Chaîne de comptage binaire La présente invention a pour objet une chaine de comptage binaire. Elle est carac térisée en ce qu'elle comprend des éléments bistables ferro-résonnants, ayant chacun un seul circuit d'entrée de déclenchement connecté à une source d'impulsions de déclenchement et un circuit de sortie pouvant être à une tension alternative élevée ou faible, des éléments bi- stables adjacents ayant le circuit de sortie de l'un des deux connecté au circuit d'entrée de déclenchement de l'autre par l'intermédiaire d'une porte, les portes, sauf la première,
ayant trois circuits d'entrée connectés respectivement à la source d'impulsions de déclenchement, au circuit de sortie de l'élément précédent à la porte précédente et pouvant être soumis à deux tensions continues suivant la valeur de la ten sion alternative dans le circuit de sortie de l'élément précédent et la valeur de la tension continue de la porte précédente de façon que le passage des impulsions de déclenchement à travers une porte, pour déclencher lesdits élé ments à l'état opposé, soit déterminé par une combinaison prédéterminée des conditions de tensions alternative et continue dans le précé dent élément et la précédente porte respective ment.
Suivant un mode de réalisation, la présente invention comprend une source de tension al ternative connectée à une série d'étages de basculeurs ferro-résonnants. Chaque étage com prend deux voies conductrices de courant, dont l'une conduit un courant relativement élevé, tandis qu'au même moment l'autre conduit un courant relativement faible. L'état de courant des voies de chaque étage est capable d'être renversé par l'application d'une impulsion de déclenchement sur une seule entrée de l'étage. Les impulsions à compter sont amenées direc tement à l'entrée du premier étage et aux entrées de chacun des étages restant par des portes à diode.
En plus de la réponse à ces impulsions, chacune de ces portes obéit aussi à la sortie alternative de l'étage précédent et à la sortie de la porte couplée à l'entrée de l'étage précédent. Chaque porte est disposée de façon que ses entrées soient connectées au moyen de diodes à cristal à un point commun qui est relié à une source de tension continue positive au moyen d'une résistance shuntée par un condensateur. Ce condensateur sert à filtrer l'ondulation alternative à la sortie de la porte due à la tension alternative d'entrée. La sortie de la porte peut se trouver à une tension conti nue, soit relativement élevé, soit relativement faible.
La constante de temps d'un condensa teur de couplage, à la sortie de la porte et de la résistance, oblige l'augmentation de tension, jusqu'à sa valeur maximum, à être graduelle à la sortie de la porte. D'autre part, la constante de temps de cette capacité de sortie et de la faible résistance de la diode à cristal à laquelle on applique les impulsions de comptage oblige la chute de la tension, jusqu'à son niveau mini mum à la sortie de la porte, à être tout à fait brutale.
La tension continue élevée ou faible, prise sur chacune des portes est amenée à la porte suivante, tandis que la chute de la ten sion rendue sensible pour la capacité de cou plage engendre une impulsion aiguë que l'on applique à l'entrée de déclenchement de l'étage auquel est connectée la sortie de la porte.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. 1 représente un schéma de principe de la chaîne de comptage binaire. La fig. 2 représente schématiquement un basculeur ferro-résonnant à une seule entrée. Les fig. 3 et 4 permettent d'expliquer la théorie du fonctionnement de chacune des voies ferro-résonnantes du basculeur représenté sur la fig. 2.
La fig. 5 représente schématiquement une porte à diode telle qu'on l'utilise dans le circuit de la fig. 1. La fig. 6 représente la forme de la tension en fonction du temps pour expliquer le fonc tionnement du circuit représenté sur la fig. 1. On se reportera maintenant à la fig. 1 qui représente un schéma de principe 'd'une forme d'exécution. Les trois étages 20, 21 et 22 d'un compteur binaire formés respectivement des basculeurs ou flip-flops <I>A0, A1</I> et<I>A2,</I> y sont représentés. Chaque étage est relié à l'étage suivant au moyen d'une porte à diode.
