DE1092060B - Schaltungsanordnung, in welcher der Leitfaehigkeitszustand eines Supraleiters umsteuerbar ist - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Für die Verwendung in elektronischen Rechenmaschinen und anderen Geräten zur automatischen Datenverarbeitung sind in den letzten Jahren Schaltungselemente entwickelt worden, in welchen die Eigenschaft der sogenannten Supraleiter ausgenutzt wird, bei bestimmten tiefen Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunktes ihren elektrischen Widerstand zu verlieren und beim Anlegen eines Magnetfeldes ausreichender Feldstärke wieder in den normalleitenden Zustand zu gelangen. Das bekannteste derartige Schaltungselement ist wohl das sogenannte Kryotron, das aus einem langgestreckten draht- oder streifenförmigen Supraleiter besteht, der von dem Magnetfeld einer auf ihn aufgebrachten Zylinderspule oder eines ihn in geringem Abstand kreuzenden Drahtes oder Streifens beeinflußt wird. Der ursprünglich widerstandslose Supraleiter wird durch Erregen der Steuerspule in den normalleitenden, widerstandsbehafteten Zustand übergeführt und geht beim Abschalten der Erregung in den supraleitenden Zustand zurück.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung, in welcher der Leitfähigkeitszustand eines Supraleiters bei tiefer Temperatur durch die Feldstärkeänderung eines auf den Supraleiter einwirkenden Magnetfeldes zwischen dem supraleitenden und dem normalleitenden Zustand umsteuerbar ist, mit einer gewissen Speicherfähigkeit, welche sich, etwa nach Art einer Gastriode, nach erfolgter Umsteuerung nicht mehr von dem Eingang aus beeinflussen läßt. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das auf den Supraleiter einwirkende Magnetfeld durch zwei entgegengesetzte Durchflutungen hervorrufende und fest miteinander gekoppelte Wicklungen auf dem Supraleiter erzeugt wird und daß eine der beiden Wicklungen mit dem Supraleiter in Reihe geschaltet ist.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen, in denen die Anwendung der Anordnung nach der Erfindung in einer Verriegelungsschaltung und einem an einem Eingang umsteuerbaren Flip-Flop gezeigt wird, näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die Abhängigkeit der zum Umsteuern eines Supraleiters erforderlichen magnetischen Feldstärke von der Temperatur für verschiedene Materialien,

Fig. 2 die Abhängigkeit des Widerstandes eines Tantaldrahtes von der auf ihn einwirkenden Feldstärke,

Fig. 3 ein Kryotron mit einer Steuerspule,

Fig. 4 ein Kryotron mit zwei fest gekoppelten Steuerspulen,

Fig. 5 die Verriegelungsschaltung und

Fig. 6 die an einem Eingang umsteuerbare bistabile Kippschaltung,

Schaltungsanordnung,

in welcher der Leitfähigkeitszustand

eines Supraleiters umsteuerbar ist

Anmelder:

International Business Machines
Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. jur. E. Eisenbraun, Rechtsanwalt,
Böblingen (Württ), Poststr. 21

James Bruce Mackay, Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Fig. 7 den zeitlichen Verlauf der Ströme in der Anordnung nach Fig. 6 und

Fig. 8 eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 6.

Die Darstellung in Fig. 1 zeigt die Übergangstemperaturen T für mehrere Materialien in Gegenwart verschieden starker magnetischer Felder H. Z,um Beispiel geht Tantal (Ta) bei etwa 4,4° K aus des supraleitenden in den mit Widerstand behafteten Zustand über, wenn kein magnetisches Feld vorhanden ist. Diese Übergangstemperatur sinkt bei Anlegung immer stärkerer magnetischer Felder an das Material. Der Zustand der verschiedenen Stoffe (supraleitend oder normal) bei verschiedenen Verhältnissen von Temperatur zu Feld wird danach bestimmt, ob der betreffende Zustand links oder rechts von der Kurve für das Material liegt. Bei links von der Kurve dargestellten Temperatur-Feld-Bedingungen ist das Material supraleitend und bei den rechts von der Kurve liegenden mit Widerstand behaftet oder normalleitend. Die Kurve für jedes Material kann sich etwas verändern je nach der Reinheit der verwendeten Probe und der Art, in der sie hergestellt worden ist. Wenn z. B. Tantal auf einer Temperatur von 4,2° K gehalten wird, bei dieser Temperatur siedet flüssiges Helium bei Atmosphärendruck, so bleibt das Material im supraleitenden Zustand, solange die Stärke des magnetischen Feldes, dem es ausgesetzt wird, unter der eines Übergangsfeldes liegt, die für verschiedene Proben zwischen etwa 50 und 100 örsted liegt. Für die Zwecke dieser Beschreibung wird angenommen, daß das verwendete Tantal ein Schwellenfeld von 50 ör-

