DE1003795B - Magnetische oder dielektrische Sprungschaltungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf magnetische oder dielektrische Sprungschaltungen mit einer veränderlichen nichtlinearen Reaktanz, der vorzugsweise impulsförmige Signalschwingungen sowie eine Speiseschwingung zugeführt werden, deren Frequenz im Verhältnis zu der Wiederholungsfrequenz der Signalschwingungen groß ist, und wobei der Effektivwert der unter der Einwirkung der Speiseschwingung an der Reaktanz erzeugten Schwingung durch Signalschwingungen der einen Polarität einen verhältnismäßig hohen und durch solche entgegengesetzter Polarität einen verhältnismäßig geringen Wert annimmt. Bei einer bekannten magnetischen Sprungschaltung, bei der die veränderliche Reaktanz aus einer Spule mit nichtlinearem ferromagnetischem Kern besteht, wird der Ausgangsstrom gleichgerichtet und auf den Eingangskreis rückgekoppelt. Bei passend gewählter Einstellung der Rückkopplung ergeben sich hier in der Beziehung zwischen Ausgangswechselspannung und Eingangsgleichstrom zwei getrennte stabile Zustände, zwischen denen sich ein instabiler Bereich befindet. Impulse richtiger Größe und Richtung im Eingangskreis versetzen die Schaltung aus einem stabilen Zustand in den anderen, oder umgekehrt, wobei sich das eine Mal ein hoher und das andere Mal ein geringer Effektivwert der Ausgangsschwingung ergibt. Mit solchen Schaltungen sind bedeutende Nachteile verknüpft, denn üblicherweise wird zum Gleichrichten des Ausgangsstroms eine Grätzschaltung benutzt, wozu vier Gleichrichterzellen erforderlich sind.

Der Ohmsche Widerstand der Grätzschaltung liegt dabei in Reihe mit dem Speisegenerator und der veränderlichen Reaktanz, was eine unerwünschte linearisierende Wirkung auf die erforderlichen nichtlinearen Eigenschaften des Kreises hat.

Ferner wird die Ausgangsleistung zu einem großen Teil in dem als einzige Belastung wirksamen Gleichrichterwiderstand absorbiert, so daß nur eine geringe Leistung zur Steuerung einer etwa folgenden, mit der ersteren in Kaskade geschalteten Sprungschaltung übrigbleibt.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und ist dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Reaktanz mit einer zweiten Reaktanz mit entgegengesetztem Vorzeichen gekoppelt ist, wobei die den Effektivwert der Schwingung an einer jeden der Reaktanzen als Funktion der Vormagnetisierung oder -spannung beschreibende Kennlinie wenigstens einen instabilen Bereich aufweist, und daß diese Vormagnetisierung oder Vorspannung durch die Signalschwingungen in einem über diesen Bereich hinausgehenden Maße geändert wird.

Es ist an sich bekannt, eine veränderliche Reaktanz zu koppeln mit einer zweiten Reaktanz mit entgegengesetztem Vorzeichen, aber ohne dabei eine Vorspannung ' oder Vormagnetisierung zu benutzen. Wenn man einer Magnetische oder dielektrische
Sprungschaltungen

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl,-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg I₁ Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 7. August und 12. November 1952

Simon Duinker, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genant worden

derartigen Schaltung eine Speiseschwingung zuführt, kann der Effektivwert der unter der Einwirkung der Speiseschwingung an der veränderlichen Reaktanz erzeugten Schwingung nicht durch Impulse der einen Polarität einen verhältnismäßig hohen und durch Impulse entgegengesetzter Polarität einen verhältnismäßig geringen Wert annehmen. Nur durch geeignete Kopplung zweier dieser Anordnungen kann eine gleichartige Kippschaltung hergestellt werden. Beim Erfindungsgegenstand ist ein wesentlich geringerer Aufwand erforderlich.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer magnetischen Schaltung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 stellt eine sich bei einer solchen Schaltung ergebende Kurvenschar dar;

Fig. 3 ist eine die Wirkung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung erläuternde Kurve;

Fig. 4, 5 und 6 zeigen schematisch Ausführungsbeispiele von magnetischen Schaltungen gemäß der Erfindung;

Fig. 7 und 8 zeigen schematische Ausführungsbeispiele von dielektrischen Schaltungen gemäß der Erfindung;

Fig. 9 ist eine eine Möglichkeit der Wirkungsweise einer Vorrichtung gemäß der Erfindung erläuternde Kurve;

Fig. 10 stellt eine magnetische Schaltung mit Rückkopplung gemäß der Erfindung dar;

Fig. 11 ist eine die Wirkungsweise einer Schaltung nach Fig. 10 erläuternde Kurve;

Fig. 12 ist eine vollständige Kurve, wie sie sich bei einer solchen Schaltung ergibt;

609 838/138

3 4

Fig. 13 ist eine eine Möglichkeit der Wirkungsweise ist. Bei noch weiterer Erhöhung des Widerstandes R hat

einer Vorrichtung gemäß der Erfindung erläuternde dieser schließlich eine so stark linearisierende Wirkung,

Kurve; daß sich weder bei kleinem noch bei großem Wert von /

Fig. 14 stellt eine dielektrische Schaltung mit Rück- Diskontinuitäten ergeben. Die in diesem Falle bestehende

kopplung gemäß der Erfindung dar; 5 Beziehung zwischen V_eff und I ist in Kurve 4 nach Fig. 2

Fig. 15 stellt ein Beispiel einer magnetischen Gegen- dargestellt,

taktschaltung mit Rückkopplung dar; Betrachtet man die F^-I-Kennlinie für eines der

