DE1147266B

DE1147266B - Transistor amplifier arrangement

Info

Publication number: DE1147266B
Application number: DEC23338A
Authority: DE
Inventors: Andre Bonnal
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1960-02-17
Filing date: 1961-02-03
Publication date: 1963-04-18

Description

Transistorverstärkeranordnung Die Erfindung betrifft eine Transistorverstärkeranordnung für Signale der Form e = E sin (au t + en), wobei s den Wert 0 oder den Wert 1 haben kann und die Information durch die Werte von E und s geliefert wird, indem E einer Größe proportional ist und s deren Richtung anzeigt. Eine derartige Anordnung eignet sich vor allem, wenn auch nicht ausschließlich, für die Bildung des Leistungskanals einer Servoregelanordnung, bei der die Fehlerspannung in dieser Form geliefert wird, wobei E dann die Größe der Abweichung und s deren Richtung angibt.Transistor amplifier arrangement The invention relates to a transistor amplifier arrangement for signals of the form e = E sin (au t + en), where s can have the value 0 or the value 1 and the information is supplied by the values of E and s, where E is proportional to a quantity and s indicates its direction. Such an arrangement is particularly, if not exclusively, suitable for the formation of the power channel of a servo control arrangement in which the error voltage is supplied in this form, where E then indicates the magnitude of the deviation and s its direction.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Verstärkeranordnung dieser Art, bei der der Transistor bzw. die Transistoren als Schalter arbeiten. Bekanntlich ist die Verwendung von im Schaltbetrieb arbeitenden Transistoren insbesondere deswegen vorteilhaft, weil dann der Leistungsverlust in den Transistoren selbst sehr gering ist.The invention particularly relates to an amplifier arrangement of the same Type in which the transistor or transistors work as a switch. As is well known That is why the use of transistors operating in switching mode is particularly important advantageous because the power loss in the transistors themselves is then very low is.

Es sind bereits Verstärkerschaltungen mit als Schalter arbeitenden Transistoren bekannt, die insbesondere zur Verstärkung von Signalen der zuvor angegebenen Art als symmetrische Schaltungen ausgeführt sind und so arbeiten, daß die in der Amplitude und in der Phase enthaltenen Informationen nicht verlorengehen. Im Falle von symmetrischen Schaltungen wird die zu verstärkende Eingangsspannung den beiden Transistoren gegenphasig zugeführt, und die Steuerspannung, die das Öffnen und Sperren jedes der beiden Transformatoren bestimmt, ist die Summe der entsprechenden Eingangsspannung und einer beiden Transistoren gemeinsamen periodischen Vorspannung, die eine konstante Polarität und die doppelte Frequenz als das zu verstärkende Signal aufweist.There are already amplifier circuits with working as a switch Transistors known, in particular for amplifying signals of the previously specified Art are designed as symmetrical circuits and work so that the in the Amplitude and information contained in the phase are not lost. In the event of of symmetrical circuits, the input voltage to be amplified becomes the two Transistors fed in phase opposition, and the control voltage that controls the opening and locking each of the two transformers determined is the sum of the corresponding input voltage and a periodic bias voltage common to both transistors, which has a constant Polarity and twice the frequency than the signal to be amplified.

Diese Schaltungen weisen den Nachteil auf, daß die Vorspannung so eingeregelt ist, daß keiner der Transistoren Strom führt, wenn das Eingangssignal den Wert Null hat, was zwangläufig zur Folge hat, daß die Schaltung auf kleine Signale unterhalb eines bestimmten Schwellwertes, der von der Temperatur der Transistoren abhängt, nicht anspricht. Wenn man diesen Nachteil dadurch beseitigen wollte, daß die Vorspannung so eingeregelt wird, daß die Schaltung auch auf kleine Signale anspricht, was an sich möglich wäre, tritt der andere Nachteil auf, daß dann die beiden Transistoren bei Signalen unterhalb eines bestimmten Schwellwertes für ein bestimmtes Zeitintervall d t Strom führen; dieses Zeitintervall liegt zu beiden Seiten der Zeitpunkte, in denen die Vorspannung einen ihrer beiden Extremwerte erreicht. Die Belastung der Transistoren besteht dann ausschließlich oder nahezu ausschließlich aus dem Widerstand der einen bzw. der anderen der beiden Primärwicklungen des Ausgangstransformators der Schaltung, in welchem der Fluß dann (bei dem Eingangssignal Null) den Wert Null hat (oder bei einem kleinen Eingangssignal), je nach der Richtung des Stromdurchgangs sehr klein ist. Deshalb gibt jeder der Transistoren einen großen Strom ab, und man ist zur Verwendung von Transistoren gezwungen, welche diesen Betrieb während der Zeitintervalle dt aushalten können und einen ausreichenden Sättigungsstrom abgeben.These circuits have the disadvantage that the bias voltage is adjusted so that none of the transistors conducts current when the input signal has the value zero, which inevitably means that the circuit responds to small signals below a certain threshold value, which depends on the temperature the transistors depends, does not respond. If you wanted to eliminate this disadvantage by regulating the bias voltage so that the circuit also responds to small signals, which would be possible in itself, the other disadvantage occurs that the two transistors for signals below a certain threshold value for a certain Time interval dt conduct current; this time interval lies on both sides of the points in time at which the preload reaches one of its two extreme values. The load on the transistors then consists exclusively or almost exclusively of the resistance of one or the other of the two primary windings of the output transformer of the circuit, in which the flux then (with the input signal zero) has the value zero (or with a small input signal), is very small depending on the direction of current passage. Therefore, each of the transistors outputs a large current, and it is necessary to use transistors which can withstand this operation during the time intervals dt and which output a sufficient saturation current.