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sted bei einer Temperatur von 4,2° K hat. Wenn dieser Wert der Feldstärke überschritten wird, wird die Supraleitfähigkeit in dem Material beseitigt, d. h. das Material macht einen Übergang aus dem supraleitenden in den normalleitenden Zustand durch. Aus der Auftragung geht außerdem hervor, daß bei dieser Arbeitstemperatur sowohl Blei als auch Niobium im supraleitenden Zustand bleiben in Gegenwart von Feldern, deren Stärke viel größer als die des Schwellenfeldes für Tantal ist. In Abwesenheit eines magnetischen Feldes hat Niobium eine Übergangstemperatur von 8° K, und bei 4,2° K benötigt es ein Schwellenfeld von über 1000 örsted, um aus dem supraleitenden in den normalen Zustand umgeschaltet zu werden. Lediglich zur Veranschaulichung dieser Beschreibung und nicht als Beschränkung der Erfindung sei angenommen, daß die nachstehend besprochenen Kryotrons auf einer Arbeitstemperatur von 4,2° K gehalten werden und daß sie Tantal-Torleitungen enthalten, die ein Schwellenfeld von 50 örsted erfordern, sowie Niobium-Steuerleitungen. Es können auch andere Betriebstemperaturen und andere Kombinationen von Materialien verwendet werden. Zum Beispiel können bei Arbeitstemperaturen, die etwas unter 3,72° K liegen, der Übergangstemperatur für Zinn, Kryotrons verwendet werden, die Zinn-Torleitungen und Blei-Steuerleitungen enthalten.

Die Art des Überganges zwischen dem supraleitenden und dem normalen Zustand für einen auf 4,2° K gehaltenen Tantaldraht ist in Fig. 2 dargestellt. Die Abszisse der Auftragung stellt die Stärke des an das Tantal angelegten magnetischen Feldes H dar, und die Ordinate stellt den tatsächlichen Widerstand des Tantals R im Verhältnis zu dessen Widerstand im normalen oder mit Widerstand behafteten Zustand Ro dar. Wie die Auftragung zeigt, bleibt der Widerstand gleich Null bei Feldstärken unter 50 örstedt. Wenn jedoch die Stärke des an den Draht angelegten magnetischen Feldes über diesen Schwellenwert hinaus erhöht wird, der in der Figur durch Hc dargestellt wird, erfährt das Tantal einen Übergang und nimmt seinen normalen Zustand an. Der Übergang ist umkehrbar ohne merkliche hysteretische Wirkungen, und das Tantal geht wieder in den supraleitenden Zustand, wenn die Stärke des angelegten Feldes unter 50 örsted sinkt. Der Übergang erfolgt sehr schnell und grenzt — wie die Kurve zeigt — den supraleitenden und den mit Widerstand behafteten Zustand für das Tantal scharf gegeneinander ab.

Fig. 3 stellt schematisch ein sogenanntes Kryotron dar. Das Kryotron umfaßt eine Torleitung G aus Tantal, um die eine einzige Windung C aus Niobium gewickelt ist. Es können auch Kryotrons hergestellt werden, die mehrere überlagerte Steuerwicklungen verwenden, λόπ denen jede bei ihrer Erregung ein magnetisches Feld an das Tantaltor anlegt, so daß das an das Tor angelegte Nettofeld die Summe oder Differenz dieser einzelnen Felder ist, je nachdem, ob sie in derselben oder in entgegengesetzten Richtungen angelegt werden. Eine Anordnung dieser Art ist in Fig. 4 dargestellt, wo zwei überlagerte Wicklungen C1 und C 2 das Tor G umgeben.

