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Magnetischer Gegentaktverstärker Unter einem magnetischen Gegentaktverstärker
versteht man einen magnetischen Verstärker mit Gleichstromausgang, bei dem der Ausgangsgleichstrom
in Abhängigkeit des Vorzeichens des Steuerstromes in beiden Richtungen zu fließen
vermag. Ein einzelner magnetischer Verstärker kann einen Gleichstrom wegen der in
ihm enthaltenen Gleichrichter stets nur in einer Richtung abgeben: Die gegensinnige
Reihenschaltung der Ausgangsspannungen zweier magnetischer Verstärker ist-ohne weitere
Hilfsmaßnahmen nicht als Gegentaktverstärker .:geeignet. Dies liegt daran, daß der
weiter äufgesteuerte. magnetische Verstärker keinen Strom über den weniger weit
aufgesteuerten magnetischen Verstärker zu treiben vermag, da dieser Sperrichtung
über die Ventile des .weniger aufgesteüerten magnetischen Verstärkers fließen müßte.
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Eine bekannte Schaltung eines magnetischen Gegentaktverstärkers ist-
in Fig. 1 abgebildet. Der magnetische Gegentaktverstärker. besteht aus den beiden
Teilverstärkern 1 und 2. Die Teilverstärker werden über die beiden Steuerwicklungen
1 b und 2 b durch den Steuerstrom i" gesteuert. Diese Steuerung erfolgt gegensinnig,
d. h., der . in einer bestimmten Richtung fließende Steuerstrom- i" steuert den
einen magnetischen Verstärker auf und den anderen zu. Die Ausgangsspannungen der
beiden magnetischen Verstärker u1 und u.., sind gegensinnig in Reihe geschaltet
und arbeiten auf den Belastungswiderstand 3. Die symbolisch angedeuteten Ausgangsgleichrichter
la und 2 a der magnetischen Teilverstärker werden durch eine Spannungsquelle 6 über
je einenVorwiderstand 4 bzw. 5 vorgestromt. Ist beispielsweise der magnetische Verstärker
1 weiter aufgesteuert als der magnetische Verstärker 2, dann muß in entgegengesetzter
Richtung, d. h. in Sperrichtung des Gleichrichters 2a, der Laststrom über den magnetischenVerstärker
2 fließen können. Dank des von der Spannungsquelle 6 über den Vorwiderstand 5- gelieferten
Vorstromes ist das Fließen eines solchen Stromes möglich.
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Die bekannte Schaltung nach Fig. 1 hat gegenüber anderen bekannten
Gegentaktschaltungen bereits einen verhältnismäßig hohen theoretischen Wirkungsgrad.
Unter dem theoretischen Wirkungsgrad wird hier das Verhältnis der Nutzleistung am
Lastwiderstand 3 zur Nennausgangsleistung eines Teilverstärkers verstanden (Typenleistungswirkungsgrad).
Bei der Berechnung des tatsächlichen physikalischen Wirkungsgrades sind noch die
durch den Vorstrom verursachten Verluste an die Vorwiderstände 4 und 5 zu berücksichtigen.
Das Aufbringen des Vorstromes könnte an sich verlustlos vorgenommen werden, indem
man die Widerstände 4 und 5 wegläßt: Dann würden aber die aufgesteuerten Teilverstärker
über den Vorstromkreis kurzgeschlossen werden; und damit der Typenleistungswirkungsgrad
praktisch zu Null gemacht werden. Um dies zu verhindern, sind die Widerstände
4
und 5 erforderlich. Je kleiner sie sind, um so geringer ist der Typenleistungswirkungsgrad,
je größer sie sind, um so größer ist die aufzuwendende Verlustleistung zur Erzeugung
des Vorstromes. Bei optimaler Bemessung wird ein Typenleistungswirkungsgrad von
etwa 50 % errreicht.
