DE1060911B - Mehrstufiger Magnetverstaerker mit hintereinandergeschalteten Stufen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND KL.21a² 18/08

INTERNAT. KL. H 03 f

DEUTSCHES ÄN|s PATENTAMT

aüslegeTchrift

1060

VITI

W 22736 VIIIa/21a²

ANMELDETAG: 7. FEBRUAR 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER

AU S LEGE S CH RI FT: 9. JULI 1959

* Mehrstufiger Magnetverstärker

JSÄSÄÄÄ mit hintereinandergeschalteten Stufen

eine Rückstell- und eine Ausgangsrichtung in jeder _

Stufe und Koppelglieder zwischen dem Ausgang einer

jeden Stufe und dem Eingang der folgenden aufweist 5 Anmelder:

Fur verschiedene Anwendungszwecke will oder muß

man Magnetverstärker in Serie schalten. Theoretisch, Westinghouse Electric Corporation,

d. h unter der Annahme, daß Magnetkerne mit ideal ^ p_iüsburgh p_{a (V} g_{t A }}

quadratischer Hysteresisschleife und Gleichrichter α > \ ;

ohne Sperrstrom Verwendung finden, ist bei Magnet- "> Vertreter:

verstärkern mit Rückstellschaltung das Ausgangs- Dipl.-Ιπσ. F. Weickmann und Dr.-Ing. A. Weickmann, signal einer sattigungsfahigen Drossel eine funktion ^{3 3} der Rückstellung, welche der sättigungsfähigen Dros- Patentanwälte, München 2, Brunnstr. 8/9 sei durch die Rückstellwicklung mitgeteilt worden ist.
Ein dem Eingang eines in Serie geschalteten mehr- ¹S
stufigen Magnetverstärkers zugeführtes Signal versucht die Rückstellspannung der ersten Verstärkerstufe an dem Rückstellgleichrichter zu sperren, wenn

die Größe des Eingangssignals zu irgendeinem Zeit- Harley A. Perkins jun., Pittsburgh, Pa. (V. St. A.), Punkt größer ist als die Rückstellspannun_g] Der Rück- » genannt worden Stellvorgang der sattigungsfahigen Drossel der ersten ^a Verstärkerstufe wird daher unterdrückt, und dies bedeutet, daß während der nächsten Halbperiode die 9

IA *11 11

Speisespannung der Ausgangswicklung ein volles

Ausgangssignal erzeugt, sofern die Wicklungszahl der »5 ersten Stufe ein Signal erzeugt, dessen Stromflußwin-

Ausgangswicklung groß genug ist, um dem magneti- kel kleiner ist als derjenige des Eingangssignals,

sehen Kern eine Änderung um die doppelte Sätti- Unter »Stromflußwinkel« versteht man denjenigen

gungsflußdichte bei gegebener Speisespannung der Anteil einer Arbeitshalbwelle, währenddessen ein

Ausgangswicklung aufzuzwingen. Durch richtige Di- sättigungsfähiger Kern tatsächlich gesättigt ist und

mensionierung kann man erreichen, daß das Ausgangs- 3° eine Leitfähigkeit nach dem Rest des Ausgangskreises

signal der ersten Verstärkerstufe eines mehrstufigen, sicherstellt.

in Serie geschalteten Verstärkers so groß wird, daß Eine weitere Verringerung des Stromflußwinkels es die Rückstellspannung der zweiten Stufe sperrt. tritt in jeder weiteren Stufe ein, so daß nach einer be-Man erhält dann ein Ausgangssignal der zweiten stimmten Anzahl von w-Stufen überhaupt kein Aus-Stufe unter den oben angegebenen Bedingungen genau- 35 gangssignal mehr auftritt.

