Schaltung für selbstsättigbare magnetische Verstärker Es ist bekannt,
daß Magnetverstärker der bisher verwendeten Bauarten bezüglich ihrer Bemessungen
an die Frequenz des Speisenetzes gebunden sind und daß sich bei ihnen Ansprechzeiten
ergeben, die im günstigsten Falle etwa der Zeit einer Halbwelle der Speisefrequenz
entsprechen. Dadurch ergeben sich vor allem bei niederen Speisefrequenzen noch verhältnismäßig
große Ansprechzeiten und große geometrische Abmessungen für die Magnetverstärker.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist man daher vielfach dazu übergegangen, Speisespannungen
von niederer Frequenz zunächst in solche von größerer Frequenz umzuformen und mit
diesen die Magnetverstärker zu speisen, wobei die bekannten Schaltungen nicht geändert
werden. Der Aufwand für diese Maßnahme ist sehr kostspielig, wenn man bedenkt, daß
die neue Speisequelle für die gesamte Leistung des Verbrauchers einschließlich der
Verlustleistung des Magnetverstärkers ausgelegt werden muß.Circuit for self-saturable magnetic amplifiers It is known
that magnetic amplifiers of the types used so far with regard to their dimensions
are tied to the frequency of the feed network and that they have response times
result, which in the most favorable case is about the time of a half-wave of the supply frequency
correspond. This results in a proportionate figure, especially at low feed frequencies
long response times and large geometrical dimensions for the magnetic amplifier.
In order to avoid these disadvantages, one has therefore often switched to supply voltages
from a lower frequency to a higher frequency one and with
this to feed the magnetic amplifier, the known circuits not being changed
will. The effort for this measure is very expensive when you consider that
the new source of supply for the entire performance of the consumer including the
Power loss of the magnetic amplifier must be designed.
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung für selbstsättigbare
magnetische Verstärker, die gegenüber den bekannten Schaltungen wesentliche Vorteile
besitzt. Gemäß der Erfindung sind in die Strompfade der aus einer Gleichspannungsquelle
gespeisten Arbeitswicklungen des magnetischen Verstärkers Transistoren eingeschaltet,
die durch die Spannung eines vorzugsweise magnetischen Pulsgenerators im Schalterbetrieb
gesteuert werden. Die Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, daß die Wechselspannungsquelle
nur für die geringe Steuerleistung der Transistoren ausgelegt zu werden braucht
und die Verbraucherleistung aus einer Gleichspannungsquelle entnommen wird. Da Transistoren
im Schalterbetrieb bis zu einer Frequenz von einigen kHz verwendbar sind, ist es
möglich, auch die geometrischen Abmessungen des Magnetverstärkers gering zu halten.
Die Transistoren werden in Emitter-Basis-Schaltung betrieben, wobei bekanntlich
der Kollektorstrom nahezu unabhängig von der Kollektorspannung ist. Infolgedessen
machen sich in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung selbst relativ große Schwankungen
der Speisegleichspannung nicht nachteilig bemerkbar. Da die Transistoren praktisch
trägheitslos arbeiten, kann man entsprechend der Frequenz der Pulsspannung hohe
Ansprechgeschwindigkeiten des Magnetverstärkers erhalten.The invention relates to a circuit arrangement for self-saturable
magnetic amplifier, which has significant advantages over the known circuits
owns. According to the invention, the current paths are from a DC voltage source
powered working windings of the magnetic amplifier transistors switched on,
by the voltage of a preferably magnetic pulse generator in switch mode
being controlled. The advantages of this arrangement are that the AC voltage source
only needs to be designed for the low control power of the transistors
and the consumer power is taken from a DC voltage source. Because transistors
can be used in switch mode up to a frequency of a few kHz, it is
possible to keep the geometric dimensions of the magnetic amplifier small.