Ainsi la porte GI :relie l'étage 20 à l'étage 21, et la porte GZ relie l'étage 21 à l'étage 22. Un fil d'entrée commun 9 fournit des impulsions carrées négatives C pour déclencher les étages. La connexion d'entrée commune 9 est reliée directement à la connexion d'entrée de déclen chement 10 de l'étage 20 et aux connexions d'entrée de déclenchement 19 et 31 de l'étage 21 et de l'étage 22, au moyen des portes GI et G2, respectivement.
La porte à diode GI comprend deux connexions d'entrée 11 et 12 munies respecti vement des diodes à cristal<B>Dl</B> et D2 reliées à un point commun 13. .Le point 13 est relié à une source de tension continue positive B -I- par une résistance 15 shuntée par une capa cité 16. Les diodes<B>Dl</B> et<I>D.,</I> sont connectées de façon que le courant puisse aller de la source B-I- au potentiel plus faible des entrées des portes.
La sortie A,I du basculeur du pre mier étage AO est reliée à la première connexion d'entrée 11 et la connexion d'en trée commune 9 est reliée à la deuxième connexion d'entrée 12 de la porte Gl. Le point commun 13 de la porte GI est couplé au moyen de la capacité 18 à la connexion d'en trée de déclenchement 19 de l'étage 21 du basculeur<I>A1.</I> La porte G2 est reliée de même à la porte GI et au basculeur<I>A1</I> par trois connexions d'entrée 21, 22 et 23 munies res pectivement de diodes à cristal D.3, <B><I>Dl</I></B><I> et<B>D.,</B></I> qui sont reliées au point commun 24.
Ce point commun 24 est relié à la source de tension continue positive B-I- par une résistance 26 shuntée par une capacité 27. La sortie A1 du basculeur<I>A1</I> est reliée à la première connexion d'entrée 21 de la porte G2 ; la sortie GI de la porte Gl est reliée à la deuxième connexion d'entrée 22 de 1a porte G2 et la connexion d'entrée commune 9 est reliée à la troisième connexion d'entrée 23 de la porte G2. Le point commun 24 de la porte G2 est couplé au moyen d'une capacité 30 à la connexion d'en trée de déclenchement 31 du basculeur A2.
Si l'on doit utiliser des étages supplémentaires, on les connectera aux précédents circuits à l'aide d'une porte à trois entrées semblable à la porte G2.
On va décrire le basculeur ferro-résonnant à une seule entrée tel qu'on l'utilise dans chaque étage du compteur.
Comme le représente la fig. 2, le basculeur est formé de la voie<I>Pa</I> et de la voie<I>Pb.</I> La voie<I>Pa</I> comprend une inductance<I>LI</I> en série avec une capacité<I>CI</I> et la voie-Pb comprend une inductance L.. en série avec une capa cité C2. Les éléments correspondants de cha cune de ces voies ont les mêmes valeurs. Les extrémités d'inductance des voies<I>Pa</I> et<I>Pb</I> sont reliées au point commun 33 qui est connecté par l'intermédiaire d'une capacité C,3 à une source alternative à faible impédance. Une bobine d'arrêt haute fréquence 35 fournit un retour à la masse pour le courant continu du point commun 33.
Les inductances<I>LI</I> et L. sont formées des enroulements 36 et 37 autour des noyaux 38 et 39, respectivement. Ces noyaux sont formés de préférence en enroulant en tube une mince feuille d'un matériau ferro magnétique, ce tube ayant un rapport longueur à diamètre de l'ordre de 10 à 1.