so wie ein Ausgangssignal der ersten Stufe. Dies Durch die Verringerung des Stromflußwinkels entwiederholt sich durch η-Stufen des in Serie geschalte- steht die Forderung, die Magnetkerne für mehrstufige, ten mehrstufigen Verstärkers. in Serie geschaltete Magnetverstärker und auch die In der Praxis können vollkommen quadratische zugehörigen Gleichrichter mit höchstmöglicher Quali-Hysteresisschleifen bei Magnetkernen zwar annähernd, 4° tat herzustellen, um brauchbare Verstärkersysteme zu niemals aber ganz erreicht werden, wenigstens nicht schaffen. Auch wenn man zur höchsten Qualität greift, beim heutigen Stand der Herstellungsverfahren für so treten doch bei manchen Schaltungen, etwa bei magnetische Kerne. Die Restflußdichte B_r ist bei den Haltekreisen von logischen Elementen, Schwierigkeiheute verfügbaren magnetischen Kernen geringer als ten durch die zunehmende Verringerung des Stromdie maximale Flußdichte B_m. Deshalb ist der sätti- *5 (lußwinkels des Ausgangssignals auf. gungsfähige Kern der ersten Stufe nicht während der Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese ganzen Arbeitshalbperiode vollständig gesättigt. Auch Schwierigkeiten zu beseitigen. Diese Aufgabe wird Gleichrichter mit völlig verschwindendem Sperrstrom bei einem mehrstufigen Magnetverstärker mit hinterstehen nicht zur Verfügung. Die vorhandene Sperr- einandergeschalteten Stufen, der eine Rückstell- und Stromleitfähigkeit der Gleichrichter bringt eine wei- 5° eine Ausgangswicklung in jeder Stufe und Koppeitere Änderung des Flußzustands magnetischer Kerne glieder zwischen dem Ausgang einer jeden Stufe und während der Rückstellhalbwelle mit sich. Das Ergeb- dem Eingang der folgenden aufweist, erfindungsgemäß nis ist, daß das am Eingang eines mehrstufigen dadurch gelöst, daß sättigungsfähige Drosselelemente Magnetverstärkers zugeführte Signal am Ausgang der in Serienschaltung mit jeder Rückstellwicklung vor-

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 13. Februar 1957

gesehen sind, um den Stromflußwinkel der Rückstellsignale in den die Rückstellwicklungen enthaltenden Stromkreisen mindestens ebenso klein zu machen, wie der Stromflußwinkel des an dem Rückstellkreis liegenden von der Aüsgangswicklurig der vorhergehenden Stufe stammenden Steuersignals ist. Bei dem erfindungsgemäßen mehrstufigen Magnetverstärker ist das Ausgangssignal der Endstufe hinsichtlich seines Stromflußwinkels gegenüber dem Ausgang der ersten Stufe nicht verändert. Die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung ist nicht von der Qualität der Gleichrichter und auch nicht von einem extrem hohen Verhältnis zwischen Rückstellflußdichte B_r und maximaler Flußdichte B_m der magnetischen Kerne abhängig.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer mehrstufiger Magnetverstärker. Es stellen dar:

Fig. 1 das Schaltschema eines in Serie geschalteten Magnetverstärkers mit zwei Verstärkerstufen und einer gemeinsamen Stromversorgung,

Fig. 1 a in verschiedenen Teilen des Verstärkersystems auftretende Kurvenformen, wenn die in der Stromversorgung der Fig. 1 eingezeichnete Drossel weggelassen ist,

Fig. Ib die an den gleichen Stellen auftretenden Kurvenformen bei Verwendung der in Fig. 1 eingezeichneten Drossel,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform mit einigen Abänderungen gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform mit weiteren Abänderungen gegenüber der Fig. 1,

Fig. 3 a verschiedene in der Ausführungsform der Fig. 3 auftretende Kurvenformen.

In Fig. 1 erkennt man einen zweistufigen Magnetverstärker mit einer gemeinsamen Stromversorgung; die beiden Magnetverstärker sind hintereinandergeschaltet. Der Verstärker umfaßt eine erste Verstärkerstufe 20 mit den Eingangsklemmen 10 und 11. Der Ausgang der Verstärkerstufe 20 steuert eine zweite Magnetverstärkerstufe 40. Der Ausgang der Verstärkerstufe 40 erscheint an den Klemmen 50 und 51 und stellt das Ausgangssignal des Systems dar. Die gemeinsame Stromversorgung beider Stufen ist mit 60 bezeichnet.

Die erste Verstärkerstufe 20 besteht aus einer Rückstellschaltung 1 und einer ausgangsseitigen Belastungsschaltung 2. Die Rückstellschaltung 1 ist zusammengesetzt aus einer Rückstellwicklung 22, einem Gleichrichter 27 und einem Widerstand 24, welche sämtlich in Serie zwischen einer Stromversorgungsklemme 61 und Erde liegen. Das Eingangssignal wird den Klemmen 10 und 11 zugeführt, welche durch einen Widerstand 24 überbrückt sind. Der Ausgangskreis 2 ist zusammengesetzt aus einer Ausgangswicklung 23 und einem Gleichrichter 28, welche zwischen einer Stromversorgungsklemme 65 und einem Punkt 30 liegen. Der Punkt 30 ist über einen Widerstand 31 mit Erde verbunden. Die Rückstellwicklung 22 und die Ausgangswicklung 23 sind durch einen Magnetkern 21 induktiv miteinander gekoppelt.

