DE3650062T2

DE3650062T2 - Supraleitende Stromfühlerschaltung.

Info

Publication number: DE3650062T2
Application number: DE3650062T
Authority: DE
Inventors: Eiichi Goto; Yutaka Harada; Mutsuko Hatano; Ushio Kawabe; Nobuo Miyamoto; Hideaki Nakane
Original assignee: Hitachi Ltd; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: Hitachi Ltd; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1986-06-05
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2006-06-06
Also published as: CA1268815A; EP0205120B1; EP0205120A3; US4866373A; EP0205120A2; DE3650062D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine supraleitende Stromdetektorschaltung, welche als hochempfindlicher Flußmesser dienen soll. Einzelheiten, die die Art der Schaltung beschreiben, mit der sich die vorliegende Erfindung befaßt, ergeben sich aus dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1.
Ein bekannter Typ eines Flußmessers der besagten Art verwendet ein Josephson-Element und wird Superconducting Quantum Interference Device (oder kurz SQUID) Flußmesser genannt. Solch ein Flußmesser kann ein Gleichstrom-SQUID- Flußmesser oder ein Wechselstrom-SQUID-Flußmesser sein. Der erste Typ ist so aufgebaut, daß der magnetische Fluß, der sich im Zusammenhang mit einer supraleitenden Schleife mit zwei Josephson-Elementen und einer Drosselspule ergibt, gemessen wird über die Änderungen des maximalen Supraleitungsgleichstroms, der durch die supraleitende Schleife fließt. Der zweite Typ ist so aufgebaut, daß der Magnetfluß, der sich im Zusammenhang mit einer supraleitenden Schleife aus einem Josephson-Element und einer Drosselspule ergibt, gemessen wird über die Änderungen des maximalen Supraleitungswechselstroms, der in der supraleitenden Schleife fließt. In beiden dieser konventionellen SQUID-Flußmeter besteht ihre Hauptkomponente, das SQUID, aus einem passiven Element zur Erfassung des Magnetflusses, der mit der supraleitenden Schleife zusammenhängt. Das SQUID mit Josephson- Element wird in flüssiges Helium getaucht, und das Ausgangssignal des SQUID wird über ein Verteilerkabel übertragen an Meß- und Datenverarbeitungsschaltungen, die auf Raumtemperatur gehalten werden. Das SQUID dient dazu, außerordentlich schwache Magnetflüsse zu messen, und das Ausgangssignal des Josephson-Elements ist an sich schwach, so daß das Signal, das von dem SQUID an die Meßschaltung übertragen wird, die auf Raumtemperatur gehalten wird, extrem schwach ist und in etwa lediglich 1 uV betragen kann. Daher ist die Empfindlichkeit der konventionellen SQUID-Flußmesser aufgrund thermischen Rauschens bei Zimmertemperatur beschränkt.
Eine supraleitende Stromdetektorschaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des beigefügten Anspruchs I ist in Journal of Applied Physics, 57(11), Juni 1985, S. 5078-5080 beschrieben. Die besagte Detektorschaltung ist Teil eines Gerätes für ein Strommeßverfahren für supraleitende integrierte Schaltungen. Dieses Gerät hat einen Funktionsgenerator, einen Verstärker und einen Integrator und arbeitet durch Kompensation eines unbekannten Stroms, der gemessen werden soll, durch einen Rückkoppelstrom, welcher proportional einer zeitlich gemittelten Spannung über einem Stromaufnahme-Gate ist. Das Stromaufnahme-Gate, das verwendet wird, ist ein SQUID mit zwei Steuerleitungen, auf deren einer der unbekannte Strom fließt. Die Spannung über das SQUID wird verstärkt und geglättet durch den Integrator, und der Integratorausgangsstrom wird rückgekoppelt auf die andere der Steuerleitungen.
Ein ähnlich strukturiertes höchst auflösendes Josephson- Meßsystem ist bekannt aus Applied Physics Letters 36(12), 15. Juni 1980, S. 1008-1010. Mit dem besagten System wird zunächst ein Testsignal ausgelöst. Später werden dem besagten Testsignal ein Strompuls und ein Vormagnetisierungsstrom überlagert. Der resultierende Strom wird verwendet, um ein Sampling-Tor zu steuern, welches als Josephson- Interferometer aufgebaut ist und welches seinen Zustand nur ändert, wenn die Summe der drei Ströme einen Schwellwert überschreitet. Der Ausgang des Sampling-Tors wird verwendet, um den Vormagnetisierungsstrom zu steuern, so daß die Stromsumme gleich der Schwelle wird, und zwar in einem wiederholten Rückkoppelprozeß.
Darüber hinaus ist in Review of Scientific Instruments, Band 53, Nr. 12, Dezember 1982, S. 1815-1845 eine Struktur für biomagnetische Instrumente zum Messen magnetischer Felder des menschlichen Körpers und anderer biologischer Systeme beschrieben. In der besagten Struktur wird ein SQUID verwendet, um das biomagnetische Feld zu erfassen, und spezielle Anstrengungen werden unternommen, um die Geometrie der Detektorspule, die in Verbindung mit dem SQUID verwendet wird, zu optimieren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben angegebene Art von Schaltung zu verbessern, so daß sich eine hochempfindliche supraleitende Stromdetektorschaltung vom SQUID-Typ schaffen läßt, die nicht länger Beschränkungen aufgrund externen Rauschens unterworfen ist.
Erfindungsgemäß wird die besagte Aufgabe gelöst mittels einer supraleitenden Stromdetektorschaltung nach Anspruch 1; auf bevorzugte Entwicklungen der Erfindung beziehen sich die Unteransprüche.
Bei der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung einer Gleichstrom-Fluß-Parametron-Schaltung (oder kurz DCFP- Schaltung) ein zu erfassender Eingangsstrom mit einem Referenzstrompulssignal von einer separaten Referenzsignalerzeugungsschaltung verglichen. über den Wert des besagten Referenzstrompulssignals und bei Übereinstimmung des zu erfassenden Eingangsstroms mit dem besagten Referenzstrompulssignal wird der Wert des Eingangsstromsignals erfaßt. Die DCFP-Schaltung mit Josephson-Element ist ein aktiv schaltendes Element, das in flüssigem Helium betrieben wird, um ein Signal mittels Gleichstrommagnetfluß zu übertragen, um eine hohe Stromverstärkung zu erzielen.