Die Zeitintervalle d t können andrerseits nur mit einem entsprechenden Verlust an Verstärkung verkleinert werden.On the other hand, the time intervals dt can only be reduced with a corresponding loss of gain.

Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile.The aim of the invention is to eliminate these drawbacks.

Gemäß der Erfindung enthält die Verstärkeranordnung eine Anordnung, die eine Hilfsspannung der Form U cos co t von konstanter Amplitude liefert, eine Modulationswandleranordnung, die aus dem ursprünglichen Signal und der Hilfsspannung wenigstens eine phasenmodulierte Rechteckwelle bildet, deren Phase in bezug auf sin u) t die durch die Werte E und s gegebene Information ausdrückt, und eine Transistorschaltung mit einer Energiequelle und wenigstens einem Transistor, der als Schalter für die Energiequelle arbeitet und durch Anlegen der Rechteckwelle an seine Eingangselektrode abwechselnd gesperrt und gesättigt wird, während das verstärkte Signal am Ausgang der Transistorschaltung abgenommen und anschließend demoduliert wird.According to the invention, the amplifier arrangement contains an arrangement which supplies an auxiliary voltage of the form U cos co t of constant amplitude, a modulation converter arrangement which forms at least one phase-modulated square wave from the original signal and the auxiliary voltage, the phase of which with respect to sin u) t die Expresses information given by the values E and s, and a transistor circuit with an energy source and at least one transistor that works as a switch for the energy source and is alternately blocked and saturated by applying the square wave to its input electrode, while the amplified signal at the output of the transistor circuit is removed and then demodulated.

Bei der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung werden die zuvor geschilderten Nachteile dadurch beseitigt, daß für die das Öffnen oder Sperren jedes der beiden Transistoren der symmetrischen Schaltung bestimmenden Steuerspannungen zwei gegenphasige Rechtecksignale verwendet werden, wobei die Amplitude und die Phase des zu verstärkenden Eingangssignals gleichzeitig durch die Phase eines beliebigen der beiden Signale ausgedrückt sind und der eine (konstante) Pegel der Rechtecksignale das Sperren und der andere (gleichfalls konstante) Pegel die Sättigung des Transistors bewirken, dem das Rechtecksignal zugeführt wird. Diese Betriebsart hat zur Folge, daß einerseits der Verstärker auch auf sehr kleine Eingangssignale anspricht und daß andrerseits der Verstärker stets einen stromführenden Transistor und einen gesperrten Transistor enthält, abgesehen von einem Übergangsbereich von vernachlässigbarer kleiner Dauer.In the amplifier arrangement according to the invention, the previously described Disadvantages eliminated by the fact that the opening or locking of each of the two Transistors of the symmetrical circuit determine control voltages two in phase opposition Square wave signals are used, with the amplitude and phase of the amplified Input signal simultaneously by the phase of any of the two signals are expressed and the one (constant) level of the square wave signals the blocking and the other (also constant) level saturate the transistor, to which the square wave signal is fed. This operating mode has the consequence that on the one hand the amplifier also responds to very small input signals and that on the other hand the amplifier always has a current-carrying transistor and a blocked transistor contains, except for a transitional area of negligibly short duration.

Die Rechtecksteuersignale werden aus dem zu verstärkenden Signal und einer dazu um 90° phasenverschobenen Spannung von konstanter Amplitude in der als Modulationswandlerungsanordnung bezeichneten Hilfsschaltung erhalten, die dem eigentlichen Verstärker vorangeht.The square-wave control signals are derived from the signal to be amplified and a voltage phase-shifted by 90 ° and of constant amplitude in the as Modulation converter arrangement designated auxiliary circuit received the actual Amplifier precedes.

Es ist zu bemerken, daß es bei Verstärkerschaltungen mit im Schaltbetrieb arbeitenden Röhren bereits bekannt ist, eine Modulationsumsetzung des zu verstärkenden Signals anzuwenden, indem dieses in eine Impulsfolge umgewandelt wird, bei der die Dauer oder die Frequenz der Impulse eine Funktion des Augenblickspegels des .zu verstärkenden Signals ist. Diese Modulationsumsetzung, die im übrigen für Signale beliebiger Art vorgesehen ist, unterscheidet sich aber wesentlich von der beim Erfindungsgegenstand angewendeten Modulationsumsetzung, bei der die Kreisfrequenz co des zu verstärkenden Signals von vornherein bekannt ist und es sich nur darum handelt, die durch die Amplitude E und die Phase (0 oder n) ausgedrückten beiden Informationen aufrechtzuerhalten; diese beiden Informationen können daher in diskreten Intervallen durch die Phase eines Rechtecksignals mit zwei Pegeln in bezug auf die Bezugsspannung sin c0 t ausgedrückt werden.It should be noted that it is in switching mode in amplifier circuits working tubes is already known, a modulation conversion of the to be amplified Signal by converting it into a pulse train in which the Duration or frequency of the pulses a function of the instantaneous level of the .zu amplifying signal. This modulation conversion, incidentally, for signals Any type is provided, but differs significantly from that of the subject matter of the invention applied modulation conversion, in which the angular frequency co of the to be amplified Signal is known in advance and it is only a matter of the To maintain amplitude E and phase (0 or n) of both pieces of information; both of these pieces of information can therefore pass through the phase at discrete intervals of a square wave signal of two levels with respect to the reference voltage sin c0 t will.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann im übrigen auch mit einem einzigen Verstärkertransistor arbeiten, der durch ein einziges Rechtecksignal der angegebenen Art gesteuert wird, doch ist diese Lösung weniger vorteilhaft.The arrangement according to the invention can also with a single Amplifier transistor work, which is indicated by a single square wave signal Kind of controlled, but this solution is less advantageous.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig.2 ein genaues Schaltbild einer Verstärkeranordnung nach der Erfindung sowie des Leistungskanals eines Servomechanismus, in den die Verstärkeranordnung eingefügt ist, und Fig. 3, 4 und 5 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Verstärkeranordnung und der darauffolgenden Demodulationsanordnung von Fig. 2.An embodiment of the invention is explained with reference to the drawing. 1 shows a simplified block diagram of a preferred embodiment of the invention, Figure 2 is a detailed circuit diagram of an amplifier arrangement according to the invention as well as the power channel of a servomechanism in which the amplifier arrangement is inserted, and FIGS. 3, 4 and 5 are diagrams for explaining the mode of operation of the Amplifier arrangement and the subsequent demodulation arrangement of FIG. 2.

