Impulsgenerator Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Impulse unter Verwen dung von Magnetkernen, welche Sättigungseigen schaften aufweisen.
In elektronischen Rechengeräten besteht der Be darf nach Vorrichtungen zur Erzeugung von elek trischen Impulsen, welche eine definierte Amplitude und Dauer besitzen und mit vorbestimmtem zeit lichen Abstand aufeinander folgen. Ein Spezialfall solcher allgemein als Programmgeneratoren bezeich neten Vorrichtungen sind Impulserzeuger zur Spei sung von Schieberegistern, bei welchen Schiebeimpulse in vorgegebener zeitlicher Reihenfolge wechselweise einer Anzahl von Schiebewicklungen oder Gruppen von Schiebewicklungen zugeführt werden.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines einfachen Impulsgenerators, welcher nach dem Sperrschwingerprinzip aufgebaut ist und als wesentliche Bauelemente einen sättigbaren Magnetkern und einen Transistor enthält.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Impulsgenerator zu schaffen, welcher in ein facher Weise eine Veränderung der Impulsdauer ermöglicht.
Gegenstand der Erfindung ist ein Impulsgenera tor mit mindestens einem Sperrschwingerkreis, der einen mit einer Primärwicklung und einer Sekundär wicklung eines Transformators mit sättigbarem :Magnetkern verbundenen Transistor aufweist. Das besondere Merkmal des vorliegenden Impulsgenera- tors ist in Mitteln zu erblicken, welche zu einer zusätzlichen Beeinflussung des Magnetisierungs- zustandes des Transformatorkernes dienen, um die Dauer der erzeugten Impulse zu variieren.
Beispielsweise Ausführungsformen des Erfin dungsgegenstandes werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Hysteresis-Schleife eines Magnetmate rials, wie es für die Magnetkerne in vorliegendem Impulsgenerator verwendet wird, Fig. 2 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit des magnetischen Flusses in einem Kern mit idealen Sättigungseigenschaften von der Magnetisierungs- stromstärke veranschaulicht,
Fig. 3cc das Prinzipschema einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Impulsgenerators zur Aus lösung eines Impulses in einer ODER -Schaltung, Fig. 3b das Prinzipschema einer anderen Ausfüh rungsform des erfindungsgemässen Impulsgenerators zur Auslösung eines Impulses in einer UND - Schaltung, Fig. 4 das Schaltschema eines dreistufigen Impuls- generators zur Erzeugung einer Serie von drei auf einanderfolgenden,
sich sukzessive auslösenden Im pulsen wählbarer Dauer, Fig.5 das Schaltschema eines anderen Ausfüh rungsbeispiels des erfindungsgemässen Impulsgenera- tors zur Erzeugung von Impulsen mit veränderlicher Dauer, Fig.6 das Prinzipschema zur Erklärung der zeitlichen Begrenzungswirkung bei einer beispiels weisen Variante des Impulsgenerators nach vor liegender Erfindung.
Die in Fig. 1 gezeigte Hysteresis-Schleife dient der Veranschaulichung der für vorliegende Erfindung bedeutungsvollen Tatsache, dass die durch eine ge gebene Stromänderung verursachte Änderung des magnetischen Flusses 4O vom vorherigen Zustand des Magnetmaterials abhängig ist.
Beispielsweise ent spricht dem gleichen Zuwachs des Magnetisierungs- stromes (und damit einer Feldstärkeänderung <B>AH)</B> eine geringere Induktionsänderung dB, wenn sich der Kern in einem dem Punkt 11 entsprechenden Zustand, als wenn er sich in einem dem Punkt 12 entsprechenden Zustand befunden hat. Die Punkte 11 und 12 entsprechen Zuständen gleich grosser posi tiver bzw. negativer Vormagnetisierung; in den Remanenzpunkten 10 und 14 ist keine Vormagne- tisierung vorhanden.
Bei der überführung des Kernes aus einer Aus gangslage (I1 oder 12) in einen (z. B. in den posi tiven) Sättigungszustand ergeben sich also in Abhän gigkeit von der Grösse und Polarität einer an den Kern angelegten Vormagnetisierung, welche die er wähnte Ausgangslage festlegt, verschieden grosse magnetische Flussänderungen 4O <I>= F -</I> dB (mit F als Kernquerschnittsfläche). Wie nachfolgend gezeigt wird, ist es möglich,
die Dauer z eines in einer auf einem solchen Kern angebrachten Spule mit n Win dungen erzeugten Spannungsimpulses durch die Grösse der magnetischen Flussänderung 4O und da mit durch die Vormagnetisierung zu verändern.