Die DCFP-Schaltung ist in Einzelheiten auf den Seiten 48-78 in 1984 Symposium of the Institute of Physical and Chemical Research und in 1985 Symposium etc., Seiten 1-13 beschrieben. Die besagte Schaltung besteht aus einem Verstärkerelement mit hoher Empfindlichkeit für magnetischen Fluß und wird bei sehr niedrigen Temperaturen (Temperatur des flüssigen Heliums) betrieben, so daß der Einfluß des Rauschens außerordentlich klein ist.
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher im Verlauf der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen supraleitenden Stromdetektorschaltung;
Fig. 2A, 2B und 2C sind Zeitdiagramme zur Erläuterung des Betriebes der Schaltungen in Fig. 1;
Fig. 3A und 3B sind Diagramme zur Erläuterung des Betriebes der DCFP-Schaltung, die in der Vergleicherschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
Fig. 4A und 4B sind Diagramme, die jeweils einen Schaltungsaufbau sowie die Eigenschaften der DCFP-Schaltung in der Vergleicherschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 5A und 5B sind Diagramme zur Erläuterung, wie die DCFP-Schaltung als Vergleicherschaltung verwendet wird;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen supraleitenden Stromdetektorschaltung;
Fig. 7 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Eigenschaften des in Fig. 6 verwendeten Lock-in-Verstärkers;
Fig. 8A, 8B, 8C, 8D und 8E sind Zeitdiagramme zur Erläuterung des Betriebs der Schaltungen in Fig. 6;
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen supraleitenden Stromdetektorschaltung;
Fig. 10 und Fig. 11A und 11B sind Diagramme zur Erläuterung des Betriebsprinzips der Schaltung in Fig. 9;
und
Fig. 12A und 12B sind Diagramme, die Modifikationen der Stromdetektorschaltung in Fig. 1 zeigen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer supraleitenden Stromdetektorschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die gesamte Schaltung eine Rückkoppelschleife darstellt. In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 101 eine Vergleicherschaltung, welche aus einer DCFP-Schaltung 101a und einer Stromdetektorschaltung 101b besteht. In dem Vergleicher 101 wird ein Stromsignal, das durch eine Flußantenne 109 erfaßt wird und zu dem Vergleicher 101 durch einen Signalübertrager 107 und eine Eingangsleitung 110a übertragen wird, verglichen mit einem Referenzsignal, das an dem Vergleicher l0I über eine Eingangsleitung 110b anliegt, und die Differenz zwischen Eingangsstromsignal und dem Referenzsignal wird verstärkt und von dem Vergleicher 101 an seinem Ausgang ausgegeben.
Die DCFP-Schaltung 101a besteht aus den Josephson-Elementen 113 und 114, den Erregerspulen l1I und 112 und einer Erregerleitung 125, den Eingangsleitungen 110a und 110b und einer Ausgangsleitung 124.
Die Stromdetektorschaltung 101b ist mit der DCFP-Schaltung 101a über die Ausgangsleitung 124 verbunden, so daß ein von der DCFP-Schaltung 101a erzeugter Strom erfaßt werden kann.
Das Bezugszeichen 115 bezeichnet ein Superconducting Quantum Interference Device in der Stromdetektorschaltung 101b für die Aufnahme eines Gate-Stroms Ig von einem Pulsgenerator 116, der über eine Leitung 123 übertragen wird. Darüber hinaus nimmt das Superconducting Quantum Interference Device 115 einen Ausgangsstrom Is von der DCFP- Schaltung 101a, übertragen über die Ausgangsleitung 124, sowie einen Abstimmstrom IR von einem Pulsgenerator 117 über eine Leitung 122 auf. Diese beiden Ströme, der Ausgangsstrom Is und der Abstimmstrom IR, dienen als Strom zur Steuerung des maximalen Supraleitungsstroms des Superconducting Quantum Interference Device 115.
Das Superconducting Quantum Interference Device 115 wird geschaltet, wenn die Summe der beiden Ströme, d. h. des Ausgangsstroms Is und des Abstimmstroms IR, einen vorgegebenen Wert erreicht hat, so daß eine Ausgangsspannung an dem Superconducting Quantum Interference Device 115 anliegt. Bei Erfassung der Ausgangsspannung mit einem Differenzverstärker 120 wird ein Abtastpuls von einer Abtastpulsgeneratorschaltung 118 als Reaktion auf den Ausgang des Differenzverstärkers 120 erzeugt, so daß ein Wert des Abstimmstroms IR in einer Abtast-Halte-Schaltung 119 gespeichert wird, unter der Bedingung, daß die Summe der beiden Ströme, d. h. des Ausgangsstroms Is und des Abstimmstroms IR, den vorgegebenen Wert erreicht hat. Ein Unterschied zwischen dem so erhaltenen Abstimmstrom IR und einem vorgegebenen Steuerstrom If wird durch einen Differenzverstärker 121 verstärkt, und der so verstärkte Unterschied wird als Wert des Ausgangsstroms des SQUID 115 ausgegeben.
Das Bezugszeichen 102 bezeichnet eine Schaltung zur Erzeugung eines Referenzstromsignals, das an den Vergleicher 101 angelegt wird. Die Referenzsignalgeneratorschaltung 102 besteht aus einem Dekoder 103, einem Aufwärts/Abwärtszähler 104, einem D/A-Konverter 105 und einem Dämpfungsglied 106.
Der Dekoder 103 ist vorgesehen, um die Polarität des Referenzstromsignals von dem Vergleicher 101 abzufragen und ein Aufwärtssignal oder ein Abwärtssignal an den Aufwärts/ Abwärtszähler 104 anzulegen, je nach dem ob die Polarität positiv oder negativ ist.
Der Aufwärts/Abwärtszähler 104 ist mit dem Dekoder 103 verbunden, dessen Inhalt den Wert des Referenzsignals wiedergibt, wobei der Inhalt größer oder kleiner wird je nach Aufwärts- oder Abwärtssignal.
Der D/A-Konverter 105 dient dazu, das Digitalsignal in dem Aufwärts/Abwärtszähler 104 in ein Analogsignal umzuwandeln. Das Dämpfungsglied 106 dient dazu, einen Wert des Referenzsignals abzuschwächen.