Die Anordnung von Fig. 1 enthält eine Modulationswandlerstufe 1, deren Eingängen 2 und 3 die Eingangsspannung E sin (w t + s 2z) bzw. die dazu um 90° phasenverschobene Spannung U cos u) t zugeführt werden, und die an ihren Ausgängen 4 und 5 zwei Rechteckwellen abgibt, die um ±0 bzw. um ±0 +a gegen die Bezugsspannung sin w t phasenverschoben sind, wobei 0 gleichzeitig die Informationen E und E ausdrückt, wie das Diagramm von Fig. 4 zeigt.The arrangement of FIG. 1 contains a modulation converter stage 1, the inputs 2 and 3 of which are supplied with the input voltage E sin (wt + s 2z) or the voltage U cos u) t, phase shifted by 90 °, and which are supplied at their outputs 4 and 5 emits two square waves which are phase-shifted by ± 0 or by ± 0 + a with respect to the reference voltage sin wt, where 0 simultaneously expresses the information E and E, as the diagram of FIG. 4 shows.

Diese Signale werden zwei Eingängen 4 bzw. 5 einer symmetrischen Transistorverstärkerstufe 6 zugeführt, die im wesentlichen nur im Sättigungszustand oder im Sperrzustand arbeitet. Es ist zu bemerken, daß der Ausdruck »Verstärker« hier in einem weiten Sinn zu verstehen ist, da die Schaltung zwar an ihrem Ausgang ein phasenmoduliertes Signal liefert, in dem die Information 0 enthalten ist, die Form des modulierten Ausgangssignals jedoch von der Form der Eingangssignale verschieden sein kann.These signals become two inputs 4 and 5 of a symmetrical transistor amplifier stage 6 supplied, which works essentially only in the saturation state or in the blocking state. It should be noted that the term "amplifier" is to be understood here in a broad sense is because the circuit delivers a phase-modulated signal at its output, which contains the information 0, the form of the modulated output signal however, may be different from the form of the input signals.

Das Ausgangssignal dieser Verstärkerstufe wird einer Phasenmodulatorstufe 7 zugeführt. Diese Stufe gehört nicht zur Verstärkeranordnung, ist aber zur Demodulation des Ausgangssignals der Verstärkeranordnung erforderlich.The output signal of this amplifier stage becomes a phase modulator stage 7 supplied. This stage does not belong to the amplifier arrangement, but is for demodulation of the output signal of the amplifier arrangement is required.

In Fig. 2 ist eine gemäß der Erfindung ausgeführte Verstärker- und Demodulationsanordnung in Anwendung bei dem Leistungskanal einer Servoregelung dargestellt. Die zu regelnde Anordnung und die Fehlerspannungserzeugerstufe sind symbolisch durch den Block 70 dargestellt, zwischen dessen Klemmen 71 und 72 die Fehlerspannung auftritt; die Klemme 71 liegt an Masse. Die Fehlerspannungserzeugerschaltung wird zwischen den Klemmen 73 und 74 des Blocks 70 von der Bezugsspannungsquelle 63 gespeist, die beispielsweise bei 400 Hz arbeitet. Die strichpunktierte Linie deutet symbolisch die Wirkung eines Motors 60 auf die zu regelnde Anordnung an.In Fig. 2 is an implemented according to the invention amplifier and Demodulation arrangement shown in use in the power channel of a servo control. The arrangement to be controlled and the fault voltage generator stage are symbolically indicated by the block 70 is shown, between the terminals 71 and 72 of which the fault voltage occurs; terminal 71 is at ground. The error voltage generating circuit is between the terminals 73 and 74 of the block 70 are fed by the reference voltage source 63, the for example works at 400 Hz. The dash-dotted line indicates symbolically the effect of a motor 60 on the arrangement to be controlled.

Die Quelle 63 speist ferner eine Zweiwegegleichrichterschaltung, die symbolisch durch den Block 44 dargestellt ist, dessen Ausgangsklemmen bei 62 und 64 gezeigt ist, wobei die Klemme 64 an Masse liegt.The source 63 also feeds a full-wave rectifier circuit, the is symbolically represented by the block 44, the output terminals at 62 and 64 is shown with the terminal 64 connected to ground.