Fig. 16 stellt ein Beispiel einer dielektrischen Schaltung anderen Elemente, also C, R oder W, so haben diese eine

mit Rückkopplung dar, und analoge Gestalt, wobei jedoch die Zahlenwerte von V_eff

Fig. 17 ist eine Kennlinie, wie sie sich bei einer be- ίο für jedes dieser Elemente verschieden sind,

sonderen Anwendung von Schaltungen gemäß der Er- Wie bereits bemerkt, beeinflussen nicht nur die

findung ergeben kann. S-Ü-Kurve des ferromagnetischen Kerns, sondern auch

In Fig. 1 bezeichnet K einen ferromagnetischen Kern, die Werte der Kapazität C, der Spannung E und der

dessen Magnetisierungskurve B = f (H) nichtlinear ver- Frequenz f die Größe von V_eff als Funktion von I,

läuft. L und W sind auf diesem Kern angebrachte Wick- 15 obgleich der Charakter dieser Kennlinie innerhalb be-

lungen, C ein gegebenenfalls linearer Kondensator, G ein stimmter Grenzen beibehalten wird. Diese Größen üben

Speisegenerator und R ein Widerstand, in dem auch die jedoch auch einen qualitativen Einfluß auf die Kurven

übrigen Verluste des Kreises, wie der Widerstand des aus. So können z. B. die Instabilitäten nur auftreten,

Speisegenerators G und der Spule L, vereinigt gedacht wenn das Produkt aus der Kapazität C und dem Quadrat

sind. 20 der Frequenz f die Bedingung

Wird nun beispielsweise der Effektivwert V_eff oder der ^ ^

Scheitelwert der sich unter der Einwirkung der Speise- -= < Απ* f² C < -=—

spannung E mit einer Frequenz f ergebenden Wechsel- ^{max min}

spannung an einem der Elemente L, C, R oder W als erfüllt, wobei L_min den sich bei sehr hoher Vormagneti-

Funktion der beispielsweise mittels eines die Wicklung W 35 sierung ergebenden Mindestwert der Selbstinduktion von

durchfließenden Gleichstroms I erzeugten Vormagneti- L und L_max den sich bei sehr geringer Vormagnetisierung

sierung betrachtet, so ergibt sich eine Beziehung zwischen ergebenden Höchstwert der Selbstinduktion von L dar-

diesen Größen, wie sie in der Kurvenschar nach Fig. 2 stellt.

angegeben ist, sofern bestimmte nachstehend näher Auch die Größe der Speisespannung E wirkt sich aus.

erläuterte Bedingungen hinsichtlich E, C und f erfüllt 30 Eine Herabsetzung von E führt zum Übergang der Kurve 1

sind. in Kurven wie 2, 3 und 4.

In der Kurvenschar nach Fig. 2 ist der Widerstand R Wird nun bei einer F_e/rI-Kennlinie gemäß Kurve 1

als Parameter genommen, wobei R bei zunehmender die Vormagnetisierung auf I —1₀ eingestellt, wie dies

Rangnummer wächst. Dieser Widerstand sei zunächst in Fig. 3 dargestellt ist, so ist der Wert von V_eff entweder

so gering, daß Kurve 1 die vorstehend erwähnte Be- 35 F₂ oder F₃. Ist er gleich F₂, so führt ein Stromimpuls in

ziehung darstellt. Ohne Vormagnetisierung, also bei der Wicklung W, der gleich oder größer als Δ I₁ ist und

I = O, ist nach dem Einschalten der Speisespannung E die gleiche Polarität besitzt wie I₀, zum Übergang des

die Spannung V_eff beispielsweise an der Spule L gleich F₁. Wertes V_eff von F₂ in F₃.

Durch die Vormagnetisierung wächst V_eff zunächst Ein gegebenenfalls folgender ähnlicher Impuls bewirkt

kontinuierlich mit wachsendem I. Ist der Punkt A der 40 keine Änderung dieses Zustandes, so daß V_eff jedenfalls

Kurve 1 erreicht, so springt V_eff diskontinuierlich von angenähert den Wert F₃ beibehält. Folgt jedoch ein Im-

dem A entsprechenden Wert auf F₂ im Punkte' längs puls, der größer als oder gleich Δ I₂ ist und entgegen-

der in der Figur gestrichelt angegebenen Linie. Bei gesetzte Polarität besitzt, so bewirkt er einen Übergang

weiterem Wachsen von I behält V_eff, jedenfalls an- des Wertes V_eff von F₃ in F₂. Auch jetzt bewirkt ein

genähert, diesen Wert F₂, sinkt schließlich bis auf den 45 weiterer ähnlicher Impuls keine Änderung des Wertes

dem Punkt B entsprechenden Wert und fällt dann auf V_eff.

den Wert F₃ im Punkt B', was in der Figur durch die Eine Reihe von Impulsen mit abwechselnd entgegengestrichelte Linie B-B' dargestellt ist. Diesen Wert F₃ gesetzter Polarität, deren absolute Größe wenigstens behält V_eff bei weiterem Wachsen von I angenähert. gleich Δ I₁ bzw. Δ I₂ ist (wobei naturgemäß I₀ sich so

Nimmt I darauf wieder ab, so bleibt V_eff auf diesem 50 bemessen läßt, daß Δ I₁- Δ I₂) bewirkt, daß V_e,f im Wert, steigt schließlich bis auf den dem Punkt C ent- gleichen Rhythmus vom Wert F₂ in den Wert F₃ übersprechenden Wert an und springt von hier längs der geht, und umgekehrt, sofern die Zeit zwischen den aufgestrichelten Linie C-C auf den Wert F₂ im Punkt C₁ einanderfolgenden Impulsen groß genug ist, um nicht ein Wert der weiter bei abnehmendem I erhalten bleibt. unter dem Einfluß der Trägheit zu leiden, mit der sich Die Kurve ist symmetrisch in bezug auf die F^-Achse. 55 die Übergänge von einem stabilen Zustand in den andern Die gestrichelten Teile stellen instabile Zustände dar, abspielen. Wie nachstehend erläutert wird, läßt sich diese deren Verlauf sich theoretisch ermitteln läßt. Der stabile Trägheit nutzbar machen.