Die zweite Stufe 40 des Magnetverstärkers besteht aus einem Rückstellkreis 3 und einem ausgangsseitigen Belastungskreis 4. Der Rückstellkreis 3 setzt sich zusammen aus einer Rückstellwicklung 42 und einem Gleichrichter 47, welche in Serie zwischen einer Stromversorgungsklemme 62 und dem Punkt 30 liegen. Der Ausgangskreis 4 schließlich umfaßt eine Ausgangswicklung 43, einen Gleichrichter 48 und einen Widerstand 44. welche in Serie zwischen einer Stromversorgungsklemme 64 und Erde liegen. Die Rückstellwicklung 42 und die Aüsgangswicklurig 43 sind induktiv durch den Kern 41 miteinander gekoppelt. Das Ausgangssignal des Magnetverstärkers erscheint an den Klemmen 50 und 51.

Die Stromversorgung 60 ist mit einer Wechselspannungsquelle 90 verbunden, und zwar über die Primärwicklung 71 eines Transformators 70. Eine erste Sekundärwicklung 73 des Transformators 70

ίο liefert Wechselspannung nach den Ausgangswicklungen 23 und 43 und wird daher Ausgangsspeisewicklung genannt. Eine zweite Sekundärwicklung 72 des Transformators 70 liefert Wechselspannung nach den Rückstellwicklungen 22 und 42 und wird daher Rückstell-Speisewicklung genannt.

Die Ausgangsspeisewicklung 73 ist mit den Stromversorgungsklemmen 64 und 65 verbunden und besitzt einen Mittelabgriff 68, welcher an die Erdklemme 63 der Stromversorgung angeschlossen ist. Die Klemme 75 der Rückstellspeisewicklung 72 ist über eine Wicklung 82 einer sättigungsfähigen Drossel mit der Stromversorgungsklemme 62 verbunden. Zwischen dem Mittelabgriff 67 der Rückstellspeisewicklung 72 und der Stromversorgungsklemme 62 liegt ein Erregerstromwiderstand 83. Die Klemme 74 der Rückstellspeisewicklung 72 ist über eine Wicklung 84 der sättigungsfähigen Drossel 80 mit der Stromversorgungsklemme 61 verbunden. Zwischen dem Mittelabgriff 67 der Rückstellspeisewicklung 72 und der Stromversorgungsklemme 61 liegt ein Erregerstromwiderstand 85. Der Mittelabgriff 67 ist mit der Stromversorgungsklemme 63 verbunden. Die Wicklungen 82 und 84 der sättigungsfähigen Drossel 80 sind durch den Magnetkern 81 induktiv miteinander gekoppelt.

Der Betrieb der ersten Magnetverstärkerstufe 20 kann zeitlich in zwei Abschnitte zerlegt werden, nämlich in den Arbeitsabschnitt der nach der Stromversorgungsklemme 65 und von hier nach der Ausgangswicklung 23 gelieferten Speisespannung und in den Rückstellabschnitt dieser Spannung, welcher nach der Stromversorgungsklemme 61 und von dieser nach der Rückstellwicklung 22 geliefert wird. Während einer Halbperiode der Versorgungsspannung, nämlich während derjenigen Halbperiode, während der die Klemme 65 auf positivem Potential gegenüber Erde ist, findet der Arbeitsvorgang statt; während der nächsten Halbperiode dagegen, d. h. wenn die Stromversorgungsklemme 61 auf positivem Potential gegenüber Erde ist, findet der Rückstellvorgang statt. Auch die Arbeitsweise der zweiten Magnetverstärkerstufe 40 kann in zwei ähnliche Abschnitte aufgeteilt werden, den Arbeitsabschnitt der an die Stromversorgungsklemme 64 und von dieser an die Ausgangswicklung 43 gelangenden Versorgungsspannung und den Rückstellabschnitt der nach der Stromversorgungsklemme 62 und von dieser nach der Rückstellwicklung 42 gelangenden Versorgungsspannung. Es findet also wiederum während einer Halbperiode der Versorgungsspannung, nämlich in derjenigen Halbperiode, während der die Stromversorgungsklemme 64 auf positivem Potential gegenüber Erde liegt, der Arbeitsvorgang statt; während der nächsten Halbperiode dagegen, d. h. in derjenigen Halbperiode, während der die Stromversorgungsklemme 62 auf positivem Potential gegenüber Erde liegt, findet der Rückstellvorgang statt.