L'enroulement de déclenchement d'entrée 40 est enroulé autour d'un noyau 38 de l'in ductance<I>LI,</I> et un enroulement de déclen chement d'entrée semblable 41 est enroulé autour du noyau 39 de l'inductance L_ Ces enroulements de déclenchement sont reliés en série à la connexion d'entrée de déclenche ment 42. Ainsi un signal appliqué à la con nexion d'entrée 42 met en même temps sous tension les deux enroulements de déclenche ment. Une connexion de sortie 43 est reliée au point commun de la capacité C., et de l'in ductance L., de la voie<I>Pb,</I> et de même une connexion de sortie 44 est reliée à la voie<I>Pa.</I>
La connexion de sortie 43, par exemple, reliée à la voie<I>Pb</I> comprend une diode 45b et une charge inductive sous forme de l'en roulement de commande 47b d'un amplifica teur magnétique 49b. L'amplificateur magné tique 49b sert de circuit séparateur entre le basculeur et la charge sur la connexion de sortie 48. Un dispositif de sortie semblable comprenant une diode 45a et un enroulement de commande 47a d'un amplificateur magné tique 49a et relié à la connexion de sortie 44 de la voie<I>Pa.</I> Cette disposition fournit une charge mieux équilibrée sur chaque voie du basculeur, augmentant ainsi la sensiblité et la sécurité du déclenchement du basculeur.
Chacune des voies LC, <I>Pa</I> et<I>Pb,</I> des bas- culeurs, est à fonctionnement bistable. On peut expliquer la bistabilité de la voie<I>Pa,</I> par exem ple, telle qu'elle est connectée entre le point commun 33 et la masse, en se reportant aux fig. 3 et 4. Le noyau de fer 38 de l'inductance LI entraîne la variation de la réactance XL de l'inductance<I>LI</I> en fonction du courant qui la traverse.
D'autre part, la réactance Xc de la capacité<I>CI</I> est fixe et sa valeur est choisie en fonction de celle de l'inductance<I>LI</I> de façon que le passage d'une petite quantité de courant à travers la voie<I>Pa</I> rende inductrice la réac tance du réseau, comme le montre la fig. 3.
Lorsqu'une plus grande quantité de courant traverse l'inductance à noyau de fer LI, la réactance inductive du courant diminue jusqu'à ce qu'on attaque le point marqué 1R. Une augmentation supplémentaire du courant en traîne une saturation par courant alternatif du noyau de fer qui se traduit par une nouvelle réduction de la réactance inductive effective de l'inductance LI. On peut montrer que cette variation de la réactance du réseau en fonction du courant a un effet de réaction positive pour une tension de fonctionnement prédéterminée appliquée aux bornes de la voie,
LC de sorte qu'on peut faire sauter le courant entre un point de fonctionnement stable caractérisé par une réactance inductive du réseau, et un point de fonctionnement stable caractérisé par une réactance du réseau légèrement capacitive.
On expliquera mieux l'action de bascule de ce circuit pour une tension de fonctionnement convenablement appliquée en se reportant à la caractéristique courant-tension représentée à la fi-. 4. Lorsqu'on augmente la tension alter native, la tension ELC aux bornes de la voie LC commence par augmenter, atteint un maximum, puis décroît jusqu'à un minimum pour une valeur<I>IR</I> du courant. Une nouvelle augmen tation du courant au-delà de<I>IR</I> oblige la tension ELc à augmenter encore. Il importe de remarquer que la pente 54 représente une région à réactance négative dans laquelle le fonctionnement du circuit est instable.
Mais si l'on choisit convenablement la tension de fonc tionnement et si la résistance interne du circuit est relativement faible, on peut faire fonction ner la voie LC de façon qu'elle présente deux valeurs stables de 14c, comme le montre le schéma de la fig. 4. Le point de fonctionne ment M sur le graphique est caractérisé par un courant faible et une réactance inductive élevée et le point de fonctionnement N est caractérisé par un courant élevé et une réac tance légèrement capacitive.
En se reportant de nouveau au basculeur représenté à la fig. 2, on choisit la réactance de l'impédance commune C.? de façon qu'une et une seule des voies<I>Pa</I> et<I>Pb</I> puisse se trou ver, à un moment donné, dans la condition de résonance ou de conduction élevée. Si les deux voies essayaient d'entrer en résonance, la tension au point commun 33 tomberait si bas par suite de la chute de tension dans la capa cité C3 que ni la voie<I>Pa</I> ni la voie<I>Pb</I> n'aurait une tension suffisante à ses bornes pour main tenir la résonance.