Schließlichist die Quelle 63 mit der Primärwicklung 56 eines Transformators 55 verbunden, dessen Sekundärwicklung 54 eine an Masse liegende Mittelanzapfung 57 aufweist, während die Klemme 53 dieser Sekundärwicklung über einen Widerstand 67 und einen Kondensator 69 mit Masse verbunden ist.Finally, the source 63 is connected to the primary winding 56 of a transformer 55, the secondary winding 54 of which has a center tap 57 connected to ground, while the terminal 53 of this secondary winding is connected to ground via a resistor 67 and a capacitor 69.

Die Modulationswandlerstufe enthält zwei Flächentransistoren 11 und 12, die bei dem gezeigten Beispiel den Typ pnp haben und jeweils in Emitterschaltung symmetrisch angeschlossen sind.The modulation converter stage contains two flat transistors 11 and 12, which in the example shown are of the pnp type and are each connected symmetrically in an emitter circuit.

Die Basiselektroden 27 und 28 der Transistoren 11 und 12 sind über zwei gleiche Widerstände 29 bzw. 30 mit Masse verbunden. Sie sind ferner über zwei gleiche Widerstände 76 und 68 einerseits mit der Klemme 72 des Blocks 70 und andererseits mit der gemeinsamen Klemme 77 des Widerstands 67 und des Kondensators 69 verbunden. Die Emitter 13 und 14 der beiden Transistoren sind mit einem Ende eines Widerstands 15 verbunden, dessen anderes Ende an eine positive Spannungsklemme 16 angeschlossen ist. Diese Klemme 16 ist andrerseits mit dem Kollektor 17 des Transistors 11 über zwei in Serie geschaltete Widerstände 18 und 19 verbunden und mit dem Kollektor 20 des Transistors 12 über zwei in Serie geschaltete Widerstände 21 und 22, die den Widerständen 18 bzw. 19 gleich sind. Diese beiden Kollektoren sind außerdem mit zwei auf gleichem Potential liegenden negativen Spannungsklemmen 23 und 24 über zwei gleiche Widerstände 25 bzw. 26 verbunden. Die Verstärkerstufe enthält zwei Transistoren 31 und 32, die hier ebenfalls vom Typ pnp sind und deren Basiselektroden 33 und 34 mit dem gemeinsamen Punkt der Widerstände 18 und 19 bzw. dem gemeinsamen Punkt der Widerstände 21 und 22 verbunden sind. Die Emitter 35 und 36 liegen an Masse. Die Kollektoren 37 und 38 sind mit den beiden Enden 39 und 40 der Primärwicklung 41 eines Transformators 42 verbunden. Die Mittelanzapfung 43 der Primärwicklung 41 ist an die Klemme 62 der Zweiwegegleichrichterschaltung 44 angeschlossen.The base electrodes 27 and 28 of the transistors 11 and 12 are connected to ground via two identical resistors 29 and 30, respectively. They are also connected via two identical resistors 76 and 68 on the one hand to the terminal 72 of the block 70 and on the other hand to the common terminal 77 of the resistor 67 and the capacitor 69. The emitters 13 and 14 of the two transistors are connected to one end of a resistor 15, the other end of which is connected to a positive voltage terminal 16. This terminal 16 is on the other hand connected to the collector 17 of the transistor 11 via two series-connected resistors 18 and 19 and to the collector 20 of the transistor 12 via two series-connected resistors 21 and 22, which are the same as the resistors 18 and 19, respectively. These two collectors are also connected to two negative voltage terminals 23 and 24 which are at the same potential via two identical resistors 25 and 26, respectively. The amplifier stage contains two transistors 31 and 32, which are also of the pnp type here and whose base electrodes 33 and 34 are connected to the common point of resistors 18 and 19 and the common point of resistors 21 and 22, respectively. The emitters 35 and 36 are connected to ground. The collectors 37 and 38 are connected to the two ends 39 and 40 of the primary winding 41 of a transformer 42 . The center tap 43 of the primary winding 41 is connected to the terminal 62 of the full-wave rectifier circuit 44.

Die beiden Enden 45 und 46 der Sekundärwicklung 47 des Transformators 42 sind mit zwei gegenüberliegenden Eckpunkten 48 und 50 einer Diodenbrücke mit den Eckpunkten 48, 49, 50, 51 verbunden; die Dioden dieser Brücke sind so geschaltet, daß die Durchlaßrichtung in jedem Zweig von 48 nach 49, von 49 nach 50, von 50 nach 51, von 51 nach 48 geht.The two ends 45 and 46 of the secondary winding 47 of the transformer 42 are with two opposite corner points 48 and 50 with a diode bridge the corner points 48, 49, 50, 51 connected; the diodes of this bridge are connected in such a way that that the transmission direction in each branch from 48 to 49, from 49 to 50, from 50 to 51, goes from 51 to 48.

Die beiden entgegengesetzten Eckpunkte 49 und 51 sind über Widerstände 65 und 66 mit den beiden Enden 52 und 53 der Sekundärwicklung 54 des Transformators 55 verbunden, dessen Primärwicklung 56 an die Bezugsspannungsquelle 63 angeschlossen ist.The two opposite corner points 49 and 51 are via resistors 65 and 66 with the two ends 52 and 53 of the secondary winding 54 of the transformer 55 connected, the primary winding 56 of which is connected to the reference voltage source 63 is.

Die Mittelanzapfung 58 der Sekundärwicklung 47 des Transformators 42 ist an eine Klemme 59 der Läuferwicklung eines Gleichstrommotors 60 angeschlossen, während die andere Klemme 61 der Wicklung an Masse liegt.The center tap 58 of the secondary winding 47 of the transformer 42 is connected to a terminal 59 of the rotor winding of a DC motor 60, while the other terminal 61 of the winding is connected to ground.