The transistors are operated in an emitter-base circuit, it being known that
the collector current is almost independent of the collector voltage. Consequently
make themselves relatively large fluctuations in the circuit arrangement according to the invention
the DC supply voltage not noticeable disadvantageously. As the transistors come in handy
Working without inertia, one can high according to the frequency of the pulse voltage
Obtain response speeds of the magnetic amplifier.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
-Schaltungsanordnung dargestellt. Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung für magnetische
Verstärker mit zwei parallel geschalteten Arbeitswicklungen 1 und 2 und gemeinsamen
Steuerwicklungen 3 und 4. In den Strompfad der Arbeitswicklung 1 ist die Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors 5, in den Strompfad der Arbeitswicklung 2 die des Transistors 6
eingeschaltet. Beide Parallelzweige werden über den Lastwiderstand 8 von der Gleichspannungsquelle
7 gespeist. Während bei den bekannten Magnetverstärkeranordnungen dieser Art mit
Selbstsättigungsgleichrichtern diese in beiden Parallelzweigen mit einander entgegengesetzter
Durchlaßrichtung gepolt sind, werden im vorliegenden Fall die Transistoren in gleicher
Durchlaßrichtung gepolt. Beide Emitter der Transistoren 5 und 6 sind mit der Mittenanzapfung
der Sekundärwicklung eines Transformators 9 verbunden, während die Basen der beiden
Transistoren jeweils mit den Wicklungsenden der Sekundärwicklung dieses Transformators
verbunden sind. Primärseitig wird der Transformator von der Spannung eines in der
Zeichnung nicht dargestellten Pulsgenerators gespeist. Der Pulsgenerator, der eine
Rechteckspannung von einer Pulsfrequenz bis zu etwa 1000 Hz liefert, kann von beliebiger
Bauart sein. Vorzugsweise wird wegen der geringen Störanfälligkeit ein magnetischer
Pulsgenerator verwendet.In the drawing are two embodiments of the invention
-Circuit arrangement shown. Fig. 1 shows the circuit arrangement for magnetic
Amplifier with two working windings 1 and 2 connected in parallel and common
Control windings 3 and 4. The emitter-collector path is in the current path of working winding 1
of transistor 5, into the current path of working winding 2 that of transistor 6
switched on. Both parallel branches are connected to the DC voltage source via the load resistor 8
7 fed. While in the known magnetic amplifier arrangements of this type with
Self-saturation rectifiers these in two parallel branches with opposite one another
Are forward polarized, the transistors are in the present case in the same
Polarized forward direction. Both emitters of the transistors 5 and 6 are with the center tap
connected to the secondary winding of a transformer 9, while the bases of the two
Transistors each with the winding ends of the secondary winding of this transformer
are connected. On the primary side, the transformer is powered by the voltage in the
Drawing not shown pulse generator fed. The pulse generator, the one
Supplying square wave voltage of a pulse frequency up to about 1000 Hz can be of any
Be of construction. A magnetic one is preferred because of the low susceptibility to failure
Pulse generator used.
Die Wirkungsweise der Magnetverstärkeranordnung ist so, daß während
der Dauer einer Halbperiode der Steuerspannung des Pulsgenerators jeweils abwechselnd
der eine oder andere der beiden Schalttransistoren 5 und 6 geöffnet ist. Infolgedessen
fließt im Ausgangskreis des Magnetverstärkers während beider Halbperioden ein Gleichstrom
über den Lastwiderstand 8, und zwar abwechselnd durch die Arbeitswicklungen 1 und
2. Die Größe dieses Stromes ist in an sich bekannter Weise durch Änderung des Steuerstromes
in einer der beiden Steuerwicklungen 3 oder 4 des Magnetverstärkers steuerbar; die
Einstellung des Arbeitspunktes erfolgt in bekannter Weise durch einen konstanten
Vorstrom in einer der beiden oder einer zusätzlichen Steuerwicklung.