D'autre part, si les voies <I>Pa</I> et<I>Pb</I> essayaient toutes deux d'entrer en résonance, la tension au point commun 33 atteindrait une telle valeur que l'une ou l'autre des voies serait obligée de s'ouvrir et d'entrer en résonance. L'état de conduction du bascu- leur est rendu sensible au moyen de l'ampli tude relative d'une tension alternative appa raissant sur la connexion de sortie 48. Ainsi, lorsque la voie<I>Pb</I> conduit un courant élevé, la connexion de sortie 48 est portée à une tension alternative relativement élevée. Cette condition correspond à un état zéro<B> </B> du basculeur. D'autre part, quand la voie<I>Pb</I> conduit un courant faible, la connexion de sortie 48 se trouve à un potentiel alternatif relativement faible.
Cette condition correspond à un état un du basculeur. Une lampe indi catrice 50 reliée à la voie<I>Pa</I> de chaque étage s'allume chaque fois que le basculeur est dans un état un .
On peut remettre manuellement le bascu- leur à l'état zéro en utilisant un bouton-pous- soir de remise à zéro 51 qui normalement relie la diode 45a à l'enroulement de commande 47a de l'amplificateur magnétique intermédiaire 49a. Cependant, lorsqu'on enfonce le bouton- poussoir 51, la voie<I>Pa</I> est mise en court- circuit à la masse, obligeant ainsi la voie<I>Pb</I> à entrer en résonance si elle n'est pas déjà dans cet état et le basculeur atteint ainsi son état zéro .
En se reportant au tableau suivant, on peut voir comment les étages du compteur binaire de la fig. 1, se modifieront à la réception des impulsions d'entrée successives C sur la con nexion d'entrée 9, de sorte que l'état d'ensemble des étages représente uniquement les comptes successifs<B>du</B> compteur. Comme on l'a précé demment indiqué, on peut observer le compte du compteur au moyen des lampes indicatrices 50 connectées sur chacun des basculeurs.
EMI0004.0018
Étages <SEP> binaires
<tb> Impulsions
<tb> d'entrée <SEP> i
<tb> 20 <SEP> 2i <SEP> 2z
<tb> i
<tb> <U>i</U>
<tb> C <SEP> AO <SEP> A1 <SEP> A2
<tb> 0 <SEP> .......... <SEP> 0 <SEP> i <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 1èrP <SEP> ...... <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 2f- <SEP> ........ <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 0
<tb> 3èmP <SEP> - <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1. <SEP> 1 <SEP> 0
<tb> 4'- <SEP> ........ <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 1
<tb> ï
<tb> <B>Sème</B> <SEP> ........ <SEP> <B>1 <SEP> 0 <SEP> 1</B>
<tb> i
<tb> 6Ëme <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb> I
<tb> 7ème <SEP> ........
<SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 Il importe de remarquer que l'état du bas- culeur <I>A0,</I> correspondant à l'étage 20, change à chacune des impulsions d'entrée succes sives C ; tandis que le basculeur A1, cor respondant à l'étage 21, passe de l'état dans lequel il se trouve à l'état opposé en réponse à une impulsion d'entrée C, chaque fois que l'étage 20 se trouve dans un état un . De même, l'étage 2' passe de l'état dans lequel il se trouve à l'état opposé en réponse à une impulsion d'entrée C, chaque fois que les deux étages 21 et 22 se trouvent dans un état un . Ainsi il est clair que la porte d'entrée GI est commandée par l'état du basculeur<I>A0,
</I> et que la porte d'entrée G2 est commandée par l'état des basculeurs AO et<I>A1.</I>
On se reportera à la fi-. 5 fournissant un diagramme schématique de la porte G2 telle qu'on l'utilise dans le compteur binaire de la fig. 1. La source de tension continue positive B + peut être de 100 volts, par exemple. Cette source est reliée par l'intermédiaire d'une ré sistance 26 qui peut avoir une valeur de 100 000 ohms, et de la capacité shunt 27 d'une valeur de 50 picofarads, par exemple, aux anodes des diodes à cristal de germanium D3, <I>D4</I> et D5 reliées en parallèles.
