DE948998C - Ferromagnetischer Kern fuer ein zweidimensionales Gitter statischer, magnetischer Kippschaltelemente - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 13. SEPTEMBER 1956

N 9433 VIIIc/2ig

Die Erfindung bezieht sich auf ein zweidimensionales Gitter statischer, magnetischer Kippschaltungen, die z. B. bei einer sogenannten Speichermatrix zur Verwendung kommen, bei dem die statischen, magnetischen Kippschaltelemente in Zeilen und Spalten angeordnet sind.

Die statischen, magnetischen Kippschaltelemente bestehen bei bekannten Ausführungen aus einem ringförmigen Kern aus einem Material mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und hoher Remanenz, mitsamt den erforderlichen Speicherund Ablesewickliungen·. Der Magnetisierungszustand des remanenten Flusses ist maßgebend für ein der Kippschaltung zugeführtes Signal. Dieses Signal wird dem magnetischen Kreis in Form von Stromimpulsen zugeführt, die mindestens einen mit dem Kreis gekoppelten Stromleiter durchfließen, der entweder als Wicklung oder als ein einziger Draht ausgebildet sein kann.

Solchen ringförmigen· Kernen (haften aber Nachteile an; die den mit dem Kern gekoppelten Leitern zugeführten Stromimpulse erfordern ziemlich große Leistungen, und die maximale Wiederholungsfrequenz dieser Stromimpulee ist beschränkt.

Die Erfindung betrifft für den Fall, bei dem mehrere statische, magnetische Kippschaltelemente in einem zweidimensionalen Gitter vereinigt sind und die Kippschaltelemente in Zeilen und Spalten angeordnet sind, eine Bauart für einen ferromagnetiischen Kern, bei der diese Nachteile behoben sind und welche die im folgenden genannten zusätzlichen Vorteile bietet. Die Bauart gemäß der Erfindung weist das Merkmal auf, daß der ferromagnetische Kern aus einer Platte aus einem Material mit geringem magnetischem Widerstand aufgebaut ist, die mit einer Anzahl von Aussparungen, versehen ist. Die Aussparungen sind in Form eines zweidimensionalen Musters angebracht und von einer Platte oder mehreren Streifen aus einem Material mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und hoher Remanenz überbrückt, wodurch ein zweidimensionales Gitter magnetischer Kreise für statische, magnetische Kippschaltungen ao entsteht.

Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung· beispielsweise näher erläutert.

Fig. ι zeigt eine Speichermatrix, die in bekannter Weise aus einem zweidimensionalen Gitter ringförmiger Kerne aufgebaut ist;

Fig. 2 zeigt die bei einem Kern für eine solche Anwendung erforderliche Hysteresissohleife;

Fig. 3, 4, 5, 6, 7 und 8 zeigen ferromagnetische Kerne gemäß der Erfindung, und FLg. 9 und io zeigen Einzelheiten der Bauart nach der Erfindung.

Fig. ι zeigt eine Speichfermatrix, bei der die verschiedenen magnetisdhen Kreise in bekannter Weise aus einem Satz von Ringkernen aus einem Material mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und hoher Remanenz aufgebaut sind-; diese Kerne sind in Form eines zweidimensionalen Gitters angeordnet, und jeder Kern mit den ihm zugeordneten Stromleitern bildet ein statisches, magnetisches Kippsohaltelement.

Fig. 2 zeigt die Hysteresisschleife eines solchen Kernes, bei der der Fluß Φ als Funktion des durch einen mit dem Kern gekoppelten Leiter fließenden Stromeis i aufgetragen ist. Unter einer möglichst rechteckigen Magnetisierungskurve ist eine' SO¹ICiIe zu verstehen, bei der das Verhältnis zwischen dem bei i = — ¹^i₁ (Fig. 2) auftretenden Fluß Φ_ί und dem remanenten Fluß Φ_χ möglichst gleich 1 ist. In der Praxis liegt dieses Verhältnis zwischen. 0,7 und 1. Bei i = ο gibt es zwei Remanenzzustände, d. h. den Magnetisierungszustand Φ_± und den Magnetisierungszustand.<P₂. Der Zustand Φ_χ entspricht z. B. einer »o« des kodierten Signals, Φ₂ entspricht einer »1«. Angenommen, daß sich der Kreis im Zustand Φ_χ befindet, so wird ein dem mit dem Kern, verbundenen Stromleiter zugeführter positiver Stromimpuls von einem Wert i_± Fluß änderungen Φ₃ — Φ_χ und Φ_ί —Φ₃ im Kern hervorrufen, die in einem anderen mit dem Kern verbundenen Leiter Spannungen erzeugen. Befindet sich der Kreis im Zustand φ₂, so wird ein dem erstgenannten Stromleiter zugeführter positiver Stromimpuls bei ansteigender Flanke ,dieses Stromimpulses eine Flußänderung Φ_Ά —Φ₂ und bei absteigender Flanke eine Flußänderung Φ_± —Φ_Ά !herbeiführen. Diese 3"lußänderungen erzeugen in dem anderen Leiter ebenfalls Spannungen, von denen die bei der ansteigenden Flanke des Stromimpulses auftretende erste Spannungsspitze beträchtlich größer ist als die Spannungsspitze, die auftritt, wenn ein positiver Stromimpuls von der Größe i_x dem Kreis im Zustand Φ_± zugeführt wird. Hierbei sei bemerkt, daß bei der erwähnten Impulsgröße, d. h. i_v der Kreis stets, nachdem dem erstgenannten Leiter ein Stromimpuls zugeführt worden ist, in den Zustand (P₁ gelangt, der mithin einer »o« des kodierten Signals entspricht. Die Erzielung einer »1«, was bedeutet, daß der Kreis in den Zustand Φ₂ g^efät, erfolgt dadurch, daß dem erstgenannten Leiter ein negativer Stromimpuls zugeführt wird, dessen Absolutwert wenigstens gleich I₁ ist.

