Bezugnehmend auf F i g. 2 wird ein negativer, dem Wert I₂ in F i g. 1 b entsprechender Vorerregungsstrom dem Vorregungsleiter 20 zugeführt. (Das ist in

ίο F i g. 2 durch das Punktzeichen links neben dem Vorerregungsleiter 20 angedeutet). Zur gleichen Zeit wird ein positiver, dem Wert I₁ in F i g. 1 b entsprechender Torleiterstrom (vgl. in F i g. 2 das Pluszeichen links neben dem Torleiter 12) dem Torleiter 12 zugeführt. Unter diesen Voraussetzungen ergibt sich der Arbeitspunkt α in F i g. 1 b, der zwischen den beiden schrägen Geraden 22 und 24 liegt. Die Gerade 22 entspricht der Steigung des in der Zeichnung ganz links gelegenen Teiles der Kennlinie 21;

ao die Gerade 24 bildet mit der Abszisse einen Winkel von 45° und hat somit die Steigung 1. Um eine Verstärkung zu erreichen, ist es notwendig, daß die Steigung des linken Teiles der Kurve 21, wie sie von der Geraden 22 dargestellt ist, größer als 1 ist; ferner

as muß der Arbeitspunkt α nach dem Anlegen der Vorerregungs- und Torleiterströme links von der Geraden 24 mit der Steigung 1 liegen.

Wünscht man ein Umschalten des Torleiterteils 12Λ in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in den Normalleitungszustand, so wird ein dem Strom I₃ in Fig. Ib entsprechendes Signal dem Steuerleiter 14 zugeführt. Nach dem Anlegen dieses Signals stellt sich der Arbeitspunkt b ein, und der aus weich supraleitendem Material bestehende Torleiterteil12 A befindet sich im Normalleitungszustand. Ist der Torleiter 12 parallel mit einem weiteren supraleitenden Streifenleiter verbunden und wechselt der Strom Z₁ dann aus dem Torleiter 12 in den parallelen Streifenleiter über, so stellt sich der Arbeitspunkt c ein, und die Torschaltung bleibt normalleitend. Nach dieser Stromverschiebung wird das dem Steuerleiter 14 zugeführte Signal /_;J abgeschaltet, und die Torschaltung nimmt wieder ihren Supraleitzustand im Arbeitspunkt d ein; jetzt-fließt kein Strom im Torleiter 12.

Sobald der Strom I₁. aus dem parallelen Streifenleiter wieder in den Torleiter 12 zurückgeschaltet wird, nimmt die Torschaltung wieder ihren ursprünglichen Zustand im Arbeitspunkt α ein. Die in F i g. 1 b durch das Viereck der Arbeitspunkte a, b, c, d gekennzeichnete Betriebsweise eignet sich für eine Schaltungsanordnung, in der zwei Torschaltungen in der Weise miteinander verbunden sind, daß der Steuerleiter der einen mit dem Torleiter der anderen Torschaltung in Serie liegt, so daß jeweils eine Torschaltung die andere erregt. In einem solchen Fall ist der Steuerleiterstrom für eine Torschaltung gleich dem Torleiterstrom für die andere Torschaltung, d. h., es ist Z₁ = 7._r Der tatsächliche Verstärkungsfaktor einer derartigen Schaltungsanordnung ist 1, aber es ist — wie aus F i g. 1 ersichtlich — möglich, den Torleiterteil 12 A dadurch aus dem supraleitenden in den normalleitenden Zustand umzuschalten, daß das zugeführte Signal in seinem Wert kleiner als Ι_Ά ist. In diesem Fall erreicht man einen Verstärkungsfaktor, der größer als 1 ist.