La diode<I>D3</I> a sa cathode reliée à la sortie A1 du basculeur <I>A1</I> qui transmet un signal alternatif dont l'am plitude est, soit 20 volts, soit sensiblement nulle tandis que la diode D4 a sa cathode reliée à la sortie GI de la porte GI qui est à un potentiel continu, soit de 0 volt, soit de - 20 volts ; finalement, la diode D5 a sa ca thode reliée à la connexion d'entrée com mune 9 fournissant les impulsions négatives C d'amplitude - 20 volts.
La capacité de cou plage 30 de 1000 picofarads, par exemple, aide à commander les temps de montée et de descente du niveau de la .tension au point commun 24 entre 0 et - 20 volts. La diode D3 redresse effectivement l'on dulation de tension alternative entre 0 et -i-- 20 volts et on choisit la capacité shunt 27 ' de façon à effacer complètement les ondula tions de la déviation de tension alternative (entre 0 et - 20 volts) au point commun 24.
Ainsi chaque fois qu'une tension alternative de 20 volts apparaît à l'entrée d'une diode se dirigeant vers une porte, on peut considérer que son effet à la sortie de la porte est le même que celui de l'application d'une tension continue de - 20 volts à l'entrée d'une diode. Afin d'engendrer une tension de sortie pré sentant la pente désirée sur la connexion de sortie de porte G2, les connexions d'entrée 21 et 22 de la porte G2 doivent être toutes deux maintenues très voisines de 0 volt lorsqu'on applique une impulsion d'entrée négative C sur la connexion d'entrée 23.
La variation, du niveau de la tension continue au point 24 est amenée à la sortie de la porte G2 vers l'entrée de la porte de l'étage suivant, tandis que le front raide de la tension devenant négative est dérivé par la capacité 30 fournissant ainsi une impulsion brève 55 à la connexion d'entrée de déclenchement 31 de l'étage 22.
On va considérer maintenant comment la capacité 30 ne permet d'atteindre l'étage 22 qu'aux chutes brutales de potentiel, c'est-à-dire à la chute de 0 à - 20 volts fournie par le front de l'impulsion d'entrée négative C. La quantité RC, appelée constante de temps du circuit, est une caractéristique de la vitesse de réponse de la tension du point 24 à une varia tion de la tension appliquée. Lorsque les condi tions aux entrées de la porte entraînent une augmentation du niveau de la tension au point commun 24, la capacité 30 se charge à un rythme dépendant de la valeur importante de la résistance 26, multipliée par la valeur de la capacité 30.
De même, lorsque les états des entrées de la porte entraînent une chute du niveau de la tension au point commun 24, la capacité 30 se décharge à un rythme dépendant de la faible résistance directe de la diode D5, multipliée par la valeur de la capacité 30. On voit ainsi que la constante de temps RC a une valeur relativement plus faible lorsque le niveau de la tension au point commun 24 décroît, ce qui cause la raideur de cette chute du niveau de la tension.
On a ainsi décrit et présenté une porte d'entrée à plusieurs diodes qui discernera une tension alternative de niveau relativement élevé d'une tension alternative de niveau relativement faible et, par suite, ne laissera passer les impul sions rythmées négatives que lorsque la tension alternative appliquée à une seule entrée est relativement faible, c'est-à-dire très voisine de 0 volt, et qu'au même moment les entrées de porte restantes sont à une tension continue nulle.