Bereich in der Nähe des Punktes I = O, V_eff = F₁ läßt Zum Erzielen der vorstehend beschriebenen Wirkung

sich nur dadurch wieder erreichen, daß die Speise- kann auch eine Kennlinie, wie sie durch die Kurven 2

spannung E aus- und darauf wieder eingeschaltet wird. 60 und 3 (Fig. 2) dargestellt wird, Verwendung finden, wobei

Bei Verkleinerung des Widerstandes R ergibt sich eine man im Falle der Kurve 2 außerdem zwischen zwei

Kurve mit einem im wesentlichen gleichen Verlauf wie instabilen Bereichen wählen kann. Sofern keine anderen

Kurve I₁ der sich bei Erhöhung des Widerstandes R Erwägungen eine Rolle spielen, ist der Bereich bei

jedoch ändert. Bei einer Erhöhung von R, bei der sich größerer Vormagnetisierung vorzuziehen, weil man dann

die Kurve 2 nach Fig. 2 ergibt, tritt auch bei geringerem 65 im Sättigungsbereich der ß-if-Kurve arbeitet und somit

Wert von I noch ein diskontinuierlicher Sprung von die Hystereseverluste klein bleiben, was bei hohen

einem hohen auf einen niedrigen Spannungspegel auf. Impulswiederholungsfrequenzen von Belang sein kann.

Bei weiterer Erhöhung von R verschwindet dieser Sind zwei instabile Bereiche vorhanden, so dürfen die

instabile Bereich völlig bei dem kleineren Wert von I, Impulse nicht so groß sein, daß beide Bereiche über-

wie aus dem Verlauf der Kurve 3 nach Fig. 2 ersichtlich 70 strichen werden.

5 6

Das Ausgangssignal der Sprungschaltung nach Fig. 1, düngen erzeugen können, die einen ungünstigen ver-

also eine Wechselspannung, deren Amplitude davon zögernden Einfluß auf die gerade gewünschten plötzlichen

abhängt, ob sich die Schaltung in dem einen oder anderen Änderungen ausüben. Diese Kurzschlußströme lassen

stabilen Zustand befindet, ist grundsätzlich jedem der sich durch Drosselspulen in Reihe mit diesen Wicklungen

Elemente L, W, C und R aber auch magnetisch parallel 5 verringern, aber dann werden die Signalschwingungen,

zu L oder W liegenden Wicklungen entnehmbar, d. h. besonders bei hoher Wiederholungsfrequenz dieser

Wicklungen, die so auf dem Kern angebracht sind, daß Schwingungen, erheblich geschwächt und auch etwas

ihre Windungen den gleichen Kraftlinienfluß umfassen, verzögert, und außerdem können wieder unerwünscht

wie die Windungen von L oder W. Da die Nichtlinearität hohe Spannungen auftreten.

des Kreises bei wachsendem R abnimmt, wodurch sich io Diese hohen Spannungen oder großen Ströme können weniger vorteilhafte Kennlinien (wie die Kurven 3 und 4 auch dadurch vermieden werden, daß man dafür sorgt, nach Fig. 2) ergeben, wird R im allgemeinen möglichst daß jedenfalls Komponenten mit der Frequenz f und klein gehalten. Das dem Widerstand R entnommene ihre ungeraden Vielfachen nicht eingangsseitig in der Ausgangssignal ist dann verhältnismäßig klein, so daß Schaltung auftreten können. Dies läßt sich auf veres vorzugsweise nicht R sondern L oder C entnommen 15 schiedene, bei magnetischen Modulatoren an sich bewird. Des weiteren zeigt sowohl die Erfahrung als auch kannte Weisen erzielen, beispielsweise durch Verwendung die Theorie, daß bei Abnahme der Ausgangsspannung zweier in Gegentakt geschalteter Vorrichtungen gemäß an den Wicklungen L und W an Anzapfungen dieser der Erfindung, bei denen ein Satz Wicklung gleichsinnig Wicklungen oder mit ihnen magnetisch parallel liegenden und der andere gegensinnig in Reihe geschaltet sind, wie

,τ,·. ,, j ,, ,..,, . V„ ,,. , ..„ j ao dies in Fig. 4 dargestellt ist, oder aber durch Verwendung

Wicklungen das Verhältnis ~- wesentlich großer und . ,?,,?, ,, ' ,·-, j· <- · ··.

