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Schaltung für selbstsättigbare magnetische Verstärker Es ist bekannt,
daß Magnetverstärker der bisher verwendeten Bauarten bezüglich ihrer Bemessungen
an die Frequenz des Speisenetzes gebunden sind und daß sich bei ihnen Ansprechzeiten
ergeben, die im günstigsten Falle etwa der Zeit einer Halbwelle der Speisefrequenz
entsprechen. Dadurch ergeben sich vor allem bei niederen Speisefrequenzen noch verhältnismäßig
große Ansprechzeiten und große geometrische Abmessungen für die Magnetverstärker.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist man daher vielfach dazu übergegangen, Speisespannungen
von niederer Frequenz zunächst in solche von größerer Frequenz umzuformen und mit
diesen die Magnetverstärker zu speisen, wobei die bekannten Schaltungen nicht geändert
werden. Der Aufwand für diese Maßnahme ist sehr kostspielig, wenn man bedenkt, daß
die neue Speisequelle für die gesamte Leistung des Verbrauchers einschließlich der
Verlustleistung des Magnetverstärkers ausgelegt werden muß.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung für selbstsättigbare
magnetische Verstärker, die gegenüber den bekannten Schaltungen wesentliche Vorteile
besitzt. Gemäß der Erfindung sind in die Strompfade der aus einer Gleichspannungsquelle
gespeisten Arbeitswicklungen des magnetischen Verstärkers Transistoren eingeschaltet,
die durch die Spannung eines vorzugsweise magnetischen Pulsgenerators im Schalterbetrieb
gesteuert werden. Die Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, daß die Wechselspannungsquelle
nur für die geringe Steuerleistung der Transistoren ausgelegt zu werden braucht
und die Verbraucherleistung aus einer Gleichspannungsquelle entnommen wird. Da Transistoren
im Schalterbetrieb bis zu einer Frequenz von einigen kHz verwendbar sind, ist es
möglich, auch die geometrischen Abmessungen des Magnetverstärkers gering zu halten.
Die Transistoren werden in Emitter-Basis-Schaltung betrieben, wobei bekanntlich
der Kollektorstrom nahezu unabhängig von der Kollektorspannung ist. Infolgedessen
machen sich in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung selbst relativ große Schwankungen
der Speisegleichspannung nicht nachteilig bemerkbar. Da die Transistoren praktisch
trägheitslos arbeiten, kann man entsprechend der Frequenz der Pulsspannung hohe
Ansprechgeschwindigkeiten des Magnetverstärkers erhalten.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
-Schaltungsanordnung dargestellt. Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung für magnetische
Verstärker mit zwei parallel geschalteten Arbeitswicklungen 1 und 2 und gemeinsamen
Steuerwicklungen 3 und 4. In den Strompfad der Arbeitswicklung 1 ist die Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors 5, in den Strompfad der Arbeitswicklung 2 die des Transistors 6
eingeschaltet. Beide Parallelzweige werden über den Lastwiderstand 8 von der Gleichspannungsquelle
7 gespeist. Während bei den bekannten Magnetverstärkeranordnungen dieser Art mit
Selbstsättigungsgleichrichtern diese in beiden Parallelzweigen mit einander entgegengesetzter
Durchlaßrichtung gepolt sind, werden im vorliegenden Fall die Transistoren in gleicher
Durchlaßrichtung gepolt. Beide Emitter der Transistoren 5 und 6 sind mit der Mittenanzapfung
der Sekundärwicklung eines Transformators 9 verbunden, während die Basen der beiden
Transistoren jeweils mit den Wicklungsenden der Sekundärwicklung dieses Transformators
verbunden sind. Primärseitig wird der Transformator von der Spannung eines in der
Zeichnung nicht dargestellten Pulsgenerators gespeist. Der Pulsgenerator, der eine
Rechteckspannung von einer Pulsfrequenz bis zu etwa 1000 Hz liefert, kann von beliebiger
Bauart sein. Vorzugsweise wird wegen der geringen Störanfälligkeit ein magnetischer
Pulsgenerator verwendet.
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Die Wirkungsweise der Magnetverstärkeranordnung ist so, daß während
der Dauer einer Halbperiode der Steuerspannung des Pulsgenerators jeweils abwechselnd
der eine oder andere der beiden Schalttransistoren 5 und 6 geöffnet ist. Infolgedessen
fließt im Ausgangskreis des Magnetverstärkers während beider Halbperioden ein Gleichstrom
über den Lastwiderstand 8, und zwar abwechselnd durch die Arbeitswicklungen 1 und
2. Die Größe dieses Stromes ist in an sich bekannter Weise durch Änderung des Steuerstromes
in einer der beiden Steuerwicklungen 3 oder 4 des Magnetverstärkers steuerbar; die
Einstellung des Arbeitspunktes erfolgt in bekannter Weise durch einen konstanten
Vorstrom in einer der beiden oder einer zusätzlichen Steuerwicklung.
In
Fig.2 der Zeichnung ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
dargestellt. Es handelt sich bei diesem Beispiel um einen spannungszeitflächengesteuerten
Magnetverstärker mit nur einer Arbeitswicklung. Bei dieser Art von Magnetverstärkern
ist die Arbeitswicklung nur während jeder ersten Halbperiode vom Laststrom durchflossen,
und die Rückmagnetisierung des Kernes erfolgt jeweils während jeder zweiten Halbperiode
über eine besondere, beispielsweise mit dem Ausgangskreis des Magnetverstärkers
galvanisch gekoppelte Steuerwicklung. Wie aus der Fig.2 zu ersehen ist, wird an
Stelle des sonst üblichen Selbstsättigungsgleichrichters der Transistor 5 in den
Stromkreis der Arbeitswicklung 1 eingeschaltet. Die Speisung der Arbeitswicklung
erfolgt wieder über den Lastwiderstand 8 von der Gleichspannungsquelle 7. Die Rückmagnetisierung
des Kernes erfolgt über die Steuerwicklung 12, die über einen einstellbaren Vorwiderstand
11 und den Transistor 10 ebenfalls von der Gleichspannungsquelle 7
gespeist wird. Die Steuerkreise beider Transistoren sind ebenfalls in der oben beschriebenen
Weise über den mit Anzapfung der Sekundärwicklung versehenen Transformator 9 an
den nicht dargestellten Pulsgenerator angekoppelt.
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Die Wirkungsweise dieser Magnetverstärkeranordnung ist so, daß während
der ersten Halbperiode der Pulsspannung der Transistor 5 geöffnet und der Transistor
10 zugesteuert ist. Der Laststrom bewirkt demnach in dieser Halbperiode eine Aufmagnetisierung
des Kernes. Die am Lastwiderstand 8 während dieser Zeit abfallende Spannung ist
demnach bestimmt durch die Spannungszeitfläche, die nach Abzug der für die Aufmagnetisierung
des Kernes erforderlichen Spannungszeitfläche noch übrigbleibt. Während der zweiten
Halbperiode der Pulsspannung ist der Transistor 5 zu-und der Transistor 10 aufgesteuert,
so daß über die Steuerwicklung 12 eine durch die Größe des Widerstandes 11 bestimmte
Spannungszeitfläche die Rückmagnetisierung des Kernes bewirkt. Durch Wertänderung
des Widerstandes 11 wird eine Änderung der die Rückrnagnetisierung hervorrufenden
Spannungszeitfläche bewirkt; da diese stets genauso groß ist wie die zur Aufmagnetisierung
des Kernes verbrauchte Spannungszeitfläche, ergibt sich in bekannter Weise bei dieser
Magnetverstärkeranordnung die Möglichkeit einer Steuerung der Magnetverstärker-Ausgangsspannung
durch die Veränderung der rückmagnetisierenden Spannungszeitfläche. Ihre Vergrößerung
bewirkt, daß in der Halbperiode, in der ein Strom im Verbraucherkreis fließt, eine
größere Spannungszeitfläche zur Aufmagnetisierung des Kernes erforderlich ist, so
daß die Spannung am Verbraucher geringer wird; umgekehrt bewirkt ihre Verringerung
eine Vergrößerung der Verbraucherspannung.