In
Fig.2 der Zeichnung ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
dargestellt. Es handelt sich bei diesem Beispiel um einen spannungszeitflächengesteuerten
Magnetverstärker mit nur einer Arbeitswicklung. Bei dieser Art von Magnetverstärkern
ist die Arbeitswicklung nur während jeder ersten Halbperiode vom Laststrom durchflossen,
und die Rückmagnetisierung des Kernes erfolgt jeweils während jeder zweiten Halbperiode
über eine besondere, beispielsweise mit dem Ausgangskreis des Magnetverstärkers
galvanisch gekoppelte Steuerwicklung. Wie aus der Fig.2 zu ersehen ist, wird an
Stelle des sonst üblichen Selbstsättigungsgleichrichters der Transistor 5 in den
Stromkreis der Arbeitswicklung 1 eingeschaltet. Die Speisung der Arbeitswicklung
erfolgt wieder über den Lastwiderstand 8 von der Gleichspannungsquelle 7. Die Rückmagnetisierung
des Kernes erfolgt über die Steuerwicklung 12, die über einen einstellbaren Vorwiderstand
11 und den Transistor 10 ebenfalls von der Gleichspannungsquelle 7
gespeist wird. Die Steuerkreise beider Transistoren sind ebenfalls in der oben beschriebenen
Weise über den mit Anzapfung der Sekundärwicklung versehenen Transformator 9 an
den nicht dargestellten Pulsgenerator angekoppelt.The mode of operation of the magnetic amplifier arrangement is such that one or the other of the two switching transistors 5 and 6 is opened alternately for the duration of a half cycle of the control voltage of the pulse generator. As a result, a direct current flows in the output circuit of the magnetic amplifier during both half-cycles through the load resistor 8, alternately through the working windings 1 and 2. The magnitude of this current is determined in a manner known per se by changing the control current in one of the two control windings 3 or 4 of the magnetic amplifier controllable; the operating point is set in a known manner by means of a constant bias current in one of the two or an additional control winding. In Figure 2 of the drawing, a further embodiment of the circuit arrangement according to the invention is shown. This example is a voltage-time area controlled magnetic amplifier with only one working winding. In this type of magnetic amplifier, the load current flows through the working winding only during every first half cycle, and the core is magnetized back during every second half cycle via a special control winding, for example galvanically coupled to the output circuit of the magnetic amplifier. As can be seen from FIG. 2, the transistor 5 is switched into the circuit of the working winding 1 in place of the otherwise usual self-saturation rectifier. The working winding is again fed from the DC voltage source 7 via the load resistor 8. The core is magnetized back via the control winding 12, which is also fed from the DC voltage source 7 via an adjustable series resistor 11 and the transistor 10. The control circuits of both transistors are also coupled in the manner described above via the transformer 9, which is provided with a tap on the secondary winding, to the pulse generator (not shown).
Die Wirkungsweise dieser Magnetverstärkeranordnung ist so, daß während
der ersten Halbperiode der Pulsspannung der Transistor 5 geöffnet und der Transistor
10 zugesteuert ist. Der Laststrom bewirkt demnach in dieser Halbperiode eine Aufmagnetisierung
des Kernes. Die am Lastwiderstand 8 während dieser Zeit abfallende Spannung ist
demnach bestimmt durch die Spannungszeitfläche, die nach Abzug der für die Aufmagnetisierung
des Kernes erforderlichen Spannungszeitfläche noch übrigbleibt. Während der zweiten
Halbperiode der Pulsspannung ist der Transistor 5 zu-und der Transistor 10 aufgesteuert,
so daß über die Steuerwicklung 12 eine durch die Größe des Widerstandes 11 bestimmte
Spannungszeitfläche die Rückmagnetisierung des Kernes bewirkt. Durch Wertänderung
des Widerstandes 11 wird eine Änderung der die Rückrnagnetisierung hervorrufenden
Spannungszeitfläche bewirkt; da diese stets genauso groß ist wie die zur Aufmagnetisierung
des Kernes verbrauchte Spannungszeitfläche, ergibt sich in bekannter Weise bei dieser
Magnetverstärkeranordnung die Möglichkeit einer Steuerung der Magnetverstärker-Ausgangsspannung
durch die Veränderung der rückmagnetisierenden Spannungszeitfläche. Ihre Vergrößerung
bewirkt, daß in der Halbperiode, in der ein Strom im Verbraucherkreis fließt, eine
größere Spannungszeitfläche zur Aufmagnetisierung des Kernes erforderlich ist, so
daß die Spannung am Verbraucher geringer wird; umgekehrt bewirkt ihre Verringerung
eine Vergrößerung der Verbraucherspannung.The operation of this magnetic amplifier arrangement is such that during
the first half cycle of the pulse voltage, the transistor 5 opens and the transistor
10 is controlled. The load current therefore causes magnetization in this half-cycle
of the core. The voltage drop across the load resistor 8 during this time is
accordingly determined by the voltage-time area after subtracting the for magnetization
of the core required stress-time area still remains. During the second
Half-period of the pulse voltage, transistor 5 is closed and transistor 10 is open,
so that a determined by the size of the resistor 11 via the control winding 12
Stress-time area causes the reverse magnetization of the core. By changing the value
of the resistor 11 is a change in the reverse magnetization causing
Causes stress-time area; since this is always the same size as that for magnetization
of the core consumed stress-time area, results in this known way
Magnetic amplifier arrangement the possibility of controlling the magnetic amplifier output voltage
by changing the reverse magnetizing voltage-time area. Your enlargement
causes that in the half-cycle in which a current flows in the consumer circuit, one
larger voltage time area is required to magnetize the core, so
that the voltage at the consumer is lower; conversely, causes their decrease
an increase in consumer voltage.
