DE1000471B - Magnetischer Demodulator - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen vervollkommneten magnetischen Demodulator mit hoher Empfindlichkeit.

Der verbesserte Demodulator besitzt im wesentlichen zwei abgeglichene magnetische Übertrager mit einem Kern von veränderlicher Permeabilität, deren jede eine Steuerwicklung und eine Ausgangswicklung trägt, wobei die S teuer wicklungen in einem ersten abgeglichenen Gleichrichterkreis mit einer ersten Erregungsquelle und mit einer frequenzgleichen Wechselsignalquelle angeordnet sind, während die beiden Ausgangswicklungen ihrerseits in einem zweiten abgeglichenen Gleichrichterkreis mit einer zweiten, mit der ersten frequenzgleichen Erregungsquelle und mit einer Belastungsimpedanz angebracht sind, so daß die periodische Sättigung der beiden Kerne dann, wenn kein Signal vorhanden ist, bewirkt, daß in der Belastungsimpedanz gleiche und entgegengesetzt gerichtete Stromimpulse auftreten, während die Zuführung eines Signals bewirkt, daß die Permeabilität der beiden Kerne in entgegengesetztem Sinne verändert wird und daß dadurch in der Belastungsimpedanz ein resultierender, von dem Gleichgewichtszustand abweichender Strom fließt.

Erfindungsgemäß wird das Eingangssignal der Steuerelektrode eines Transistors zugeführt, der derart in den ersten, vorgenannten Kreis eingeschaltet ist, daß er die Aufteilung der von der ersten Erregerquelle herkommenden Erregerspannung auf die beiden Steuerwicklungen der Übertrager steuert.

Der Demodulator nach der Erfindung besitzt eine sehr große Empfindlichkeit und macht die Nutzbarmachung von Wechselsignalen sehr kleiner Amplituden möglich. Er läßt sich außerdem sehr leicht herstellen und unterhalten. Außerdem bietet er zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, die sich ganz allgemein auf das gesamte Gebiet der elektrischen Servovorrichtungen erstrecken.

An Hand der Zeichnung wird nunmehr eine Ausführungsform des vervollkommneten Demodulators beschrieben. Es zeigt

Fig. ι ein Schaltbild und

Fig. 2 ein Blockschaltbild für eine Anwendung der Erfindung.

Die Schaltung weist zwei Übertragerspulen 46, 47 mit je einem Kern mit veränderlicher Permeabilität auf, deren jede eine Wicklung 48, 50 als Steuerwicklung und eine Wicklung 49, 51 als Ausgangswicklung trägt.

Jede der Steuerwicklungen 48, 50 ist mit einem ihrer Enden mit einem der beiden entgegengesetzten Pole einer Speisewicklung 35 verbunden, die eine der beiden Sekundärwicklungen eines Speisetransformators 45 bildet, dessen Primärwicklung 44 an die allgemeine Wechselspannungsquelle, die beispielsweise Magnetischer Demodulator

Anmelder: Bendix Aviation Corporation, New York, N, Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negerjdank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 43

Beanspruchte Priorität;
V. St. ν. Amerika-vom 3. Januaj 1955

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John Charles Karlson, Brooklyn, N. Y. (V. St. ν. Α.), ist als Erfinder genannt worden

400 Hz liefert, angeschlossen ist. Das andere Ende jeder der beiden Wicklungen 48 und 50 ist an eine der Elektroden (hinter die Anode) einer Diode 58 und 59 angeschlossen, die ihrerseits mit ihrer anderen Elektrode an eine gemeinsame Verbindungsstelle 60 angeschlossen sind.