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Bei den bekannten Magnetverstärkern dieser Bauart, bei denen Selbstsättigungsgleichrichter
verwendet werden und die Speisung aus einer Wechselspannungsquelle erfolgt, macht
sich der Rückstromeffekt der Gleichrichter sehr nachteilig bemerkbar. Dieser Rückstromeffekt
ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht vorhanden; es kann deshalb auch eine
Ummagnetisierung des Kernes erforderlichenfalls völlig unterbunden werden. Hierzu
ist es erforderlich, daß man für den Kern des Magnetverstärkers Eisen verwendet,
dessen Remanenzinduktion gleich der Sättigungsinduktion ist. Da selbst bei einem
Steuerstrom vom Wert Null noch ein Strom vom Betrag des Kollektorreststromes des
Transistors 5 in derselben Richtung weiterfließt. ist dann mit Sicherheit der Magnetverstärker
noch voll ausgesteuert. Bei den bekannten Magnetverstärkeranordnungen mit Selbstsättigungsgleichrichtern
ist das nicht der Fall. Es erfolgt hier stets in jeder zweiten Halbperiode eine
Rückmagnetisierung des Kernes durch den Rückwärtsstrom der Gleichrichter; infolgedessen
geht in der jeweils nächsten Halbperiode eine entsprechende Spannungszeitfläche
zur Aufmagnetisierung des Kernes verloren, so daß die Ausgangsspannung des Magnetverstärkers
ihren Maximalwert nicht bei der Steuerspannung Null erreichen kann, sondern erst
bei einem positiven Wert. Demnach weist auch die statische Verstärkerkennlinie der
erfindungsgemäßen Magnetverstärkeranordnung eine größere Steilheit auf als diejenige
einer gleichartigen Anordnung mit Selbstsättigungsgleichrichtern. Selbstverständlich
gelten diese Vorteile auch für die Anordnung nach Fig. 1 der Zeichnung. Bei beiden
in der Zeichnung dargestellten Anordnungen ist die Frequenz des Pulsgenerators so
abgestimmt, daß die Pulsspannung das Vorzeichen wechselt, sobald der Magnetverstärker
den gesättigten Zustand erreicht. Es ist damit sichergestellt, daß er stets innerhalb
seiner Sättigungsinduktion betrieben wird. Besonders vorteilhaft ist es, zur Steuerung
der Schalttransistoren einen magnetischen Pulserzeuger zu verwenden, der ebenfalls
aus der den Magnetverstärker speisenden Gleichspannungsquelle gespeist wird. Da
die Frequenz der Spannung eines solchen Pulsgenerators seiner Speisespannung proportional
ist, wird der Betrieb des Magnetverstärkers innerhalb seiner Sättigungsinduktion
in diesem Fall auch bei Schwankungen der Gleichstrom-Speisespannung der gesamten
Anordnung sichergestellt.
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Um Rückwirkungen der in den Arbeitswicklungen der Magnetverstärker
auftretenden Spannungsstöße auf die Steuerwicklungen zu unterdrücken, können alle
an sich zu diesem Zweck bekannten Maßnahmen, wie z. B. Gegeneinanderschaltung der
Steuerwicklungen oder Einschaltung von Einweggleichrichtern, angewendet werden.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 braucht der Transistor 10 nicht für den maximalen
Ausgangsstrom des Magnetverstärkers ausgelegt zu werden, sondern nur für den maximal
erforderlichen Rückmagnetisierungsstrom. Es ist nicht die Speisung dieses Transistors
aus einergemeinsamen Gleichspannungsquelle erforderlich. Man kann den Steuerkreis
erforderlichenfalls auch galvanisch vom Arbeitskreis trennen, indem man den Transistor
aus einer besonderen Gleichspannungsquelle speist und ihm die Pulsspannung über
eine getrennte Wicklung des Transformators 9 zuführt. Wesentlich ist hierbei nur,
daß diese Pulsspannung zeitlich um 180° gegenüber der Pulsspannung des Transistors
5 verschoben ist, sofern für beide Transistoren gleiche Typen, z. B. pnp-Typen,
verwendet werden. Bei Verwendung zweier unterschiedlicher Transistortypen ist diese
Phasenverschiebung der beiden Pulsspannungen nicht erforderlich. Abweichend von
der in Fig. 2 dargestellten Schaltung kann eine Steuerung des Magnetverstärkers
auch in der Weise erfolgen. daß man die Emitter-Basis-Spannung des Transistors 10
mit Hilfe des in der Zeichnung gestrichelt dargestellten Potentiorneters 13 verändert.