Damit der seriengeschaltete, mehrstufige Magnetverstärker richtig funktioniert, muß der Arbeitsabschnitt der ersten Magnetverstärkerstufe 20 zeitlich

7η mit dem Rückstellabschnitt der zweiten Magnet-

verstärkerstufe 40 zusammenfallen. Die Gründe hierfür werden noch angegeben.

Betrachten wir nun die erste Magnetverstärkerstufe 20. Während des Arbeitsabschnitts der Versorgungsspannung, d. h. wenn die Stromversorgungsklemme 65 auf positivem Potential gegenüber Erde ist, fließt ein Erregerstrom von der Klemme 65 durch die Ausgangswicklung 23, den Gleichrichter 28, die Klemme 30 und den Widerstand 31 nach Erde. Der ausgangsseitige Belastungskreis 2 ist derart dimensioniert, daß die von ihm während einer Halbperiode gelieferten Voltsekunden gerade ausreichen, um den Magnetkern 21 in den Zustand der positiven Sättigung überzuführen. Deshalb ist der Ausgang des Widerstandes 31, welcher mit E₁ bezeichnet ist, während des Arbeitsabschnitts Null.

Die Aufgabe des Ausgangsgleichrichters 28 ist eine doppelte: Einmal hat er zu verhindern, daß der in der Halbperiode nach dem Arbeitsabschnitt fließende Strom eine Rückstellung des Magnetkerns herbeiführt, und zum anderen hat er die Ausgangswicklung 23 der ersten Magnetverstärkerstufe 20 von dem Rückstellkreis 3 der zweiten Magnetverstärkerstufe 40 zu isolieren.

Während der nächsten Halbperiode, während welcher die Stromversorgungsklemme 61 auf positivem Potential gegenüber Erde liegt, fließt ein Erregerstrom von der Klemme 61 durch die Rückstellwicklung 22, den Gleichrichter 27 und den Widerstand 24 nach Erde. Der Rückstellkreis 1 ist so dimensioniert, daß er gerade diejenige Zahl von Voltsekunden in einer Halbperiode liefert, welche notwendig ist, um den Magnetkern 21 in den negativen Sättigungsbereich überzuführen.

Auch die Aufgabe des Rückstellgleichrichters 27 ist eine zweifache: Er hat einmal zu verhindern, daß in der an den Rückstellabschnitt anschließenden Periode eine Stromumkehr stattfindet, welche eine Verstellung des Magnetflußzustands in dem magnetischen Kern 21 herbeiführen würde, und außerdem die Rückstellwicklung 22 von dem Eingangskreis zu isolieren.

Der Rückstellkreis 1 wird in jeder Rückstellhalbperiode wirksam, d. h. dann, wenn die Stromversorgungsquelle 61 auf positivem Potential gegenüber Erde liegt und wenn an den Klemmen 10 und 11 kein Eingangssignal vorliegt. In dem ausgangsseitigen Belastungskreis 2 werden daher in jeder zweiten Halbperiode die zur Verfügung stehenden Voltsekunden verbraucht, um den magnetischen Kern 21 wiederum in den Sättigungsbereich überzuführen, so daß die erste Stufe keinen Ausgang E₁ liefert. Wenn jedoch während der Rückstellhalbperiode ein Eingangssignal an den Klemmen 10 und 11 liegt, welches zu irgendeinem Zeitpunkt größer ist als die Rückstellspannung E^_v so sperrt dieses Signal die Rückstellspannung E_Rl am Gleichrichter 27. Die Rückstellschaltung 1 kann dann den Magnetkern 21 nicht in den entgegengesetzten Sättigungszustand überführen. Das bedeutet, daß während der folgenden Halbperiode der Magnetkern 21 noch nahezu vollständig gesättigt ist und die Ausgangswicklung 23 annähernd die Impedanz Null hat und an der Klemme 30, d. h. an dem Widerstand 31, ein Ausgangssignal erscheint. Dieses Ausgangssignal der ersten Magnetverstärkerstufe 20 erscheint von da ab während jeder Arbeitshalbperiode, d. h. wenn die Stromversorgungsklemme 65 auf positivem Potential gegenüber Erde ist, solange an den Eingangsklemmen 10 und 11 während der Rückstellhalbperiode ein Eingangssignal vorliegt, das groß genug ist, um die Rückstellspannung E^₁ zu sperren.