Bei den bekannten Magnetverstärkern dieser Bauart, bei denen Selbstsättigungsgleichrichter
verwendet werden und die Speisung aus einer Wechselspannungsquelle erfolgt, macht
sich der Rückstromeffekt der Gleichrichter sehr nachteilig bemerkbar. Dieser Rückstromeffekt
ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht vorhanden; es kann deshalb auch eine
Ummagnetisierung des Kernes erforderlichenfalls völlig unterbunden werden. Hierzu
ist es erforderlich, daß man für den Kern des Magnetverstärkers Eisen verwendet,
dessen Remanenzinduktion gleich der Sättigungsinduktion ist. Da selbst bei einem
Steuerstrom vom Wert Null noch ein Strom vom Betrag des Kollektorreststromes des
Transistors 5 in derselben Richtung weiterfließt. ist dann mit Sicherheit der Magnetverstärker
noch voll ausgesteuert. Bei den bekannten Magnetverstärkeranordnungen mit Selbstsättigungsgleichrichtern
ist das nicht der Fall. Es erfolgt hier stets in jeder zweiten Halbperiode eine
Rückmagnetisierung des Kernes durch den Rückwärtsstrom der Gleichrichter; infolgedessen
geht in der jeweils nächsten Halbperiode eine entsprechende Spannungszeitfläche
zur Aufmagnetisierung des Kernes verloren, so daß die Ausgangsspannung des Magnetverstärkers
ihren Maximalwert nicht bei der Steuerspannung Null erreichen kann, sondern erst
bei einem positiven Wert. Demnach weist auch die statische Verstärkerkennlinie der
erfindungsgemäßen Magnetverstärkeranordnung eine größere Steilheit auf als diejenige
einer gleichartigen Anordnung mit Selbstsättigungsgleichrichtern. Selbstverständlich
gelten diese Vorteile auch für die Anordnung nach Fig. 1 der Zeichnung. Bei beiden
in der Zeichnung dargestellten Anordnungen ist die Frequenz des Pulsgenerators so
abgestimmt, daß die Pulsspannung das Vorzeichen wechselt, sobald der Magnetverstärker
den gesättigten Zustand erreicht. Es ist damit sichergestellt, daß er stets innerhalb
seiner Sättigungsinduktion betrieben wird. Besonders vorteilhaft ist es, zur Steuerung
der Schalttransistoren einen magnetischen Pulserzeuger zu verwenden, der ebenfalls
aus der den Magnetverstärker speisenden Gleichspannungsquelle gespeist wird. Da
die Frequenz der Spannung eines solchen Pulsgenerators seiner Speisespannung proportional
ist, wird der Betrieb des Magnetverstärkers innerhalb seiner Sättigungsinduktion
in diesem Fall auch bei Schwankungen der Gleichstrom-Speisespannung der gesamten
Anordnung sichergestellt.In the known magnetic amplifiers of this type, in which self-saturation rectifiers
are used and the power is supplied from an AC voltage source
the reverse current effect of the rectifier is very disadvantageous. This backflow effect
is not present in the arrangement according to the invention; therefore it can also be a
If necessary, magnetic reversal of the core can be completely prevented. For this
it is necessary to use iron for the core of the magnetic amplifier,
whose remanence induction is equal to the saturation induction. Even with one
Control current of the value zero nor a current of the amount of the residual collector current of the
Transistor 5 continues to flow in the same direction. is then definitely the magnetic amplifier
still fully controlled. In the known magnetic amplifier arrangements with self-saturation rectifiers
Is not that the case. There is always one in every other half-period
Reverse magnetization of the core by the reverse current of the rectifier; Consequently
there is a corresponding voltage-time area in the next half-period
to magnetize the core lost, so that the output voltage of the magnetic amplifier
cannot reach its maximum value at the control voltage zero, but only
if the value is positive. Accordingly, the static amplifier characteristic also has the