Die Flußantenne 109 dient dazu, den Magnetfluß zu erfassen, der gemessen werden soll, und ein Eingangsstromsignal auf der Eingangsleitung 110a über den Signalübertrager 107 zu erzeugen.
Das Bezugszeichen 108 bezeichnet eine Kalibrierungsleitung zum Eichen der Flußempfindlichkeit der Flußantenne 109.
Als nächstes sollen die Betriebsarten dieser Ausführungsform beschrieben werden.
Bei dieser Ausführungsform wird in der Rückkoppelschleife aus Referenzsignalgeneratorschaltung 102 und Vergleicher 101 die Polarität des Ausgangssignals von dem Vergleicher 101 durch den Dekoder 103 abgefragt, so daß ein Wert des Referenzsignals, das in dem Aufwärts/Abwärtszähler 104 gespeichert ist, aufgrund des Ergebnisses der Abfrage durch den Dekoder 103 aktualisiert wird und der aktualisierte Wert an den Vergleicher 101 über den D/A-Konverter 105 und das Dämpfungsglied 106 rückgekoppelt wird.
Fig. 2A, 2B und 2C sind Zeitdiagramme zur Erläuterung der Betriebsarten der Ausführungsform.
Die DCFP-Schaltung 101a wird periodisch angesteuert, wie in Fig. 2A durch eine Signalform angedeutet. Fig. 2B zeigt eine Signalform des Ausgangssignals des Vergleichers 101. Bei dieser Signalform bedeutet die positive Polarität des Ausgangssignals, daß das Eingangssignal größer als das Referenzsignal ist, während die negative Polarität desselben bedeutet, daß das erste kleiner als das zweite ist.
Der Dekoder 103 aktualisiert einen Wert des Referenzsignals in dem Aufwärts/Abwärtszähler 104 aufgrund der Polarität des Ausgangssignals von dem Vergleicher 101, und zwar an den Zeitpunkten, die durch eine Signalform in Fig. 2C gezeigt sind. Hier wird ein Wert des Referenzsignals, das in dem Aufwärts/Abwärtszähler 104 gespeichert ist, erhöht (hochgezählt), wenn die Signalform des Ausgangssignals von dem Vergleicher 101 positive Polarität hat, während der Wert des Referenzsignals, das in dem Aufwärts/Abwärtszähler 104 gespeichert ist, verringert (hinuntergezählt) wird, wenn die Signalform des Ausgangssignals von dem Vergleicher 101 negative Polarität hat, so daß der Vergleicher 101, aufgebaut nach Fig. 1, stabil wird, wenn das Eingangssignal mit dem Referenzsignal übereinstimmt, das an dem Vergleicher 101 anliegt. Wie in Fig. 2C gezeigt, wird unter der Annahme, daß ein Wert des Referenzsignals, das in dem Aufwärts/Abwärtszähler 104 gespeichert ist, N ist, der Wert N auf N + 1 aufgrund des ersten Pulses in Fig. 2B erhöht, wird weiter auf N + 2 als Folge des zweiten Pulses erhöht, wird wieder auf N + 1 verringert aufgrund des dritten Pulses und wieder auf N + 2 erhöht aufgrund des vierten Pulses.
Um die Übereinstimmung zwischen dem Eingangssignal und dem Referenzsignal zu erkennen, wird hier beispielsweise ein Wert des Referenzsignals, das in dem Aufwärts/Abwärtszähler 104 gespeichert ist, überwacht, so daß die Übereinstimmung erkannt wird, wenn ein oberes Bit des Referenzsignals stabil wird oder unverändert bleibt. Dann wird ein Wert des Referenzsignals, wenn Übereinstimmung zwischen Eingangs- und Referenzsignal erkannt wurde, über eine Signalleitung 105' abgeleitet.
Bei diesem Steuersystem kann ein Verhältnis des Ausgangssignals zum Eingangssignal, d. h. eine Schaltungsverstärkung, groß gemacht werden, wenn ein Dämpfungsfaktor des Dämpfungsgliedes 106 groß gemacht wird, jedoch wird der Verstärkungsfaktor der Rückkoppelschleife klein, so daß die Antwort der Schaltung langsam wird.
Fig. 3A und 3B sind Diagramme zur Erläuterung des Betriebs der DCFP-Schaltung 101a in Fig. 1.
Diese DCFP-Schaltung 101a besteht aus einer supraleitenden Schleife 202, aus zwei Josephson-Elementen 113 und 114 und zwei Spulen 111 und 112 und einer Erregungsleitung 125 mit einer Serienschaltung der Spulen 111a und 112b, die magnetisch mit den Spulen 111 bzw. 112 gekoppelt sind. In der DCFP-Schaltung 101a wird ein Eingangssignalstrom an die supraleitende Schleife 202 über eine Eingangsleitung 201 angelegt. Ein Unterschied zwischen den Strömen, die in der Eingangsleitung 110a und in der Ausgangsleitung 110b in Fig. 1 fließen, wird an die DCFP-Schaltung 101a als Eingangssignalstrom angelegt.
Wenn zunächst in Fig. 3A der Eingangssignalstrom rechts in der Eingangsleitung 201 in der Zeichnung fließt, so fließt dieser Eingangssignalstrom entlang eines Weges, aus Spule 111 und Josephson-Element 113 und eines anderen Weges aus Spule 112 und Josephson-Element 114. Ein Erregungsstrom wird in der Erregungsleitung 125 fließen gelassen, der in Richtung des Pfeiles in Fig. 3A fließt, so daß ein zirkulierender Strom I&sub1; in der supraleitenden Schleife 202 fließt, der in der Spule 111, die magnetisch mit der Spule 111a gekoppelt ist, und in einer Spule 112 induziert wird, die magnetisch mit 112b gekoppelt ist, und zwar in der Richtung, daß sich der magnetische Fluß aufhebt, der durch diesen Erregungsstrom erzeugt wurde, und als Ergebnis der durch das Josephson-Element 113 fließende Strom vergrößert wird, während der Strom durch das Josephson-Element 114 verringert wird. Wenn dann der durch das Josephson-Element 113 fließende Strom den maximalen Supraleitungsstrom überschreitet, wird das Josephson-Element 113 in einen normalleitenden Modus gebracht, so daß der zirkulierende Strom I&sub1;, welcher in der supraleitenden Schleife 202 floß, in eine supraleitende Schleife 203 umgeleitet wird und folglich abwärts in der Zeichnung in eine Lastspule 204 wie in Fig. 3A gezeigt fließt.