^G P3 eines dreischenkhgen Kerns, bei dem die Speisewick-

folglich für viele Zwecke vorteilhafter ist als bei Abnahme lungen auf den Außenschenkeln so angebracht sind, daß

der Ausgangsspannung am Kondensator C oder einem sie ein ringsum laufendes Feld für diese Schenkel er-

im Kreis liegenden Widerstand. Bei Anzapfungen von zeugen (Fig. 5), während im mittleren Schenkel nur

L und W und bei magnetisch zu L und W parallel 25 Kraftlinienflüsse auftreten, deren Frequenzen gerade

liegenden Wicklungen ergibt sich außerdem die Möglich- Vielfache der Speisefrequenz sind,

keit, die Ausgangsspannung mittels der Windungszahlen Anstatt einen Speisegenerator möglichst rein imagi-

herauf- oder herunterzutransformieren. nären Innenwiderstands in Reihe mit einer nichtlinearen

Die Ausgangsspannung der Schaltung läßt sich mittels Selbstinduktion und einer Kapazität zu legen, ist es einer Gleichrichteranordnung demodulieren, gegebenen- 30 auch möglich, ihn parallel zu einer nichtlinearen Selbstfalls darauf differenzieren usw., je nach der Anwendung. induktion und einer Kapazität zu schalten, wie dies in

Es war bisher die Rede von einer konstanten Vor- Fig. 6 dargestellt ist. Hierbei ergibt sich eine ähnliche magnetisierung des ferromagnetischen Kerns, die mit Kurvenschar wie bei der Reihenschaltung, mit dem UnterHilfe eines die Signalwicklung W durchfließenden Gleich- schied, daß jetzt die Linearisierung mit abnehmender stroms J₀ bewerkstelligt wird. Sinngemäß läßt sich diese 35 Parallelimpedanz wächst. In diesem Falle wird somit Vormagnetisierung genau so gut mittels eines eine vorzugsweise ein Speisegenerator mit sehr hohem Innenmagnetisch parallel zu W liegende Wicklung durch- widerstand Verwendung finden. Analoge Betrachtungen fließenden Gleichstroms oder eines Dauermagneten er- gelten bezüglich der Schaltungen nach Fig. 4 und 5. zeugen. Es sei noch bemerkt, daß eine mit der Parallelschaltung

Weiterhin war stets die Rede von Signalimpulsen. 40 von L und C in Reihe geschaltete Impedanz, wie die

Es ist ersichtlich, daß jeder gegenüber J₀ positive Impuls, durch die gestrichelte Impedanz in Fig. 6 dargestellte,

dessen Amplitude kürzere oder längere Zeit über J₁ noch einen zusätzlichen Freiheitsgrad bietet, durch den

hinausgeht, wenn man ihn dem Strom J₀ überlagert, sich beispielsweise Δ J₁ -\- Δ I₂, d. h. die minimale

einen Übergang von F₂ zu F₃, und jeder gegenüber J₀ Impulshöhe, bei der sich ein Übergang von einem

negative Impuls, dessen Amplitude während kürzerer 45 stabilen Zustand zum anderen vollziehen kann, regeln

oder längerer Zeit über J₂ hinausgeht, einen Übergang läßt. Dies könnte auch durch den Kondensator C er-

von F₃ zu V₂ bewirken kann. Impulse, worunter Schwin- reicht werden, indem dieser innerhalb der gesetzten

gungen mit steilen Flanken verstanden werden sollen, Grenzen vergrößert oder verkleinert wird. Bei großem

haben den Vorteil, daß Krümmungen in der F_eW-J₀-Kenn- C verlangt dies jedoch eine verhältnismäßig große

linie, wie sie in der Nähe der Punkte B und C der Kurve 1 50 Vormagnetisierung, was bei Regelung mittels Z nicht

nach Fig. 2 vorhanden sind, schneller durchlaufen werden, der Fall ist.

und somit, daß die Übergänge in der Ausgangsspannung Im übrigen ermöglicht auch die Parallelschaltung

von V₂ zu V₃ oder umgekehrt schärfer sind. einer Impedanz zum Speisegenerator G die Einführung

Es sei noch bemerkt, daß in einem Kreis von der in eines zusätzlichen Freiheitsgrades in einen Reihenkreis

Fig. 1 dargestellten Art ähnliche Instabilitäten als 55 nach Fig. 1, 4 oder 5.

Funktion der Speisespannung E bei konstanter Vor- Bisher ist der Fall betrachtet worden, daß das in einem

magnetisierung auftreten. Sollen diese Instabilitäten nichtlinearen Teil seiner Kennlinie betriebene Mittel

zu einer Sprungwirkung Verwendung finden, so ergibt ferromagnetischer Natur ist. Es ist jedoch auch möglich,

sich der Nachteil, daß die Signalschwingungen, auf die ein dielektrisches Mittel zu verwenden,

der Kreis ansprechen soll, der Speisespannung auf- 60 In Fig. 7 bezeichnet M einen dielektrischen Werkstoff,

moduliert werden müssen. dessen Polarisationskennlinie, d. h. die die Beziehung

Bei einer Schaltung nach Fig. 1 erzeugt die Speise- zwischen der dielektrischen Verschiebung D und der schwingung einen Kraftlinienfluß im ferromagnetischen elektrischen Feldstärke F darstellende Kennlinie, nicht Kern, der nicht nur die erforderlichen Spannungen an linear verläuft, C einen diesen Werkstoff enthaltenden der Spule L, sondern auch Spannungen an der Wicklung 65 Kondensator, L eine gegebenenfalls nichtlineare Selbst- und an etwaigen magnetisch parallel zu ihr liegenden induktion, G einen Speisegenerator und R einen WiderWicklungen hervorruft, die bei hohem Innenwiderstand stand, in dem auch der Widerstand des Speisegenerators G, der Gleichstromquelle und der Signalquelle in uner- der Spule L usw. vereinigt gedacht sind,
wünschter Weise anwachsen bzw. bei niedrigem Innen- Wird nun beispielsweise der Effektivwert V_eff der sich widerstand erhebliche Kurzschlußströme in den Win- 70 unter der Einwirkung der Speisespannung E mit Fre-

7 8

quenz f an einem der Elemente L, C oder R ergebenden zwar 1-2 und 3-4, der Vormagnetisierung J₀ bzw. der

Wechselspannung als Funktion der mittels eines am Polarisation F₀ überlagert dargestellt.

