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Schaltung im Arbeitskreis von Magnetverstärkern Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, bei Magnetverstärkern mit Gleichstromausgang in Gegentaktschaltung
oder mit in der Bürde überlagertem Kompensationsstrom die Schaltung im Arbeitskreis,
insbesondere von Ausgangsstufen mehrstufiger magnetischer Leistungsverstärker, so
zu verbessern, daß die Verstärkerkennlinien sich über einen größeren Bereich aussteuern
lassen. Die Verstärkerstufen werden überwiegend in der sogenannten Selbstsättigungsschaltung
(Schaltung mit innerer Rückkopplung nach Geyger) ausgeführt. Hierbei zeigt sich
jedoch, daß die Kennlinie sich bei einer Umkehr der Richtung der Steuerspannung
wider Erwarten nur wenig in das negative Gebiet hinein aussteuern läßt. Die Verstärkerstufe
verhält sich dabei so, als ob sich ein Störstrom ausbilden würde, der der Aussteuerung
einen Widerstand entgegensetzt. Wenn der Verstärker in negativer Richtung ausgesteuert
wird, bildet sich nämlich über die Bürde ein Kreisstrom aus, der über die Arbeitswicklungen
fließt und ein Anwachsen des Arbeitsstromes verhindert.
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Es hat sich nun gezeigt, daß sich bei den obengenannten Magnetverstärkern
derAussteuerungsbereich überraschenderweise sehr viel weiter in das negative Gebiet
verschieben läßt, wenn gemäß der Erfindung in den die Bürde speisenden Mittelzweig
des Arbeitskreises ein für den Bürdenstrom eine Spannungsschwelle bildendes Element
z. B. eine Fremdspannungsquelle, Zenerdiode od. dgl., eingeschaltet ist.
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Bei einem anders aufgebauten nicht richtungsabhängigen magnetischen
Verstärker, bei dem also keine Gegentakt- und keine Kompensationsschaltung angewendet
sind, ist es bekannt, in Reihe mit jeder Arbeitswicklung eine Zenerdiode einzuschalten,
deren Durchlaßrichtung zu der des im gleichen Zweig liegenden Selbstsättigungsgleichrichters
entgegengesetzt ist. Diese Maßnahme dient jedoch einem anderen Zweck, nämlich das
dynamische Verhalten des Verstärkers zu verbessern. Wird dieser Verstärker plötzlich
abwärts gesteuert, so wird in dem Kreis der Arbeitswicklungen ein Stromstoß induziert,
der mit einer bestimmten Zeitkonstanten wieder abklingt. Dieser Stromstoß vergrößert
die Zeitkonstante des Verstärkers und wird verhindert, wenn in Reihe mit jeder Arbeitswicklung
eine Zenerdiode eingeschaltet ist.
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Die neuen Schaltungen für richtungsabhängige Magnetverstärker in Gegentakt-
oder Kompensationsschaltung, mit denen sich ein wesentlich größerer Aussteuerungsbereich
erzielen läßt, sollen im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt hierbei eine Verstärkerstufe, bei der in der Bürde
ein Kompensationsstrom überlagert wird, aus Fig. 2 sind die Kennlinien zu ersehen,
die mit und ohne Anwendung der Erfindung erreicht werden. Die Fig. 3 bis
5 geben Beispiele für den Aufbau von Elementen, die sich gemäß der Erfindung
zur Erzeugung einer Spannungsschwelle eignen. An Hand der Kennlinien der Fig.
6 wird das Verhalten von Gegentaktstufen näher erläutert. Eine solche Stufe,
bei der die Schaltung gemäß der Erfindung angewendet ist, wird in Fig.
7 dargestellt.
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In Fig. 1 wird in vereinfachter Darstellung die Ausgangsstufe
eines Magnetverstärkers mit den Steuerwicklungen 1 und 2 und den Arbeitswicklungen
3, 4, dem Netztransformator 5 und den Selbstsättigungsgleichrichtern
6, 7 gezeigt, in deren Mittelzweig die Bürde R" liegt. Dem Bürdenwiderstand
R" wird in nicht näher erläuterter, je-
doch bekannter Weise über den Widerstand
8 ein Kompensationsstrom überlagert. Mit dieser bekannten Schaltung wird
nach Fig. 2 die Kennlinie 1 erhalten, die den Verlauf des Bürdenstromes im
Verstärkerausgang in Abhängigkeit vom Steuerstrom zeigt. Wenn der Steuerstrom seine
Richtung umkehrt, erreicht der Ausgangsstrom trotzdem nicht den Wert Null, sondern
steigt gewöhnlich wieder an, wenn der Steuerstrom sehr große negative Werte
annimmt.