Wenn als nächstes wie in Fig. 3B gezeigt der Eingangssignalstrom links in die Eingangsleitung 201 in der Zeichnung fließt, so fließt der Eingangssignalstrom in einen Weg aus Josephson-Element 113 und Spule 111 und den anderen Weg aus Josephson-Element 114 und Spule 112, so daß der Eingangssignalstrom von Masse 206 zu einem Knoten a fließt. Ein Erregungsstrom wird in der Erregungsleitung 125 in Richtung des Pfeils in Fig. 3B geschickt, so daß der zirkulierende Strom I&sub1; in der supraleitenden Schleife 202 in der Richtung fließt, daß der magnetische Fluß von dem Erregungsstrom aufgehoben wird und folglich der Strom, der in dem Josephson-Element 113 fließt, verringert wird, während der Strom in dem Josephson-Element 114 vergrößert wird. Dann, wenn der in dem Josephson-Element 114 fließende Strom den maximalen Supraleitungsstrom übersteigt, wird das Josephson-Element 114 in den normalleitenden Modus gebracht, so daß der zirkulierende Strom I&sub1;, der in der supraleitenden Schleife 202 geflossen ist, in eine supraleitende Schleife 205 umgeleitet wird und folglich ein zirkulierender Strom 13 durch das Josephson-Element 113, Masse 206, Lastspule 204, Knoten a und Spule 111 fließt, so daß der zirkulierende Strom I&sub3; aufwärts in die Lastspule 204 wie in Fig. 3B gezeigt fließt.
Somit wird der Eingangsstrom durch den Erregungsstrom verstärkt, der in der Erregungsleitung 125 fließt, und der so verstärkte Strom fließt in die Lastspule 204 als ein Ausgangsstrom der DCFP-Schaltung 101a. In diesem Fall wird die Flußrichtung des Ausgangsstroms durch die Flußrichtung des Eingangsstroms bestimmt. Das heißt, diese DCFP-Schaltung 101a arbeitet so, daß das Eingangssignal durch den Erregungsstrom verstärkt wird (die elektrische Erregungsleistung), und zwar in positiver oder negativer Richtung, je nach Polarität des Eingangssignals, das als Pilotsignal dient.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 4A und 4B das Superconducting Quantum Interference Device 115 beschrieben, das als Stromdetektor von 101b in Fig. 1 verwendet wird. Fig. 4A zeigt einen Schaltungsaufbau des Superconducting Quantum Interference Device 115, bei welchem zwei Josephson-Elemente 402 und 403 sowie zwei Spulen 400 und 401 eine supraleitende Schleife bilden. Ein Gate-Strom wird durch die Gate- Leitung 123 durch die supraleitende Schleife fließen gelassen. Zwei Steuerleitungen 124 und 122 sind in der Nähe der supraleitenden Schleife vorgesehen. Der jeweilige magnetische Fluß von den Strömen in den Steuerleitungen 124 und 122 wirkt auf die supraleitende Schleife, so daß die Ströme der Steuerleitungen 124 und 122 den maximalen Supraleitungsstrom des Superconducting Quantum Interference Device 115 steuern. Darüber hinaus ist ein Entladungswiderstand 404 mit einem Ausgang des Superconducting Quantum Interference Device 115 verbunden. In dem Superconducting Quantum Interference Device 115 in der Stromdetektorschaltung 101b wird ein Strom Is, der gemessen werden soll, in die erste Steuerleitung 124 und ein Abstimmstrom IR in die zweite Steuerleitung 122 fließen gelassen. Fig. 4B zeigt die Schwelleneigenschaften des Superconducting Quantum Interference Device 115. Wenn in dieser Zeichnung der Wert des Gate-Stroms, der durch das Superconducting Quantum Interference Device 115 fließt, auf einem Wert Ig festgehalten wird, so wird der Wert eines Steuerstroms If, der für das Schalten des Superconducting Quantum Interference Device 115 von einem supraleitenden Modus in einen normal leitenden Modus erforderlich ist, direkt bestimmt und es ist klar, daß dieser Steuerstrom If gleich der Summe des Stroms Is, und des Abstimmstroms IR ist. Wenn dementsprechend der Strom IR durchgestimmt wird und ein Wert des Stroms IR abgetastet wird, wenn das Superconducting Quantum Interference Device 115 geschaltet wird, so kann der Wert des Stroms Is aufgrund des Abtastwertes des Stroms IR bestimmt werden. Dementsprechend ist es möglich, einen Wert des Stroms Is, der gemessen werden soll, aufgrund des Referenzstroms IR in der Stromdetektorschaltung 101b zu bestimmen.
Die Fig. 5A und 5B zeigen, wie die DCFP-Schaltung 101a als Vergleicher verwendet wird. Die Schaltung in Fig. 5A ist so aufgebaut, daß ein Referenzsignalübertrager 501 und ein Eingangssignalübertrager 502 in Reihe geschaltet sind mit der Eingangsleitung 201 der DCFP-Schaltung 101a in Fig. 3. Ein Unterschied zwischen dem Eingangsstrom, der durch die Eingangsleitung 504 eingelesen wurde, und dem Referenzstrom, der über eine Referenzsignalleitung 503 eingelesen wurde, wird an die DCFP-Schaltung 101a als Eingangsstrom angelegt, und der Eingangsstrom wird durch den Erregungsstrom aufgrund der Richtung dieses Eingangsstroms, der als Pilotsignal dient, verstärkt. Fig. 5B zeigt eine andere Art, in der die DCFP-Schaltung 101a als Vergleicher verwendet werden kann. Die Schaltung in Fig. 5B ist so aufgebaut, daß ein Referenzsignalübertrager 501 und ein Eingangssignalübertrager 502 parallel zu der DCFP-Schaltung 101a über die Eingangsleitungen 505 bzw. 506 verbunden sind. Ein Differenzsignal zwischen Eingangssignal, eingegeben über eine Eingangsleitung 504, und einem Referenzsignal, eingegeben über eine Eingangsleitung 503, wird an die Eingangsleitung 201 in Fig. 3 als ein Eingangssignal an die DCFP- Schaltung 101a in Fig. 3 angelegt.
Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform für die Bildung einer Rückkoppelschleife.
In der Ausführungsform in Fig. 6 wird ein Ausgangsstrom Is von einer DCFP-Schaltung 101a durch ein Superconducting Quantum Interference Device 115 in Fig. 4A erfaßt.