Der Betrieb dieser Anordnung wird an Hand der Kurven von Fig. 3 erläutert, die nicht alle mit dem gleichen Amplitudenmaßstab gezeichnet sind.The operation of this arrangement is explained with reference to the curves of Fig. 3, which are not all drawn with the same amplitude scale.

Die Quelle 63 ist mit dem Transformator 55 so verbunden, daß zwischen den Klemmen 57 und 52 bzw. 57 und 53 der Sekundärwicklung 54 die Spannungen A sin co t (Fig. 3a) und -A sin co t erscheinen.The source 63 is connected to the transformer 55 in such a way that the voltages A sin co t (FIG. 3a) and -A sin co t appear between the terminals 57 and 52 or 57 and 53 of the secondary winding 54.

Die Fehlerspannung E sin (c) t + e z), welche durch die voll ausgezogene Kurve in Fig. 3b dargestellt ist, erscheint zwischen Masse und der Klemme 72 des Blocks 70.The error voltage E sin (c) t + ez), which is represented by the solid curve in FIG. 3 b, appears between ground and the terminal 72 of the block 70.

Die (in Fig. 3b gestrichelt dargestellte)` Spannung U cos o) t wird dadurch erhalten, daß die zwischen den Klemmen 57 und 53 der Sekundärwicklung 54 des Transformators 55 erscheinende Spannung -A sin c) t mittels der RC-Schaltung 67 bis 69 integriert wird. Sie erscheint zwischen Masse und der gemeinsamen Klemme 77 des Kondensators 69 und des Widerstands 67. Die beiden Eingänge der Modulationswandlerschaltung bestehen somit einerseits aus der Klemme 72 und Masse und andererseits aus der Klemme 77 und Masse. The voltage U cos o) t (shown in dashed lines in Fig. 3b ) is obtained by the voltage -A sin c) t appearing between the terminals 57 and 53 of the secondary winding 54 of the transformer 55 by means of the RC circuit 67 to 69 is integrated. It appears between ground and the common terminal 77 of the capacitor 69 and the resistor 67. The two inputs of the modulation converter circuit thus consist of terminal 72 and ground on the one hand and terminal 77 and ground on the other.

Die Werte der Bestandteile der Modulationswandlerschaltung werden beispielsweise so bemessen, daß beim Fehlen von Wechselspannungen an den Eingängen die Spannungen an den Kollektoren 17 und 20 der Transistoren 11 und 12 im wesentlichen gleich der Hälfte der Spannung an den Klemmen 23 und 24 sind.The values of the constituent parts of the modulation converter circuit become for example dimensioned so that in the absence of AC voltages at the inputs the voltages at the collectors 17 and 20 of the transistors 11 and 12 are essentially are equal to half the voltage at terminals 23 and 24.

Die Amplitude der Spannung u = U cos w t wird ausreichend groß gewählt, daß beim Fehlen der Fehlerspannung einerseits die Sättigung des Transistors 12 und andrerseits, infolge der Rückwirkung auf das Potential des Emitters 13, die Sperrung des Transistors 11 für Werte von «)t hervorgerufen werden, die bis auf 2 Kn zwischen und liegen, wobei a klein ist, während andrerseits die Sperrung des Transistors 12 und infolge der Rückwirkung auf das Potential des Emitters 13 die Sättigung des Transistors 11 für Werte von co t erreicht werden, die bis auf 2Kz zwischen - liegen, wobei ß klein ist.The amplitude of the voltage u = U cos w t is chosen sufficiently large that, in the absence of the error voltage, on the one hand, the saturation of the transistor 12 and, on the other hand, due to the reaction on the potential of the emitter 13, the blocking of the transistor 11 for values of «) t which are up to 2 kn between and where a is small, while on the other hand the blocking of the transistor 12 and, as a result of the reaction on the potential of the emitter 13, the saturation of the transistor 11 for values of co t which, apart from 2Kz, are between - lie, where ß is small.

Man erhält dann an den Kollektoren 17 und 20 etwa rechteckige Spannungen, welche Phasenverschiebungen von gegen die Spannung sin c) t aufweisen.Approximately rectangular voltages are then obtained at the collectors 17 and 20, which phase shifts of against the voltage sin c) t.

Beim Vorhandensein einer Fehlerspannung e = E sin (co t + s z) erfolgt derÜbergang vom Sperrzustand zum Sättigungszustand und umgekehrt für jeden Transistor zu beiden Seiten von Zeitpunkten, bei denen die beiden Spannungen e und u gleich sind. Es ist offensichtlich, daß aus Symmetriegründen die Kollektoren der beiden Transistoren dann auf dem gleichen Potential liegen. Die an den Kollektoren 17 und 20 der Transistoren abgenommenen Spannungen, welche durch die in vollen Linien und in gestrichelten Linien dargestellten Kurven der Fig. 3 c dargestellt sind, sind dann etwa rechteckige Wellenzüge von gleicher Amplitude, die in bezug auf die Spannung sin co t im wesentlichen die Phasenverschiebungen -z - 0 und -0 aufweisen, wobei 0 (0 < 0 < z) durch folgende Beziehung gegeben ist: E sin (0 -I- a n) = U cos 0 , also d. h., daß 0 die Phase der aus der Summe der Spannungen e und u gebildeten Spannung in bezug auf sin to t ist, wie aus Fig. 4 eindeutig hervorgeht.If an error voltage e = E sin (co t + sz) is present, the transition from the blocking state to the saturation state and vice versa takes place for each transistor on both sides of times at which the two voltages e and u are equal. It is obvious that, for reasons of symmetry, the collectors of the two transistors are then at the same potential. The at the collectors 17 and 20 of the transistors removed voltages, which are illustrated by the embodiments shown in full lines and in dotted lines curves of Fig. 3 c, are then approximately rectangular wave trains of equal amplitude, the sin in respect to the voltage co t essentially have the phase shifts -z - 0 and -0, where 0 (0 <0 <z) is given by the following relationship: E sin (0 -I- an) = U cos 0, that is that is to say that 0 is the phase of the voltage formed from the sum of the voltages e and u with respect to sin to t , as can be clearly seen from FIG.