Der Unterschied zwischen einer »o« undeiner »1« beim Ablesen beruht also auf dem Unterschied zwischen den SpannungSispitzen über der Wicklung g und ist dem Unterschied· der Flußänderungen Φ₃—Φ_χ und Φ_Ά —Φ₂ zu verdanken.

Die Kerne 1 bis 9 sind durch die Eingangswicklungen α bis / und die Auisgangswicklung g miteinander gekoppelt; diese Wicklungen sind als einfache Leiter ausgebildet.

Gesetzt den Fall, daß sämtliche Kerne 1 bis 9 sich im Zustand Φ_± befinden, so erfolgt das Einr schreiben einer »1«, durch den Zustand Φ₂ gekennzeichnet, in einem bestimmten Kern dadurch, daß den mit diesem Kern gekoppelten Stromleitern je ein negativer Stromimpuls von der Größe ¹ZsI₁ (Fig. 2) zugeführt wird. So wird z. B. in 8 eine »1« dadurch gespeichert, daß durch die Stromleiter e und c je ein Impuls —¹Ai₁ geschickt wird. Die Kerne 2, 5, 7 und 9 werden dann von einem Stromimpuls —¹^i₁ erregt. Dieser ist aber gerade zu klein (bei richtiger WaH der Hysteresisschleife), * um einen Übergang von Φ_χ auf Φ₂ zu bewirken. Die Ablesung erfolgt dann dadurch, daß der Ableseitnpuls i_± durch zwei in zwei Leitern zugleich auftretende Stromimpulse von der Größe ¹^i₁ gebildet wird.

Die Bauanordnung nach Fig. 1 weist die bereits erwähnten Nachteile auf; die den mit den Kernen gekoppelten Leitern zugeführten Stromimpulse erfordern ziemlich große Leistungen, und die maximale Wiederholungsfrequenz dieser Stromimpulse ist beschränkt.' Außerdem haftet der Konstruktion nach Fig. 1 der Nachteil an, daß die Herstellung aus den Einzelteilen zum fertigen Produkt zeitraubend ist und mit großer Vorsicht erfolgen muß. Die ringförmigen Kernchen müssen je einzeln in dem dargestellten Gitter zusammengefügt werden. Bruch von einem der Kerndhen sowohl bei der Herstellung als auch beim fertigen Produkt macht unvermeidlich einen wenigstens teilweisen Abbau des Gitters und ein erneutes Zusammenfügen der Kernchen erforderlich.

Fig. 3 zeigt einen ferromagnetischen Kern gemäß der Erfindung, bei dem diese Nachteile behoben sind: r stellt eine Platte aus einem Material von