Es ist natürlich nicht immer notwendig, einen Verstärkungsfaktor von größer als 1 zur Verfügung zu haben, und es können auch andere Betriebsweisen

der Torschaltung verwirklicht werden. Beispielsweise Raum S zwischen dem ersten Torleiter 12^4 und dem kann wie in Fig. 1 ein einziger Steuerleiter 14 ver- Steuerleiter 14.4 auf. Der andere kritische Abstand Γ wendet werden, der durch ein Signal von ausreichen- befindet sich zwischen dem ersten Torleiter 12 A und der Größe erregt wird, um den Torleiter 12 in seinen dem Abschirmleiter 18. Wiederum ist der durch diese Normalleitungszustand überzuführen. Das am Steuer- 5 Anordnung erreichbare Verstärkungsfaktor durch leiter 14 angelegte Signal ist dann größer als der vom das Verhältnis T : S bestimmt. Torleiter 12 geführte Strom. Natürlich kann ein Teil Fig. 4a ist eine perspektivische Ansicht, die zei-

dieses Steuersignals als Vorerregung betrachtet gen soll, wie die Ausführungsformen nach F i g. 3 werden. und 4 in der Praxis ausgeführt werden können. Dabei

Erzielt man eine echte Verstärkung, so ist das io wurde der obere Abschirmleiter 16 nach oben noch lediglich das Ergebnis der Verwendung eines Vor- etwas gegenüber seiner eigentlichen Stellung abgeerregungsstromes zusammen mit dem Steuersignal. hoben, um die Anordnungen der anderen Leiter bes-Das ist nur möglich bei einer Torschaltung mit einer ser sichtbar zu machen. Die anderen Entfernungen Kennliniensteigung von größer als 1, wie dies in der Leiter zueinander sind nicht unbedingt maßstabs-Fig. Ib gezeigt ist. Dazu muß die Dicke des weich 15 getreu, da es in einer derartig schematisierten Zeichsupraleitenden Torleiterteiles 12 A bei Betriebstem- nung in erster Linie auf die Darstellung des Prinzips peratur größer sein als die Stromeindringtiefe des ankommt.

betreffenden Materials. Im Diagramm von Fig. 4b ist die Kennlinie 215

In F i g. 3 ist eine weitere Ausführungsform der für die Ausführungsform nach F i g. 4 dargestellt. Es Erfindung dargestellt mit einem zusätzlichen zweiten ao ist eine sehr interessante Eigenschaft dieser Ausfüh-Torleiter26, der so angeschlossen und angeordnet rungsform, daß diese Kennlinie 215 im wesentlichen ist, daß er den gleichen, aber entgegengesetzt fließen- ein Spiegelbild der Kennlinie 21 im Diagramm von den Strom wie der erste Torleiter 12 führt. Dies ist in Fig. Ib ist. In Fig. 4b ist die größte Steigung der Fig. 3 durch das Punktzeichen links neben dem Kennlinie 215 durch die Gerade 225 dargestellt. Die zweiten Torleiter 26 angedeutet. Bei dieser Variante as Gerade 24 B stellt die Steigung 1 dar. Alle übrigen ist die Struktur der Torschaltung in bezug auf den Einzelheiten in Fig. 4b sind mit ähnlichen Buch-Steuerleiter 14 symmetrisch. So sind die beiden Tor- stäben bezeichnet wie die entsprechenden Teile in leiter 12 und 26 in gleichem Abstand vom Steuer- Fig. Ib. In Fig. 4b tritt der Teil der Kennlinie 215 leiter 14 auf gegenüberliegenden Seiten angebracht. mit maximaler Verstärkung im positiven Quadranten Ebenfalls sind die Abschirmleiter 16 und 18 in glei- 30 auf, wo sowohl der Torleiter- als auch der Steuerchem Abstand jenseits der Torleiter 26 und 12 an- strom in positiver Richtung fließen. Dies ist besongebracht. In dieser Ausführungsform tritt die ma- ders interessant, da in bekannten Ausführungsformen gnetische Sättigung wiederum zwischen dem Tor- von Parallelkryotrons im allgemeinen angenommen leiter 12 und dem Abschirmleiter 18 in dem mit 5 wurde, daß der der größten Verstärkung entsprebezeichneten Raum auf. Der andere kritische Ab- 35 chende Teil einer asymmetrischen Supraleitfähigstand T ist die Entfernung zwischen dem Torleiter 12 keitskennlinie im Bereich des negativen Steuerstro- und dem Steuerleiter 14. Da der zweite Torleiter 26 mes, wie das in Fig. Ib gezeigt ist, auftritt. Abge- und der erste Torleiter 12 den gleichen, aber ent- sehen von den erwähnten Unterschieden der Steuergegengerichteten Strom führen, ist ihre jeweilige ma- und Torleiterströme in den Ausführungsformen nach gnetische Kopplung zum Steuerleiter 14 gleich groß, 40 Fig. 3 und 4 sind Schallgeschwindigkeit und Veraber von entgegengesetztem Vorzeichen. Dadurch Stärkungsfaktor bei beiden Ausführungsformen unwird die gesamte gegenseitige induktive Kopplung an gefähr dieselben, natürlich unter der Voraussetzung der Stelle, wo Strom durch den Steuerleiter fließt, zu desselben Verhältnisses T : S. Der Wirkungsgrad der Null. Auf diese Weise wird eine degenerative in- Ausführungsform nach P i g. 4 ist jedoch etwas besduktive Kopplung weitgehend ausgeschaltet. Daher 45 ser wegen der engeren Kopplung zwischen dem hat die Torschaltung nach Fig. 3 eine wesentlich Steuerleiter 14^4 und dem ersten Torleiter 12^4, wie größere Schaltgeschwindigkeit als die Ausführungs- es prinzipiell der konstruktiven Anordnung von formen nach Fig. 1 und 2. Das ist deshalb der Fall, Fig. 4 eigen ist. Der Grund hierfür ist die Fordeweil nun eine induktive Kopplung des Torleiters mit rung, daß der magnetische Sättigungsraum und damit dem Steuerleiter dem Entstehen eines Stromes in 50 der kleine Abstand S zwischen dem ersten Torleiter letzterem nicht mehr entgegenwirkt oder ihn behin- 12/1 und dem Steuerleiter 14^4 liegen muß. dert. Die Betriebskennlinie für das Umschalten zwi- Die Ausführungsform der Torschaltung nach