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Bei einer anderen bekannten Gegentaktverstärkerschaltung sind vier
Widerstände, von denen einer der Belastungswiderstand ist, zu einer abgeglichenen
Brücke zusammengeschaltet. Jeder Teilverstärker speist diese Brücke über zwei diagonale
Anschlüsse. Bei günstigster Bemessung der Widerstände beträgt der theoretische Wirkungsgrad
ebenfalls 50°/o. Die günstigste Bemessung liegt vor, wenn alle vier Widerstände
gleich groß sind. Zusätzlich durch einen Vorstrom verursachte Verluste treten bei
dieser Anordnung nicht auf. Sie hat aber den Vorteil, daß die magnetischen Teilverstärker
in Mittelpunktschaltung angeordnet sind und für eine solche Schaltung verhältnismäßig
große Typenleistungen für die speisenden Transformatoren erforderlich sind. Wenn
bei der zuletzt geschilderten Anordnung gleichzeitig mehrere der Brückenwiderstände
als Belastungswiderstände verwendet werden, so wird ein theoretischer Wirkungsgrad
von mehr als 50% erreicht. Eine solche Anordnung bleibt aber auf Verbraucher beschränkt,
die aus verschiedenen getrennten Widerständen bestehen, die dazu noch in einem dem
Abgleich der
Brücke entsprechenden Verhältnis zueinander stehen
müssen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die
bekannte Schaltung nach Fig.1 derart abzuwandeln, daß die an den Vorwiderständen
auftretenden Verluste erheblich herabgesetzt werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, für
jeden Vorstromkreis eine Hilfsspannungsquellevorzusehen, wobei die Summenspannung
der beiden Hilfsspannungsquellen stets konstant ist, und die Spannung einer jeden
Hilfsspannungsquelle sich gegensinnig mit der Ausgangsspannung des zugehörigen Teilverstärkers
ändert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 abgebildet. Soweit
es sich hierbei um die gleichen Elemente wie in Fig.1 handelt, werden die gleichen
Bezugszeichen verwendet. Der Vorstrom für den Teilverstärker 1 wird von der
Spannungsquelle uol geliefert, der Vorstrom für den Teilverstärker 2 von der Spannungsquelle
u.2. Diese Vorstromspannungsquellen werden durch Gleichrichtung der Sekundärspannungen
zweierTransformatoren9 und 10 über die Brückengleichrichter 7 und
8 erzeugt. Die Primärwicklungen beider Transformatoren sind in Reihe geschaltet
und werden von der Spannung 11 gespeist.
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Die Schaltung nach der Erfindung hat folgende Wirkungsweise: Ist beispielsweise
der Teilverstärker 1
weiter aufgesteuert als der Teilverstärker
2, dann treibt die Ausgangsspannung ui einen größeren Strom über den Vorwiderstand
4 als die Ausgangsspannung u2 über den Vorwiderstand 5. Durch diese von den
Ausgangsspannungen u1 und u2 getriebenen Ströme werden die Ventile der Brückengleichrichter
7 und 8 vorgestromt. Das bedeutet, daß über die Sekundärwicklungen der Transformatoren
9 und 10 Kurzschlußströme in der Größe dieser Vorströme fließen können. Wird jedoch
ein Transformator kurzgeschlossen, so verkleinert sich seine von den Primärwicklungen
her gemessene Eingangsimpedanz. Da entsprechend dem angenommenen Aussteuerungszustand
der Transformator 9 in stärkerem Maße kurzgeschlossen ist als der Transformator
10, wird auch die Eingangsimpedanz des Transformators 9 kleiner als die des
Transformators 10 sein. Entsprechend diesen Eingangsimpedanzen verteilt sich die
konstante Spannung 11 auf die beiden Transformatoren 9 und 10. Je
weiter also der Teilverstärker 1
aufgesteuert und der Teilverstärker 2 zugesteuert
wird, um so kleiner wird die Spannung uol und um so größer wird die Spannung u02.
In Fig. 3 sind die Verläufe der Vorspannungen uol und u.2, der Ausgangsspannungen
u1 und u., der beiden Teilverstärker sowie die an der Last wirkende Differenzspannung
uB als Funktion des Steuerstromes 1s dargestellt. Bei der bekannten Schaltung nach
Fig.1 setzt sich der Strom über den Vorwiderstand 4 bzw. 5 aus dem konstanten Vorstrom
über das Ventil 1 a und 2 a und den von der Ausgangsspannung ui bzw. uz getriebenen
Strom zusammen. Er steigt also mit der Aufsteuerung des zugehörigen Teilverstärkers
an. Bei der bekannten Schaltung wird der Vorstrom über das Ventil 1 a bzw. 2 a in
dem Maße vermindert, in dem der von der Ausgangsspannung u1 bzw. uz getriebene Strom
ansteigt. Der Strom über den Vorwiderstand 4 bzw. 5 ist also bei der Schaltung nach
der Erfindung praktisch konstant. Man erkennt hieraus, daß die Schaltung nach der
Erfindung bedeutend geringere Verluste an den Vorwiderständen 4 und 5 aufweist wie
die bekannte Schaltung nach Fig. 1.
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Wird die Schaltung nach der Erfindung für einen theoretischen Wirkungsgrad
von 50% ausgelegt, dann werden die an den Vorwiderständen auftretenden Verluste
etwa auf ein Viertel der bei der Schaltung nach Fig.1 auftretenden Verluste herabgesetzt.