geringem magnetischem Widerstand, s stellen die Auespaarungen in diesem Material und t dünne Platten aus einem Material mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und hoher Remanenz dar. In den Nuten s können Leiter wie a, b, c usw. nach Fig. ι untergebracht werden. Beispielsweise sind im Kern nach Fig. 3 drei Leiter a, f und g untergebracht, die im gleichen Sinne mit den magnetischen Kreisen dieses Kernes wie die entsprechenden Leiter der Konstruktion nach Fig. 1 mit den entsprechenden magnetischen Kreisen der Kerne 1 bis 9 gekoppelt sind. Die Platte t bildet mit dem angrenzenden Material der Platte r einen magnetischen Kreis für eine statische, magnetische Kippschaltung. Bei A ist ein Schnitt eines solchen Kreises dargestellt. Bei C und D sind die Platten t nicht dargestellt. Der gestrichelte Kreis bei A deutet schematisch den -Magnetkreis der Kippschaltung an. Der wirksame Toil des Kreises wird nahezu ausschließlich durch den Teil des in der Platte t liegenden Kreises gebildet. Da in dieser Weise die wirksame Länge des Teiles mit der möglichst rechteckigen Magnetisierungskurve und hoher Remanenz gegenüber der eiinies Ringkernes, der immer derart sein muß, daß die erforderlichen Leiter durch den Ring hindurch angebracht werden können, beträchtlich verkleinert worden ist, sind die Verluste in diesem Teil vied geringer als bei einem Ringkern. Die Verluste im anderen Teil des Magnetkreises sind infolge des geringen magnetischen Widerstandes vernachlässigbar. Da die Berührungsflächen zwischen den Platten t und r verhältnismäßig groß sind, ist der magnetische Widerstand der Luftspalte in bezug auf den Widerstand der Platte t ebenfalls vernachlässigbar. Insbesondere werden diese Verluste beträchtlich herabgesetzt, wenn zweckmäßig sowohl die Plattet als auch die Platter aus elektrisch im wesentlichen nichtleitenden Materialien bestehen. Durch die Verringerung der Verluste bei einem Kreis nach Fig. 3 gegenüber einem Kreis nach Fig. 1, die in dem Maße verkleinert werden, wie die Platte t dünner wird, sind die benötigten Leistungen der den Leitern zugefübrten Stromimpulse ebenfalls beträchtlich geringer, und außer dem kann die maximale Wiederhalungsfrequenz dieser Stromimpulse höher gewählt werden.

Es leuchtet ein, daß der Zusammenbau der Teile, d. h. der Platte r mit den Aussparungen s, der Leiter a, b, c usw. und der Platten t, sehr einfach und schnell erfolgen, kann. Nachdem die erforderlichen Leiter in diie Aussparungen gelegt worden sind, brauchen nur die Platten t über den Aussparungen an der Platte r befestigt zu werden. Falls eine dieser Platten zu Bruch geht, braucht nur der betreffende Teil durch einen anderen ersetzt zu werden, ohne daß dabei andere Platten t oder Leiter, wie es bei der Bauart nach Fig. 1 der Fall ist, entfernt zu werden brauchen.

Fig. 4 zeigt eine andere Bauart nach der Erfindung. Die Aussparungen bestehen hier aus drei sich schneidenden Nuten k, m und n, in welche z. B. die drei Leiter a, d und. g (Fig. 1) gelegt werden und oberhalb deren Kreuzpunkt das Material mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und hoher Remanenz angeordnet ist. Bei der dargestellten Konstruktion !ist außerdem das Material der Platte r, das die Aussparungen s nicht umfaßt, größtenteils entfernt. Bei B und E sind die Platten t nicht dargestellt; bei B ist die Umgebung der Nuten im Schnitt dargestellt.

Das Anordnen der Leiter wird beträchtlich vereinfacht, wenn die Nuten k, m und η der verschiedenen magnetischen Kreise miteinander in Flucht liegen. Fig. 5 zeigt eine äußerst robuste Konstruktion, bei der dies der Fall ist. Die Nuten, in denen die Leiter angeordnet werden können, setzen sich in diesem Beispiel außerdem durch das ganze Material der Platte r fort und gehen ineinander über. Bei F ist die Platte t weggelassen. In Fig. 9 ist ein solcher Nutenkreuzpunkt ■ einzeln dargestellt; die Platte t ist gestrichelt angedeutet. Gesetzt, daß die Platten t alle vollkommen gleich sind, sowohl in bezug auf ihre Bemessung als auch betreffs ihrer Eigenschaften, so besteht trotzdem die Möglichkeit, daß die verschiedenen Magnetkreiise nicht gleichwertig sind, da eine oder die beiden Ec'ken h bei der Herstellung der Nuten etwas abgebröckelt oder ungleichmäßig geschliffen sind, am einen Schnittpunkt etwas mehr, am anderen etwas weniger, so daß die verschiedenen wirksamen Längen der Platten t go nicht gleich sind. Es empfiehlt sich daher, diese Ecken bei der Herstellung der Platte r zu entfernen^ wenigstens in der unmittelbaren Nähe der Stelle, an der r und f sich berühren. Dies wird z. B. mehr oder weniger selbständig erreicht, wenn die Nut p breit in bezug auf die beiden anderen Nuten (Fig. 10) gewählt wird oder mit einem Bohrer, der in der" Mitte des Kreuzpunktes zentriert ist, das Material an den Ecken h entfernt wird. Die Berührungsflächen zwischen r und t sind dann, im letzt- ioogenannten Fall annäherungsweise, durch zwei Geraden begrenzt, die beide annähernd senkrecht zur Richtung w des Feldverlaufs in den Platten t stehen. Bei den so entstandenen Abflachungen sind diese Bedenken beträchtlich herabgesetzt. Bei der Konstruktion nach Fig. 5 liegen die Platten aus einem Material mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und hoher Remanenz ebenfalls miteinander in Flucht, was im übrigen nicht immer der Fall zu sein braucht, wie z. B-. bei der Konstruktion no nach Fig. 6, die bei einer Speichermatrix mit etwas anderem Wählsystem als bei der nach den' Fig. 1 und 3 Anwendung finden kann. Falls mehrere Teile t miteinander in Flucht liegen, können diese ohne weiteres durch einen gemeinsamen Streifen aus einem Material mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und hoher Remanenz ersetzt werden, wodurch die Festigkeit vergrößert wird. Fig. 7 zeigt eine solche Bauanordnung, in der t' die erwähnten Streifen darstellen. Es ist sogar möglich, die Streifen t' in einem solchen Fall durchweine die ganze Platte r bedeckende Platte t" aus einem Material mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und hoher Remanenz zu ersetzen, sofern diese Platte für diese Eigenschaften, ihre Vorzugsrichtung in Richtung der ursprünglichen Streifen t' hat.