sehen Supraleitfähigkeit und Normalleitfähigkeit im F i g. 4 kann nochmals variiert werden im Sinne von Torleiterteil 12A einer Torschaltung nach Fig. 3 ist Fig. 5 zur Erzielung einer regenerativen gegenim wesentlichen die gleiche wie die in F i g. 1 b dar- 55 seitigen induktiven Kopplung zwischen dem Steuergestellte Kennlinie für die Ausführungsformen nach leiter 145 und den Torleitern 125, 265. Das heißt, Fi g. 1 und 2. die induktive Kopplung zwischen den Torleitern und

In F i g. 4 ist eine weitere Variante der Erfindung dem Steuerleiter ist derart, daß das Einsetzen des unter Verwendung ebenfalls eines zweiten Torleiters Steuerstromes, der die Torschaltung in ihren Nor-26^4 gezeigt, die der Ausführungsform nach F i g. 3 60 malleitungszustand umschaltet, begünstigt wird, ähnelt (vgl. Unterscheidungsbezugszeichen ^4), jedoch Diese Modifikation zur Erzielung einer regenerativen mit der Ausnahme, daß die Abstände der Leiter von- Kopplung erreicht man dadurch, daß man den einander jetzt anders sind und der Steuerstrom im Steuerleiter 145 aus der Mitte der Anordnung Steuerleiter 14^4 nun in gleicher Richtung wie der herausbewegt, so daß er dem ersten Torleiter 125 Strom im ersten Torleiter 12 A fließt. Das ist in der 65 näher ist als dem Torleiter 265. Dadurch wird die Zeichnung durch die Pluszeichen links neben den Kopplung vom ersten Torleiter 125 zum Steuerleiter Leitern 12/1 und 14^4 angedeutet. In dieser Aus- 145 vergrößert gegenüber derjenigen vom zweiten führungsform tritt die magnetische Sättigung im Torleiter 265 zum Steuerleiter 145. Außerdem ist es

vorteilhaft, auch noch den Abstand zwischen dem zweiten Torleiter 26 B und dem Abschirmleiter 16 in der Ausführungsform nach F i g. 5 zu vergrößern. Wie in allen anderen Ausführungsformen wird auch hier der Verstärkungsfaktor durch das Verhältnis T : S dargestellt, wobei mit diesen Buchstaben in F i g. 5 dieselben kritischen Abstände bezeichnet werden wie in der Ausführungsform nach F i g. 4.