Die Werte der verschiedenen Elemente werden so gewählt, daß die Rechtecksignale am Ausgang der Modulationswandlerstufe, die an den Basiselektroden 33 und 34 der Transistoren 31 und 32 erscheinen, geringfügig positive Spitzenwerte aufweisen, wodurch der Betrieb des Transistors gesperrt wird, dem ein solches Signal zugeführt wird, während die Täler ausreichend negativ sind, daß die Sättigung des Transistors hervorgerufen wird, dem das Signal zugeführt wird.The values of the various elements are chosen so that the square wave signals at the output of the modulation converter stage, which is connected to the base electrodes 33 and 34 of the Transistors 31 and 32 appear, have slightly positive peaks, whereby the operation of the transistor is blocked to which such a signal is supplied becomes, while the valleys are sufficiently negative that the saturation of the transistor is caused to which the signal is fed.

Zwischen der Masse und der Mittelanzapfung 43 der Primärwicklung 41 des Transformators 42 wird eine negative Spannung -l B sin co t l angelegt, die durch Gleichrichtung der von der Quelle 63 gelieferten Spannung in dem Block 44 erhalten wird. Diese Spannung ist in Fig. 3 d dargestellt.Between the mass and the center tap 43 of the primary winding 41 of the transformer 42, a negative voltage -l B sin co t l is applied which is obtained by rectification of the voltage supplied by the source 63 in the block 44th This voltage is shown in Fig. 3 d.

Die Transistoren 31 und 32 arbeiten als Schalter, so daß das mit dem Kollektor des gesperrten Transistors verbundene Ende der Primärwicklung 41 des Transformators 42 auf dem Potential -2 1 B sin c) t 1 liegt, während das andere Ende, abgesehen von dem geringen Spannungsabfall an den Klemmen des gesättigten Transistors, auf dem Potential Null liegt. Die an den Klemmen der Primärwicklung 41 liegende Spannung (Potential der Klemme 39 - Potential der Klemme 40) hat also die in Fig. 3 e dargestellte Form.The transistors 31 and 32 work as switches, so that the end of the primary winding 41 of the transformer 42 connected to the collector of the blocked transistor is at the potential -2 1 B sin c) t 1, while the other end, apart from the small voltage drop at the terminals of the saturated transistor, at zero potential. The voltage applied to the terminals of the primary winding 41 (potential of terminal 39 - potential of terminal 40) thus has the form shown in FIG. 3e.

Das gleiche gilt (gegebenenfalls bis auf das Vorzeichen, je nach dem Wicklungssinn) für die an den Klemmen der Sekundärwicklung 47 erscheinende Spannung (Potential der Klemme 45-Potential der Klemme 46).The same applies (possibly except for the sign, depending on the Winding sense) for the Clamping of the secondary winding 47 appears Voltage (potential of terminal 45 - potential of terminal 46).

Die Amplitude der Spannungen +A sin co t und -A sin c) t, die den Eckpunkten 49 bzw. 51 der Diodenbrücke zugeführt werden, werden in an sich bekannter Weise so groß gewählt, daß während der Phasen Po, für die gilt: 2K<wt<(2K+1)@, die Dioden in den Zweigen 49-50 und 50-51 Strom führen und die Dioden in den Zweigen 51-48 und 48-49 gesperrt sind, während die umgekehrten Vorgänge in den Phasen P1 stattfinden, für die gilt: (2 K + 1).-,v < co t < (2 K + 2) ac , unabhängig von der Amplitude und dem Vorzeichen der Spannungen, die den Eckpunkten 48 und 50 zugeführt werden.The amplitude of the voltages + A sin co t and -A sin c) t, which are fed to the corner points 49 and 51 of the diode bridge, are selected in a manner known per se so large that during the phases Po, for which the following applies: 2K <wt <(2K + 1) @, the diodes in branches 49-50 and 50-51 carry current and the diodes in branches 51-48 and 48-49 are blocked, while the reverse processes take place in phases P1, for which applies: (2 K + 1) .-, v <co t <(2 K + 2) ac, independent of the amplitude and the sign of the voltages that are fed to the corner points 48 and 50.

Dies hat zur Folge, daß die zwischen den Klemmen 59 und 61 der Läuferwicklung des Motors 60 erscheinende Spannung die gleiche Form wie die in Fig. 3 e dargestellte Kurve während jeder der Phasen Po und P1 hat, jedoch mit einer Umkehr des Vorzeichens während der Phase P,.. Die an den Klemmen des Motors 60 erscheinende Spannung (Potential der Klemme 59 - Potential der Klemme 61) hat dann die in Fig. 3 f gezeigte Form. Eine Rechnung zeigt unmittelbar, daß diese Spannung eine Gleichspannungskomponente enthält, die dem Wert 1 cos 0 1 proportional ist und deren Vorzeichen sich umkehrt, je nachdem ob s = 0 oder a = 1.This has the consequence that between the terminals 59 and 61 of the rotor winding of the motor 60 appearing voltage has the same form as that shown in Fig. 3e Curve during each of the phases Po and P1, but with a reversal of the sign during phase P, .. The voltage appearing at the terminals of motor 60 (potential the terminal 59 - potential of the terminal 61) then has the form shown in Fig. 3f. A calculation shows immediately that this voltage is a direct voltage component which is proportional to the value 1 cos 0 1 and whose sign is reversed, depending on whether s = 0 or a = 1.