Unter der vereinfachten Annahme von Rechteck impulsen der Amplitude Ur und der Dauer z kann man die Integralform des bekannten Induktions gesetzes S Ur,t;-dt-n-dO auch in der Form Ura=n-.4O schreiben. Nimmt man die Impulsamplitude Ur als konstant an (was auf Grund der Strom-; Spannungs kennlinie der Transistoren gerechtfertigt ist), so ist die Impulsdauer z direkt proportional der Windungs- zahl n der Spule und der Flussänderung A (I).
Fig. 2 veranschaulicht den magnetischen Fluss 0 eines Magnetkernes in Abhängigkeit vom Magneti- sierungsstrom 1, unter der Annahme, dass der Magnet kern eine ideale, im wesentlichen rechteckige Hyste- resis-Schleife besitzt. Da - wie oben gezeigt - bei konstanter Impulsamplitude die Impulsdauer pro portional der magnetischen Flussänderung des Kernes ist, wird die Impulsdauer, solange in jenem Bereich gearbeitet wird, der durch den steil verlaufenden Ast der Kurve links vom Knickpunkt 16 dargestellt ist, stark von der angelegten Magnetisierungsstrom- stärke abhängen.
Wird hingegen die Änderung des magnetischen Flusses 0 in Abhängigkeit von einer Änderung der Magnetisierungsstromstärke klein, wie durch den rechts vom Knickpunkt 16 flach ver laufenden Ast veranschaulicht, so besitzt der Impuls im wesentlichen konstante Dauer. Ist durch An bringung einer Vormagnetisierung erzielt worden, dass der von einem Eingangsimpuls gelieferte Magnetisie- rungsstrom den durch den Punkt 16' veranschaulich ten Schwellwert überschreitet, so wird die Dauer des induzierten Ausgangsimpulses auch bei beträchtlicher Erhöhung des erstgenannten Impulses im wesent lichen unverändert bleiben.
Die Schaltkreise nach Fig. 3a und 3b sind Prin- zipschaltbilder von zwei Ausführungsbeispielen des Impulsgenerators nach vorliegender Erfindung. Sie dienen insbesondere der Veranschaulichung, wie die Auslösung eines Impulses im Sperrschwingerkreis in Abhängigkeit von der Erfüllung einer logischen Ver knüpfungsrelation gesteuert werden kann. In der Schaltung nach Fig.3a wird der Impulsgenerator dann in Betrieb gesetzt, wenn über irgendeinen (also über den einen ODER den anderen) der Magnet kerne 21' oder 21" ein Impuls übertragen wird.
Die Inbetriebsetzung des Impulsgenerators nach Fig.3b erfolgt hingegen dann, und nur dann, wenn beide Magnetkerne 21' und 21" (also der eine UND gleich zeitig der andere) Impulse geeigneter Polarität über tragen. Die Auslösung eines Impulses durch den Impulsgenerator ist somit an die Erfüllung einer Bedingung geknüpft: bei Fig. 3a handelt es sich um eine ODER -Schaltung, bei Fig. 3b um eine UND - Schaltung.
Ein Magnetkern 17, welcher in Fig. 3a als Stab kern veranschaulicht ist und Hysteresis-Eigenschaf- ten, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurden, aufweist, ist mit zwei Wicklungen 22 und 23 versehen. Die Wicklung 22 verbindet den Kollek tor des Transistors 19 mit einer Spannungsquelle, welche an die Klemme 24 angeschlossen ist.
Die Wicklung 23 verbindet die Basiselektrode des Tran sistors 19 über eine Serienschaltung aus den Wick lungen 18' und 18", die sich auf den Magnetkernen 21' bzw. 21" befinden, mit der Klemme 26 einer Vorspannungsbatterie. Die Magnetisierungen der Ma gnetkerne 21' und 21" sind in der Lage, jeweils zwei ausgeprägte, in ihrer Polarität entgegengesetzte Remanenzlagen einzunehmen. Die Vorspannung an der Klemme 26 ist von solcher Grösse, dass der Transistor normalerweise gesperrt ist.
Die Polarität der Wicklungen 18' und 18" ist so gewählt, dass in diesen beim Umschalten eines oder beider Magnet kerne 21', 21" aus der einen Remanenzlage in die andere ein Spannungsimpuls solcher Polarität ent steht, dass der Transistor 19 leitend wird, das heisst, dass ein Kollektorstrom durch die Wicklung 22 zu fliessen beginnt. Die hierbei in die Wicklung 23 rückinduzierte Spannung hat solche Polarität, dass die Stromleitung des Transistors 19 erhöht wird (Selbsterregung). Der Strom durch die Wicklung 22 und den Transistor 19 erreicht sehr bald einen Sättigungswert, der durch das Windungszahlverhält- nis der Wicklungen 22 und 23 und die Eigenschaften des Transistors bestimmt ist.