Während des Betriebs der Kryotrons in einer Schaltung, wie der nachstehend beschriebenen, wird häufig bewirkt, daß Strom durch eine Kryotron-Torleitung zur gleichen Zeit fließt, wenn Erregungsströme an eine oder mehrere Steuerleitungen angelegt werden. Dieser Torstrom erzeugt ein magnetisches Feld, das rechtwinklig zu dem von der Steuerspule oder den Steuerspulen angelegten Feld liegt. Die Feldstärke in der Nähe des Torelements wird in einem solchen Falle bestimmt durch die Quadraturaddition der Spulen- und Torfelder. Damit nun die Kryotrons in Schaltungen verwendbar sind, in denen das eine das andere treibt, müssen sie so hergestellt werden, daß sie stromverstärkend wirken, und aus diesem Grunde wird die Wirkung des Eigenfeldes des Tors gegenüber dem von der Spule angelegten Feld auf einem Mindestwert gehalten. Obwohl das Eigenfeld der Torleitung bei der

ίο Bestimmung der tatsächlichen Feldstärke des jeweils daran angelegten magnetischen Feldes berücksichtigt werden muß, werden hier zur Erleichterung der Erklärung der nachstehend beschriebenen Schaltung nur die Felder berücksichtigt, die durch eine oder mehrere mit jedem Tor verbundene Spulen angelegt werden.

Fig. 5 zeigt nun eine Schaltung nach der Erfindung, die sowohl Ein- als auch Zweispulenkryotrons verwendet. Es handelt sich dabei um eine Verriegelungsschaltung, die dazu dient, anzuzeigen, wenn der

ao Strom in einer bestimmten Leitung aus irgendeinem Grunde unterbrochen wird. Kryotronschaltungen für Rechenanlagen der beschriebenen Art sind im wesentlichen abhängig von einem ununterbrochenen Stromfluß aus einer z. B. einzelnen Stromquelle. Die Schaltung von Fig. 5 kann verwendet werden, um anzuzeigen, wenn der Strom aus dieser Quelle für eine Zeitdauer unterbrochen worden ist, die ausreicht, um den Zustand der bistabilen Kippschaltungen und anderer Kryotronvorrichtungen in einer Rechenanlage, in der die Schaltung verwendet wird, zu ändern. Das Ventil 20 stellt die Schaltungen dar, die z. B. ein Netzwerk von aus Kryotrons aufgebauten bistabilen Kippschaltungen bilden können, das zur Ausführung von einer oder mehreren Funktionen in einer Rechenanlage verwendet wird. Diese Schaltungen empfangen ihren Gleichstrom aus einer Leitung 22, die an eine in der Figur durch eine Batterie 24 und einen Widerstand 26 dargestellte konstante Stromquelle angeschlossen ist. Die Schaltung von Fig. 5, die Unterbrechungen in dem von dieser Quelle der durch das Viereck 20 dargestellten Schaltung zugeführten Strom anzeigt, umfaßt vier Kryotrons KZ, K4, K5 und K6. Diese Kryotrons haben Tore GZ, Gi, G5 und G6. Jedes der Kryotrons K 5 und K 6 hat eine einzelne Steuerwicklung C 5 bzw. C6, und die Kryotrons KZ und KA haben jedes zwei Steuerwicklungen CZa und CZb bzw. CAa und C4b. Die Steuerwicklungspaare der Kryotrons KZ und KA sind in der in Fig. 4 gezeigten Weise einander überlagert, obwohl in Fig. 5 die tatsächliche Überlagerung

So nicht gezeigt ist, um die Verbindung zu den verschiedenen Tor- und Steuerleitungen deutlicher zeigen zu können.

Die Steuerspulen CZa und CAa auf den Kryotrons KZ und KA sind tatsächlich ein Teil der die Leitung 22 mit der Batterie 24 verbindenden Serienschaltung. Die Windungszahl dieser Wicklungen und der in dieser Schaltung normalerweise fließende konstante Strom sind so gewählt, daß jede an ihr zugeordnetes Tor ein magnetisches Feld anlegt, das größer ist als das Schwellenfeld Hc für das Tor (s. Fig. 2). Speziell legt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jede Wicklung ein Feld an, das +l.lmal so groß ist wie die Stärke Hc des Schwellen- oder kritischen Feldes, was durch die in Kreisen stehenden Werte neben den Wick-Jungen angedeutet ist. Die Wicklung CAb auf dem Kryotron KA ist eine Vorspannungswicklung, die an eine durch eine Batterie 30 und einen Widerstand 32 dargestellte konstante Stromquelle angeschlossen ist. Der von dieser Quelle gelieferte konstante Strom ist unter der Annahme, daß die Ganghöhe der Wick-

hingen .Κ4α und KAb gleich ist, 1, 9/1, lmal größer als derjenige, der in der von Batterie 24 gespeisten Reihenschaltung fließt. Daher legt die Wicklung CAb ein Vorspannungfeld von —1,9 Hc an das Tor G 4 an, wobei das negative Vorzeichen anzeigt, daß dieses Feld in einer Richtung angelegt wird, die der Richtung des durch die Wicklung CAa angelegten Feldes entgegengesetzt ist.