Wie man in dem Schaltbild sieht, ist der Anschluß der beiden Wicklungen 48, 50' an die Speisewicklung 35 derart dargestellt, daß die Richtung des Stromflüsses durch die beiden Steuerwicklungen die gleiche wie in den beiden Übertragein' 46, 47 ist. Zwischen die gemeinsame Verbindungsstelle 60 der beiden Dioden und eine auf der Speisewicklung 35 vorgesehenen Mittelanzapfung 34 ist 'ein Steuerkreis eingeschaltet, der in erster Linie den Gegenstand der Erfindung bildet. Dieser Kreis'umfaßt zwei parallele Zweige. Ein erster Zweig enthält in Reihenschaltung einen Transistor 2.7, für den man zur Festlegung die Bauart N-P-N vorschlägt, dessen Kollektorelektrode 29 mit der Verbindungsstelle 60 verbunden ist, und ein Netzwerk, das sich aus einem Widerstand 62 und einer dazu parallel liegenden Kapazität 63 zusammensetzt und einerseits an die Emitterelektrode 30 des Transistors und andererseits an die Mittelanzapfung 34 angeschlossen ist. Der andere Zweig des Kreises besteht aus einem mit einem seiner Enden an die Verbindungsstelle 60 angeschlossenen Widerstand 61 und einem zweiten Netzwerk, das aus einer Parallelschaltung von einem Widerstand 31 und einer Kapazität 32 besteht und einerseits an das andere Ende des Widerstandes 61 und andererseits an die Mittelanzapfung 34 angeschlossen ist.

Der Transistor 27 könnte auch als P-N-P-Type unter dem Vorbehalt, daß einfach der Sinn des Anschlusses an jede der Dioden 58 und 59 umgekehrt wird, gewählt werden.

Zwischen die Basis 28 des Transistors und den dem Widerstand 61 und dem Netzwerk 31-32 gemeinsamen Punkt ist eine Wechselsignalquelle eingeschaltet, die aus einem Transformator 20 besteht, dessen Sekundärwicklung zwischen den beiden oben bezeichneten

Ebenso ist während der anderen Halbwelle der Speisespannung, wenn also die untere Eingangsdiode 59 leitend und die Steuerwicklung 50 der Reaktanzspule 47 erregt ist, die untere Ausgangsdiode 66 nicht-5 leitend und die Ausgangswicklung 51 des Übertragers 47 demnach nicht erregt.

Während der Halbwelle, für die die Ausgangswicklung der einen der beiden Übertrager (es sei beispielsweise die Wicklung 51 von 47) erregt ist, hat

Punkten angeschlossen ist und dessen Primärwick- 10 der Erregerstrom die Wirkung, daß in dem Kern lung mit einem modulierten Wechselsignal gespeist dieses Übertragers eine Magnetisierung erzeugt wird,

die den zu diesem Kern gehörigen Arbeitspunkt auf eine Höhe führt, die in der Nähe des Maximums der

werden kann, dessen Trägerwelle mit der Speisewelle frequenzgleich sein muß.

Man erkennt, daß die Signalquelle E_s so in eine Magnetisierungstkennlinie liegt und dem Sättigungsder Diagonalen einer Brücke eingeschaltet ist, deren 15 wert entspricht.

andere Diagonale von den Punkten 60 und 34 gebildet Während der folgenden Halbwelle wird die Steuerwird. Einer der Zweige dieser Brücke wird durch wicklung 50 des betrachteten Übertragers durch die die Verbindung Basis-Kollektor (28-27) des Tran- Quelle erregt, und diese Erregung besitzt die gewollte sistors, ein zweiter Zweig durch die Verbindung Polarität, um die Magnetisierung des Kernes auf Basis-Emitter (28-30) und durch das die Polarisa- 20 einen unteren Wert zu führen. Wenn man die jeder tion der Sendeelektrode sicherstellende Netzwerk der Ausgangswicklungen 49, 51 zugeführte Erreger-62-63, ^ein dritter Zweig durch das Netzwerk 31-32 spannung E₀ als konstant und die jeder der Steuer- und< der letzte Zweig schließlich durch den Wider- wicklungen 48, 50 zugeführte Erregerspannung als stand 61 gebildet. veränderlich ansieht (im Hinblick auf die mögliche