Betrachten wir nunmehr die zweite Magnetverstärkerstufe 40: Während des Arbeitsabschnitts der Versorgungsspannung, d. h. wenn die Stromversorgungsklemme 64 auf positivem Potential gegenüber Erde ist, fließt ein Erregerstrom von der Stromversorgungsquelle 64 über die Ausgangswicklung 43. den Gleichrichter 48 und den Widerstand 44 nach Erde. Der ausgangsseitige Belastungskreis 4 ist so dimensioniert, daß die von ihm während einer Halbperiode gelieferten Voltsekunden gerade ausreichen, um den Magnetkern 41 zu sättigen. Der Ausgang £₀ des Widerstandes 44, welcher an den Klemmen 50 und 51 erscheint, wird daher während dieser Halbperiode Null sein.

Die Funktion des Ausgangsgleichrichters 48 ist eine doppelte: Er hat zu verhindern, daß der magnetische Kern 21 durch einen während der nächsten Halbpcriode in entgegengesetzter Richtung fließenden Strom einer Rückstellung unterworfen wird, und außerdem hat er die Ausgangswicklung 43 von dem Ausgangskreis zu isolieren.

Während der nächsten Halbperiode der Versorgungsspannung ist die Klemme 62 auf positivem Potential gegenüber Erde; es fließt dann ein Erregerstrom von der Klemme 62 über die Rückstellwicklung 42, den Gleichrichter 47, die Klemme 30 und den Widerstand 31 nach Erde. Der Rückstellkreis 3 ist so dimensioniert, daß die von ihm gelieferten Voltsekunden während einer Halbperiode gerade ausreichen, um den Magnetkern 41 in den Sättigungszustand überzuführen.

Die Aufgabe des Rückstellgleichrichters 47 ist wieder eine doppelte: Er hat zu verhindern, daß der in umgekehrter Richtung fließende Strom eine Verstellung des magnetischen Zustande in dem Kern 41 herbeiführt, und er hat die Rückstellwicklung 42 von dem ausgangsseitigen Belastungskreis 2 des Magnetverstärkers 20 zu trennen.

Der Rückstellkreis 3 wird, wie bereits beschrieben, während jeder zweiten Halbperiode, d. h. während jeder Rückstellperiode, wirksam, nämlich dann, wenn die Stromversorgungsquelle 62 auf positivem Potential gegenüber Erde liegt. In jeder zweiten Halbperiode verbraucht daher der Ausgangskreis 4 die gesamte ihm zugeführte Ampersekundenzahl, um den Magnetkern 41 zu sättigen, und es steht an dem Widerstand 44, d. h. an den Klemmen 50 und 51, keine Ausgangsspannung E₀ zur Verfügung.

Es ist bereits erwähnt worden, daß der Rückstellkreis 3 der zweiten Magnetverstärkerstufe 40 während derselben Halbperiode der Versorgungsspannung wirksam ist wie der ausgangsseitige Belastungskreis 2 der ersten Magnetverstärkerstufe 20. Die Ausgangsspannung E₁ des ausgangsseitigen Belastungskreises 2 der ersten Magnetverstärkerstufe 20, welche an der Klemme 30, d. h. an dem Widerstand 31, erscheint läßt sich durch die geeignete Dimensionierung so einrichten, daß sie in irgendeinem Augenblick die Rückstellspannung der Rückstellschaltung 3 welche mit E_li2 bezeichnet ist, an dem Gleichrichter 47 sperrt. Der Rückstellkreis 3 ist daher nicht in der Lage, den Magnetkern 41 umzumagnetisieren. In der nächsten Halbperiode ist dann der Kern 41 noch nahezu vollständig gesättigt; die Ausgangswicklung 43 hat dann annähernd eine Impedanz vom Wert Null, und an den Klemmen 50 und 51, d. h. an dem Widerstand 44, erscheint ein Ausgangssignal E₀.

Die Stromversorgung 60 hat eine doppelte Aufgabe: Sie hat einmal die Ausgangsspannung Eq ₁ und Eq₂ nach den ausgangsseitigen Belastungskreisen 2 und 4

der Magnetverstärker 20 bzw. 40 zu liefern, und sie tut dies über die Ausgangsspeisewicklung 73 des Transformators 70, dessen Primärwicklung 71 an eine Wechselstromquelle 90 angeschlossen ist. Die Zuführung der Rückstellspannungen E_Rl und E_R2 nach den Rückstellkreisen 1 und 3 der Magnetverstärker 20 bzw. 40 erfolgt über die Sekundärwicklung 72 des Transformators 70.