Die zweite Wicklung C3b auf dem Tor G 3 ist mit diesem Tor in Reihe geschaltet, so daß der ganze Strom in dem Tor diese Wicklung durchfließen muß. Die Verriegelungs- oder Anzeigeschaltung empfängt ihren Strom von einer durch eine Batterie 40 und einen Widerstand 42 dargestellten konstanten Stromquelle, und zwar wird der gelieferte Strom so gewählt, daß, wenn er gänzlich durch das Tor G 3 fließt, die Wicklung C3b an dieses Tor ein Feld mit der Stärke —0,9 Hc anlegt, wobei das Minuszeichen anzeigt, daß dieses Feld in entgegengesetzter Richtung zu dem Feld angelegt wird, das von der anderen überlagerten Wicklung C3a angelegt wird.

Die Wicklung C 5 auf dem Tor G'5 ist eine Steuerwicklung, die wahlweise mit einem Strom erregt wird, der ausreicht, um die Wicklung wirksam zu machen, an das Tor ein Feld anzulegen, dessen Stärke größer als der kritische Wert ist, nämlich 1,5 Hc. Wenn die Wicklung C 5 mit einem aus den Batterien 24, 30 und 40 fließenden Strom erregt wird, findet folgende Operation statt:

Wenn beide Wicklungen CAa und CAb erregt sind, ist das an das Tor G 4 angelegte Nettofeld schwächer als der kritische Wert, so daß dieses Tor in einem supraleitenden Zustand ist. Die Erregung der Spule C 5 bringt das Tor G 5 in den mit Widerstand behafteten Zustand, so daß ohne Rücksicht auf das an das Tor G 3 angelegte Feld der ganze Strom aus der Batterie 40 veranlaßt wird, in dem das Tor G 4 umfassenden, gänzlich supraleitenden Pfad zu fließen. Die Spule C 5 wird für eine Zeitdauer erregt gehalten, die ausreicht, um sicherzustellen, daß dieser Zustand hergestellt wird, und wird dann abgeschaltet.

Da die Spulen C4a und CAb beide erregt bleiben und entgegengerichtete Felder an das Tor G 4 anlegen, wird dieses Tor einem Nettofeld von — 0,8 Hc ausgesetzt und bleibt im supraleitenden Zustand. Da die Spule C3b abgeschaltet bleibt, wenn kein Strom im Tor O3 fließt, genügt das durch die Wicklung C3a angelegte Feld, um das Tor G 3 im Normalzustand zu halten. Wenn daher die Wicklung C 5 einmal erregt worden ist, um diesen Zustand herzustellen, und der ganze Strom aus der Batterie 40 in der Seite der Parallelschaltung fließt, die das Tor G 4 einschließt, hält dieser Zustand nach Abschaltung dieser Wicklung an, solange keine Änderung in dem die anderen Wicklungen durchfließenden Strom eintritt.

Bei Unterbrechung des Stroms von der Batterie 24 zur Leitung 22 aus irgendeinem Grunde werden jedoch die Wicklungen C3a und C4a abgeschaltet. Das Tor G4 ist dann nur dem Feld der Wicklung CAb ausgesetzt und wird daher in den normalen Zustand geschaltet, während das Tor G 3 nach Entfernung des Feldes der Spule C3 α supraleitend wird. Der Strom verschiebt sich dann von dem Tor G4 zu dem anderen Zweig der Parallelschaltung, der das Tor G 3 enthält, und die Zeit für die Ausführung dieser Stromverschiebung hängt ab von der L/i?-Zeitkonstante des Stromkreises.

Nach Verschiebung des ganzen Stroms legt der Strom in der Spule C3b ein Feld von —0,9 Hc an das Tor G 3 an. Da dieses Feld unter dem kritischen Wert liegt, bleibt dieses Tor supraleitend. Bei Wiedereinsetzung des Stroms in der die Spulen C3a und C3b umfassenden Speiseschaltung bleibt das Tor G3 supraleitend, da das Feld der Spule C3b das der Spule C3a verkleinert. Das Tor G4 wird wieder supraleitend, da das Feld der Spule CAa das der Spule C4b schwächt. Wenn jedoch der Strom einmal in dem die Tore G 3 und G 5 umfassenden, vollständig supraleitenden Pfad errichtet ist, hat es keine Wirkung, wenn

ίο danach der andere Parallelpfad supraleitend gemacht wird. Dies beruht darauf, daß eine supraleitende Schleife gebildet wird, wenn alle Tore supraleitend sind, und eine der Erscheinungen dieses Zustandes ist es, daß der eine vollständig supraleitende Schleife verkettende Nettofluß nur dann geändert werden kann, wenn irgendein Widerstand in die Schleife eingeführt wird.