Das heißt, ein Ausgangssignal, das dem Ausgangsstrom Is von der DCFP-Schaltung 101a entspricht, wird durch das Superconducting Quantum Interference Device 115 über eine Steuerleitung 124 gemessen. Ein Gate-Strom Ig wird von einer Stromquelle 806 durch das Superconducting Quantum Interference Device 115 geschickt, und ein weiterer Strom IR wird durch eine zweite Steuerleitung 123 des Superconducting Quantum Interference Device 115 von einer Stromquelle 807 durch einen Widerstand 808 geschickt, so daß eine Spannung über dem Widerstand 808, die proportional zum Strom IR ist, an der Abtast-Halte-Schaltung 810 als Dateneingangssignal anliegt. Eine Ausgangssignalspannung Vg des Superconducting Quantum Interference Device 115 wird durch einen Verstärker 809 verstärkt, und die verstärkte Spannung wird als Triggersignal für die Abtast-Halte-Schaltung 810 verwendet.
Eine Anregungsfrequenz f&sub0; wird aus dem Ausgang der Abtast- Halte-Schaltung 810 durch einen Lock-in-Verstärker 811 herausgefiltert, und eine Spannung mit der Frequenz, die der Erregungsfrequenz f&sub0; des Ausgangssignals entspricht, wird durch einen Integrator 812 integriert. Ein Ausgang des Integrators 812 wird in einen Strom durch einen Widerstand 805 konvertiert, und der Strom wird an die DCFP-Schaltung 101a als Referenzstrom Ir rückgekoppelt.
Fig. 7 zeigt die Ausgangscharakteristiken des Lock-in- Verstärkers 811. Der Ausgang des Lock-in-Verstärkers 811 ist positiv, negativ oder Null, wenn der Referenzstrom Ir kleiner als, größer als oder gleich dem Signalstrom Is ist. Es ist offensichtlich, daß die Polarität des Ausgangssignals von dem Lock-in-Verstärker 811 leicht durch eine Inverterschaltung invertiert werden kann, und daher wird bei dieser Ausführungsform davon ausgegangen, daß das Ausgangssignal von dem Lock-in-Verstärker 811 gegenüber dem Eingangssignal eine umgekehrte Polarität hat. Wenn dementsprechend der Referenzstrom der DCFP-Schaltung 101a proportional zu dem Ausgang des Lock-in-Verstärkers 811 gemacht wird, ist es möglich, ein Rückkopplungssystem aufzubauen, welches konvergiert, so daß der Signalstrom Is gleich dem Referenzstrom Ir wird. Daher kann ein Stromvergleicher hoher Güte mit den Eigenschaften der Fig. 7 aufgebaut werden.
Es ist vorteilhaft, den ganzen oder einen Teil des Widerstandes 805 an einen Ort sehr niedriger Temperatur (z. B. in flüssiges Helium) zu bringen, um thermisches Rauschen bei Raumtemperatur zu unterdrücken. Der Schaltungsaufbau in Fig. 6 hat die Rückkopplungseigenschaften wie in Fig. 7, so daß der Eingangsstrom Is' mit dem Referenzstrom Ir übereinstimmt und eine Änderung des Eingangsstroms Is' einer Änderung des Referenzstroms Ir vorangeht. Daher stimmt der Wert des Eingangsstroms Is' mit dem Referenzstrom Ir überein, und dieser Wert kann durch Überwachung der Ausgangsspannung des Integrators 812 erfaßt werden.
Fig. 8A, 8B, 8C, 8D und 8E dienen zur Erläuterung des Betriebs des Superconducting Quantum Interference Device 115 und der Abtast-Halte-Schaltung 810 in Fig. 6.
Die DCFP-SChaltung 101a wird durch in Fig. 8A gezeigte positive unipolare Strompulse von der Erregerstromquelle 801 angesteuert, und gleichzeitig wird das Superconducting Quantum Interference Device 115 durch die in Fig. 8B angedeuteten positiven unipolaren Strompulse Ig erregt, die von einer Stromversorgungsquelle 806 kommen. Der Strom IR wird in Form des Sägezahnsignals in Fig. 8C von negativ auf positiv geschaltet. Fig. 8D zeigt die Signalform der Ausgangsspannung Vg des Superconducting Quantum Interference Device 115. Der Zeitpunkt des Schaltens der Ausgangsspannung Vg hängt von dem Wert des Ausgangsstroms Is von der DCFP-Schaltung 101a ab. Die Abtast-Halte-Schaltung 810 liest einen Wert des Stroms IR bei der Vorderflanke der Spannung Vg wie in den Fig. 8C und 8D gezeigt ein und erzeugt ein Ausgangssignal, das in Fig. 8E gezeigt ist. In der Ausführungsform der Fig. 6 der vorliegenden Erfindung wird ein Signal, das dem Ausgangssignal von der DCFP- Schaltung 101a entspricht, von der Abtast-Halte-Schaltung 810 gemäß der in den Fig. 8A bis 8E erläuterten Operationen eingelesen und rückgekoppelt, so daß die DCFP-Schaltung 101a als Stromvergleicher arbeitet.
In der Ausführungsform in Fig. 6 ist es anders als bei der Ausführungsform in Fig. 1 nicht notwendig, digitales Addieren bzw. Subtrahieren durchzuführen, da die gesamte Signalverarbeitung im Analogmodus abläuft. Daher ist es mit der supraleitenden Stromdetektorschaltung in Fig. 6 möglich, ein großes Frequenzspektrum abzudecken und auf sehr schnelle Signale zu reagieren.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der supraleitenden Stromdetektorschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform hat eine Rückkoppelschaltung aus Josephson-Elementen und verwendet eine akkumulative Betriebsschaltung von einem Typ, bei welchem ein zirkulierender Strom in einer supraleitenden Schleife akkumuliert wird. Dementsprechend ist es nicht notwendig, ein längeres Kabel für die Verbindung von Elementen, die sich an einem Ort sehr niedriger Temperatur befinden, mit Elementen vorzusehen, die sich an einem Ort mit Raumtemperatur befinden, so daß es möglich wird, Zeitverzögerung aufgrund eines längeren Kabels auszuschließen.
Die Schaltung in Fig. 9 besteht aus einer Aufnehmerspule 11 für die Erfassung des magnetischen Flusses, der gemessen werden soll, einer DCFP-Schaltung 101a und einer akkumulativen Betriebsschaltung 28 aus einer ersten und einer zweiten Gleichstromquelle 24 bzw. 26, einem ersten und einem zweiten Superconducting Quantum Interference Device 19 und 20 und einer Induktionsspule 14. Ein durch die Aufnehmerspule 11 aufgenommenes Magnetflußsignal wird an die DCFP- Schaltung 101a durch Flußkopplung zwischen den Windungen 12 und 13 eines Übertragers 29 angelegt. Die DCFP-Schaltung 101a wird durch einen Erregerstrom angesteuert, der periodisch von einer Wechselstromquelle 15 durch eine Erregungsleitung 125 fließt, und die Richtung des Ausgangsstroms Is der DCFP-Schaltung 101a hängt von der des Eingangssignals der DCFP-Schaltung 101a ab.