Die Ausfilterung dieser Gleichspannungskomponente erfolgt bei dem beschriebenen Beispiel durch die Trägheit des -Motors, der unter einem Drehmoment steht, das proportional 1 cos 0 1 ist, dessen Richtung sich danach richtet, ob a den Wert 0 oder den Wert 1 hat.This DC voltage component is filtered out in the example described by the inertia of the engine operating under a torque stands, which is proportional to 1 cos 0 1, the direction of which depends on whether a has the value 0 or the value 1.

Das gleiche würde gelten, wenn die Rechteckwellen gegenüber sin co t nicht um -0 und n - 0, sondern um +0 und z + 0 phasenverschoben wären.The same would apply if the square waves with respect to sin co t were not phase-shifted by -0 and n-0, but by +0 and z + 0.

Die Kurve von Fig. 5, die für das beschriebene Beispiel den Wert cos 0 als Funktion von Ü darstellt, läßt erkennen, daß in einem weitgehend linearen Bereich gearbeitet werden kann, falls die Amplitude U der Hilfsspannung ausreichend groß in bezug auf die vorkommenden Werte der Fehlerspannungen gewählt wird. Dies ergibt sich auch aus der Beziehung Die beschriebene Anordnung erlaubt einen Betrieb mit Transistoren, die im wesentlichen nur im Sättigungszustand oder im Sperrzustand arbeiten, also mit einer sehr geringen Verlustleistung in den Transistoren selbst; dieser Vorteil ist insbesondere in der Verstärkerstufe wichtig, wo die zur Steuerung der an die Mittelanzapfung der Primärwicklung des Transformators gelegten starken Spannung verwendeten Transistoren dennoch bei Temperaturen arbeiten können, die in der Nähe von den Temperaturen liegen, welche der pn-Übergang aushalten kann.The curve of FIG. 5, which represents the value cos 0 as a function of U for the example described, shows that it is possible to work in a largely linear range if the amplitude U of the auxiliary voltage is sufficiently large with respect to the occurring values of the Fault voltages is chosen. This also follows from the relationship The arrangement described allows operation with transistors which essentially only work in the saturation state or in the blocking state, that is to say with a very low power loss in the transistors themselves; This advantage is particularly important in the amplifier stage, where the transistors used to control the high voltage applied to the center tap of the primary winding of the transformer can still operate at temperatures close to the temperatures that the pn junction can withstand.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde die in Fig. 2 gezeigte -Modulationswandlerstufe mit Transistoren des Typs 2N 397 aufgebaut, wobei die Schaltungselemente folgende Werte hatten 15 .............................. 18 kf2 16 ..............................+27 V 18 und 21 ........................ 33 kÜ 19 und 22 ........................ 3,3 k£2 23 und 24 ........................ -18 V 25 und 26 ........................ 10 kf2 29 und 30 ........................ 10 k£2 68 und 76 ........................ 22 kf2 Die zuvor als Beispiel angegebene Ausführungsform kann in zahlreicher Hinsicht abgeändert werden.In a practical embodiment, the modulation converter stage shown in Fig. 2 was constructed with transistors of the type 2N 397, the circuit elements having the following values: 15 ...................... ........ 18 kf2 16 .............................. + 27 V 18 and 21 ... ..................... 33 kÜ 19 and 22 ........................ 3.3 k £ 2 23 and 24 ........................ -18 V 25 and 26 ........... ............. 10 kf2 29 and 30 ........................ 10 k £ 2 68 and 76. ....................... 22 kf2 The embodiment example given above can be modified in numerous respects.

So kann die Modulationswandlerstufe durch ° eine beliebige Anordnung ersetzt werden, die annähernd rechteckige Signale liefert, welche um ±O und n ± 0 gegen die Bezugsspannung phasenverschoben sind. Derartige Signale können insbesondere durch eine vorherige effektive Addition der Spannungen e und u mittels an sich bekannter Widerstandsanordnungen erhalten werden, was die Phasenverschiebung ergibt. Die Umwandlung dieser Spannung in annähernd rechteckige, gegenphasige Signale kann anschließend mittels einer symmetrischen Schaltung mit zwei Transistoren erfolgen, die derjenigen von Fig. 2 analog ist, wobei die Summenspannung gegenphasig an die Basiselektroden der beiden Transistoren oder an eine einzige dieser Basiselektroden gelegt wird.The modulation converter stage can be arranged in any way be replaced, which supplies approximately rectangular signals, which by ± O and n ± 0 are out of phase with the reference voltage. Such signals can in particular by a previous effective addition of the voltages e and u by means of known Resistor arrays are obtained, which gives the phase shift. The transformation This voltage can then be converted into approximately square, anti-phase signals done by means of a symmetrical circuit with two transistors, the one of Fig. 2 is analogous, with the sum voltage in phase opposition to the base electrodes of the two transistors or to a single one of these base electrodes.

Die Umwandlung der Summenspannung in Rechtecksignale kann auch durch zwei übliche Wechselspannungsbegrenzerschaltungen erfolgen.The conversion of the total voltage into square wave signals can also be done by two common AC voltage limiter circuits take place.

Die Transistorverstärkerschaltung kann mehrere Stufen enthalten.The transistor amplifier circuit can contain multiple stages.

Es ist keineswegs notwendig, daß die Kollektorversorgungsspannung eine negative gleichgerichtete Sinusspannung ist. Sie kann beispielsweise auch eine Gleichspannung sein. Eine einfache Rechnung zeigt, daß das am Läufer des Motors verfügbare Drehmoment dann nicht mehr dem Wert 1 cos 0 J proportional ist, sondern dem Wert für U groß gegenüber E und daß die Richtung dieses Drehmoments davon abhängt, ob a den Wert 0 oder den Wert 1 hat. Im allgemeinen muß die Spannung so gewählt werden, daß schließlich eine demodulierte Spannung erhalten wird, die für ausreichend große Werte von U im wesentlichen E proportional ist.It is by no means necessary that the collector supply voltage be a negative rectified sinusoidal voltage. It can also be a direct voltage, for example. A simple calculation shows that the torque available at the rotor of the motor is no longer proportional to the value 1 cos 0 J, but to the value for U large compared to E and that the direction of this torque depends on whether a has the value 0 or the value 1. In general, the voltage must be chosen so that a demodulated voltage is ultimately obtained which is essentially proportional to E for sufficiently large values of U.

Die Demodulatoranordnung kann von bekannter Art sein. Bei dem beschriebenen Beispiel kann die aus der Diodenbrücke und dem Gleichstrommotor bestehende Anordnung durch einen Zweiphasenmotor ersetzt werden, dessen einer Phase die Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung zugeführt wird, während die andere Phase eine Spannung empfängt, die gegen die Bezugsspannung um 90° phasenverschoben ist. In diesem Fall werden die Spannung u und diese zweite, um 90° phasenverschobene Spannung vorzugsweise von der gleichen Quelle geliefert.The demodulator arrangement can be of a known type. With the one described An example can be the arrangement consisting of the diode bridge and the DC motor be replaced by a two-phase motor, one phase of which is the output voltage is fed to the amplifier circuit while the other phase receives a voltage, which is phase shifted by 90 ° with respect to the reference voltage. In this case it will be the voltage u and this second voltage, which is phase-shifted by 90 °, preferably Supplied from the same source.

Eine Filteranordnung am Ausgang der Diodenbrücke ermöglicht es, für alle Anwendungsfälle, wozu auch die Steuerung eines Motors gehört, eine Gleichspannung zu erhalten, die im wesentlichen E proportional ist und deren Polarität von s abhängt.A filter arrangement at the output of the diode bridge makes it possible for all applications, including the control of a motor, a DC voltage which is essentially proportional to E and whose polarity depends on s.

Schließlich ist es nicht notwendig, daß die Verstärkerschaltung symmetrisch ist, obwohl dies im allgemeinen vorzuziehen ist. Es kann auch ein einziger Transistor verwendet werden, der durch eine Rechteckspannung der beschriebenen Art abwechselnd gesperrt und gesättigt wird.Finally, it is not necessary that the amplifier circuit be symmetrical is, although this is in is generally preferable. It can also be a only transistor can be used, which is generated by a square wave voltage of the described Art is alternately blocked and saturated.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Amplifier arrangement with at least one transistor operating as a switch for an input signal of the form E (sin c) t + a z), where s can have the value 0 or the value 1 and the size and direction information is given by E and a is given, characterized by an arrangement which supplies an auxiliary voltage of the form U cos co t of constant amplitude, a modulation converter arrangement which forms at least one phase-modulated square wave from the original signal and the auxiliary voltage, the phase of which is related to sin o) t represents the information expressed by the values E and £, and a transistor circuit with an energy source and at least one transistor which works as a switch for the energy source and is alternately blocked and saturated by applying the square wave to its input electrodes, while the amplified signal at the output of the Transistor circuit is removed and then demodulated.

2. Amplifier arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the modulation converter arrangement has two anti-phase square waves forms that the transistor circuit whose output electrodes are connected to a power source are coupled, contains two transistors, which are alternately blocked and saturated and that one or the other of the two square waves at their input electrodes is created.

3. Amplifier arrangement according to claim 2, characterized in that that the modulation converter arrangement consists of a circuit with two transistors (11, 12), the input electrodes (27, 28) on the one hand the auxiliary voltage and on the other hand, the original signal is supplied that the transistors are symmetrical connected and connected to one another via a common emitter resistor (15) are coupled so that when one transistor is saturated, the other is blocked, and vice versa, and that the square waves at the outputs of the two transistors be removed.

4. amplifier arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the output signal of the transistor circuit (31, 32), is fed to a demodulator, which consists of a voltage of the angular frequency co receiving diode bridge and a filter arrangement for the direct voltage component the output signal of the bridge exists.

5. An amplifier arrangement according to claim 4, characterized in that the input signal is the error signal of a servomechanism which contains an arrangement which is to be controlled under the action of a motor in dependence on the error signal, and that the output signal of the diode bridge is fed to the control winding of the motor whose inertia causes the DC component to be filtered. Documents considered: German Patent No. 644 520; German Auslegeschriften Nos. 1053 036, 1030 393; British Patent No. 825 086; "Proceedings of the IEE, Part B", 1957, issue 18, pp. 565 ff. And 577 to 578.