Wenn also der Strom einmal in der Speiseschaltung zu der Rechenanlage oder anderen durch das Viereck 20 dargestellten supraleitenden Vorrichtung unterbrochen worden ist, wird die Anzeige-Verriegelungsschaltung in einen stabilen Zustand geschaltet, in dem der ganze Strom in dem die Tore G 3 und G 5 umfassenden Pfad fließt. Wenn die Schaltung einmal umgeschaltet ist, wird sie in diesem Zustand verriegelt infolge der regenerativen Verbindung zwischen der Wicklung C3b und dem Tor G3. Die Länge der Stromunterbrechung in der Speiseschaltung, die nötig ist, um diesen verriegelten Zustand herbeizuführen, hängt natürlich von der L/i?-Zeitkonstante der Verriegelungsschaltung ab.

Der Ausgang der Schaltung kann über ein weiteres Kryotron abgenommen werden, dessen Steuerspule in einem der Parallelarme der Schaltung eingeschlossen ist. Ein Beispiel für eine solche Anordnung zeigt die Spule C 6 des Kryotrons K 6, das in der linken Seite der Verriegelungsschaltung liegt. Das Tor G 6 dieses Kryotrons ist in einem widerstandslosen Zustand, wenn die Verriegelungsschaltung im normalen Zustand ist, wird jedoch in den mit Widerstand behafteten Zustand getrieben, wenn der Strom in der Speiseschaltung unterbrochen wird. Der Zustand der Schaltung kann festgestellt werden durch Beobachtung des Widerstandes zwischen einem Klemmenpaar 50 und 52, oder das Tor G 6 des Kryotrons K 6 kann in einem weiteren Kryotronschaltkreis liegen, der betätigt wird, wenn der Strom in der Netzleitung unterbrochen wird.

Als weitere Begleiterscheinung bei der Verwendung

der regenerativen Wicklung C 3 b für die Herbeiführung der Eigenverriegelung der Schaltung sei darauf hingewiesen, daß die Länge der Stromunterbrechung nicht die Zeitkonstante der Schaltung zu überschreiten braucht, um eine gespeicherte Anzeige dafür zu erlangen, daß eine Unterbrechung stattgefunden hat. Bei Verwendung der Spulen und Ströme für die Anlegung der angegebenen Feldwerte ist es z. B. für eine verriegelte Anzeige einer Unterbrechung nur nötig, daß die Länge der Unterbrechung ausreicht, um einen Strom, der größer als ein Neuntel des Gesamtstroms aus der Batterie 40 ist, vom Tor G 4 zum Tor G 3 verschieben zu lassen. Wenn eine Verschiebung dieses Stromes erfolgt ist, legt die Wicklung C 3 b ein Feld von über — 0,1 Hc an, das dem von der Wicklung C3a bei Wiedererregung angelegten Feld entgegengerichtet ist.

Daher bleibt das Tor G 3 supraleitend, wenn der Speisestrom wieder erscheint, und der verschobene Strom fließt weiter durch dieses Tor. Diese Stromverschiebung ist kumulativ, da bei jeder Unterbrechung des Stroms in der die Spulen C3o und CAa enthaltenden Netzleitung ein Teil des Verriegelungs-