Der Ausgangsstrom Is von der DCFP-Schaltung 101a fließt in eine Lastleitung 16, welche mit den Steuerleitungen 17 und 18 des jeweiligen Superconducting Quantum Interference Device 19 bzw. 20 verbunden ist, so daß der Strom Is durch das erste und zweite Superconducting Quantum Interference Device 19 und 20 erfaßt wird. Die Steuerströme in den jeweiligen Steuerleitungen 17 und 18 des Superconducting Quantum Interference Device 19 bzw. 20 sind nicht die gleichen wie die Ausgangsströme Is von der DCFP-Schaltung 101a. In der Schaltung in Fig. 9 wird, damit die akkumulative Betriebsschaltung 28 korrekt addiert/subtrahiert, ein Strom Ib an das erste und zweite Superconducting Quantum Interference Device 19 bzw. 20 durch die zweiten Steuerleitungen 21 bzw. 22, einen Bleidraht 23 und eine Gleichstromquelle 25 angelegt. Die akkumulative Betriebsschaltung 28 akkumuliert die Zahl von positiven oder negativen Pulsen von der DCFP-Schaltung 101a und speichert die akkumulierte Zahl als Information, die einen Wert eines Stroms Ic repräsentiert, der in der Spule 14 fließt. Bei dieser Ausführungsform wird die Spule 14 durch eine Wicklung des Übertragers 29 gebildet, so daß der durch den Strom Ic erzeugte Magnetfluß durch die Windung 13 des Übertragers 29 an die DCFP- Schaltung 101a rückgekoppelt wird. Die Richtung des Stroms, der durch die Spule 14 fließt, wird so gewählt, daß der Magnetfluß, der durch den Strom Ic erzeugt wurde, negativ rückgekoppelt wird. In der Schaltung in Fig. 9 führt wie oben beschrieben die akkumulative Betriebsschaltung 28 Addition und Subtraktion entsprechend der Richtung des Ausgangsstroms der DCFP-Schaltung 101a durch, um die Ergebnisse als zirkulierenden Strom zu akkumulieren, um so eine Rückkopplung zu bewirken, so daß ein ausgeglichener Zustand erreicht wird, wenn der durch den Strom erzeugte Magnetfluß mit dem durch die Aufnehmerspule 11 aufgenommenen Magnetfluß übereinstimmt. Sowohl die Aufnehmerspule 11 als auch die DCFP-Schaltung 101a als auch die akkumulative Betriebsschaltung 28 als auch das Rückkoppelsystem befinden sich an einem Ort mit extrem niedriger Temperatur, wie z. B. in flüssigem Helium. Die jeweiligen Ausgangsspannungen des ersten bzw. zweiten Superconducting Quantum Interference Device 19 bzw. 20 in der akkumulativen Betriebsschaltung 28 werden mit einem Aufwärts/Abwärtszähler 27 verbunden, der sich auf Raumtemperatur befindet, so daß der akkumulierte Wert der akkumulativen Betriebsschaltung 28 überwacht wird. Das heißt, dieser Aufwärts/Abwärtszähler 27 zählt die Zahl der Ausgangspulse von dem Superconducting Quantum Interference Device 19 hoch, während er die Zahl von Ausgangspulsen von dem Superconducting Quantum Interference Device 20 herunterzählt, so daß der Ausgang des Aufwärts/Abwärtszählers 27 proportional zu dem Strom Ic ist und daher proportional zu dem durch die Aufnehmerspule 11 gemessenen Magnetfluß ist.
Fig. 10 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips, nach dem die akkumulative Betriebsschaltung 28 gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet. Bei dieser akkumulativen Betriebsschaltung 28 fließt ein Gatestrom Ig von der Gleichstromquelle 24 durch eine supraleitende Schleife 31, die so aufgebaut ist, daß die Spule 14 durch einen Bleidraht 30 über das Superconducting Quantum Interference Device 19 geschaltet ist.
Als nächstes wird der Betrieb der akkumulativen Betriebsschaltung 28 in Fig. 10 beschrieben. Wenn die Induktivität der Spule 14 groß ist, fließt der größte Teil des Gate- Stroms Ig nicht in die Spule 14, sondern in das Superconducting Quantum Interference Device 19, wenn die Stromversorgung für die akkumulative Betriebsschaltung 28 eingeschaltet wird. In diesem Zustand wird ein Steuerstrom in einer Steuerleitung 32 des Superconducting Quantum Interference Device 19 hervorgerufen, so daß das Superconducting Quantum Interference Device 19 in einen normal leitenden Modus gebracht und eine Spannung VL an der Spule 14 erzeugt wird. Daher fließt der zirkulierende Strom Ic in der Spule 14 durch das Superconducting Quantum Interference Device 19. Der zirkulierende Strom Ic wird durch die folgende Gleichung (1) wiedergegeben.
Ic = 1/L VLdt (1)
Wie aus der Gleichung (1) zu entnehmen ist, ist der zirkulierende Strom Ic ein integrierter oder akkumulierter Wert einer Spannung, die über der Spule 14 erzeugt wird. Wenn daher eine Vielzahl von Pulssignalen an der Steuersignalleitung 32 anliegen, ist der zirkulierende Strom Ic proportional zu der Anzahl der angelegten Pulse, so daß die Schaltung in Fig. 10 den gezählten oder akkumulierten Wert von Pulsen auf der Steuersignalleitung 32 wiedergibt. In dem Schaltungsaufbau in Fig. 10 sind die Spule 14 und das Superconducting Quantum Interference Device 19 miteinander über eine supraleitende Leitung verbunden und bilden so eine supraleitende Schleife, so daß die Spannung über die Spule 14 nichts als die Ausgangsspannung des Superconducting Quantum Interference Device 19 ist. Verbunden mit der Lastspule 14 wird das Superconducting Quantum Interference Device 19 in den supraleitenden Zustand zurückgeführt, in welchem die Spannung über dem Superconducting Quantum Interference Device 19 im stationären Fall Null wird, selbst wenn das Superconducting Quantum Interference Device 19 temporär in den normalleitenden Zustand übergeht. Der Wert und die Signalform der Spannung, die durch das Superconducting Quantum Interference Device 19 erzeugt wird, wenn dieses in dem normalleitenden Modus ist, kann durch geeignete Wahl eines Widerstandswertes eines Entladungswiderstandes der supraleitenden Schleife 31 geändert werden.