Auch wenn der Kompensationsstrom verhältnismäßig groß gewählt wird,
läßt sich allenfalls die Kennlinie nach 11 erhalten, bei der auch nach Umkehrung
des Steuerstromes der Ausgangsstrom gerade den Wert Null oder sehr geringe negative
Werte erreicht.
Wird dagegen gemäß der Erfindung zwischen die C,
Punkte A und B in Reihe mit der Bürde ein Element eingeschaltet, das eine
Spannungsschwelle besitzt, z. B. eine galvanische Batterie, die mit ihrem positiven
Pol am Punkt A und ihrem negativen Pol am Punkt B liegt, so ergibt sich überraschenderweise
eine Kennlinie nach 111 in Fig. 2, die sehr weit ins negative Gebiet herunterreicht,
wenn sich der Steuerstrom umkehrt. Der negative Bereich nimmt dabei Werte etwa um
1011/o des im positiven Gebiet liegenden Aussteuerbereiches an. Außerdem ergibt
sich der Vorteil, daß die Steuerkennlinie mit einem verhältnismäßig steilen Winkel
durch den Wert Null des Ausgangsstromes verläuft.
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Am vorteilhaftesten hat es sich erwiesen, zur Erzeugung der Spannungsschwelle
zwischen die Punkte A und B eine Zenerdiode einzuschalten. Eine solche Diode
hat bei einem verhältnismäßig geringen Innenwiderstand in Durchlaßrichtung eine
definierte Sperrspannung. Es genügt dabei, handelsübliche Dioden mit Zenerspannungen
beispielsweise zwischen 5 und 10 Volt zu wählen. An Stelle der Zenerdiode
können aber auch, wie bereits erwähnt, andere Spannungsquellen, beispielsweise nach
Fig. 4 eine galvanische Spannungsquelle 10, verwendet werden. Auch eine netzgespeiste
Gleichrichterbrücke in Graetzschaltung, in Fig. 5 mit 12 bezeichnet, läßt
sich verwenden, die einen Widerstand Rq speist. Parallel zu diesem Widerstand liegt
ein Kondensator 13. Der Gleichrichter 12 wird über einen nicht dargestellten
Speisetransformator an die Netzwechselspannung angeschlossen. Die Endpunkte des
Widerstandes R" sind an die Punkte A ... B der Schaltung nach Fig.
1 zu legen. Für die Dimensionierung des Widerstandes Ry ist zu beachten,
daß dieser Widerstand klein gewählt werden muß im Vergleich zum Bürden%viderstandR".
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In Fig. 6 sind die Kennlinien einer Gegentaktverstärkerstufe
in Selbstsättigungsschaltung dargestellt. Die Kennlinien IV und V sind die der einzelnen
Stufen, während mit VI die resultierende Kennlinie der Gegentaktstufe bezeichnet
ist. Während sich die Kennlinien der einzelnen Stufen bis zu einer mit 10011fe bezeichneten
Marke aussteuern lassen, erstreckt sich die resultierende Kennlinie VI über einen
wesentlich kleineren Bereich. Auch dies rührt davon her, daß sich in der Schaltung
bei der überlagerung der gegenläufigen Ströme Rückwirkungen einstellen, die den
Aussteuerungsbereich stark einengen. Wird nun die Schaltung gemäß der Erfindung
angewendet, so zeigt sich überraschenderweise, daß die Kennlinie sich wieder bis
zur Marke 1001/9 in beiden Richtungen aussteuern läßt. Ein Beispiel für eine hierzu
geeignete Schaltung zeigt Fig. 7. Die Gegentaktstufe ist in bekannter Weise
aufgebaut und enthält vier Steuerwicklungen S, eine entsprechende Anzahl
von Wicklungen V zur Einstellung der Vormagnetisierung und die vier im Gegentakt
geschalteten Arbeitswicklungen Ab. Die Arbeitswicklungen arbeiten mit den
Selbstsättigungsgleichrichtem 14 bis 17 zusammen. Der Mittelzweig der Gegentaktstufen
speist den Bürdenwiderstand R", der andererseits an der Mittelanzapfung des Netztransformators
liegt. Der Widerstand R" wird von einem Kondensator 18
überbrückt. In die
beiden die Bürde speisenden Mittelzweige sind im Sinne der Erfindung die Zenerdioden
19 und 20 eingeschaltet. Es lassen sich auch die früher erwähnten Elemente
zur Erzeugung einer Spannungsschwelle verwenden.