Schaltungsstromes vom Tor G 4 zum Tor G 3 verschoben wird und die Stromverteilung stets durch die Wiederherstellung des Speisestromes unbeeinflußt bleibt. Daher kann der Aufbau der Kryotrons und die Zeitkonstante der Verriegelungsschaltung je nach den Eigenschaften der durch das Viereck 20 dargestellten Rechenschaltung verändert werden, so daß z. B. kein Strom dauernd verschoben wird mit Ausnahme einer Stromunterbrechung, die lang genug ist, um diese Rechenschaltung zu stören. Wenn auch aufeinanderfolgende Unterbrechungen kürzerer Dauer schädliche Wirkungen haben, kann eine Anordnung verwendet werden, in welcher entweder durch eine einzige Unterbrechung von vorherbestimmter Dauer oder durch eine Reihe von Unterbrechungen kürzerer Dauer genügend Strom verschoben wird, um das Tor G6 in dem mit Widerstand behafteten Zustand gehen zu lassen.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer bistabilen Kippschaltung mit Kryotrons mit binärem Eingang. Die Schaltung umfaßt zwei parallele Pfade A und B, durch welche Strom aus einer durch eine Batterie 56 und einen Widerstand 58 dargestellten Quelle fließen kann. Der Pfad A umfaßt das Tor G 7 eines Kryotrons K7, die Spule C8 eines Kryotrons KS, das Tor G 9 eines Kryotrons K 9, eine Spule ClOc eines Zweispulenkryotrons KlO und die Spule CIl eines Kryotrons KIl. Der andere Pfad B umfaßt das Tor GB, die Spule C 7, das Tor G12 eines Kryotrons Ä"12, eine Spule C13 α eines Zweispulenkryotrons K13 und die Spule C14 eines Kryotrons K 14t. Die Kryotrons K7 und K 8 sind über Kreuz gekoppelt, d. h., das Tor jedes von ihnen ist mit der Steuerspule des anderen in Reihe geschaltet, so daß bei Errichtung von Strom in einem der Pfade dieser Strom durch eine Steuerspule fließt, die ein Tor in dem anderen Pfad umgibt, um das betreffende Tor in dem mit Widerstand behafteten Zustand und damit die Schaltung in diesem Zustand stabil zu halten.

Der binäre Eingang zu dieser bistabilen Kippschaltung wird an eine Klemme 60 unter der Steuerung eines Schaltkreises 62 angelegt. Die Kryotrons K10 und K13 dienen als Steuerschaltung, um die Eingangsschaltimpulse zu dem richtigen Eingangskryotron K 9 oder K12 zu lenken, so daß die Schaltung aus dem gegenwärtigen in den anderen Zustand geschaltet wird bei Empfang jedes Schaltimpulses. Die Wicklungen C13a und ClZb des Kryotrons K13 und ClOa und ClOb des Kryotrons ATlO sind tatsächlich in der in Fig. 4 gezeigten Weise einander überlagert. Jede der Wicklungen ClO b und C13 6 ist mit ihrem eigenen Tor in Reihe geschaltet, so daß aller Strom in dem Tor unbedingt in der Wicklung fließen muß. Die an die Klemme 60 angelegten Stromsignale sind solcher Art. daß, wenn dieser ganze Strom durch eine der Wicklungen ClO b oder C13 6 fließt, diese Wicklung an das von ihr umgebene Tor ein Feld anlegt, dessen Stärke gleich —0,75 Hc ist. Die Wicklungen ClOa und C13 α liegen in Pfaden A bzw. B, und der Strom von der durch die Batterie 56 und den Widerstand 58 dargestellten Quelle ist so stark, daß, wenn der ganze Strom in einem der Pfade fließt, diejenige Spule, die in dem betreffenden Pfad liegt, an das von ihr umgebene Tor ein Feld mit der Stärke +1,5 Hc anlegt. Wie zuvor, sollen die Plus- und Minuszeichen nur anzeigen, daß die von den beiden überlagerten Spulen auf jedem der Kryotrons KlO und K13 angelegten Felder entgegengesetzt gerichtet sind.

