DE972688C - Einrichtung mit einem geschlossenen, ferromagnetischen Kern mit hoher Remanenz und einer annaehernd rechteckfoermigen Hystereseschleife - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 10. SEPTEMBER 1959

N 1113/Villa/ ' 2ia^x_

Hystereseschleife

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung mit einem geschlossenen, ferromagnetischen Kern mit hoher Remanenz und einer annähernd rechteckförmigen Hystereseschleife und mit mindestens je einer mit diesem Kern gekoppelten Eingangs- und Ausgangswicklung.

Bekanntlich werden soäche Einrichtungen unter anderem zur Aufzeichnung kodierter Information verwendet, die durch den Remanenzzustand dieses ferromagnetischen Kernes festgelegt wird. Mittels Stromimpulse, die durch mindestens eine mit dem ferromagnetischen Kern gekoppelte Eingangswicklung geführt werden,, kann ein bestimmter Remanenzzustand eingestellt werden, der einer »o« oder »1« der kodierten Information entspricht: z. B. »o« wird durch eine positive Remanenz, »1« durch eine negative Remanenz gekennzeichnet.

Bei den bekannten Einrichtungen wird die im ferromagnetischen Kern enthaltene Information dadurch abgelesen,. daß die Spannung gemessen wird, die über einer mit dem ferromagnetischen Kern gekoppelten Ausgangswicklung unter der Wirkung eines nächstfolgenden Stromimpulses in der erwähnten Eingangswicklung entsteht.

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Dieses Ableseverfahren hat jedoch den Nachteil, daß die im ferromagnetischen Kern" festgelegte Information beim Ablesen verlorengeht und also gegebenenfalls aufs neue aufgezeichnet werden muß, wozu eine Hilfsapparatur erforderlich ist, welche die abgelesene Information zeitweise festhält, und wobei außerdem ein Zeitverlust eintritt. Um diesen Nachteil zu verringern, wurde bereits vorgeschlagen, die Wirkung zu benutzen, die ein ίο zu dem remanenten Fluß des Kernes senkrechtes, impulsförmiges Magnetfeld in einer an diesem Kern angebrachten Ablesewicklung hervorruft. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen zweiten ferromagnetischen Kern mit einem Luftspalt, in dem der erstere teilweise angeordnet ist. Die einer Wicklung in diesem zweiten Kern zugeführten Stromimpulse erzeugen das erwähnte impulsförmige Magnetfeld.

Die Erfindung bezweckt, ein Ableseverfahren zu schaffen, bei dem die im Kern festgelegte Information ebenfalls nicht verlorengeht, bei dem jedoch keine zu dem remanenten Fluß des ferromagnetischen Kernes senkrechten Magnetfelder und kein zweiter ferromagnetischer Kern verwendet werden, und hat das Merkmal, daß der Kern mit mindestens einem Paar getrennter, elektrisch gut leitender Beläge versehen ist, denen elektrische Impulse so zugeführt werden, daß sie im Kern ein Magnetfeld erzeugen, das in einem Teil des ferromagnetischen Kernes in der Richtung des remanenten Flusses und in einem anderen Teil des ferromagnetischen Kernes in einer dem remanenten Fluß entgegengesetzten Richtung wirksam ist.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren der Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt

Fig. ι eine bekannte Einrichtung, Fig. 2 die Hystereseschleife einer solchen Einrichtung,

Fig. 3, 4, 5 und 6 Einrichtungen nach der Erfindung,

Fig. 7 eine Gedächtnismatrix, wobei auf bekannte Weise abgelesen wird, und Fig. 8 eine Gedächtnismatrix, die aus Einrichtungen nach der Erfindung besteht.