Infolge der Anbringung der Wicklungen 48, 50 und 25 Anwesenheit eines Eingangssignals, wie es genauer der Dioden 58, 59 werden diese beiden Wicklungen beschrieben wird), sieht man, daß die Höhe der PoIanur während der aufeinanderfolgenden Wechsel jeder risation des Übertragerkernes um so niedriger ist, je Periode der Speisespannung erregt. Wenn dem Trans- stärker die Erregerspannung der entsprechenden formator 20 kein Signal zugeleitet wird), werden sie Steuerwicklung geworden ist. Da die Reaktanz der außerdem mit gleichen Spannungen erregt, deren ge- 30 Ausgangswicklung (wie etwa 51) um so viel schwämeinsamer Wert von den Konstanten (insbesondere eher ist, wie der Kern näher an seiner Sättigung ist, den Widerständen 31, 61 und der Kapazität 32) des d.h. je höher die Polarisation des Kernes ist, sieht oben beschriebenen Eingangskreises bestimmt wird. man nun, daß der Strom, den jede Ausgangswicklung

Man sieht also, daß dann, wenn kein Signal vor- durch die entsprechende Induktanz 53 oder 54 wähhanden ist, die der Primärwicklung 44 des Transfor- 35 rend der Halbwelle, in der die Diode 65 oder 66 leimators 45 zugeführte Er reger spannung in gleicher tend ist, hindurch läßt, um so viel stärker ist, wie die

Weise auf die beiden Steuerwicklungen 48 und 50 im Laufe der aufeinanderfolgenden Wechsel einer jeden Periode der Speisespannung aufgeteilt wird.

Die Ausgangswicklungen 49, 51 der beiden Übertrager 46, 47 sind einerseits miteinander verbunden und andererseits an die beiden entsprechenden Dioden 65, 66 angeschlossen, deren andere Elektroden mit den Enden eines Paares gleicher, in Reihe liegender Bewährend des voraufgegangenen Wechsels der Steuerwicklung des betrachteten Übertragers zugeführte Erregerspannung abgesunken ist, und umgekehrt. 40 Da dann, wenn keinerlei Eingangssignal vorhanden ist, die beiden Erregerspannungen der Steuerwicklungen 48 und 50 die gleichen sind, werden demzufolge die Nutzinduktanzen 53 und 54 von (gleichgerichteten und die bereits erwähnten Widerstands-

lastungsinduktanzen 53, 54 verbunden sind. Zwischen 45 Kapazitäts-Nebenschlußschaltungen gefilterten) gleich die gemeinsame Verbindungsstelle 64 der beiden großen und entgegengesetzt gerichteten Strömen der-Wicklungen 49, 51 und die gemeinsame Verbindungs- art durchflossen, daß das Gleichgewicht in dem Nutzstelle 55 der beiden Induktanzen 53, 54 wird eine kreis 52 erhalten bleibt. Die Konstanten des Ein-Wechselspannung E_g eingeleitet, die von einer zwei- gangskreises und insbesondere die Widerstände 31, ten Sekundärwicklung 39 des Speisetransformators 45 50 61 und 62 und die Kapazitäten 32 und 63 werden gewonnen wird. vorzugsweise so gewählt, daß die Induktanzen des

Die beiden Induktanzen 53, 54, zu denen im Neben- Nutzkreises in diesem Ruheszustand von Strömen

Schluß je eine Reihenschaltung aus einem Widerstand geringer Größe durchflossen werden,

und einer Kapazität geschaltet ist, bilden einen Teil Wenn man der Primärwicklung des Transfor-

eines durch 52 bezeichneten, abgeglichenen Nutz- 55 mators 20 ein Wechselspannungssignal zuführt, das

kreises. demnach an den Enden 25-26 der Diagonalen der

Das Schaltbild zeigt, daß die Wicklung 51 derart durch den Eingangskreis gebildeten Brücke auftritt,

an die Einspeisung angeschlossen ist, daß sich der wird das Potential der Basis 28 des Transistors 30

Stromfluß durch die beiden Ausgangswicklungen 49, im Verhältnis zur Emitterelektrode 30 moduliert, und

51 in dem gleichen Sinne in den beiden Transforma- 60 diese Spannungsmodulation wird verstärkt auf der

toren ausbildet. Andererseits ist der Anschluß sinn der Kollektorelektrode 29 wiedergegeben. Daraus folgt,

beiden Ausgangsdioden 65, 66 entgegengesetzt, aus daß das Potential der Verbindungsstelle 60 selbst als