Fig; 11A und 11B zeigen die Arbeitspunkte des ersten und zweiten Superconducting Quantum Interference Device 19 bzw. 20. Jede der Zeichnungen ist ein typisches Diagramm einer sog. Schwellencharakteristik eines Superconducting Quantum Interference Device zur Unterscheidung des Betriebsmodus zwischen einem supraleitenden Zustand und einem normalleitenden Zustand. In der Ausführungsform in Fig. 9 sind der Wert des maximalen Supraleitungsstroms für jedes der zwei Josephson-Elemente 402 und 403 des Superconducting Quantum Interference Device in Fig. 4A und die Induktivität jeder der zwei Spulen 401 und 400 optimal gewählt. Beispielsweise sind in der Ausführungsform in Fig. 9 die Eigenschaften der Josephson-Elemente und der Spulen so gewählt, daß das erste und zweite Superconducting Quantum Interference Device 19 bzw. 20 eine nach rechts aufsteigende Schwellencharakteristik und eine nach links oben gehende Schwellencharakteristik in bezug auf den Steuerstrom hat, wie in Fig. 11A bzw. 11B gezeigt.
Das Superconducting Quantum Interference Device 19 und 20 wird jeweils mit Gate-Strömen Iga und Igb von der Gleichstromquelle 24 bzw. 26 versorgt. In den Fig. 11A und 11B sind, falls die DCFP-Schaltung 101a nicht angesteuert wird und der Ausgangsstrom Is von ihr Null ist, die jeweiligen Arbeitspunkte des Superconducting Quantum Interference Device 19 bzw. 20 die Punkte Aa bzw. Ab. Das bedeutet, daß beide Superconducting Quantum Interference Devices 19 und 20 im Supraleitungszustand sind. Daher wird die Akkumulation zu diesem Zeitpunkt nicht ausgeführt. Als nächstes, wenn die DCFP-Schaltung 101a angesteuert wird und der Ausgangsstrom Is fließt, beispielsweise in positiver Richtung, werden die entsprechenden Arbeitspunkte des Superconducting Quantum Interference Device 19 und 20 auf die Punkte Ba und Bb verschoben. Das heißt, das erste Superconducting Quantum Interference Device 19 wird in den normalleitenden Modus verschoben, während das zweite Superconducting Quantum Interference Device 20 in dem supraleitenden Zustand verbleibt. Folglich führt die akkumulative Betriebsschaltung 28 eine Addition aus. Ähnlich werden, wenn der Ausgangsstrom von der DCFP-Schaltung 101a in negative Richtung fließt, die entsprechenden Arbeitspunkte des Superconducting Quantum Interference Device 19 und 20 auf die Punkte Ca und Cb verschoben, so daß die akkumulative Betriebsschaltung 28 eine Subtraktion durchführt.
Wenn der Ausgangsstrom der DCFP-Schaltung 101a von der Stromdetektorschaltung 101b erfaßt wird, die mit einem Superconducting Quantum Interference Device 115 arbeitet, kann ein Fehler durch den Einfluß dieser Stromdetektorschaltung 101b auftreten, so daß eine Signalpolarität der DCFP-Schaltung 101a invertiert und Information zerstört wird. Dementsprechend ist es notwendig, den Einfluß der Stromdetektorschaltung 101b zu eliminieren.
Der Einfluß der Stromdetektorschaltung 101b ist wie folgt. Der Strom (z. B. der Gate-Strom Ig), der in die Stromdetektorschaltung 101b fließt, fließt in dem Ausgangsstrom der DCFP-Schaltung 101a entgegengesetzter Richtung durch die Übertragerkopplung, so daß die Richtung des Ausgangsstroms der DCFP-Schaltung 101a umgedreht wird. Um diesen Einfluß auf die DCFP-Schaltung 101a auszuschalten, reicht es aus, zusätzlich eine Schaltung zum Aufheben des Einflusses der Stromdetektorschaltung 101b wie in Fig. 12A vorzusehen. In Fig. 12A sind ein Übertrager 33 und eine Steuerleitung 35 von 101b mit der DCFP-Schaltung 101a verbunden, und zwar als ihre Lastspule.
Bei diesem Schaltungsaufbau wird ein Gegenstrom IgI in dem Übertrager 33 durch einen Bleidraht 34 in entgegengesetzter Richtung zu dem Gate-Strom Ig und dem Referenzstrom IR fließen gelassen, so daß der überlagerte magnetische Fluß auf der Steuerleitung 35 durch den Gate-Strom Ig und den Referenzstrom IR mittels Gegenstrom Ig' aufgehoben werden kann. Der Gegenstrom Ig' kann so gewählt werden, daß er einen Optimalwert entsprechend dem Gatestrom Ig, dem Referenzstrom IR und einem Koppelkoeffizienten für den Übertrager 33 hat.
Fig. 12B zeigt einen Schaltungsaufbau eines anderen Verfahrens zur Eliminierung des Einflusses auf die DCFP-Schaltung, bei welchem zwei Stromdetektorschaltungen unterschiedlich betrieben werden. Das heißt, die Schaltung in Fig. 12B ist so aufgebaut, daß zwei Stromdetektorschaltungen 115a und 115b mit der DCFP-Schaltung 101a als ihre Last verbunden sind, so daß ein Differenzbetrieb durchgeführt wird, so daß der Gate-Strom Ig in entgegengesetzter Richtung zu dem Referenzstrom IR fließt. Bei diesem Aufbau heben sich die jeweiligen Magnetflüsse durch die zwei Stromdetektorschaltungen 115a und 115b gegenseitig auf und die Stromdetektorschaltungen üben keinen Einfluß auf die DCFP- Schaltung 101a aus. In diesem Fall wird nur eine der zwei Stromdetektorschaltungen 115a und 115b effektiv für die Stromerfassung verwendet, während die andere nicht verwendet wird.
Obgleich nur eine DCFP-Schaltung in dem Vergleicher in den vorangehenden Ausführungsformen verwendet wurde, kann eine Vielzahl von DCFP-Schaltungen in Reihe miteinander geschaltet werden, so daß sie den Vergleicher bilden.
Erfindungsgemäß ist es möglich, ein schwaches Flußsignal für Meß- und Verarbeitungsgeräte auf zubereiten, die auf Raumtemperatur gehalten werden, nachdem das Flußsignal in flüssigem Helium verstärkt worden ist. Somit wird ein hochempfindliches Flußmesser, das nicht durch thermisches Rauschen beeinträchtigt wird, durch eine DCFP-Schaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung geschaffen. Dieses Flußmesser ist verwendbar für die Messung von schwachen Magnetfeldern, beispielsweise für die Messung von Magnetfeldern in einem menschlichen Körper.