Kondensator C wirksamen Gleichspannung F erzielten Befindet sich die Sprungschaltung im Zustand A, so

Polarisation betrachtet, so zeigt sich, daß zwischen V_eff übt der Impuls 1 keinen Einfluß auf V_eff aus, der Impuls 2

und F eine ähnliche Beziehung besteht wie zwischen V_eff 5 bewirkt jedoch, daß V_eff in den Zustand B übergeht,

und I in der Schaltung nach Fig. 1. Impuls 3 bewirkt einen Übergang von V_eff aus dem

Auch hier üben Größen wie L, E und f einen Einfluß Zustand B in den Zustand A. Infolge der Trägheit der

auf die Größe von V_eff als Funktion von F sowie einen Anordnung kann jedoch der unmittelbar auf Impuls 3

qualitativen Einfluß auf den Verlauf der Kurven aus. folgende Impuls 4 keinen Einfluß ausüben. Andererseits

Instabilitäten können in diesem Falle nur auftreten, wenn io darf die Trägheit des Kreises nicht so groß sein, daß

die Bedingung Impuls 3 nach dem Einwirken des Impulses 2 keinen

■i ^ Übergang hervorruft. Hierbei wird die Trägheit der

— < 4 jr² f² L < -—— Schaltung also nutzbar gemacht.

^max ^min ]?_s wurde bereits bemerkt, daß sich die Größe von

erfüllt ist. Hierbei stellt C_min den sich bei sehr kleiner 15 Δ J₁ +Δ J₂, die ein Maß für die minimal erforderliche

Polarisation ergebenden Mindestwert der Kapazität C Signalamplitude ist, mittels einer in den den Speise-

und C_max den sich bei sehr großer Polarisation ergebenden generator mit den erwähnten Reaktanzen verbindenden

Höchstwert dieser Kapazität dar. Kreis eingefügten Impedanz einstellbar machen läßt, wie

Bei richtiger Bemessung der Polarisationsgleichspan- sie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt ist.

nung F₀ läßt sich somit auf gleiche Weise durch Span- 20 In Fig. 10 ist eine Schaltung dargestellt, bei der die

nungsimpulse richtiger Größe und Richtung bewirken, Größe Δ J₁ + Δ J₂ auf eine andere Weise geregelt wird,

daß der effektive Wert der Wechselspannung an den und zwar durch Gleichrichtung der Schwingung an einer

erwähnten Elementen einen großen oder einen Ideinen der Reaktanzen oder einer mit diesen Reaktanzen ge-

Wert annimmt. Auch hier ist die Abnahme der Ausgangs- koppelten Impedanz, worauf diese gleichgerichteteSchwin-

spannung an L oder einer damit magnetisch gekoppelten 25 gung der veränderlichen Reaktanz zugeführt wird, d. h.,

Wicklung für das Verhältnis A vorteilhafter als die ^{eS wird dne Rückko}PP^lun§ vorgesehen. Diese Schaltung Wicklung lur aas verüaitms ^ vorteilter als die _{entspricht im} wesentlichen der Schaltung nach Fig. 1, Abnahme der Ausgangswechselspannung an einem der und in beiden Figuren sind einander entsprechende Elemente C und R. Elemente in gleicher Weise bezeichnet. Die Anordnung

Die unerwünschten Erscheinungen, die bei der ma- 30 enthält eine über eine Gleichrichterzelle RF und einen gnetischen Bauart auftreten, wenn diese aus einem ein- Widerstand RT geschlossene Wicklung T. Die in T infachen Kern besteht, stellen sich auch bei der dielektri- duzierte Spannung erzeugt in diesem Kreis einen pulsehen Bauart ein, wenn diese aus einem einzigen Konden- sierenden Gleichstrom, der gegebenenfalls gesiebt werden sator besteht. Sie lassen sich auf ähnliche, an sich wieder kann, dessen Gleichstromkomponente I_t in den stabilen bekannte Weise wie bei der magnetischen Bauart ver- 35 Zuständen gleich α F₂ oder α F₃ und dessen Richtung meiden. In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen durch die Polung von RF bedingt ist, wobei α noch dielektrischen Gegentakt-Sprungschaltung dargesteEt. mittels RT geregelt werden kann. Je nach der Richtung Hierin bezeichnet G einen Speisegenerator, F₀ eine des von diesem Gleichstrom erzeugten Kraftlinienfmsses Gleichspannungsquelle, T eine Signalschwingungsquelle, wird die Wirkung von J₀ geschwächt oder unterstützt. C₁ und C₂ ähnliche, nichtlineare Kondensatoren, L₁ 40 Entspricht die Richtung des vom Kreis T, RF, RT und L₂ ähnliche Selbstinduktionen und S₁, S₂ und S₃ erzeugten Kraftlinienflusses der Richtung des von J₀ Sperrtransformatoren. erzeugten Kraftlinienflusses, so nimmt die Größe Δ I₁