Fig. 8 zeigt eine solche Konstruktion. Bei H ist

ein Teil der Platte t" weggebrochen. Für eine solche Platte t" eignen sich insbesondere Einkristalle mit den genannten Eigenschaften, vorzugsweise Einkristalle mit Spinellstruktur.

Die Kernkonstruktion gemäß der Erfindung ist im vorliegenden Fall zur Anwendung bei einer Speichermatrix beschrieben. Natürlich ist eine solche Konstruktion überall dort verwendbar, wo ίο ein zweidimenisionales Gitter statischer, magnetischer Kippschaltelemente benutzt wird.

Die meist verletzbaren Teile der Konstruktion nach der Erfindung sind die Platten t oder die Streifen t' oder die Platten t", die ja vorzugsweise möglichst dünn sind. Um diese Teile robuster auszubilden, kann man: sie an ihrer einen Seite an einem nicht ferromagnetisdhen Material beliebiger Dicke befestigen. An ihrer anderen Seite werden die Platten t bzw. die Streifen t' und die Platten t" dann naturgemäß an der Platte r befestigt.

Um die Festigkeit der Anordnung zu steigern, kann das Ganze in bekannter Weise in eine Schutzschicht, z. B. aus Glas oder Kunstharz, eingebettet werden.

Claims (7)

PATENTANSPKÜCHE:

1. Ferromagnetischer Kern für ein zweidimensionales Gitter statischer, magnetischer Kippschaltelemente, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einer Platte aus einem Material mit geringem magnetischem Widerstand aufgebaut ist, die mit einer Anzahl in Form eines zweidimensionalen Mustere angebrachter Aussparungen versehen ist, die von einer Platte oder mehreren Streifen aus einem Material mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und hoher Remanenz überbrückt sind.

2. Ferromagnetischer Kern nach Anspruch τ, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Aussparungen· je aus wenigstens zwei sich schneidenden Nuten bestehen und die Kreuzpunkte der Nuten von Platten aus einem Material mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und hoher Remanenz überbrückt sind.

3. Ferromagnetischer Kern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Platten oder Streifen aus dem Material mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und höher Remanenz angrenzenden Kanten der am Kreuzpunkt befindlichen aufrechten Wände der Nuten annähernd Geraden darstellen, die annähernd senkrecht zur Richtung des Feldverlaufs in den Platten oder Streifen aus diesem Material an dieser Stelle stehen.

4. Ferromagnetischer Kern nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten der verschiedenen magnetischen Kreise miteinander in Flucht liegen.

5. Ferromagnetischer Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere auf einer Geraden liegende magnetische Kreise mit einem gemeinsamen Streifen aus einem Material von möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und hoher Remanenz versehen sind.

6. Ferromagnetischer Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem sämtliche Kreise gleich orientiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche magnetischen Kreise mit einer gemeinsamen Platte aus einem Material mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve und hoher Remanenz versehen sind, welche Eigenschaften dem Material in einer Vorzugsrichtung innewohnen.

7. Ferromagnetischer Kern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Platte aus einem Einkristall, zweckmäßig aus einem Einkristall mit Spinellstruktur besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: »Electronics«, April 1953, S. 146 bis 149.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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