Claims

1. supraleitende Stromdetektorschaltung, die umfaßt:

- eine Referenzsignalerzeugungsschaltung (102) für die Erzeugung eines Referenzstrompulssignals, und

- eine Vergleicherschaltung (101) für den Vergleich eines zu erfassenden Eingangsstromsignals mit dem besagten Referenzstrompulssignal und die Ausgabe eines Ausgangspulssignals, das den Unterschied zwischen dem besagten Eingangsstromsignal und dem besagten Referenzstromsignal darstellt,

wobei die besagte Referenzsignalerzeugungsschaltung (102) Vorrichtungen (103 bis 106) für die Erneuerung des besagten Referenzstrompulssignals in Übereinstimmung mit dem besagten Ausgangspulssignal von der besagten Vergleicherschaltung (101) und für die Rückkopplung des besagten erneuerten Referenzstrompulssignals zu der besagten Vergleicherschaltung (101) umfaßt, wobei die besagte Vergleicherschaltung (101) und die besagte Referenzsignalerzeugungsschaltung (102) eine Koinzidenzbestimmungsschaltung für die Erfassung der Koinzidenz zwischen dem besagten Eingangsstromsignal und dem besagten Referenzstrompulssignal bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Vergleicherschaltung (101) umfaßt:

- eine Gleichstrom-Fluß-Parametronsschaltung (101a) mit einer supraleitenden Schleife (202), die zwei Abschnitte (111, 113 und 112, 114) umfaßt, von denen der eine zu jeder Zeit im supraleitenden Zustand ist, während der andere in einem Spannungsmodus ist, und die mit einem Anregungspulsstrom von einer Anregungsleitung (125) und der Differenz zwischen dem besagten zu erfassenden Eingangsstromsignal und dem besagten Referenzstrompulssignal angeregt wird, um den Schleifenabschnitt in einen supraleitenden Zustand zu bringen, um verstärkte Ausgangspulse synchron mit dem besagten Anregungspulsstrom zu erzeugen, wobei die besagten verstärkten Ausgangspulse bezüglich ihrer Zahl entsprechend der besagten Differenz zwischen Eingangsstromsignal und besagtem Referenzstrompulssignal variieren und positive oder negative Werte je nach Polarität der besagten Differenz haben, und

- daß die besagte Referenzsignalerzeugungsschaltung (102) Vorrichtungen (103, 104) für die Erhöhung oder Absenkung des besagten Referenzstrompulssignals um eine Größe umfaßt, die der Zahl der besagten Ausgangspulse infolge ihrer Polarität entspricht, so daß das besagte Referenzstrompulssignal dem besagten Eingangsstromsignal gleicht.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Gleichstrom-Fluß-Parametron-Schaltung (101a) gebildet wird durch:

- besagte Anregungsleitung (125) mit einer Serienschaltung einer ersten Spule (111a) und einer zweiten Spule (112b),

- einer dritten Spule (111), magnetisch gekoppelt mit der besagten ersten Spule (111a),

- einer vierten Spule (112), magnetisch gekoppelt mit der besagten zweiten Spule (112b),

- einer supraleitenden Schleife (202) mit einer Serienschaltung eines ersten Josephson-Kontakts (113) und eines zweiten Josephson-Kontakts (114),

- einer Eingangsleitung (201), verbunden mit einem ersten Verbindungspunkt (a) zwischen besagter dritter Spule (111) und besagter vierter Spule (112) und

- einer Lastspule (204), geschaltet zwischen besagtem ersten Verbindungspunkt (a) und einem zweiten Verbindungspunkt zwischen besagtem ersten Josephson-Kontakt (113) und besagtem zweiten Josephson-Kontakt (114).

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Referenzsignalerzeugungsschaltung (102) versehen ist mit Vorrichtungen (104, 105) für das Halten eines Wertes, der proportional zum besagten Referenzstrompulssignal ist, und für die Steuerung des gespeicherten Wertes, der aufgrund der Polarität des besagten Ausgangspulses von der besagten Gleichstrom-Fluß-Parametron-Schaltung (101a) erhöht oder erniedrigt wird.

4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Vergleicherschaltung (101) außerdem eine supraleitende Schaltung (101b) umfaßt, die mit der besagten Gleichstrom-Fluß-Parametron-Schaltung (101a) verbunden ist und mit einem ersten SQUID (115, 115a) für die Erfassung des digitalen Ausgangspulses der besagten Gleichstrom-Fluß-Parametron-Schaltung (101a) versehen ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß weitere Vorrichtungen (33, 34; 115b) vorgesehen sind für die Überlagerung magnetischen Flusses auf eine Ausgangssignalleitung (124) der besagten Gleichstrom-Flußparametron-Schaltung (101a), um dadurch den magnetischen Fluß zu kompensieren, der auf der besagten Ausgangssignalleitung aufgrund des Betriebsstromes erzeugt wird, der durch das besagte SQUID (115) fließt.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Fluß-Überlagungsvorrichtung durch ein induktiv gekoppeltes Element (33, 34) gebildet wird, das magnetisch mit der besagten Ausgangssignalleitung (124) verbunden ist, um zu bewirken, daß ein Strom, der dem besagten Betriebsstrom entspricht, durch das besagte erste SQUID (115) fließt.

7. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Fluß-Überlagerungsvorrichtung durch ein anderes SQUID (115b) gebildet wird, welches die gleiche Struktur wie das besagte erste SQUID (115a) hat, und durch welches ein anderer Betriebsstrom in entgegengesetzter Richtung zum besagten ersten Betriebsstrom geschickt wird.