Die gewünschten Ausgangsspannungen lassen sich den + Δ J₂ dem Werte nach ab; außerdem vollziehen sich Klemmenpaaren a-b, c-d und e-g entnehmen, wobei die dann auch die von Δ I₁ und Δ J₂ bewirkten Übergänge Spannungen an den Klemmenpaaren a-b und c-d nur 45 langsamer als ursprünglich. Ist jedoch die Richtung des Komponenten enthalten, deren Frequenzen ein ungerades vom Kreis T, RF, RT erzeugten Kraftlinienflusses der Vielfaches der Speisefrequenz betragen, und die Spannun- Richtung des von J₀ erzeugten Flusses entgegengesetzt, gen am Klemmenpaar e-g nur Komponenten, deren so nimmt die Größe Δ I₁ + Δ J₂ dem Werte nach zu, Frequenzen ein gerades Vielfaches der Speisefrequenz und die von Δ I₁ und Δ J₂ bewirkten Übergänge erfolgen betragen. 50 schneller als ursprünglich. Um dies einzusehen, betrachte

Sprungschaltungen der vorstehend beschriebenen ma- man Fig. 11. In dieser ist wieder die Kurve nach Fig. 3 gnetischen bzw. dielektrischen Art können in vielen Fällen dargestellt, wobei J₀ der Vormagnetisierungsstrom ist und andere bekannte Sprungschaltungen ersetzen. Δ J₁ und Δ J₂ die minimal benötigte Impulsamplitude

Bei einigen Anwendungsgebieten ist die Impulsreihe, für den Fall, daß keine Rückkopplung vorgesehen ist. auf die die Sprungschaltung ansprechen soll, derart 55 Angenommen, der rückgekoppelte Strom wirke der Vorgestaltet, daß alle Impulse die gleiche Polarität aufweisen. magnetisierung entgegen und die Vormagnetisierung sei Die Sprungschaltung gemäß der Erfindung läßt sich mit J₀₀ bemessen. Befindet sich die Schaltung in dem auch dieser Art von Impulsreihen anpassen, indem eine Zustand, in dem der Effektivwert V_eff gleich F₃ ist, so ist solche Impulsreihe auf an sich bekannte Weise in eine der im Kreis T, RF, RT erzeugte Gleichstrom I_t = I_tl Impulsreihe umgewandelt wird, die hinsichtlich der 60 verhältnismäßig gering. Der wirksame Vormagneti-Wirkungsweise einer Impulsreihe entspricht, deren Im- sierungsstrom ist dann J₁. Die minimal erforderliche pulse abwechselnd positiv und negativ sind. Hierfür wird Impulsamplitude für einen Übergang von F₃ zu F₂ ist der Eingangskreis zu einem aperiodisch gedämpften dann J₁ — Isi = I%> ^un<i diese kann erheblich über Δ J₈ Resonanzkreis erweitert, dessen Resonanzfrequenz we- hinausgehen. Dieser Übergang vollzieht sich jedoch auch sentlich über der Impulswiederholungsfrequenz liegt. 65 schneller, als wenn keine Rückkopplung vorgesehen ist, Durch einen solchen Kreis wird jeder Impuls in einen denn während des Übergangs von F₃ in F₂ wächst V_eff vor dem Ende der Periode abgeklungenen Schwingungszug andauernd, also auch J₄, und zwar von I_tl auf L_th, und umgewandelt, der praktisch nur aus zwei sehr nahe diesem Wert von I_t entspricht jener Zustand, in dem beieinanderliegenden Impulsen entgegengesetzten Vor- V_eff = F₂. Die Änderung von I_t unterstützt gleichsam zeichens besteht. In Fig. 9 sind solche Impulspaare, und 70 den vom Impuls eingeleiteten Übergang.

9 10

In dem Zustand V_eff = F₂ hingegen ist der wirksame Bildet man den Eingangskreis dieser Sprungschaltung Vormagnetisierungsstrom J₂ gleich J₀₀ — I_{t h}. Ein Über- zu einem aperiodischen Resonanzkreis aus, dessen Regang in den Zustand V_eff = F₃ verlangt nun einen sonanzfrequenz erheblich über der Impulswiederholungsimpuls J_s2 — 12. — Δ I₁ > Δ I₁. Bei diesem Übergang frequenz liegt, so erhält man auch hier eine Sprungschalnimmt I_t um V_eif ab und unterstützt folglich gleichfalls 5 tung mit drei stabilen Zuständen, die auf eine Impulsreihe den vom Impuls in Gang gesetzten Übergang, was wieder anspricht, deren Impulse alle die gleiche Polarität aufweizur Folge hat, daß der Übergang von einem stabilen sen.

Zustand in den anderen schneller vor sich geht als ohne Wird eine Gegenkopplung zum Beschleunigen der ÜberGegenkopplung, gänge angewandt, so daß sich höhere Impulswiederho-

Bei einer solchen Gegenkopplung stellt sich außerdem io lungsfrequenzenverwendenlassen, so kann der hierbei auf-

heraus, daß das Verhältnis £ _größ_er wird. Dies findet ί"*^ Sf ^ßer* Wert von Δ I₁ +Δ J₂ der die minimal

' V₃ ^ö benotigte Impulsamplitude bedingt, wieder mittels einer

seine Erklärung in der Tatsache, daß bei J = I₀ in dem in den Speisegeneratorkreis eingefügten Impedanz, wie

einen Zustand V_eff den Wert F₂ infolge der Krümmung beispielsweise die der in Fig. 10 gestrichelt dargestellten

beim instabilen Bereich noch nicht völlig erreicht hat und 15 Impedanz Z, verkleinert werden. Umgekehrt kann man

ebenso in dem anderen Zustand der Wert F₃ noch nicht im Falle der Rückkopplung, wobei Δ I₁ + ZlJ₂ abnimmt,

völlig erreicht ist. Wenn F₃ bedeutend kleiner ist als F₂, diesen Wert mittels einer Impedanz wieder steigern,

kann unter der Einwirkung einer verhältnismäßig geringen Mit Rücksicht auf die analoge F_e//-F-Kennlinie ist es

