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Schaltungsanordnung zum Unterdrücken von Störimpulsen bei Magnetkern-Transistorschaltungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Unterdrücken von Störimpulsen,
die bei den bekannten Magnetkern-Transistorschaltungen auftreten. Magnetkern-Transistor-Bausteine
sollen mit ihren Nutzimpulsen die in der Ausgangsleitung eines Bausteines liegenden
Keine vollständig ummagnetisieren, die Störimpulse dagegen dürfen die Kerne nicht
beeinflussen. Der Magnetisierungszustand eines Kernes mit rechteckiger Hysteresisschleife
wird irreversibel geändert, wenn der den Kern durchfließende Strom größer ist als
die Koerzitiverregung H, Die Amplitude des Störimpulses darf also nicht so groß
werden, daß die Koerzitiverregung eines angesteuerten Kernes überschritten wird.
Treffen bei einem Kern mehrere Störimpulse gleichzeitig ein, so darf die Summe der
Störamplituden die Koerzitiverregung des Kernes nicht überschreiten. Eine Überschreitung
dieser Grenze ist auch dann nicht zulässig, wenn die Dauer des Störimpulses kurz
ist. Ein nur einmal auftretender kurzer Störimpuls mit zu großer Amplitude beeinflußt
zwar den angesteuerten Magnetkern nur geringfügig. Wirken jedoch auf den Kein nacheinander
mehrere dieser Störimpulse, so findet eine schrittweise Ummagnetisierung statt.
Es ist also erforderlich, die Amplituden der Störimpulse so zu begrenzen, daß die
von ihnen ausgeübte Erregung unter der Koerzitiverregung bleibt.
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In einem Magnetkern-Transistor-Baustein tragen beide Bauteile, also
sowohl Ringkern als auch Transistor, zur Entstehung eines Störimpulses am Ausgang
des Bausteines bei. Im Kein wird der Störimpuls durch reversible Magnetisierungsvorgänge
erzeugt, und im Transistor wird der Impuls verstärkt. Die Störimpulse kommen durch
die nicht idealen Eigenschaften des Magnetkernes zustande. Die den stabilen Punkten
des Kernes entsprechende Induktion ist nämlich nicht gleich der Sättigungsinduktion,
dieses liegt vielmehr etwas darüber. Befindet sich der Kern in einer stabilen Lage,
wird daher durch einen Impuls, der den Kern vom Remanenzpunkt in den Sättigungspunkt
bringt, eine Feldänderung hervorgerufen, die in der Ausgangswicklung, des Magnetkernes
einen Störimpuls erzeugt. Die Höhe dieses Stötimpulses ist durch die zeitliche Stromänderung
des Ansteuerimpulses, die Windungszahlen und die reversible Pemeabilität des Kernes
bestimmt. überschreitet nun die in der Basiswicklung induzierte Störspannung einen
durch den Transistor gegebenen Schwellwert, so beginnt Basisstrom zu fließen. Die
induktive Komponente des Eingangswiderstandes eines Transistors bewirkt dabei, daß
bei Oberschreitung des Schwellwertes durch die Störspannung der Basisstrom nicht
sofort die durch die Kennlinie gegebenen Werte annimmt, sondern verlangsamt ansteigt.
Dies bedeutet, daß bei Transistoren mit hohem induktivem Anteil des Eingangswiderstandes
während der kurzen Dauer des Störimpulses der Basisstrom und damit auch der Kollektor-Störstrom
klein bleiben. Die Anwendungsforderungen lassen nun eine in bezug auf die Störimpulsunterdrückung
gerichtete Abänderung der physikalischen Eigenschaften des Kernes sowie der Abmessungen
und der Wickeldaten im allgemeinen nicht zu.
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Eine Verkleinerung von Störimpulsen ist also durchführbar durch Abflachung
der Flanken der Ansteuerimpulse und durch Erhöhung der induktiven Komponente des
Transistor-Eingangswiderstandes. Die im folgenden angegebenen Methoden zur Verkleinerung
von Störimpulsen beruhen auf diesen Möglichkeiten. Eine Abflachung der Impulse läßt
sich mit RC-Gliedern vornehmen, die in der Kollektorleitung des Transistors eingeschaltet
sind. Diese Glieder bewirken, daß bei Beginn des Ansteuerimpulses bis zur Aufladung
des Kondensators C der durch die Kerne fließende Strom nur langsam ansteigt
und am Ende des Ansteuerimpulses langsam abfällt. Die Abflachung in dieser Weise
bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß der Kondensator C beim Magnetisieren
der Kerne über weitere Einstell- oder Abfragewicklungen eine Belastung darstellt,
die die Ummagnetisierungszeit der Kerne verlängert. Eine Erhöhung des induktiven
Anteils des Transistor-Eingangswiderstandes wird z. B. durch Einfügen einer Drossel
in die Basisleitung des Bausteines erreicht. Dies bewirkt, daß der Basisstrom bei
Auftreten einer Spannung an der Basiswicklung des Ringkernes nur langsam ansteigt.