Die Wirkungsweise der Schaltung geht am besten aus dem Impulsdiagramm von Fig. 7 hervor, das die Änderungen im Strom und im magnetischen Feld an verschiedenen Stellen in der Schaltung zeigt, wenn ein binäres Eingangssignal an die Klemme 60 angelegt wird und der ganze Strom anfangs im Pfad A fließt. Das Eingangsstromsignal wird durch die Kurve 70 dargestellt. Da der Strom im Pfad A die Wicklung ClOa veranlaßt, ein Feld von 1,5 Hc an das Tor ClO anzulegen (s. Kurve 78) und dadurch dieses Tor im mit Widerstand behafteten Zustand hält, wird der ganze Strom von der Klemme 60 nach einem anfänglichen Einschwingimpuls im Tor GlO (s. Kurve 79) durch das Tor G13 gelenkt, das im supraleitenden Zustand ist. Diesen Stromfluß zeigt die Kurve 76, und das resultierende magnetische Feld, das anfangs an dieses Tor durch die in Reihe mit dem Tor geschaltete Wicklung C 13 b angelegt wird, ist durch die Kurve 80 dargestellt. Das Tor G13 ist mit der Steuerspule C 9 des Kryotrons if 9 in Reihe geschaltet, und kurz bevor der angelegte Stromimpuls durch diese Wicklung seinen Höchstwert erreicht hat, wird das im Pfad A liegende, von ihr umgebene Tor G 9 in den mit Widerstand behafteten Zustand getrieben. Jetzt beginnt, wie die Kurven 72 und 74 zeigen, der Strom von der Batterie 56 sich von Pfad A zu Pfad B zu verschieben, wodurch das von der Wicklung ClOa an das Tor GlO angelegte Feld verringert wird (Kurve 78) und das von der Wicklung C13 α an das Tor G13 angelegte Feld erhöht wird (Kurve 80). Die von den Wicklungen C13 α und C 13 b an das Tor 13 angelegten Felder wirken in entgegengesetzten Richtungen, so daß, da das von der Wicklung C13 α angelegte Feld mit der Zunahme des Stromes im Pfad B sich verstärkt, das an das Tor G13 angelegte Nettofeld von — 0,75 Hc, der Stärke des von der Wicklung C 13 b angelegten Maximalfeldes, auf +0,75 Hc steigt, das die Differenz zwischen diesem Feld und dem von der Wicklung C13 α angelegten Maximalfeld darstellt, wenn der ganze Strom zum Pfad B verschoben worden ist. Der vorher errichtete Strom durch das Tor G13 und die damit in Reihe geschaltete Wicklung C 13b verhindert, daß dieses Tor bei Verschiebung des Stroms vom Pfad A zum Pfad B in den mit Widerstand behafteten Zustand getrieben wird.

Während der Stromverschiebungsoperation wird das Tor G10 supraleitend mit der \'"erschiebung des Stroms aus Pfad A und damit Spule ClOa in den Pfad B. Dies tritt jedoch erst dann ein, wenn der ganze an die Klemme 60 angelegte Strom im Tor G13 fließt, und wie bereits oben erklärt worden ist, wird, wenn ein Strom erst einmal in dem einen supraleitenden Pfad fließt, dieser Zustand nicht dadurch gestört, daß danach ein Parallelpfad supraleitend wird. Daher wird der ganze Strom in Pfad B verschoben, und wenn bei Beendigung des Eingangssignals die Wicklung C 13 b abgeschaltet wird, legt der Strom durch die Wicklung C13 α an das Tor G13 ein Feld an, dessen Stärke 1,5 Hc beträgt, um dieses Tor in den mit Widerstand behafteten Zustand zu treiben. Das nächste an die Klemme 60 angelegte Eingangssignal wird daher durch Tor GlO, Wicklung ClOb und Wicklung C12 gelenkt, um das Tor G12 in den mit Widerstand behafteten Zustand zu treiben und die Schaltung wieder in den anderen stabilen Zustand zu kippen, in dem der Strom von der Batterie 56 im Pfad A fließt.

Die überlagerten Wicklungen ClOa und C10 6 und C13α und C 13b sind induktiv gekoppelt, und jede von ihnen induziert bei ihrer Erregung oder Abschaltung einen Strom in der anderen. Diese gegenseitige Induktivität könnte schädliche Auswirkungen während der Schaltoperation haben. Zum Beispiel induzieren in der oben beschriebenen Operation bei Umschaltung des

Stroms vom Pfad A zum Pfad B die Wicklungen ClOa und C 13 a Ströme in den Wicklungen ClOb und C13 b. Diese induzierten Ströme sind additiv und könnten möglicherweise die Stromverteilung zwischen den Toren G10 und G13 ändern. Um diese Möglichkeit auszuschalten, werden der Schaltung zwei Paare von Spulen 82 und 84 mit gegenseitiger Induktivität hinzugefügt. Die gegenseitige Induktivität dieser Spulenpaare ist von gleicher Stärke und engegengesetzter Richtung gegenüber der der überlagerten Wicklungen auf den Kryotrons K10 und K13, und daher heben die Spulen die gegenseitige Induktivität zwischen den überlagerten Spulen auf den Kryotrontoren auf.