Wenn dieser Sättigungs wert erreicht wird, hört die Selbsterregungswirkung der Schaltung auf, und der Impuls klingt ab.
Es ist zu beachten, dass die Windungszahlen der Wicklungen 18' und 18" so gewählt sind, dass der durch diese Wicklungen fliessende Basisstrom des Transistors 19 keine nachhaltige Änderung des Ma gnetisierungszustandes der Kerne 21' und 21" ver ursacht, das heisst, dass die Kerne durch den Basis strom nicht umgeschaltet werden, für den ihre Wick lungen 18' bzw. 18" im wesentlichen einen Kurz schluss darstellen.
Der Schaltkreis nach Fig.3b enthält gleichfalls zwei Kerne 21' und 21", wobei allerdings die darauf angebrachten, dem Basiskreis des Transistors 19 angehörigen Wicklungen 18' und 18" über je ihren zugehörigen Entkopplungswiderstand 27' bzw. 27" parallel zwischen der Klemme 26 und der Wicklung 23 liegen. Im Gegensatz zum Schaltkreis nach Fig. 3a hat nur eine gleichzeitige Änderung des Magnetisie- rungszustandes beider Kerne 21' und 21" zur Folge, dass der normalerweise gesperrte Transistor 19 lei tend wird.
Der Vorgang der Erzeugung eines ein zelnen Impulses in Abhängigkeit von über die Kerne 21' und 21" in Kombination als Schaltimpulse über tragener Information entspricht der unter Hinweis auf Fig.3a beschriebenen Wirkungsweise.
In beiden Schaltkreisen wird ein Sperrschwing- impuls ausgelöst, wenn sättigbare Magnetkerne zu einer Änderung ihres Magnetisierungszustandes ver anlasst werden. Bei gegebener Polarität der diese Um schaltung bewirkenden Impulse, z. B. eines Fort schaltimpulses an Klemme 28 (Fig.3b), hängt dies in an sich bekannter Weise noch vom vorherigen Magnetisierungszustand der Kerne 21' und 21" ab, welche die Ausgangselemente irgendeiner Schaltung zur Erzielung logischer Verknüpfungen sein können.
In Fig.4 ist das Schaltschema eines aus drei Sperrschwingerkreisen bestehenden Impulsgenerators dargestellt, welcher nicht nur Einzelimpulse, sondern eine Serie von drei aufeinanderfolgenden, sich suk zessive auslösenden Impulsen zu erzeugen ermöglicht. Ein Kern 30 mit einer darauf angebrachten Ein gangswicklung 31 dient zur Inbetriebsetzung (Trigge- rung) des Impulsgenerators in ähnlicher Weise, wie dies die Kerne 21' und 21" in den Schaltkreisen nach Fig. 3a und 3b bewerkstelligen. Die Wicklungen 32' und 33', 32" und 33", 32"' und 33"' sind je weils um zwei der Kerne 30;''37, 37'/37" bzw. 37"37"' gewickelt.
In Serie mit der Wicklung 32' liegt auf dem Kern 30 eine Kompensationswicklung 35 mit gleicher Windungszahl, welche mit ihrem einen Pol an die Klemme 34 einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) angeschlossen ist. Der Wicklungssinn der Wicklungen 32' und 35 auf dem Kern 30 ist entgegengesetzt, so d-ass ein Triggerimpuls in der Ein gangswicklung 31 im Kollektorkreis, des Transistors 39' keine Spannung induziert. Der Triggerimpuls in der Wicklung 31 erzeugt jedoch eine Spannung in der im Basiskreis des Transistors 39' liegenden, gestrichelt gezeichneten Wicklung 33'. Diese Span nung macht den Transistor 39' leitend und startet die Funktion des ersten Sperrschwingers.
Wegen der Wirkung der Kompensationswicklung 35 magnetisiert der Kollektorstrom des Transistors 39' lediglich den Kern 37'. Der Kollektor des Transistors 39" behält seine Spannung bei, da er über eine Wicklung 32", welche auf die beiden Kerne 37' und 37" gemeinsam gewickelt ist, mit dem Kollektor des Transistors 39' verbunden ist. Die Spannungsänderung des letzteren wird durch eine in der Wicklung 32" (gleiche Win- dungszahl wie Wicklung 32', aber auf dem Kern 37' entgegengesetzter Wicklungssinn) erzeugte Gegen spannung kompensiert.