On décrira maintenant le fonctionnement du circuit de comptage en se reportant à la fig. 6 représentant en fonction du temps la forme des tensions en différents points des circuits de la fig. 1. La forme des impulsions rythmées C est représentée avec les notations t1, t2 <I>... te</I> au front de chacune des impulsions d'entrée négatives successives C, indiquant ainsi l'instant de leur arrivée. On a représenté les formes des autres tensions apparaissant dans ces circuits par rapport aux instants dé finis par les impulsions de rythme.
Supposons un contenu initial 000 respec tivement dans les basculeurs<I>A0, A1</I> et<I>A2</I> du compteur. Il y a ainsi une tension alternative relativement élevée d'amplitude -I- 20 volts présente initialement sur les connexions de sortie respectives Ao, A1 et A,, des basculeurs <I>A0, A1</I> et<I>A2.</I> A l'instant t1, la première impulsion d'en trée C est appliquée sur la connexion d'entrée commune 9.
L'effet de cette impulsion est de déclencher le basculeur AO à l'état un , mais cette impulsion C n'atteint pas les entrées de déclenchement d'aucun des autres étages parce que les portes G1 et G2 sont effective ment fermées. Ainsi, comme résultat de cette action, la tension alternative à la sortie Ao est transformée en une tension alternative très voisine de 0 volt ; et la tension continue sur la connexion de sortie G, de la porte GI (fig. 1) croît graduellement de - 20 volts à 0 volt à une vitesse inversement proportionnelle à la constante de temps RC de la résistance de charge 15 et de la capacité de couplage 18.
Les tensions des sorties A1 et A2 des basculeurs <I>A1</I> et<I>A2,</I> respectivement, restent sans modi fication. Ces conditions sont représentées à la fig. 6 par les formes des tensions entre t1 et tp A l'instant<I>t2,</I> la deuxième impulsion d'en trée C déclenche le basculeur AO à l'état zéro . En plus, comme la porte GI est main tenant ouverte, la chute brutale de tension au point commun 13 de la porte Gl, due au front de la deuxième impulsion d'entrée C,
est dé rivée par la capacité de couplage 18 et produit une impulsion qui déclenche le basculeur<I>AI</I> à l'état un . La chute de tension au point commun 13 est aussi amenée à la sortie de la porte GI jusqu'à l'entrée de la porte G2, fournissant ainsi une condition pour fermer la porte G2 pour l'impulsion d'entrée sui vante C.
L'état du basculeur A2, n'a pas changé jusqu'ici, comme on l'a représenté par la forme de la tension A2. Ces états du compteur sont représentés en fig. 6 par les formes des tensions entre t, et t,3. A l'application de la troisième impulsion d'entrée C, à l'instant t3, le basculeur<I>AD</I> est déclenché à l'état un<B> </B> ayant une tension relativement faible sur sa sortie Ao <I>;
</I> tandis que la tension au point commun 13 et, par conséquent, la sortie de porte Gr, revient graduellement au niveau de tension nulle à une vitesse inversement proportionnelle à la constante de temps RC égale au produit de la résistance 15 multipliée par la valeur de la capacité de couplage 18. Ainsi la porte GI sera maintenant ouverte pour la prochaine impulsion d'entrée C. Comme la tension à la sortie est encore très voisine de 0, la sortie de porte G,> montera aussi jusqu'à 0 volt. Ainsi la porte G2 sera maintenant également ouverte à la prochaine impulsion d'entrée C.
Ces conditions sont représentées en fig. 6 par les formes des tensions entre t3 et t4.
A l'instant t4, étant donné que les portes GI <I>et G2</I> sont maintenant toutes deux ouvertes, la quatrième impulsion d'entrée C déclenche les trois basculeurs jusqu'à leur état opposé comme le montrent, sur la fig. 6, les change ments des formes des tensions Ao, A1 et A., entre<I>t4</I> et t,;
. Le compteur est ainsi déclenché \jusqu'à un état 001. Il résulte de cette action que les portes Gl et G2 sont fermées à l'im pulsion d'entrée suivante C et, par conséquent, le compteur est déclenché jusqu'à un état<B>101</B> à la cinquième impulsion d'entrée C.