DE1111673B

DE1111673B - Magnetic push-pull amplifier

Info

Publication number: DE1111673B
Application number: DEL36081A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Jentsch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-05-04
Filing date: 1960-05-04
Publication date: 1961-07-27

Description

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.Magnetic push-pull amplifier Below a magnetic push-pull amplifier one understands a magnetic amplifier with direct current output, in which the output direct current to flow in both directions depending on the sign of the control current able. A single magnetic amplifier can generate a direct current because of the in The rectifier contained in it always only emits in one direction: the opposite direction Series connection of the output voltages of two magnetic amplifiers is-without further Auxiliary measures not as a push-pull amplifier.: Suitable. This is because the further overcontrolled. magnetic amplifiers do not have any current over the less far unlocked magnetic amplifier is able to drive, since this reverse direction would have to flow through the valves of the.

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.A well-known circuit of a magnetic push-pull amplifier is- shown in Fig. 1. The magnetic push-pull amplifier. consists of the two Sub-amplifiers 1 and 2. The sub-amplifiers are via the two control windings 1 b and 2 b controlled by the control current i ". This control takes place in opposite directions, d. h., the. control current flowing in a certain direction - i "controls the open one magnetic amplifier and close the other. The output voltages of the two magnetic amplifiers u1 and u .., are connected in series in opposite directions and work on the load resistance 3. The symbolically indicated output rectifier 1 a and 2 a of the magnetic sub-amplifier are supplied by a voltage source 6 one series resistor 4 or 5 each. For example, is the magnetic amplifier 1 further controlled than the magnetic amplifier 2, then it must be in the opposite direction Direction, d. H. in the reverse direction of the rectifier 2a, the load current through the magnetic amplifier 2 can flow. Thanks to the supplied from the voltage source 6 via the series resistor 5- The flow of such a current is possible with a bias current.

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.The known circuit according to FIG. 1 already has a relatively high theoretical efficiency compared to other known push-pull circuits. Theoretical efficiency is understood here as the ratio of the useful power at the load resistor 3 to the nominal output power of a sub-amplifier (type power efficiency). When calculating the actual physical efficiency, the losses to the series resistors 4 and 5 caused by the bias current must also be taken into account. The application of the bias current could actually be carried out without loss by omitting the resistors 4 and 5: But then the opened sub-amplifiers would be short-circuited via the bias circuit; and thus the type power efficiency can be made practically zero. To prevent this from happening, resistors 4 and 5 are required. The smaller they are, the lower the type power efficiency, the greater they are, the greater the power loss to be used to generate the bias current. With optimal dimensioning, a type output efficiency of around 50% is achieved.

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.Another known push-pull amplifier circuit has four Resistors, one of which is the load resistance, to a balanced one Bridge interconnected. Each sub-amplifier feeds this bridge over two diagonals Connections. With the most favorable dimensioning of the resistors, the theoretical efficiency is also 50 per cent. The most favorable rating is when all four resistances are the same size. Additional losses caused by a bias current occur this arrangement does not occur. But it has the advantage that the magnetic sub-amplifier are arranged in the midpoint circuit and are proportionate for such a circuit large type outputs are required for the feeding transformers. if in the case of the arrangement described last, several of the bridge resistors at the same time are used as load resistors, it becomes a theoretical efficiency achieved by more than 50%. However, such an arrangement remains limited to consumers which consist of different separate resistors, which are also in one of the Comparison of the Bridge corresponding relationship to each other have to.

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.The object underlying the invention is now that Modify known circuit according to Figure 1 in such a way that the series resistors occurring losses are significantly reduced.

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.To solve this problem it is proposed according to the invention for to provide an auxiliary voltage source for each bias circuit, the sum voltage of the two auxiliary voltage sources is always constant, and the voltage of each Auxiliary voltage source is opposite to the output voltage of the associated sub-amplifier changes.

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.An embodiment of the invention is shown in FIG. Insofar as these are the same elements as in FIG. 1, the same reference symbols are used. The bias current for the sub-amplifier 1 is supplied from the voltage source uol, the bias current for the sub-amplifier 2 from the voltage source u.2. These bias voltage sources are generated by rectifying the secondary voltages of two transformers 9 and 10 via the bridge rectifiers 7 and 8 . The primary windings of both transformers are connected in series and are fed by voltage 11.

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.The circuit according to the invention has the following effects: If, for example the amplifier stages 1 next turned on when the amplifier stages 2, then drives the output voltage ui a larger current through the series resistor 4 as the output voltage u2 via the series resistor 5. By this from the output voltages U1 and U2 Driven currents, the valves of the bridge rectifiers 7 and 8 are pre-flowed. This means that through the secondary windings of the transformers 9 and 10 short-circuit currents in the size of these pre-currents can flow. However, if a transformer is short-circuited, its input impedance, measured from the primary windings, is reduced. Since the transformer 9 is short-circuited to a greater extent than the transformer 10 in accordance with the assumed modulation state, the input impedance of the transformer 9 will also be smaller than that of the transformer 10. Corresponding to these input impedances, the constant voltage 11 is distributed between the two transformers 9 and 10. The further the sub-amplifier 1 is opened and the sub-amplifier 2 is closed, the lower the voltage uol and the higher the voltage u02. 3 shows the curves of the bias voltages uol and u.2, the output voltages u1 and u., Of the two sub-amplifiers and the differential voltage uB acting on the load as a function of the control current 1s. In the known circuit according to FIG. 1, the current via the series resistor 4 or 5 is made up of the constant bias current via the valve 1 a and 2 a and the current driven by the output voltage ui or uz. It therefore increases with the activation of the associated sub-amplifier. In the known circuit, the bias current through the valve 1 a or 2 a is reduced to the extent that the current driven by the output voltage u1 or uz increases. The current through the series resistor 4 or 5 is practically constant in the circuit according to the invention. It can be seen from this that the circuit according to the invention has significantly lower losses at the series resistors 4 and 5 than the known circuit according to FIG. 1.

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.Will the circuit according to the invention for a theoretical efficiency of 50%, then the losses occurring at the series resistors reduced to about a quarter of the losses occurring in the circuit according to FIG.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Magnetic push-pull amplifier, consisting of two magnetic sub-amplifiers, whose output DC voltages, connected in opposite directions in series, work on a common load and which are each fed through a resistor, characterized in that an auxiliary voltage source (uol or u.2) for each bias circuit is provided, the total voltage of the two auxiliary voltage sources is always constant and the voltage of each auxiliary voltage source changes in opposite directions with the output voltage of the associated sub-amplifier.

2. Magnetic Push-pull amplifier according to Claim 1, characterized in that the auxiliary voltage sources preferably from transformer-fed bridge rectifier circuits (7 and 8), with the primary windings of both transformers (9 and 10) in series are switched. IiZ publications considered: German Auslegeschrift 1078 622; Book by W. A. Geyger, "Magnet Amplifier Circuits", 1959, pp.98 to 100; Book by A. G. M i 1 nes, "Transductors and Magnetic Amphfiers", London-New York, 1957, p.170 / 171; Book by H. F. Stonn, "Magnetic Amplifiers", New York-London, 1955, P. 439/440.