Die Polarität der Spannung, welche in der mit der Basiselektrode des Transistors 39" verbundenen Wicklung 33" erzeugt wird, ist eine solche, dass die absteigende Flanke dieses Spannungs impulses den zweiten Sperrschwinger (Wicklung 32" und Transistor 39") in Betrieb setzt (triggert). In analoger Weise wird der dritte Sperrschwingerkreis von der absteigenden Flanke des im zweiten Kreis erzeugten Impulses getriggert und liefert an die Wicklung 38 auf dem Kern 37"' einen Ausgangs impuls.
Die Klemmen 40, 40' und 40" dienen, an ent sprechende Stromquellen angeschlossen, der Zufüh rung von Vormagnetisierungsströmen, um die Dauer der von den Sperrschwingerkreisen erzeugten Impulse einzeln zu beeinflussen. Auf diese Weise kann bei spielsweise die zeitliche Aufeinanderfolge des an den Klemmen 38 auftretenden Ausgangsimpulses in bezug auf den an die Klemmen 31 angelegten Triggerimpuls in weiten Grenzen veränderlich gemacht werden. Die Amplitude der einzelnen Impulse kann dadurch ver ändert werden, dass die Emitterelektroden der Tran sistoren 39', 39" und 39"' an verschiedene Span nungen angeschlossen sind (Klemmen 41', 41" bzw.
411"). Die Vorspannung der einzelnen Basiselektroden ist dann entsprechend anzupassen (Klemmen 36', 36" bzw. 36"'). Die Anzahl der hintereinander schalt baren Sperrschwingerkreise ist lediglich durch die Verluste in den Spulen begrenzt.
Eine andere Ausführungsform des erfindungs gemässen Impulsgenerators zur Erzeugung von Im pulsen verschiedener Länge ist (unter Beschränkung auf zwei hintereinander geschaltete Sperrschwinger kreise) in Fig.5 veranschaulicht. Die Anzahl der Windungen der Wicklung 42" ist grösser als die Windungszahl der Wicklung 42', wodurch der Im puls am Kollektor des Transistors 49" länger wird als der am Transistor 49' erzeugte. Um zu ver hindern, dass eine zusätzliche Flussänderung im Kern 47' auftritt, wenn der Transistor 49" stromführend wird, ist eine zusätzliche Kompensationswicklung 45 am Kern 47' angebracht, welche zwischen dem Kol lektor des Transistors 49' und der Wicklung 42" eingeschaltet ist.
Die Wicklung 45 muss gegenüber der Wicklung 42" entgegengesetzten Wicklungssinn haben, und die Windungszahl der Wicklung 42" minus der Windungszahl der Wicklung 45 ist gleich der Windungszahl der Wicklung 42'.
Der Schaltkreis nach Fig. 6 dient der Veranschau lichung der belastungsseitigen, selbsttätigen Abschal tung eines erzeugten Impulses. Obwohl bei der Variante nach Fig. 6 Einzelheiten der Schaltung weg gelassen sind, ist unmittelbar verständlich, dass der gezeigte Schaltkreis mit den bei vorhergehenden Aus führungsformen beschriebenen Eingangsschaltelemen- ten verbunden und mit gleichartigen Schaltkreisen zu einer Kaskadenschaltung kombiniert sein kann.
Die Basiselektrode des Transistors 55 ist über die Wicklung 53 mit der Klemme 58 verbunden, an welche eine Vorspannungsbatterie angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 55 liegt über die Wicklung 52 an einer bei 54 angeschlossenen Strom quelle. Parallel geschaltet zur Transformatorwicklung 52 liegt eine auf dem Magnetkern 56 angebrachte Wicklung 51. Die Magnetisierung dieses Magnet kernes ist in der Lage, zwei ausgeprägte, in ihrer Polarität entgegengesetzte Remanenzlagen einzuneh men.
Das durch die Wicklung 51 und den Magnet kern 56 repräsentierte Schaltelement dient dazu, den durch den Sperrschwinger erzeugten Impuls nach einem Zeitintervall zu beenden, welches durch das Spannungsintegral bestimmt ist, das über der Trans formatorwicklung 52 auftritt. Wenn der Magnetkern 56 infolge der mit dem Impulsende verbundenen Magnetisierungsänderung magnetisch geschaltet hat, ist der Transformator kurzgeschlossen, die positive Rückkopplung des Basiskreises ist unterbrochen und der Transistor 55 gesperrt. Die im Transformator gespeicherte Energie schaltet die Magnetisierung des Magnetkernes 56 in ihre Anfangsremanenzlage zu rück.