Magnetic amplifier arrangement according to the invention has a greater steepness than that
a similar arrangement with self-saturation rectifiers. Of course
These advantages also apply to the arrangement according to FIG. 1 of the drawing. By both
In the arrangements shown in the drawing, the frequency of the pulse generator is so
matched that the pulse voltage changes sign as soon as the magnetic amplifier
reaches the saturated state. This ensures that he is always within
its saturation induction is operated. It is particularly advantageous to control
of the switching transistors to use a magnetic pulse generator, which also
is fed from the DC voltage source feeding the magnetic amplifier. There
the frequency of the voltage of such a pulse generator is proportional to its supply voltage
the operation of the magnetic amplifier will be within its saturation induction
in this case even with fluctuations in the DC supply voltage of the entire
Arrangement ensured.
Um Rückwirkungen der in den Arbeitswicklungen der Magnetverstärker
auftretenden Spannungsstöße auf die Steuerwicklungen zu unterdrücken, können alle
an sich zu diesem Zweck bekannten Maßnahmen, wie z. B. Gegeneinanderschaltung der
Steuerwicklungen oder Einschaltung von Einweggleichrichtern, angewendet werden.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 braucht der Transistor 10 nicht für den maximalen
Ausgangsstrom des Magnetverstärkers ausgelegt zu werden, sondern nur für den maximal
erforderlichen Rückmagnetisierungsstrom. Es ist nicht die Speisung dieses Transistors
aus einergemeinsamen Gleichspannungsquelle erforderlich. Man kann den Steuerkreis
erforderlichenfalls auch galvanisch vom Arbeitskreis trennen, indem man den Transistor
aus einer besonderen Gleichspannungsquelle speist und ihm die Pulsspannung über
eine getrennte Wicklung des Transformators 9 zuführt. Wesentlich ist hierbei nur,
daß diese Pulsspannung zeitlich um 180° gegenüber der Pulsspannung des Transistors
5 verschoben ist, sofern für beide Transistoren gleiche Typen, z. B. pnp-Typen,
verwendet werden. Bei Verwendung zweier unterschiedlicher Transistortypen ist diese
Phasenverschiebung der beiden Pulsspannungen nicht erforderlich. Abweichend von
der in Fig. 2 dargestellten Schaltung kann eine Steuerung des Magnetverstärkers
auch in der Weise erfolgen. daß man die Emitter-Basis-Spannung des Transistors 10
mit Hilfe des in der Zeichnung gestrichelt dargestellten Potentiorneters 13 verändert.About repercussions in the working windings of the magnetic amplifier
To suppress occurring voltage surges on the control windings, everyone can
measures known per se for this purpose, such as. B. against each other
Control windings or the inclusion of half-wave rectifiers.
In the arrangement of FIG. 2, the transistor 10 does not need for the maximum
Output current of the magnetic amplifier to be designed, but only for the maximum
required reverse magnetization current. It is not feeding this transistor
from a common DC voltage source. You can control the circuit
If necessary, also galvanically separate it from the working circuit by removing the transistor
feeds from a special DC voltage source and transfers the pulse voltage to it
a separate winding of the transformer 9 supplies. It is only essential here,
that this pulse voltage is 180 ° in relation to the pulse voltage of the transistor
5 is shifted, provided that the same types for both transistors, e.g. B. pnp types,
be used. When using two different transistor types, this is
Phase shift of the two pulse voltages is not required. Deviating from
the circuit shown in Fig. 2 can control the magnetic amplifier
also done in the way. that the emitter-base voltage of the transistor 10
changed with the help of the potentiometer 13 shown in dashed lines in the drawing.