Betrachten wir nun die Ausgangsspeisewicklung 73 des Transformators 70: Während einer Halbperiode der Wechselspanung 90 ist die Klemme 64 auf positivem Potential gegenüber dem Mittelabgriff 68; während der gleichen Zeit ist die Stromversorgungsklemme 65 auf negativem Potential gegenüber dem Mittelabgriff 68. Während der nächsten Halbperiode der Wechselspannungsquelle 90 ist die Stromversorgungsquelle 65 auf positivem Potential gegenüber dem Mittelabgriff 68, und die negative Stromversorgungsquelle 64 ist auf negativem Potential gegenüber dem Mittelabgriff 68.

Betrachten wir die Rückstellspeisewicklung 72 des Transformators 70, so stellen wir fest, daß während einer Halbperiode der Wechselspannungsquelle 90 die Klemme 74 auf positivem Potential gegenüber dem Mittelabgriff 67 ist. Es fließt während dieser Halbperiode von der Klemme 74 ein Strom über die Wicklung 84 der sättigungsfähigen Drossel 80 nach der Stromversorgungsklemme 61. Der Widerstand 85 stellt eine Rückleitung für diesen Erregerstrom nach dem Mittelabgriff 67 dar, wenn die Stromversorgung 60 leicht belastet ist.

Während der nächsten Halbperiode der Wechselspannungsquelle 90 ist die Klemme 75 auf positivem Potential gegenüber dem Mittelabgriff 67. Der Erregerstrom fließt von der Klemme 75 über die Wieklung 82 nach der Stromversorgungsklemme 62. Der Widerstand 83 stellt eine Rückleitung für den Erregerstrom nach dem Mittelabgriff 67 dar, wenn die Stromquelle 60 leicht belastet ist.

Die Wicklungen 82 und 84 der sättigungsfähigen Drossel 80 sind über den Magnetkern 81 induktiv miteinander gekoppelt. Die Wicklungen 82 und 84 des sättigungsfähigen Kerns 80 haben gleiche Windungszahlen und sind so dimensioniert, daß sie eine Durchschnittsspannung, welche einen bestimmten Anteil der Rückstellspannungen E_Rl und E_R2 (s. Fig. 1) darstellt, zu absorbieren vermögen.

Die verschiedenen Kurvenformen der Fig. 1 a und 1 b, welche an verschiedenen Stellen des Magnetverstärkers entnommen sind, lassen die Wirkungsweise der Stromversorgung erkennen. Wenn die sättigungsfähige Drossel 80 in der Stromversorgung 60 nicht vorhanden wäre, so würde die Rückstellspannung E_R2 den in Fig. la gezeigten Verlauf annehmen, vorausgesetzt, daß eine sinusförmige Wechselspannung von der Spannungsquelle 90 geliefert wird; es können natürlich auch andere Spannungsformen von der Spannungsquelle 90 geliefert werden. Die Gründe für diesen Verlauf der Spannung E₁ sind die nicht idealen Eigenschaften der Magnetkerne und der Gleichrichter. Wenn also die Ausgangsspannung E₁ einen Stromflußwinkel (a — b) besitzt und die RtickstellspannungEz_i2 einen Stromfluß winkel a, wobei a gleich 180° ist, so kann ersichtlich die Ausgangsspannung E₁ des Magnetverstärkers 20 die Rückstellspannung des Rückstellkreises 3 nicht während einer vollen Halbperiode sperren. Die Folge ist, daß der Magnetverstärker 40 bis zu einem gewissen Grad der Rückstellung unterworfen wird und während der nächsten Halbperiode eine weitere Verringerung des Stromfluß-

Winkels am Ausgang des Magnetverstärkers 40 in Erscheinung tritt.

Verwendet man eine sättigungsfähige Drossel 80 in der Stromversorgung 60, wie in Fig. 1 dargestellt, so hat die Ausgangsspannung E₁ des Magnetverstärkers 20 den Kurvenverlauf der Fig. 1 b. Die Wicklungen 82 und 84 der sättigungsfähigen Spule 80 sind so dimensioniert, daß sie einen bestimmten mittleren Anteil der Rückstellspannung E_Rl und E_R2 absorbieren, d. h._r die Wicklungen 82 und 84 haben dank ihrer Dimensionierung einen Stromflußwinkel (o-c), welcher gleich oder kleiner dem Stromflußwinkel (a — b) derjenigen Spannung ist, welche den Rückstellgleichrichtern 27 und 47 zugeführt wird; dies ist die Spannung E₁ am Ausgang der ersten Magnetverstärkerstufe 20. Die Rückstellspannung einer jeden Stufe ist daher während der vollen Halbwelle des Rückstellvorgangs gesperrt, und der Ausgang der zweiten Stufe zeigt keine weitere Verringerung des Stromflußwinkels.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeichnet; gleiche Teile sind mit gleichen ßezugsziffern bezeichnet wie in Fig. 1. Der Hauptunterschied zwischen der Schaltung der Fig. 1 und derjenigen der Fig. 2 liegt darin, daß nichtlineare Widerstandskreise 120, 130 und 140 an Stelle der Widerstände 24 bzw. 31 bzw. 44 getreten sind.