Abnahme von F₃ das erwähnte Verhältnis erheblich auch möglich, solche Rückkopplungen auf dielektrische

größer werden. 20 Schaltungen anzuwenden. In Fig. 14 bezeichnet M einen

Indem Δ I₁ und Δ I₂' in der richtigen Richtung und dielektrischen Werkstoff, dessen Polarisationskennlinie,

., , . , ,. j , j. τ, , , dVeff uA-j. d. h. die den Zusammenhang der dielektrischen Verschie-

mit der richtigen, durch die Punkte = 00 bedingten , „ ... , ,, · ·, ^b τ- υ χ« 1 τ- j χ h j

⁰ dl ° bung D mit der elektrischen Feldstarke F darstellende

Höhe von J₀₀ aus abgesetzt werden, findet man eine neue Kennlinie, nicht linear verläuft, C ein diesen Werkstoff Kurve, die V_eff als Funktion des die Wicklung W durch- 25 enthaltenden Kondensator, G einen Speisegenerator, der fließenden Stroms J bei Gegenkopplung darstellt. In beispielsweise über einen Trenntransformator S₁ in den Fig. 12 ist diese Kurve gezeigt, wobei auch der ur- Stromkreis von C eingeschaltet ist, S₂ einen zweiten sprünglich gegenüber der F_eyy-Achse symmetrisch liegende Trenntransformator, dessen Primärselbstinduktion geTeil dargestellt ist. In diesem linken Teil ist die Gegen- meinsam mit der Selbstinduktion der im Stromkreis kopplung in Rückkopplung übergegangen. Aus der Figur 30 liegenden Wicklung von S₁ die Reaktanz entgegengeist ersichtlich, daß bei Rückkopplung die Summe der für setzten Vorzeichens bildet und dessen eine Sekundärdie Übergänge erforderlichen minimalen Impulsampli- wicklung gemeinsam mit dem Gleichrichter RF, dem tuden Δ I₁ + Δ I₂ bei einem Vormagnetisierungsstrom J₀₀ Kondensator C_x und dem Widerstand J? den Gegenkoppwesentlich geringer ist, als dies ohne Rückkopplung der lungskreis bildet, F₀ eine Gleichspannungsquelle und Γ Fall ist. Ähnlich wie bei der Gegenkopplung läßt sich 35 eine Impulsspannungsquelle. Die gewünschten Ausgangsnachweisen, daß sich bei Rückkopplung die Übergänge Wechselspannungen können einer weiteren Sekundärwick-

, η · , jjoj -tr -U-Ti · ^V2 11 · hing von S₅, entnommen werden. Der Kondensator C₁. verzögert vollziehen und daß das Verhältnis -^f-kleiner .., ^to , ,.² .. , , ,, _o . , _Tr . -^{1 0} F₃ über den die ruckgekoppelte Spannung m den Kreis einwird. Weiterhin ist in der Figur der mit 1 bezeichnete geführt wird, wirkt gleichzeitig als Siebkondensator und Teil dargestellt. 40 wird vorzugsweise groß bemessen. Die demodulierten

Wenn sehr stark gegengekoppelt wird, erhält die Kurve Spannungen lassen sich über R entnehmen, nach Fig. 12 die in Fig. 13 dargestellte Gestalt. Hier ist Die Rückkopplung kann naturgemäß auch bei Gegen- F _eff wieder als Funktion des die Wicklung W durchflie- taktsprungschaltungen Anwendung finden, wie sie an ßenden Strom J dargestellt. Wird J auf den in der Figur Hand der Fig. 4, 5 und 8 beschrieben wurden. Beispielsangegebenen Wert J₀ eingestellt, so entsprechen dieser 45 weise ist in Fig. 15 eine solche magnetische Sprungschal-Einstellung drei stabile Zustände. Die Schaltung möge tung und in Fig. 16 eine dielektrische Sprungschaltung sich in dem Zustand befinden, in dem V_m = F₂, d. h. im dargestellt. Hierbei werden die geradzahligen Harmoni-Punkt J. Wird nun dem Strom J₀ der in der Figur mit 1 sehen zur Rückkopplung benutzt. Auch die ungeradzahlibezeichnete Impuls überlagert, so springt V_eff von A zu gen Harmonischen können dazu Verwendung finden, was einem Punkt B und läuft über den zum Punkt B gehörigen 50 sich jedoch nicht empfiehlt, weil hierbei die Gegentakt-Zweig der Kennlinie zum Punkt C. Dieser Übergang wird wirkung gestört werden kann.

durch die Rückkopplung unterstützt und geht somit be- Sprungschaltungen gemäß der Erfindung lassen sich

schleunigt vor sich. Ein folgender, in der Figur mit 2 be- vorteilhaft als Impulserneuerer und Verstärker für im-

zeichneter Impuls mit entgegengesetzter Richtung be- pulsförmige Signale verwenden, wobei also zugleich die

wirkt, daß V_eff von C über die Kennlinie nach D läuft; 55 Impulsform, die während der Übertragung von der Sende-

von dort erfolgt ein diskontinuierlicher Übergang zum anlage zur Empfangsanlage oft erheblich gelitten hat, was