Fig. ι zeigt eine bekannte Einrichtung zum Aufzeichnen kodierter Informationen; darin bezeichnet ι den ferromagnetischen Kern mit hoher Remanenz und der rechteckförmigen Hystereseschleife, 2 bezeichnet eine Eingangswicklung mit Klemmen A und B und 3 eine Ausgangswicklung mit Klemmen C und D; sowohl die Wicklung 2 als auch die Wicklung 3 können gewünschteirfalls aus einem oder mehreren nur durch die öffnung des Kernes 1 hindurchgezogenen Leitern bestehen.

Fig. 2 zeigt die Hystereseschleife des Kernes 1, wobei der Fluß Φ als Funktion des durch die Wicklung 2 geführten Stromes i aufgetragen ist. Bei i — ο sind zwei Remanenzzustände vorhanden, d. h. der Zustand Φ_χ und Zustand Φ₂. Der Zustand Φ_± entspricht z. B. einer »o« der kodierten Information, Φ₂ entspricht einer »!«.Angenommen, daß der Kern sich in dem Zustand Φ_χ befindet, so wird ein positiver Stromimpuls, der den Klemmen A und B zugeführt wird und eine Größe I₁ hat, Flußänderungen Φ₃ — Φ₁ und Φ_ί — Φ₃ im Kern erzeugen, die an den Klemmen C und D der Wicklung 3 Spannungen hervorrufen. Befindet sich der Kern im Zustand Φ₂, so wird ein positiver Stromimpuls, der den Klemmen A und B zugeführt wird, bei steigender Flanke dieses Stromimpulses eine Flußänderung Φ₃ — Φ_% und bei abfallender Flanke eine Flußänderung φ_χ — Φ_ζ hervorrufen, die auch an den Klemmen C und D der Wicklung 3 Spannungen erzeugen, deren erste Spannungsspitze, die bei steigender Flanke des Stromimpulses auftritt, jedoch wesentlich größer ist als die erste Spannungsspitze, die auftritt, wenn der Kern sich, wie zuvor angenommen, im Zustand ^₁ befindet. Dem Unterschied zwischen »o« und »1« bein: Ablesen liegt also der Unterschied zwischen den Spainnungsspitzen über der Wicklung 3 zugrunde, und dieser Unterschied ist wiederum auf den Unterschied der Flußänderungen Φ₃ — Φ₁ und Φ₃ — Φ₂ zurückzuführen. Wie auch der Zustand des Kernes sei, nach Zuführung eines Stromimpulses ^₁ an die Klemmen A und B gelangt der Kern stets in den Zustand Φ_ν der also einer »o« der kodierten Information entspricht. Das Festlegen eines Gedächtniselementes »1«, was bedeutet, go daß der Kern den Zustand Φ₂ annimmt, erfolgt dadurch, daß den Klemmend und B ein negativer Stromimpuls zugeführt wird, dessen absolute Größe wenigstens gleich i_t ist.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung nach der Erfindung. Die entsprechenden Teile der Einrichtungen der Fig. r, 3 und 4 sind entsprechend bezeichnet. Bezugsziffern 4 und 5 bezeichnen zwei getrennte, elektrisch gut leitende Beläge, z. B. zwei SOberschichten mit Klemmen F und JV. Es wird angenommen, daß der Kern r sich in dem Zustand Φ₁ befindet und daß die Richtung des entsprechenden remanenten Flusses durch den Pfeil 6 angegeben ist. Auf einen den Klemmen F und JV zugeführten Stromimpuls wirken die Beläge 4 und 5 mit dem dazwischen vorhandenen Material des ferromagnetischen Kernes, das sich in diesem Falle wie ein Dielektrikum verhält, als Kapazität, und dieser Impuls ruft in dem magnetischen Kern einen Verschiefoungsstromimpuls hervor, der ein magnetisches Feld erzeugt, das bei der angegebenen Stromrichtung die durch die Pfeile 7 und 8 angegebene Richtung hat und das also- in der oberen Hälfte des ferromagnetischen Kernes eine Richtung hat, die der Richtung des remanenten Flusses entgegengesetzt ist, und in der unteren Hälfte des ferromagnetischen Kernes eine Richtung besitzt, die gleich der des erwähnten Flusses ist.

Es wird dabei angenommen, daß der ferromagnetische Kern aus elektrisch schlecht leitendem Material, z. B. Ferrit, besteht, das außerdem den Vorteil hat, daß die Dielektrizitäts-Konstante einen erheblichen Wert besitzt. Ist dies jedoch nicht der FaIl₃ so können die erwähnten Beläge

elektrisch isoliert an dem Kern angebracht werden, indem z. B. zwischen den Belägen und dem ferromagnetischen Material ein Isolierstoff angebracht wird; auf den Stromimpuls wirken die Beläge also wieder als Kapazität. Es ist aber auch möglich, ohne Isolierung zu arbeiten. Der ferromagnetische Kern verhält sich dann als Widerstand. Der Stromimpuls in diesem Widerstand ruft auch jetzt ein gleiches magnetisches Feld hervor, wie oben

ίο angegeben.

In Fig. 2 sind diese impulsförmigen Magnetfelder als Funktion der Zeit t aufgetragen. Es sei bemerkt, daß in Fig. 2 die i-Achse außerdem als Achse verwendet wird, auf welche die Magnetfelder H aufgetragen sind, da H und i proportional sind. Bei dem Auftragen muß man naturgemäß die Proportionalkonstante K berücksichtigen, welche die Beziehung zwischen H und i darstellt.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Impuls 7, der dem Feld in der oberen Hälfte des Kernes entspricht, das durch den Pfeil 7 der Fig. 4 angegeben ist, in diesem Teil des Kernes eine Flußänderung hervorruft, die durch denjenigen Teil der Hystereseschleife der Fig. 2 bedingt wird, der mit α bezeichnet ist. Der Impuls 8, der dem in der unteren Hälfte des Kernes wirksamen und durch den Pfeil 8 der Fig. 4 bezeichneten Felde entspricht, ruft in diesem Teil des ferromagnetischen Kernes eine Flußänderung hervor, die durch denjenigen Teil der Hystereseschleife der Fig. 2 bedingt wird, der mit b bezeichnet ist.

Wenn nur der Impuls 7 wirksam wäre, würde, ähnlich wie bei der Einrichtung nach Fig. 1, am Ende des Impulses und bei hinreichender Größe dieses Impulses, der Kern von den Zustand Φ₁ in den. Zustand Φ₂ gelangen. Es ergibt sich nun, daß unter der Wirkung des Impulses 8 diese Zustandsänderung des Kernes 1 verhütet wird. Am Ende des Stromimpulses "an den Klemmen F und N ist der Kern wieder ganz in den ersten Zustand, d. h. in den Zustand Φ₁ gelangt. Unter der Wirkung des Impulses 7 durchläuft der Fluß in der oberen Hälfte des ferromagnetischen Kernes, also bei der steigenden Flanke des Impulses, die Kurve α in der Richtung Φ_t —1R und bei der abfallenden Flanke gerade in umgekehrter Richtung zurück in den Zustand ^₁ und nicht, wie bei der Einrichtung nach Fig. i, in den Zustand Φ₂. Der Fluß in der unteren Hälfte des ferromagnetischen Kernes durchläuft, unter der Wirkung des Impulses 8, bei der steigenden Flanke dieses Impulses, die Kurve b in der Richtung ^₁ — E und bei der abfallenden Flanke in umgekehrter Richtung.

Wenn jedoch der Kern 1 sich in dem Zustand Φ₂ befindet, so würde der Impuls 7 in der oberen Hälfte des ferromagnetischen Kernes eine Flußänderung hervorrufen, die durch denjenigen Teil der Hystereseschleife der Fig. 2 bedingt wird, der mit c bezeichnet ist, und der Impuls 8 würde in der unteren Hälfte des ferromagnetischen Kernes eine Flußänderung erzeugen, die durch denjenigen Teil der Hystereseschleife bedingt wird, der mit d bezeichnet ist. Auch in diesem Falle kehrt der Kern am Ende des Stromimpulses wieder ganz in den ursprünglichen Zustand, d. h. in den Zustand Φ₂ zurück.

Die Ausgangswicklung 3 weist nun sowohl die Flußänderungen in der unteren als auch in der oberen Hälfte des ferromagnetischen Kernes auf, und beide Änderungen erzeugen Spannungen über dieser Wicklung. Wenn der Kern in dem Zustand Φ₁ ist, so sind die in der oberen Hälfte des ferromagnetischen Kernes auftretenden Flußänderungen jedoch erheblich größer als die in der unteren Hälfte des ferromagnetischen Kernes auftretenden Änderungen, da die Kurve α wesentlich steiler als die Kurvet ist. Die Wicklung3 erfährt daher praktisch nur den Einfluß von Flußänderungen in der oberen Hälfte des ferromagnetischen Kernes, was -bei der steigenden Flanke des den Klemmen F und N zugeführten Stromimpulses zu einer positiven Spannungsspitze veranlaßt, worauf eine negative Spannungsspitze bei abfallender Flanke dieses Stromimpulses folgt. Befindet sich jedoch der Kern in dem Zustand Φ₂, so sind die erstgenannten Flußänderungen gering im Vergleich zu den letzteren, da d auch wesentlich steiler als die Kurve c ist. Die resultierenden Flußänderungen, die in beiden Fällen ihre Wirkung in der Wicklung 3 ausüben, sind jedoch, wenn der Kern in dem Zustand Φ₁ ist, den Änderungen entgegengesetzt, die auftreten, wenn der Kern in dem Zustand Φ._ζ ist. Auch werden die an den Klemmen C und'D auftretenden Spannungsspitzen, je nach den Kernzuständen, entgegengesetzte Polarität haben, und zwar wenn der Kern in dem Zustand Φ₂ ist, wird bei steigender Flanke des den Klemmen/⁷ und N zugeführten Stromimpulses über der Wicklung 3 eine negative Spannungsspitze auftreten und bei abfallender Flanke dieses Stromimpulses eine positive Spannungsspitze.

Dem Unterschied zwischen einer »o« und einer »1« Hegt nun also der Unterschied zwischen den Polaritäten der Spannungsspitzen über der Wicklung 3 zugrunde. Im ersteren Falle tritt also bei steigender Flanke des den Klemmen F und Λ^Γ zugeführten Stromimpulses zunächst eine positive Spannungsspitze und bei abfallender Flanke dieses Stromimpulses eine negative Spannungsspitze auf; im zweiten Falle tritt zunächst eine negative Spannungsspitze und darauf eine positive Spannungsspitze auf. Ein integrierendes Netzwerk, das an die Klemmen C und D angeschlossen ist, wird also im ersteren Falle einen positiven Spannungsimpuls und im zweiten Falle einen negativen Spannungsimpuls liefern.

Es ist bemerkenswert, daß die Polarität des den Klemmen F und N zugeführten Stromimpulses keinen Einfluß auf die Ausgangsspannungen ausübt und daß diese nur von der Richtung des remanenten 'Flusses und naturgemäß von dem Wickelsinn der Wicklung 3 abhängen, da diese Wicklung nur von den Flußänderungen beeinflußt wird, die in derjenigen Hälfte des ferromagnetischen Kernes auftreten, in der das durch den impulsförmigen Strom erzeugte magnetische Feld

der Richtung des remanenten Flusses entgegengesetzt gerichtet ist. Diese Flußänderungen werden also, unabhängig von der Polarität der Stromimpulse, stets der Richtung des remanenten Flusses entgegengesetzt gerichtet sein, so daß die Polarität der Spannungsspitzen über der Wicklung 3 unter der Wirkung der den Klemmen F und N zugeführten Stromimpulse nur von der Richtung des remanenten Flusses und nicht von der Polarität dieser Stromimpulse abhängen. Wird also ein integrierendes Netzwerk an die Klemmen C und D angeschlossen, so wind in Abhängigkeit von dem Zustand des Kernes stets ein Spannungsimpuls mit bestimmter Polarität auftreten, unabhängig von der Polarität des den Klemmen F und N zugeführten Stromimpulses.

Da die Polarität dieser Stromimpulse keinen Einfluß auf die Ausgangsspannungen der Wicklung 3 ausübt, kann man zur Verstärkung dieser Ausgangsspannungen mehr als einen Satz von Belägen am Kern anbringen, wobei die auf diese Weise gebildeten Kapazitäten in beliebiger Weise miteinander in Reihe geschaltet werden können.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kernes mit mehr als einem Satz von Belägen. Die Einzelteile der Einrichtung der Fig. 5 sind durch gleiche Bezugsziffern wie die der vorangehenden Figuren bezeichnet.

Die vorteilhafteste Ausführungsform ist jedoch in Fig. 6 dargestellt. Der Belag 4 umfaßt in diesem Falle den ganzen Außenumfang des ferromagnetischen Ringkernes 1, und der Belag 5 umfaßt den ganzen Innenumfang. Sowohl das magnetische Feld, das in der Richtung des remanenten Flusses wirksam ist, als auch das in -der entgegengesetzten Richtung wirksame Feld sind über die ganze Länge des ferromagnetischen Kernes wirksam, wodurch bei bestimmter Stärke der den Klemmen F und N zugeführten Stromimpulse die maximale Spannung über der Wicklung 3 erhalten wird.

Vorstehend wurde stets vorausgesetzt, daß den Klemmen F und N ein Stromimpuls zugeführt wird. Man kann auf einfache Weise zeigen, daß, wenn ein Spannungsimpuls diesen Klemmen zugeführt wird, am Ausgang eines integrierenden Netzwerkes, das an die Wicklung 3 angeschlossen ist, in einer Richtung des remanenten Flusses zwei positive Spannungsimpulse und in der entgegengesetzten Richtung des remanenten Flusses zwei negative Spannungsimpulse auftreten. Auch in diesem Falle hat die Polarität der den Klemmen F und N zugeführten Spannungsimpulse keinen Einfluß auf die Polarität der Ausgangsimpulse. Es sei noch bemerkt, daß es naturgemäß nicht zur Durchführung der Erfindung erforderlich ist, daß der ganze ferromagnetische Kern aus einem Material mit hoher Remanenz und einer annähernd rechteckförmigen Hystereseschleife besteht; die, Erfindung läßt sich auch bei ferromagnetischen Kernen durchführen, die aus mehreren Teilen bestehen, von denen mindestens einer eine hohe Remanenz und eine annähernd rechteckförmige Hystereseschleife aufweist.

Die Einrichtungen nach der Erfindung lassen sich unter anderem bei sogenannten Gedächtnismatrizen erfolgreich verwenden. Fig. 7 zeigt eine solche Gedächtnismatrix, die aus bekannten Einrichtungen zusammengebaut ist. Die Kerne mit hoher Remanenz und rechteckförmiger Hystereseschleife sind in Reihen und Kolonnen angeordnet. Vorausgesetzt, daß alle Kerne 21 bis 29 sich in dem Zustand 5B₁ befinden, so erfolgt die Aufzeichnung einer »1«, die durch den Zustand <£>₂ gekennzeichnet wird, in einem bestimmten Kern, indem den mit diesem Kern gekoppelten Stromleitungen je ein Stromimpuls von ¹ZsI₁ (s. Fig. 2) zugeführt wird. Auf diese Weise wird z. B. im Kern 28 eine »1« dadurch aufgezeichnet, daß den Stromleitungen f und m ein Impuls zugeführt wird. Die Kerne 22, 25, 27 und 29 werden dann durch einen Stromimpuls ¹^i₁ angeregt. Dieser Impuls ist jedoch gerade zu gering, um einen Übergang von Φ_χ in Φ_ζ zu bewerkstelligen. Das Ablesen erfolgt auf ähnliche Weise wie dies an Hand der Fig. 2 beschrieben ist. Der Ableseimpuls ^₁ wird durch in zwei Leitungen gleichzeitig auftretende Stromimpulse von ¹IzI₁ gebildet. Soll z. B. der Zustand des Kernes 28 bestimmt werden, so müssen den Stromleitungen /undm Impulse von Je¹Ai₁ zugeführt werden. Je nach dem Zustand des Kernes 28 wird über der Wicklung η eine große oder eine kleine Spannungsspitze auftreten. Es ist ersichtlich, daß das Ablesen der Informationen, die in den verschiedenen Kernen aufgezeichnet sind, nicht in "demselben Augenblick stattfinden kann und daß außerdem beim Ablesen diese Informationen verlorengehen.

Fig. 8 zeigt eine Gedächtnismatrix, die aus Einrichtungen nach der Erfindung zusammengebaut ist, und zwar aus den Einrichtungen nach Fig. 6. Die Information wird in einem bestimmten Kern auf vollkommen ähnliche Weise aufgezeichnet wie bei der Gedächtnismatrix nach Fig. 7. Das Ablesen erfolgt jedoch dadurch, daß den verschiedenen Belägen 4,5, die z. B. in Reihe geschaltet sind, über den Leiter t ein einziger Stromimpuls zugeführt wird. Über jeder der Wicklungen 3 entsteht dabei eine Spannung, die die in einem bestimmten Kern enthaltene Information beidingt. Auf diese Weise kann man also die -ganze Information einer Gedächtnismatrix in demselben Augenblick zur Verfügung haben, wobei außerdem die ganze Information in der Gedächtnismatrix aufbewahrt bleibt.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 115-

   ι. Einrichtung mit einem geschlossenen, ferromagnetischen Kern mit hoher Remanenz und einer annähernd rechteckförmigen Hystereseschleife und mit mindestens je einer mit diesem Kern gekoppelten Eingangs- und Ausgangswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Kern mit mindestens einem Paar getrennter, elektrisch gut leitender Beläge versehen ist, denen elektrische Impulse so zugeführt werden, daß sie im Kern ein

   magnetisches Feld erzeugen, das in einem Teil des ferromagnetischen Kernes in der Richtung des remanenten Flusses und in einem anderen Teil des ferromagnetischen Kernes in der entgegengesetzten Richtung wirksam ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der ganze Außenumfang eines ferromagnetischen Ringkernes mit einem Belag und auch der ganze Innenumfang dieses ferromagnetischen Ringkernes mit einem Belag versehen ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswicklung mit einem integrierenden Netzwerk verbunden ist.
4. 4. Ferromagnetischer Kern zur Anwendung bei Einrichtungen nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Kernmaterial aus elektrisch gut leitendem Stoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen diesem Material und den er- ao wähnten Belägen Isolierstoff angebracht ist.
5. 5. Anwendung von Einrichtungen nach Anspruch i, 2 oder 3 zur Bildung einer Gedächtnismatrix.
6. 6. Aus Einrichtungen nach Anspruch 1,2 oder 3 gebildete Gedächtnismatrix, dadurch gekennzeichnet, daß den verschiedenen Belägen, die an den ferromagnetischen Kernen dieser Einrichtungen angebracht sind, gleichzeitig ein elektrischer Impuls zuführbar ist.

   In Betracht gezogene ältere Patente:
   Deutsches Patent Nr. 965 083.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ©609 708/141 11.56 (909 594/7 9.59)