Gründen, die weiter unten beschrieben werden. Funktion des Signals um seinen Ruhemittelwert her-

Der Anschluß der Wicklungen und Dioden ist der- um moduliert wird. Das Potential des Punktes 60

art, daß während der Halbzelle, während deren die 65 wird während der Halbwellen, während welcher die

obere Eingangsdiode 58 leitend und die Steuerwick- eine der Steuerwicklungen 48 oder 50 (der Phasen-

lung 48 des Übertragers 46 demnach erregt ist, die obere Ausgangsdiode 65 nichtleitend und die Ausgangswicklung 49 des Übertragers 46 demzufolge nicht erregt ist.

lage des Signals folgend) erregt wird, vergrößert und während der Halbwellen, während deren die andere Steuerwicklung (50 oder 48) erregt wird, um ebenso-70 viel verringert. Die Erregung der Steuerwicklung des

einen Übertragers nimmt also dann zu, wenn diejenige der Steuerwicklung des anderen abnimmt; durch die oben erläuterte Vorrichtung läßt die Ausgangswieklung des ersten Übertragers einen Strom zu, der unterhalb seines Rtthewertes liegt; die des zweiten überträgt einen höheren Strom. Der Nutzkreis wird also von einem resultierenden Strom durchflossen, dessen Richtung und Stärke der Phasenlage und der Amplitude des Eingangssignals entsprechen.

Es wird nunmehr zwecks Erläuterung ein zahlenmäßiges Beispiel von der Arbeitsweise des Demodulators angegeben. Für den Ruhezustand (kein Eingangssignal) sind die Spannungen ER₁ und ER₂ und die Konstanten des Eingangskreises so gewählt, daß an den Klemmen jeder der beiden S teuer wicklungen 48, 50 eine gleiche Spannung von 3,5 Volt herrscht. Die zwischen den Klemmen 64 und 55 des· Ausgangskreises auftretende Spannung beträgt 45 Volt. Für diese Verhältnisse und für einen bestimmten Wert der Nutzimpedanzen sind die in entgegengesetztem Sinne in den beiden Nutzwicklungen 53 und 54 fließenden Ströme untereinander gleich, und jeder beträgt 4 mA. Man führt nun dem Transformator 20 ein bestimmtes Eingangssignal E_s zu, dessen Phasenlage und Amplitude so ist, daß die der Wicklung 48 zugeführte Erregerspannung auf 7 Volt gebracht wird, während die der Wicklung 50 zugeleitete auf ο Volt geführt wird. Die durch die Ausgangswicklungen 49 und 51 fließenden Ströme sind weitgehend umgekehrt proportional den Erregerspannungen der entsprechenden Steuerwicklungen; die Stärke des daraufhin in der unteren Induktanz 54 des Nutzkreises fließenden Stromes ist ungefähr 8 mA und die des Stromes in 53 weitgehend Null.

Fig. 2 zeigt ein allgemeines Blockschaltbild einer Anlage, die den vervollkommneten, durch den Block 71 schematisch dargestellten Demodulator enthält. Der Block 70 stellt eine Erzeugungsvorrichtung für die Eingangssignale dar, die ein Synchronmaschinengeber oder allgemein jede Wechselspannungs-Signalquelle sein kann, die von der gleichen Frequenz (beispielsweise 400 Hz) wie die Speisespannung erregt wird.

Am Ausgang des Demodulators 71 ist als 52 derjenige Kreis abgebildet, der dieses gleiche Bezugszeichen in Fig. 1 trägt und der von einem magnetischen Verstärker (dessen Wicklungen 53 und' 54 die Steuerwicklungen sein würden), einem Relais usw. gebildet sein kann. Der letzte Block in Fig. 2 stellt eine Nutzvorrichtung wie etwa einen Servomotor, ein Ventil, eine Maschine oder Kupplung usw. dar.