Der nichtlineare Widerstandskreis 120 enthält eine Gleichstromvorspannungsquelle 121, deren Polarität der Zeichnung zu entnehmen ist, ferner je einen Gleichrichter 122 und Widerstand 123. Der nichtlineare Widerstandskreis 120 dient als Kopplungsglied zwischen dem Eingang des Systems und der ersten Magnetverstärkerstufe 20. Der nichtlineare Widerstandskreis 130 besteht aus einer Gleichstromvorspannungsquelle 131, deren Polarität wiederum aus der Zeichnung zu entnehmen ist, einem Gleichrichter 132 und einem Widerstand 133. Der nichtlineare Widerstandskreis 130 dient als Kopplungsglied zwischen der ersten Magnetverstärkerstufe 20 und der zweiten Magnetverstärkerstufe 40. Der nichtlineare Widerstand 140 besteht aus einer Gleichstromvorspannungsquelle 141, einem Gleichrichter 142, einem Widerstand 143. Seine Aufgabe ist es, die zweite Magnetverstärkerstufe 40 mit einem Ausgangskreis zu verbinden.

Im großen und ganzen ist die Wirkungsweise des mehrstufigen Verstärkers der Fig. 2 ähnlich derjenigen des Verstärkers der Fig. 1. Mit der Einheit der nichtlinearen Widerstandskreise 120, 130 und 140 bezweckt man zweierlei:

1. Ein nichtlinearer Widerstand stellt eine niedrige Impedanz in Serie zu der Rückstellschaltung dar, um eine vollständige Rückstellung des Kerns mit der Rückstellspannung E_Rl herbeizuführen, wenn kein Eingangssignal von der vorhergehenden Stufe her vorliegt.

2. Ein nichtlinearer Widerstandskreis stellt eine hohe Impedanz dar, welche eine Belastung der vorhergehenden Stufe verhindert, wenn ein Eingangssignal von dieser Stufe vorliegt.

In allen übrigen Punkten ist die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 ähnlich derjenigen nach Fig. 1, so daß sich eine weitere Beschreibung erübrigt.

Eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen magnetischen Verstärkers ist der Fig. 3 zu entnehmen. Gleiche Teile sind wiederum mit gleichen Bezugsziffern wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet. Der Hauptunterschied zu der Schaltung der Fig. 2 besteht darin, daß nichtlineare Widerstandskreise 150 und 160

Claims (5)

an die Stelle der Erregerstromwiderstände 83 bzw. 85 der Fig. 1 und 2 getreten sind. Der nichtlineare Widerstandskreis 150 umfaßt eine Gleichstromvorspannungsquelle 151, einen Gleichrichter 152 und einen Widerstand 153. Die Gleich-Stromvorspannung wird einem Netzgerät entnommen. Es fließt ein Strom von der positiven Klemme der Spannungsquelle 151 durch den Gleichrichter 152 und den Widerstand 153 nach der negativen Klemme der Stromquelle. Dieser Strom wird durch den Widerstand 153 auf einem verhältnismäßig geringen, annähernd konstanten Wert gehalten. Der Erregerstrom der Wicklung 82 fließt von der Klemme 75 durch die Wicklung 82 nach der Stromversorgungsklemme 62. Der in dem nichtlinearen Widerstand 150 von der Gleichstromvorspannungsquelle 151 hervorgerufene Strom durch den Gleichrichter 152 ist größer als der Scheitelwert des in der Wicklung 82 fließenden Erregerstroms. Solange der in der Wicklung 82 fließende Erregerstrom noch nicht an die Größe des durch die Gleichstromvorspannungsquelle 151 erzeugten Stroms heranreicht, läßt sich das Superpositionsprinzip anwenden, und der Erregerstrom der Wicklung 82 fließt tatsächlich durch den Gleichrichter 152 in Sperrichtung und sodann nach dem Mittelabgriff 67. Es ergibt sich somit die Kurvenform ER2 die aus Fig. 3a zu entnehmen ist. Der Stromflußwinkel ist hier (a — c). Während des Intervalls c gelangt kein Erregerstrom von der Wicklung 82 nach der Rückstellschaltung 3, da dieser durch den nichtlinearen Widerstand 150 nach dem Mittelabgriff 67 zurückkehrt. Wenn die Wicklung 82 gesättigt ist, übersteigt der in der Wicklung fließende Strom den in dem nichtlinearen Kreis 150 fließenden Strom und wird dann nach dem Rückstellkreis 3 hin gelenkt. Der nichtlineare Kreis 160 besteht aus einer Gleichstromvorspannungsquelle 161, einem Gleichrichter 162 und einem Widerstand 163. Die Wirkungsweise des nichtlinearen Widerstands 160 ist hinsichtlich der Erzeugung der Rückstellspannung ERi die gleiche wie die Wirkung des nichtlinearen Widerstandskreises 150 hinsichtlich der Erzeugung der Rückstellspannung ER2. Da die Wirkungsweise der Schaltung der Fig. 3 im übrigen derjenigen der Schaltung der Fig. 2 entspricht, ist eine weitere Beschreibung nicht erforderlich. Der hier vorgeschlagene seriengeschaltete Magnetverstärker hat verschiedene Vorteile: Es tritt keine Verringerung des Stromflußwinkels von Stufe zu Stufe ein, während diese Verringerung eine Anwendung der Magnetverstärker auf logische Elemente bisher als unzweckmäßig hat erscheinen lassen. Das maximale Ausgangssignal der Endverstärkerstufe hängt nur von den Eigenschaften dieser Endverstärkerstufe ab. In dem erfindungsgemäßen Magnetverstärker können für den Kern magnetische Werkstoffe herangezogen werden, bei denen das Verhältnis der Restflußdichte Br zur maximalen Flußdichte Bm kleiner ist als bei den bisher verwendeten Kernen. Außerdem weist die Erfindung den Weg zu Verwendung von gröber geschichteten magnetischen Kernen. An die Herstellungsverfahren für die magnetischen Kerne brauchen nicht mehr die bisherigen hohen Anforderungen gestellt zu werden. Da die Rückstellspannungen ERl und ER2 nur dazu verwendet werden, um in den sättigungsfähigen Drosseln die Eisenverluste zu decken, ist die gesamte zugeführte Leistung klein und die Verwendung einer kleinen sättigungsfähigen Drossel 80 möglich. Die Ausgangsspannung dieser neuartigen Stromversorgung ist nur durch den gewöhnlichen Regulierungsabfall bestimmt. Die Kurvenformen bleiben auch bei größeren Belastungsschwankungen verhältnismäßig konstant. Patentansprüche:

1. Mehrstufiger Magnetverstärker mit hintereinandergeschalteten Stufen, der eine Rückstell- und eine Ausgangswicklung in jeder Stufe und Koppelglieder zwischen dem Ausgang einer jeden Stufe und dem Eingang der folgenden aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sättigungsfähige Drosselelemente in Serienschaltung mit jeder Rückstellwicklung vorgesehen sind, um den Stromflußwinkel der Rückstellsignale in den die Rückstellwicklungen enthaltenden Stromkreisen mindestens ebenso klein zu machen, wie der Stromflußwinkel des an dem Rückstellkreis liegenden von der Ausgangswicklung der vorhergehenden Stufe stammenden Steuersignals ist.

2. Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sättigungsfähigen Drosselorgane eine erste und eine zweite Wicklung umfassen, welche durch einen gemeinsamen magnetischen Kern miteinander induktiv gekoppelt sind, und daß die eine Wicklung in den Rückstellkreisen einer jeden zweiten der hintereinandergeschalteten Verstärkerstufen liegt, während die zweite Wicklung in den Rückstellkreisen der übrigen Verstärkerstufen liegt.

3. Magnetverstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl zu der ersten als auch zu der zweiten Wicklung ein Erregerstromwiderstand parallel liegt.

4. Magnetverstärker nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstromwiderstand aus einem Ohmschen Widerstand und einer dazu in Serie liegenden Vorspannungsquelle sowie einem zu dem Ohmschen Widerstand und der Vorspannungsquelle parallel liegenden richtungsabhängigen Widerstand besteht.

5. Magnetverstärker nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Rückstell- und Ausgangskreise einen nichtlinearen Widerstand enthält, welcher aus einem Ohmschen Widerstand, einer zu diesem Ohmschen Widerstand in Serie liegenden Vorspannungsquelle und einem parallel zu dem Ohmschen Widerstand und der Vorspannungsquelle liegenden richtungsabhängigen Widerstand besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 751 509;
»Electronics«, August 1953, S. 136 bis 140.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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