Da die im Kern
erzeugte Störspannung nur aus einer kurzen Spitze
besteht, bleibt der durch die Drossel begrenzte Basisstrom während der Störspannungsdauer
klein. Entsprechend dem kleinen Basisstrom bleibt damit auch der Kollektorstrom-Störimpuls
klein. Die Dres3el wirkt natürlich auch auf den Nutzimpuls ein, indem sie die Anstiegs-
und Abfallzeiten des Nutzimpulses verlängert. DieInduktivität derDrossel ist daher
so zu wählen, daß sie nur kurzzeitig zu Beginn des Nutzimpulses wirksam ist und
dann in den Sättigungszustand übergeht. Der Nutzimpuls wird dann nur geringfügig
verforint. Der Nachteil der oben angeführten Schaltungen besteht darin, daß das
Nutz-Stör-Verhältnis nicht groß genug gemacht werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung
anzugeben, die diese Nachteile nicht aufweist. Dies wird dadurch erreicht, daß in
mindestens einem Kreis des Transistors ein zeitabhängiges Gegenkopplungsnetzwerk
eingeschaltet ist. Dieses zeitabhängige Gegenkopplungsnetzwerk kann vorteilhaft
aus einem übertrager bestehen, dessen eine Wicklung mit dem Ausgangskreis des Transistors
und dessen andere Wicklung mit dem Eingangskreis des Transistors so verbunden ist,
daß ein Anstieg des Stromes im Ausgangskreis auf den Strom im Eingangkreis anstiegshemmend
wirkt, und daß dieser übertrager so dimensioniert ist, daß er vom Strom im Ausgangskreis
in einer der Länge des Störimpulses entsprechenden Zeit bis in die Sättigung ausgesteuert
wird.
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Ein besonderer Vorteil der zeitabhängigen Gegenkopplung tritt dann
in Erscheinung, wenn Transistoren mit kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten verwendet
werden sollen. Die Größe der Störimpulse wächst nämlich proportional mit der Schaltgeschwindigkeit,
so daß durch den Gegenstand der Erfindung die Anwendung schneller Transistoren und
damit schneller Magnetkern-Transistoreinheiten in der gesamten Elektronik möglich
ist.
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Einige Ausführungsformen werden nun an Hand der Zeichnungen erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine übliche Magnetkern-Transistorschaltung,
während in F i g. 2 die B/H-Kennlinie des Rechteckkernes dargestellt ist;
F i g. 3 zeigt ein Impulsdiagramm einer Anordnung nach F i g. 1.
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Geht man davon aus, daß sich der Kein K in der »0«-Lage befindet und
ein Abfrageimpuls auf die Wicklung wl gegeben wird, so ergibt sich eine Feldänderung
maximal bis zum Punkt -H,1-B,. Die Anstiegsflanke des Abfrageimpulses
!A (Zeile a, F i g. 3) induziert in der Wicklung w 4 eine Spannung,
die einen Basisstrom -lb zur Folge hat (Zeile c), so daß am Ausgang ein Störimpuls
i, (Zeile d) auftritt. Ebenso verhält es sich, wenn der in der »l«-Lage belmdliche
Kein über die Wicklung wl einen Impuls erhält. Hierbei öffnet die Rückflanke des
Impulses den Transistor (Zeilen b,
d, F i g. 3).
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Die F i g. 4 zeit nun ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung. Sie besteht aus dem Transistor Tr, dem ein Kein K mit Rechteckcharakteristik
zugeordnet ist. Ein Impuls auf den Eingang A öffnet den Transistor, wenn
sich der Kein in seiner »l«-Lage befand, über den Rückkopplungsweg der Wicklungen
w 3 und w 4. Die im Emitterzweig liegende Induktivität L setzt dem Stromanstieg
einen Widerstand entgegen. Es erfolgt also ein Potentialabfall am Emitter, der bewirkt,
daß das Basispotential in bezug auf das Emitterpotential steigt. Die Induktivität
ist nun so ausgebildet, daß sie nach einer der Dauer des Störimpulses der entsprechenden
Zeit durch den Emitterstrom bis in die Sättigung hinein ausgesteuert wird. Das heißt
also, daß der Eingangswiderstand des Transistors während der Dauer des Störimpulses
so groß ist, daß der Störimpuls nicht zur Wirkung kommen kann. Der in seiner Dauer
naturgemäß längere Nutzimpuls wird dagegen nur unwesentlich beeinflußt.
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In F i g. 5 ist eine andere Ausführungsforin der Anordnung
gemäß der Erfindung dargestellt, die einen übertrager ü zwischen dem Kollektor und
der Basis enthält. Ein AbfrageimpulsA magnetisiert den Kern K »abwärts«, die Rückkopplung
setzt darauf in üblicher Weise ein. Der Kollektorstrom 1, magnetisiert den
übertragerkern U über die Wicklung w5 dann so, daß in der Wicklung w
6 eine Spannung erzeugt wird, die der Basisspannung an der Wicklung w4 entgegengerichtet
ist. Die Wirkung des Übertragers ü darf sich nur auf die Dauer des Störimpulses
erstrecken, daher ist auch der Übertragerkein wie die Induktivität L in der F i
g. 4 so dimensioniert, daß er durch den Kollektorstrom i, nach Beendigung
des Störimpulses bis zur Sättigung ausgesteuert ist. Ist der übertrager dann gesättigt,
wird der Nutzimpuls nicht mehr beeinflußt und somit auch keine Spannung an der Wicklung
w 6 erzeugt, da keine Feldänderung auftritt. Tritt die Rückflanke des Ansteuerimpulses
auf, wirkt die Gegenkopplung des übertragers auch auf sie abflachend.
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in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 liegt die Gegenkopplung
zwischen Emitter und Kollektor des Transistors Tr. Der Übertrager ü besitzt
zwei Wicklungen w 7 und w 8. Auch hier wirkt der zeitliche Stromanstieg
in der Wicklung w7 dem Stromanstieg im Emitterzweig während der Anstiegsdauer des
Ansteuerungsimpulses entgegen. Für die Auslegung des Übertragers gilt auch hier
das oben Ausgeführte.