Im Rahmen der Erfindung, die an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und dargestellt ist, können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden. Insbesondere können die Polaritäten und die Arten des Anschlusses der Dioden und Wicklungen innerhalb der vielen dem Fachmanne geläufigen Möglichkeiten verändert werden.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   60

   i. Magnetischer Demodulator, bestehend aus zwei abgeglichenen Sättigungsübertragern, deren erste Wicklungen in einem ersten, abgeglichenen, gleichrichtenden Kreis mit einer ersten, erregenden Wechselspannungsquelle und mit einer Eingangssignalquelle, deren Frequenz gleich derjenigen der Erregerquelle ist, verbunden sind, und deren zweite Wicklungen in einem zweiten, abgeglichenen, gleichrichtenden Kreis mit einer zweiten, erregenden, die gleiche Frequenz wie die erste Erregerquelle besitzenden Wechselspannungsquelle und mit einer Belastongsimpedanz derart verbunden sind, daß darm, wenn kein Signal vorhanden ist, die periodische Sättigung der Übertragerkerne in der Belastungsimpedanz gleich große und entgegengesetzt gerichtete Stromimpulse hervorruft, wogegen ein Eingangssignal die Permeabilität der Übertragerkerne in entgegengesetzt gerichtetem Sinne so verändert, daß in der Belastangsimpedanz ein resultierender Strom fließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (E_s) der Steuerelektrode (28) eines in dem ersten Kreis liegenden Transistors (27) zugeführt wird, und daß so die Aufteilung der Spannung von der ersten Erregerquelle (E_R) zu den ersten Wicklungen (48, 50) gesteuert wird.
2. 2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal der Basiselektrode (28) des Transistors über die eine Diagonale (25-26) einer Brückenschaltung zugeführt wird, von der zwei Arme oder Zweige die entsprechenden Anschlüsse (29-28 und 28-30) des Transistors enthalten und deren beiden anderen Zweige aus Impedanznetzen (31-32) bestehen, während die andere Diagonale (60-34) der Brücke dazu dient, die erste Erregerspannung auf die ersten Wicklungen (48-50) aufzuteilen.
3. 3. Demodulator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Erregerspannungsquelle mit den Wicklungen (48, 50) in Reihe geschaltet ist und daß die zweite oder andere Brückendiagonale (34-60) zwischen einer Mittelanzapfung (34) an der ersten Quelle und der gemeinsamen Verbindungsstelle (60) zweier Dioden (58, 59), die einen Teil des ersten Gleichrichterkreises bilden und an die ersten Wicklungen angeschlossen sind, liegt.
4. 4. Demodulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode (29) des Transistors mit der gemeinsamen Verbindungsstelle (60) der ersten Dioden (58, 59) verbunden ist.
5. 5. Demodulator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Enden der zweiten Wicklungen (49, 51) miteinander und ihre anderen Enden über zweite Gleichrichter (65, 66) mit den entgegengesetzten Enden der Belastungsimpedanz (53, 54) verbunden sind, und daß die zweite Erregerquelle (E_a) zwischen die gemeinsame Verbindungsstelle (64) der zweiten Wicklungen und den Mittelpunkt (55) der Belastangsimpedanz eingeschaltet ist.
6. 6. Demodulator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Anschlüsse der Wicklungen und die Polaritäten der Dioden so gewählt sind, daß in jedem Übertrager (46, 47) zwei Erregerspannungen (E_R, E₀) den entsprechenden Wicklungen (48, 49; 50, 51) der Übertrager während verschiedener Halbwellen jeder Vollwelle bei gemeinsamer Erregerfrequenz in entsprechend entgegengesetztem Sinne derart zugeführt werden, daß die eine (E_G) dieser Erregerspannungen die Sättigung des Übertragerkerns, zu vergrößern sucht, während die andere (En) Erregerspannung die Sättigung zu verringern sucht.
7. 7. Demodulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Anschlüsse der Wicklungen und die Polaritäten der Dioden

   weiterhin so gewählt sind, daß jede der beiden Erregerspannungen während verschiedener Halbwellen einer jeden Vollwelle bei gemeinsamer Erregerfrequenz den entsprechenden Wicklungen (48, 50; 49, 51) der beiden Übertrager zugeführt wird.
8. 8. Demodulator nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Belastungsimpedanz (53, 54) die Stromimpulse in der Belastungsimpedanz glättende Glättungsfiltermittel angeschlossen sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen