DE1112109B - Verfahren und Schaltungsanordnung zur stufenweisen Einstellung des permanenten Flusses eines magnetisierbaren Elementes - Google Patents
Verfahren und Schaltungsanordnung zur stufenweisen Einstellung des permanenten Flusses eines magnetisierbaren ElementesInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
St 15862VIIIaZlIa1
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT:
2. DEZEMBER 1959
3. AUGUST 1961
In der Nachrichtentechnik werden bisweilen magnetisierbare
Elemente verwendet, die als einstellbarer Scheinwiderstand dienen, dessen Betrag durch Variieren
der permanenten Magnetisierung des Elementes stufenweise eingestellt werden kann.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem man in einem solchen magnetisierbaren Element eine große
Zahl gleicher permanenter Flußänderungen verwirklichen kann.
Es ist bereits eine Impulszähleinrichtung bekannt, bei der die permanente Magnetisierung einer Drossel
stufenweise vorgenommen wird. Das geschieht dadurch, daß man zur Magnetisierung keine Gleichspannung,
sondern Spannungsimpulse gleicher Größe benutzt. Wird die Wicklung einer solchen Drossel
mit einzelnen Impulsen solcher Größe beaufschlagt, daß das Zeitintegral des Einzelimpulses ein Bruchteil
des Zeitintegrals eines »Gesamt«-Impulses ist, der die Drossel bis in die Sättigung treiben würde, so
wird die Magnetisierung in einzelnen Schritten durchgeführt. Mit diesem Verfahren sind nur relativ wenige
Schritte bis zum Eintritt in die Sättigung möglich.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Einstellung des permanenten Flusses bekannt, bei dem einer Wicklung
ein oder mehrere Impulse so hoher Amplitude zugeführt werden, daß ein Einzelimpuls eine magnetomotorische
Kraft erzeugt, die größer ist als die statische Koerzitivkraft des betreffenden magnetischen
Elementes und von so kurzer Dauer, daß die Dauer eines Einzelimpulses nicht ausreicht, das magnetische
Element von einem Remanenzzustand in den anderen umzumagnetisieren.
Mit diesem Verfahren sind ebenfalls relativ wenige Schritte möglich, und es ist mit dem weiteren Nachteil
behaftet, daß zwischen den einzelnen Abfrageimpulsen ein gewisses Zeitintervall verstreichen muß, damit eine
teilweise oder vollständige irreversible Änderung der Magnetisierung vermieden wird.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, die geschilderten Nachteile der bekannten Verfahren zu
vermeiden und ein Verfahren zur Einstellung des permanenten Flusses eines magnetisierbaren Elementes
mit Hilfe von über eine Einstellwicklung zugeführten Impulsen anzugeben.
Dieses wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß auf eine Einstellwicklung ein oder mehrere Einstelljmpulse
mit gegenüber der Zeitkonstante des Einstellkreises steilen Flanken des Spannungsanstieges
gegeben werden, ferner daß jeder der Einstellimpulse gleiche Änderungen des permanenten Flusses dadurch
hervorruft, daß am Anfang des jeweils für die Einstellung wirksamen Teiles der Einstellimpulse
Verfahren und Schaltungsanordnung
zur stufenweisen Einstellung des permanenten Flusses eines magnetisierbaren Elementes
Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft, Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Dipl.-Ing. Heinz Wollmann, Stuttgart-Zuffenhausen,
Dipl.-Ing. Theodor Grewe
und Dipl.-Phys. Otmar KoIb, Stuttgart-Weil im Dorf,
sind als Erfinder genannt worden
aus der Stromanstiegsänderung, hervorgerufen durch die sprunghafte Änderung des Selbstinduktionskoeffizienten im Knickpunkt, ein Knickimpuls abgeleitet
wird, und daß in Abhängigkeit vom Auftrittszeitpunkt dieses Knickimpulses der für die Einstellung
des permanenten Flusses wirksame Teil des Einstellimpulses so bestimmt wird, daß die Stufen der permanenten
Flußänderung untereinander gleich sind und eine bestimmte, gewünschtenfalls auch sehr kleine
Höhe aufweisen.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Einstellung durch
Flußeinprägung vorgenommen wird und daß der Einstellstrom differenziert wird, so daß zum Zeitpunkt
des Überganges der reversiblen Flußänderung in die irreversible Flußänderung, an dem die sonst praktisch
lineare Stromanstiegskurve einen Knick aufweist, ein Impuls gewonnen wird, der dazu dient, von seinem
Auftrittszeitpunkt an den Einstellimpuls noch eine definierte Zeit lang andauern zu lassen.
Die Erfindung wird nun an Hand von Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 stellt die quasi statische Hysteresisschleife Φ = f(ß) eines magnetisierbaren Elementes mit einer
eingezeichneten Speicherstufe dar;
109 650/200
Fig. 2 zeigt das Ersatzschaltbild des Einstellstromkreises und die zeitlichen Verläufe von M0, Φ, i bzw.
' dt' dl2 '
Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Zunächst wird an Hand der Fig. 1 und 2 das Prinzip der Erfindung erläutert.
In Fig. 1 stellt die Strecke öF den reversiblen Aufbau
des magnetischen Spulenfeldes und die Strecke ~ae
die dadurch bedingte Flußänderung Δ Φ rev dar. Die
Strecke Fc entspricht im wesentlichen den irreversiblen Ummagnetisierungsvorgängen. Die Strecke "cd. stellt
den Abbau des von α bis c aufgebauten magnetischen Spulenfeldes bzw. den Rückgang des reversiblen
Vorganges dar. Die Strecke "öd entspricht der zurückbleibenden
irreversiblen Flußänderung Δ Φίπ·έ·.ι>·
In dem Ersatzschaltbild des Einstellstromkreises (Fig. 2) bedeutet M0 die Urspannung und Ri den Innenwiderstand
der Einstellstromquelle 6; i ist der Einstellstrom. Rg bezeichnet den Gleichstromwiderstand,
L die reversible Induktivität und N die Windungszahl der Einstellwicklung, k · L ist die komplexe Ersatzinduktivität
für die irreversiblen Vorgänge.
Schaltet man z. B. die Einstellstromquelle 6 mit der Spannung CZ0 ein, so verlaufen der Strom i und die
Durchflutung Θ nach der Funktion
Es gilt dann
1 Γ , U0-T
ΔΦ = ΔΦτβν + Δ 0irrev = ■" I "spule 'dt ^ --- .
Legt man anstatt eines Rechteckimpulses eine beliebige Impulsform an, so gilt
Δ Φ
dt,
und
Κ2
ΐ-ε ~τ),
bis die _Flanke der Hysteresisschleife erreicht ist (Strecke a~b in Fig. 1). In dieser Zeit ändert sich der
Fluß Φ um ΔΦην (Strecke öe in Fig. 1). Nach Erreichen
der Flanke (Punkt b in Fig. 1) steigt i bzw. Θ wesentlich langsamer an (Strecke Fc in Fig. 1) und verursacht
eine weitere Flußänderung ΔΦ1ττ^υ, wobei gleichzeitig
das magnetische Spulenfeld weiter aufgebaut wird, bis U0 abgeschaltet wird (Punkt c in Fig. 1).
Nun nimmt i bzw. Θ nach der Funktion
i = .K3 e~ Ύ und Θ = K4,e~Ύ
ab (Strecke "cd in Fig. 1), wobei die Flußänderung Δ Φην
verschwindet. Übrigbleibt ΔΦ^ν (Strecket in
Fig. 1), als die erwünschte Speicherstufe.
Sorgt man dafür, daß die Gesamteinschaltdauer von U0 (die Impulsdauer τ) klein gegen die Zeitkonstante
T = -jsr-r-s- ist, steigt z* bzw. Θ sowohl
Kl -r Kg
im reversiblen als auch im irreversiblen Abschnitt praktisch linear an, und es gilt usVuu 9>
i (Ri + Rg). In dem Zeitabschnitt, in dem die reversible Magnetisierung
stattfindet (I1 bis i2 in Fig. 2), steigt i bzw. Θ
steil an (z, <9 = /(r) in Fig. 2). Dabei ist uSpuie = L~,
und fast die gesamte Energie dient zum Aufbau des magnetischen Feldes. Ein kleiner Teil der Energie
wird in den Widerständen -Rz und Rg in Wärme umgesetzt. Von einem bestimmten Zeitpunkt (i2 in
Fig. 2) an steigt i bzw. Θ wesentlich flacher an. Dabei ruft der größte Teil der Impulsenergie im Kern irreversible
Wandverschiebungen und/oder Umklappvorgänge hervor; ein kleiner Teil der Energie dient
zum weiteren Feldaufbau, und ein anderer kleiner Teil wird in den Widerständen Ri und Rg in Wärme
umgewandelt. Von eingeprägter Flußänderung spricht man also dann, wenn τ <g Γ und damit usPuu ^ CZ0 ist.
wobei τ die Fußbreite des Impulses ist.
Die Einstellung des magnetischen Elementes mit eingeprägter Flußänderung Δ Φ werden wegen folgender
Vorzüge dieser Einstellart gewählt:
a) Die Amplitude und die Dauer der Einstellimpulse sind unabhängig vom jeweiligen Betrag des
Scheinwiderstandes (fRsi) des magnetischen Elementes.
b) Es wird diejenigephysikalischeGröße(Φ ~ Ju0 ■ dt)
eingeprägt, deren bleibende Änderung man ausnutzen will. Man kann deshalb mit eindeutigen
Einstellkennlinien 3^f = / (Zahl der Speicherstufen)
rechnen.
c) Der Speicherwirkungsgrad ist gut, d. h., der größte Teil der Impulsenergie dient zum eigentlichen
Speichern.
Nimmt man nun die Einstellung des permanenten Flusses durch Geradeausimpulseinstellung, d. h. mit
immer gleichen Einstellimpulsen vor, erreicht man wegen der physikalischen Eigenschaften des Kernes
nur relativ wenige Speicherstufen.
Gemäß der Erfindung wird die große Anzahl gleicher Speicherstufen dadurch erreicht, daß der zeitliche
Verlauf von i bzw. Θ differenziert wird, wodurch man zum Zeitpunkt des Stromanstiegknickes (ζ, Θ = f(i)
in Fig. 2), der bei jeder weiteren Speicherstufe zu einem etwas späteren Zeitpunkt t2 (vom Impulsanfang gerechnet)
auftritt, einen Impuls (Knickimpuls) (-tL· — f(t))
(Fig. 2) erhält, der zur Markierung des eigentlichen Speicherbeginns ausgenutzt wird.
Nennt man den Knickzeitpunkt tä (Fig. 2) und das
Impulsende ts (Fig. 2), so ist die gewünschte Speicherstufe
Nj
iV
Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens. Mit 1
ist das magnetisierbare Element bezeichnet, das aus einem Kern mit einem großen und einem kleinen Loch
besteht und die Einstellwicklung α und die Rst-Wicklung
b besitzt. Letztere wird über einen austastbaren Verstärker 2 mit der zu regelnden Spannung beaufschlagt.
Das Einstellen einer Speicherstufe geschieht nun folgendermaßen: Der Taktgeber 3, ein astabiler Multivibrator,
liefert einen Rechteckimpuls, der zur Zeit t = t0 beginnt und bei t = i4 endet. Dieser Impuls
sperrt den Verstärker 2 während des Einstellvorganges, damit von der ,^sf-Wicklung b her keine Spannung
in der Einstellwicklung α induziert wird. (Zur weiteren Verbesserung ist die i?Si-Wicklung so aufgebracht,
daß sie möglichst gut von der Einstellwicklung entkoppelt ist.) Außerdem entsperrt dieser Impuls den
Doppeldifferenzierverstärker 4, dessen Eingang in Reihe mit der Einstellwicklung α liegt. Die Vorderflanke
des Taktimpulses stößt einen monostabilen Multivibrator 5 an, der dazu dient, den Beginn des
Einstellvorganges so lange zu verzögern, bis der Aus-Schwingvorgang des Verstärkers 2 und der Einschwingvorgang
des Doppeldifferenzierverstärkers 4 beendet sind. Dieser Multivibrator 5 liefert einen Rechteckimpuls
(Verzögerungsimpuls), der zur Zeit t = tx endet
und dessen Rückflanke eine Impulsquelle 6 (bistabiler Multivibrator) anstößt, so daß diese in Arbeitslage
kippt und sprungartig eine Gleichspannung U0 einschaltet,
die einen Strom i durch die Einstellwicklung a und den Eingang des Doppeldifferenzierverstärkers 4
verursacht.
Da, wie schon beschrieben, die Stromflußdauer in der Einstellwicklung (Z3-^1) klein gegen die reversible
Zeitkonstante T = ^^w~ gewählt wird, steigt
der Einstellstrom i bzw. die Durchflutung Θ praktisch linear an, und es gilt
■—■■ ■ t.
L
L
Zum Zeitpunkt t2 erreicht die Durchflutung Θ=ί·Ν
einen Wert, bei dem irreversible Vorgänge im Kern einsetzen, und der Anstieg von Θ bzw. i wird plötzlich
flacher (i, Θ = f{t) in Fig. 2 c). Dieser Stromknick, der den Beginn des Speichervorganges markiert,
liefert nach zweimaliger Differentiation durch den Doppeldifferenzierverstärker 4 zum Zeitpunkt t2 einen
Nadelimpuls (Knickimpuls) (-j^- = f{i) in Fig. 2e),
der im Begrenzerverstärker 7 nochmals verstärkt, geformt und von Störungen befreit wird. Dieser
Knickimpuls stößt einen weiteren monostabilen Multivibrator 8 an. Dieser erzeugt einen Rechteckimpuls,
dessen Rückflanke die Impulsquelle 6 in ihre Ruhelage zurückkippt und somit deren Ausgangsgleichspannung
U0 im Zeitpunkt t3 sprungartig abschaltet. Damit
ist der Speichervorgang beendet. Der permanente Fluß im Magnetkern ist um den Betrag ΔΦ{ηΒν = U0
(h—tz)IN verändert worden. Die Impulsdauer τ
= t3—12 des monostabilen Multivibrators 8 bestimmt
also allein die irreversible Flußänderung im Magnetkern und wird so eingestellt, daß sich die gewünschte
Größe der Speicherstufe ergibt.
Zum Zeitpunkt Z4 wird der Verstärker 2 wieder ein-
und der Doppeldifferenzierverstärker 4 ausgetastet.
Nun kann der Vorgang von neuem beginnen.
Claims (3)
1. Verfahren zur Einstellung des permanenten Flusses eines magnetisierbaren Elementes mit
annähernd rechteckförmiger Hysteresisschleife, da durch gekennzeichnet, daß auf eine Einstellwicklung
ein oder mehrere Einstellimpulse mit gegenüber der Zeitkonstante des Einstellkreises steilen Flanken
des Spannungsanstieges gegeben werden, ferner daß jeder der Einstellimpulse gleiche Änderungen
des permanenten Flusses dadurch hervorruft, daß am Anfang des jeweils für die Einstellung
wirksamen Teiles der Einstellimpulse aus der Stromanstiegsänderung, hervorgerufen durch die
sprunghafte Änderung des Selbstinduktionskoeffizienten im Knickpunkt, ein Knickimpuls abgeleitet
wird, und daß in Abhängigkeit vom Auftrittszeitpunkt dieses Knickimpulses der für die
Einstellung des permanenten Flusses wirksame Teil des Einstellimpulses so bestimmt wird, daß die
Stufen der permanenten Flußänderung untereinander gleich sind und eine bestimmte, gewünschtenfalls
auch sehr kleine Höhe aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Stromanstiegskurve
vorzugsweise durch zweimalige Differentiation der Knickimpuls gewonnen wird, der von seinem Auftrittszeitpunkt
ab den Einstellimpuls noch eine definierte, vorherbestimmte Zeit andauern läßt.
3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Taktgeber (3) (astabiler Multivibrator) vorgesehen ist, der während des
Einstellvorganges einen Verstärker (2) aus- und einen Doppeldifferenzierverstärker (4) eintastet und
mittelbar über eine Verzögerungsschaltung (5) (monostabiler Multivibrator) eine Impulsquelle (6)
(bistabiler Multivibrator), die mit der Einstellwicklung (α) des magnetisierbaren Elementes (1)
verbunden ist, hinsichtlich ihres Impulseinsatzes steuert, daß ferner ein Doppeldifferenzierverstärker
(4) vorgesehen ist, durch den der zeitliche Verlauf des Einstellstromes (z) zweimal differenziert wird,
und daß der hierdurch zum Zeitpunkt der Knickstelle des Einstellstromes entstehende Impuls
(Knickimpuls) in einem Begrenzerverstärker (7) verstärkt und geformt wird, sowie daß ein monostabiler
Multivibrator (8) vorgesehen ist, der durch den Knickimpuls angestoßen wird und in einem
definierten zeitlichen Abstand von diesem einen Stoppimpuls zur Beendigung des Einstellvorganges
an die Impulsquelle (6) liefert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 109 650/250 7.
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