F i g. 6 ist eine Variante der Ausführungsform nach F i g. 5 mit einem Vorerregungsleiter 2OB. Wie bereits im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach F i g. 2 erläutert wurde, stellt der Vorerregungsleiter eigentlich nichts anderes als einen zusätzlichen Steuerleiter dar, der den Vorteil eines getrennten elektrischen Kreises für das Vorerregungssignal bietet. Im übrigen entspricht die Ausführungsform der Torschaltung nach F i g. 6 im großen und ganzen derjenigen nach F i g. 5.

Die Ausführungsformen der Torschaltungen nach F i g. 5 und 6 haben beide ungefähr dieselben Supra- ao leitfähigkeitskennlinien, wie sie in F i g. 4 b bereits dargestellt sind. Für das Prinzip einer regenerativen induktiven Kopplung ist eine Kennlinie wesentlich, bei der die maximale Verstärkung im positiven Stromquadranten erreicht wird.

Die regenerative induktive Kopplung ist ein außergewöhnliches und unerwartetes Ergebnis im Hinblick auf die seitherige Auffassung, daß die gegenseitige induktive Kopplung zu einem Minimum gemacht werden müsse, weil sie einen degenerativen Einfluß habe und stets zu einer Verlängerung der Schaltzeit führe.

Claims (8)

Patentansprüche: 35

1. Kryotrontorschaltung, bei der aus supraleitenden Schichten bestehende, übereinander angeordnete Torleiter, Steuerleiter und Abschirmleiter parallel zueinander verlaufen, wobei zwischen einem Steuerleiter und einem Abschirmleiter ein Torleiter mit einem aus weich supraleitendem Material bestehenden Abschnitt vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von dem erstgenannten Abschirmleiter (18) entgegengesetzten äußeren Seite des Kryotrons ein zweiter Abschirmleiter (16) angeordnet ist und daß der zwischen dem Steuerleiter (14, 14A, 14B) und dem erstgenannten Abschirmleiter (18) angeordnete Torleiter (12,12 A, 12B) zu einem dieser Leiter einen relativ geringen Abstand (S) aufweist.

2. Torschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennnzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Steuerleiter (14) und dem ihm benachbarten Abschirmleiter (16) größer ist als der Abstand zwischen dem Torleiter (12) und dem diesem benachbarten Abschirmleiter (18) und daß eine antiparallele Betriebsweise des Steuerleiters (14) und des Torleiters (12) vorgesehen ist.

3. Torschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuerleiter (14) und dem Torleiter (12) ein Vorerregungsleiter (20) angeordnet ist, der einen dem Steuerleitungsstrom gleichgerichteten Vorerregungsstrom führt.

4. Torschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerleiter (14) und der Torleiter (12) für eine antiparallele Betriebsweise vorgesehen sind, daß zwischen dem Steuerleiter (14) und dem zweiten Abschirmleiter (16) ein weiterer Torleiter (26) vorgesehen ist, dessen Strom zu dem Strom im ersten Torleiter (12) entgegengesetzt gleich ist, und daß der erste Torleiter (12) zu dem ihm benachbarten Abschirmleiter (18) einen kleineren Abstand (S) aufweist als zu dem Steuerleiter (14).

5. Torschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torleiter (12,4,12 B) und der Steuerleiter (14 A, 14B) für eine parallele Betriebsweise vorgesehen sind, daß zwischen dem Steuerleiter (14 A, 14 B) und dem zweiten Abschirmleiter (16) ein weiterer Torleiter (26^4, 26 B) vorgesehen ist, dessen Strom zu dem Strom des ersten Torleiters (12A, 12B) entgegengesetzt gleich ist, und daß der Abstand zwischen dem Steuerleiter (14A, 14B) und dem ersten Torleiter (12A, 12B) kleiner ist als der Abstand zwischen dem ersten Torleiter und dem diesen benachbarten Abschirmleiter (18).

6. Torschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die beiden Torleiter (12, 26; 12 A, 26 A) als auch die beiden Abschirmleiter (16,18) zu dem Steuerleiter (14, 14A) symmetrisch angeordnet sind.

7. Torschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Torleiter (26, 26/4, 26 B) keinen weich supraleitenden Abschnitt enthält.

8. Torschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuerleiter (14 B) und dem weiteren Torleiter (26 B) nahe an dem Steuerleiter (14 B) ein Vorerregungsleiter (20 B) angeordnet ist, der einen zum Steuerleiterstrom gleichgerichteten Strom führt.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 162 405.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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