Eine Möglichkeit zur Ausschaltung schädlicher Wirkungen infolge der gegenseitigen Induktivität zwischen den Spulen ClOa und ClOb und den Spulen C13 α und C 13 b ist in Fig. 8 dargestellt. Hier ist nur ein Teil der Schaltung gezeigt, und es werden dieselben Bezeichnungen für Elemente verwendet, die den in Fig. 6 dargestellten entsprechen. In dieser Schaltung fallen die Spulen 82 und 84 mit gegenseitiger Induktivität aus, und an ihrer Stelle sind zwei über Kreuz gekoppelte Kryotrons K15 und K16 der Eingangsschaltung hinzugefügt worden. Das Tor jedes dieser Kryotrons ist in einen der beiden Parallelzweige der Eingangsschaltung eingebaut, und da in jedem von ihnen die Spule mit dem Tor des anderen in Reihe geschaltet ist, sind beide wirksam, um den Stromfluß durch eine Seite des Paralleleingangskreises nach dessen Errichtung aufrechtzuerhalten. Wenn daher einmal ein Eingangssignal zu dem einen oder dem anderen der beiden Parallelzweige der Eingangsschaltung je nach dem Zustand der Tore G10 und G13 gerichtet worden ist, wird ein entsprechendes der Tore der über Kreuz gekoppelten Kryotrons K14 und K15 in den mit Widerstand behafteten Zustand getrieben und darin gehalten durch diesen Stromfluß, und die Wirkung der gegenseitigen Induktivität auf die überlagerten Spulen auf den Kryotrons K10 und K13 ändert nicht den hergestellten Stromzustand der Eingangsschaltung.

Ob nun die in Fig. 6 gezeigten Spulen mit gegenseitiger Induktivität oder die in Fig. 8 gezeigten über Kreuz gekoppelten Kryotrons verwendet werden, der Ausgang der binären Eingangsschaltung wird über zwei Kryotrons KIl und K14: entnommen. Die Spulen C11 und C14 dieser Kryotrons liegen in den Pfaden A bzw. B, so daß, wenn die bistabile Kippschaltung in dem einen stabilen Zustand ist, in dem Strom im Pfad A fließt, das Tor GIl des Kryotrons KIl mit Widerstand behaftet und das Tor G14 des Kryotrons i£14 supraleitend ist, während im anderen stabilen Zustand der bistabilen Kippschaltung das Tor G11 supraleitend und das Tor G14 mit Widerstand behaftet ist. Diese Tore sind mit einer durch eine Batterie 90 und einen Widerstand 92 dargestellten Stromquelle parallel geschaltet, und der Zustand der bistabilen Kippschaltung wird ständig durch dasjenige dieser Tore angezeigt, in dem Strom aus dieser Quelle fließt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung, in welcher der Leitfähigkeitszustand eines Supraleiters tiefer Temperatur durch die Feldstärkeänderung eines auf den Supraleiter einwirkenden Magnetfeldes zwischen dem supraleitenden und dem normalleitenden Zustand umsteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Supraleiter (G 3) einwirkende Magnetfeld durch zwei entgegengesetzte Durchflutungen hervorrufende und fest miteinander gekoppelte Wicklungen (CSa,, C3b) auf dem Supraleiter (G 3) erzeugt wird und daß eine der beiden Wicklungen (C3b) mit dem Supraleiter (G3) in Reihe geschaltet ist (Fig. 5).

2. Verriegelungsschaltung mit einer Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung aus dem Supraleiter (G 3) und eine seiner beiden Wicklungen (C 3 b) parallel mit einem zweiten in seinem Leitfähigkeitszustand umsteuerbaren Supraleiter (G 4) an eine Stromquelle (40) angeschlossen ist, daß die andere der beiden Wicklungen (C3α) des ersten Supraleiters (G4) mit dem Eingang verbunden ist, und daß der zweite Supraleiter (G 4) über eine zweite Wicklung (C 4 b) eine der von der ersten Wicklung (C 4 α) hervorgerufenen Durchflutung entgegengesetzte Vormagnetisierung erhält (Fig. 5).

3. An einem Eingang umsteuerbare bistabile Kippschaltung mit einer Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Eingangswicklung (C 9) einer an zwei Eingängen (C 9, C12) ein-bzw. rückstellbaren bistabilen Kippschaltung mit zwei parallel an eine Stromquelle (56) angeschlossenen supraleitenden und in ihrem Leitfähigkeitszustand umsteuerbaren Zweigen (A, B), in welchem auf jeden Zweig (A: G 9, G 7) eine Eingangswicklung (C 9) und vorzugsweise eine in den anderen Zweig (B) eingeschaltete Steuerwicklung (C 7) einwirkt, in Reihe mit dem umsteuerbaren Supraleiter (G 13) und dessen einer Wicklung (C 13 b) einer Anordnung nach Anspruch 1 (K 13) an den Eingang (62) der Anordnung angeschlossen ist und daß die zweite Wicklung (C 13 α) jeder Anordnung nach Anspruch 1 (K13) jeweils in den anderen Zweig (B) der bistabilen Kippschaltung eingeschaltet ist (Fig. 6).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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