Punkt E. Dieser Übergang geht verzögert vor sich, denn sich meist in einer Abnahme der Flankensteilheit auswirkt,

der um F _eff zunehmende gegengekoppelte Strom wirkt wiederhergestellt wird.

dem Impuls 2 entgegen; daher wird der Endzustand durch Zur Verdeutlichung betrachte man eine Schaltung, wie

den Punkt F gekennzeichnet und nicht durch den Punkt/, 60 sie in Fig. 1 dargestellt ist. Weiterhin wird angenommen,

der über G und H erreicht würde, es sei denn, daß der daß die Halbwertbreite der übertragenen Impulse gleich

Impuls 2 ausreichend hoch und lang gestaltet würde, daß der Breite der ursprünglich ausgesandten Impulse und die

er nach wie vor wirksam ist, wenn sich der Übergang, so- Abnahme der Steilheit der Vorder- und Hinterflanken die

gar trotz der Verzögerung, schon vollzogen hat. Der gleiche ist, was in der Praxis meistens annäherungsweise

Punkt /, der Ausgangspunkt bei dieser Betrachtung, 65 der Fall ist. Ist die Höhe der den Verstärker erreichenden

wird erst nach Anbringen eines dritten, in der Figur mit Impulse h, so ist an Hand der Fig. 17 ersichtlich, daß,

3 bezeichneten Impulses erreicht. In diesem Falle geht wenn die Impulse einem Vormagnetisierungsstrom J₁ der-

der Übergang von G nach H beschleunigt vor sich. art überlagert werden, daß J₁ + ¹J₂ h = J₀, die Länge a

Ein Impuls 4 leitet eine neue Wiederholungsperiode des ursprünglichen Impulses, dessen Form in der Figur

ein. 70 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, in der am Aus-

gang als modulierter Impuls vorhandene Spannung erhalten bleibt. Hierbei wird angenommen, daß Δ I₁ gleich Δ J₂ gewählt ist (Fig. 3), denn wenn tatsächlich wie angenommen Ct₁ gleich Ct₂ ist, so sind auch die Zeitspannen h'~h ^un(l h'-tz einander gleich.

Hierin ist t_x der Zeitpunkt, in dem der ursprüngliche Impuls anfing, und t₂ der Zeitpunkt, in dem er endete. J₁' ist der Zeitpunkt, in dem der am Verstärker angelangte Impuls den Übergang von F₂ zu F₃ bewirkt, und t₂' der Zeitpunkt, in dem dieser Impuls den Übergang von V₃ zu F₂ bewirkt. Ist Δ I₁ nicht gleich Δ J₂, so läßt sich durch etwas andere Wahl der Vormagnetisierung dennoch das gleiche Ergebnis erreichen.

Das Demodulieren des Ausgangssignals einer auf diese Weise verwendeten Sprungschaltung ergibt also ein verstärktes und der Form nach wiederhergestelltes Signal, das jedoch in bezug auf das ursprüngliche Signal um eine Zeitspanne I₁-I₁ verzögert ist.

Ändert sich h im Laufe der Zeit, so kann dadurch, daß J um den gleichen Betrag herabgesetzt wird, um den ¹Z₂ h zunimmt, dennoch dafür Sorge getragen werden, daß die Beziehung J₁ -\- ¹Z₂ A₁ = J₀ nach wie vor erfüllt wird.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Magnetische bzw. dielektrische Sprungschaltung mit einer veränderlichen nichtlinearen Reaktanz, der vorzugsweise impulsförmige Signalschwingungen sowie eine Speiseschwingung zugeführt werden, deren Frequenz im Verhältnis zu der Wiederholungsfrequenz der Signalschwingungen groß ist, und wobei der Effektivwert der unter der Einwirkung derSpeiseschwingung an der Reaktanz erzeugten Schwingung durch Signalschwingungen mit der einen Polarität einen verhältnismäßig hohen und durch solche entgegengesetzter Polarität einen verhältnismäßig geringen Wert annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Reaktanz mit einer zweiten Reaktanz mit entgegengesetztem Vorzeichen gekoppelt ist, wobei die den Effektivwert der an einer jeden der Reaktanzen erzeugten Schwingung als Funktion der Vormagnetisierung oder Vorspannung darstellende Kennlinie wenigstens einen instabilen Bereich aufweist, und diese Magnetisierung oder Spannung durch die Signalschwingungen in einem über diesen instabilen Bereich hinausgehenden Maße geändert wird.

2. Sprungschaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Speisegenerator mit den vorstehend erwähnten Reaktanzen verbindende Kreis eine zusätzliche Impedanz enthält, mit der die minimal erforderliche Signalamplitude, bei der sich ein Übergang von einem stabilen Zustand zum anderen vollzieht, einstellbar ist.

3. Sprungschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an einer der vorstehend erwähnten Reaktanzen oder einer mit diesen Reaktanzen gekoppelten Impedanz auftretende Schwingung gleichgerichtet und diese gleichgerichtete Schwingung der veränderlichen Reaktanz zugeführt wird.

4. Sprungschaltung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichgerichtete Schwingung der veränderlichen Reaktanz mit solcher Amplitude zugeführt wird, daß gewissen Werten der Vormagnetisierung oder Vorspannung drei stabile Zustände entsprechen.

5. Als Gegentaktschaltung ausgebildete Sprungschaltung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichgerichtete Schwingung den in der Schaltung auftretenden Schwingungen entnommen wird, die aus Komponenten bestehen, deren Frequenz ein gerades Vielfaches der Speisefrequenz ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Electronics«, April 1952, S. 121 bis 123.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 509 838/138 2.57