DE1181740B - Schaltungsanordnung zur Erzeugung kurzer Impulse abwechselnder Polaritaet aus einer maeanderfoermigen Wechselspannung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Erzeugung kurzer Impulse abwechselnder Polaritaet aus einer maeanderfoermigen Wechselspannung

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DE1181740B
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DE
Germany
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circuit arrangement
transductor
resistor
voltage
series
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DES80227A
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English (en)
Inventor
Luciano Rebora
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Italtel SpA
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Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/45Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of non-linear magnetic or dielectric devices

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

  • Schaltungsanordnung zur Erzeugung kurzer Impulse abwechselnder Polarität-aus einer mäanderförmigen Wechselspannung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung kurzer Impulse abwechselnder Polarität mit steiler Vorderflanke und veränderbarer Phasenlage aus einer mäanderförmigen Wechselspannung.
  • In Schaltungsanordnungen, die Transistoren oder gesteuerte Dioden enthalten und als abwechselnd gesperrte oder stromleitende Schalter arbeiten, ist es oft erforderlich, aus einer vorgegebenen Wechselspannung rechteckiger Kurvenform kurz dauernde Impulse mit steiler Vorderflanke zu erzeugen und ihre Phasenlage bezüglich der Rechteckspannung zu verändern. Für diesen Zweck sind Transduktorschaltungen bekannt, in denen der Impuls durch eine rasche Änderung des magnetischen Flusses im Transduktor erzeugt wird, wenn der den Transduktor durchfließende Strom Null wird. Es ist ferner für diesen Zweck bekannt, einen Kondensator über eine Gasentladungsröhre, einen Transistor od. dgl. zu entladen, oder man kann auch eine Spannungsänderung elektrisch differenzieren und anschließend verstärken.
  • Die bekannten Anordnungen besitzen jedoch verschiedene Nachteile, z. B. ist eine Phasenverschiebung mit einfachen Mitteln nicht zu erreichen. Die Schaltungsanordnungen sind im allgemeinen komplex, und ihr Arbeiten ist von der Polarität der Spannung, von der ausgegangen wird, abhängig.
  • Durch die Erfindung sollen diese Nachteile beseitigt und es soll eine Schaltungsanordnung angegeben werden, die sich besonders für rechteckförmige Eingangsspannungen eignet, die besonders einfach, zuverlässig und billig ist, ein symmetrisches Verhalten hinsichtlich der Polarität der Eingangsspannung aufweist, eine Phasensteuerung ermöglicht und erlaubt, eine beliebige Anzahl von Steuerkreisen auf unterschiedlichen Spannungspegeln zu halten.
  • Eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung kurzer Impulse abwechselnder Polarität aus einer mäanderförmigen Wechselspannung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die mäanderförmige Wechselspannung an einer Reihenschaltung aus einem Schutzwiderstand und einer Transduktordrossel, die einen Magnetkern mit rechteckförmiger Hystereseschleife enthält, liegt und daß der Transduktordrossel ein mit einem Kondensator in Reihe geschalteter Belastungswiderstand parallel geschaltet ist.
  • Die Erfindung soll nun an Hand von nicht einschränkend auszulegenden Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden, dabei bedeutet F i g. 1 eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zur Erzeugung kurz dauernder Impulse mit steiler Vorderflanke aus einer Rechteckspannung, F i g. 2 eine theoretische Hystereseschleife für den Kern des Transduktors in F i g. 1, F i g. 3 a den Spannungsverlauf zwischen den Eingangsklemmen der Schaltungsanordnung der F i g. 1, F i g. 3 b den Spannungsverlauf an der Transduktorwicklung auf dem Magnetkern der Schaltung der F i g. 1, F i g. 3 c den Verlauf der .Spannung am Arbeitswiderstand der Schaltung der F i g. 1, F i g. 4 eine praktische Hystereseschleife für den Magnetkern der Schaltung der F i g. 1, F i g. 5 den wirklichen Spannungsverlauf am Arbeitswiderstand der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung, F i g. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, das Mittel zur Phaseneinstellung enthält,-F i g. 7 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die besonders zur Phasensteuerung der Impulse geeignet ist, F i g. 8 die wirkliche Hystereseschleife der Magnetkerne der in F i g. 7 dargestellten Schaltungsanordnung und F i g. 9 den Verlauf der Differenz zwischen dem Sättigungsfluß und dem Entmagnetisierungsfluß bei einer Änderung der Steuerspannung in der Schaltungsanordnung der F i g. B.
  • F i g. 1 zeigt eine Schältungsanordnürig, än deren eine Eingangsklemme 1 ein Ende eines Schutzwiderstandes 5 angeschlossen ist. Der Schutzwiderstand 5 ist mit einer Wicklung eines Transduktors 6 in Reihe geschaltet, dessen Kern aus einem Material mit rechteckförmiger Hystereseschleife 6'estelit; -z. B. aus einer Legierung aus 50% Fe und 50 0% Ni.: :-.
  • Dem Transduktor 6 sind ein Arbeitswiderstand 8 und ein mit diesem "in Reihe geschalteter Kondensator 7 parallel geschaltet.
  • Den Eingangsklemmen 1, 2 wird eine rechteckförmige Eingangsspannung zugeführt.
  • Es soll angenommen werden, daß der Zusammenhang zwischen dem Momentanwert des magnetischen Flusses T, und dem Momentanwert des Stromes i im Transduktor 6 dem Diagramm der F i g: 2 entspricht, d. h. bei einem g,-Wert, der kleiner ist als der Sättigungsfluß 0, ist der Strom i vernachlässigbar klein, während bei 99 = 0, der Strom einen beliebigen von Null verschiedenen Wert annehmen kann, so daß sind. Der Wicklungswiderstand des Transduktors 6 soll vernachlässigt werden.
  • Die an die Klemmen 1, 2 angelegte Spannung v" ändert ihre Polarität bei 11 (F i g. 3 a) von - VQ in -f- V", und der Kondensator 7 beginnt sich über die Widerstände 5, 8 umzuladen. Die Umladung kann zum Zeitpunkt 12 (F i g. 3 b) als vollendet angesehen werden. Nimmt man an, daß der Strom im Transduktor 6 vernachlässigbar klein ist, so wird die Spannung an den Klemmen des Kondensators 7 und des Transduktors 6 gleich der Speisespannung.
  • Der Fluß im Kern steigt linear an, so daß bis er zum Zeitpunkt 13 den Sättigungswert 0, erreicht. Von diesem Zeitpunkt an wird die Spannung an den Klemmen des Transduktors gleich Null, da d,' = 0 und. daher auch = 0 wird und äz der Transduktor 6 verhält sich wie ein Kurzschluß. Der Kondensator wird über den Transduktor 6 und den Arbeitswiderstand 8 mit einem Stromimpuls entladen, der sofort seinen Spitzenwert 13' erreicht und dann schnell exponentiell abfällt (F i g. 3 c).
  • Die Spannung va ändert im Zeitpunkt 14 ihre Richtung und der Kondensator 7 beginnt sich mit entgegengesetzter Polarität wieder aufzuladen.
  • An den Klemmen des Arbeitswiderstandes 8 treten also auf (F i g. 3 c): im Zeitpunkt 13-13' ein Hauptimpuls A und im Zeitpunkt 14-14' ein Nebenimpuls B. Der Impuls A ist, die in F i g. 1 durch Pfeile angedeutete Richtung als positive Richtung vorausgesetzt, gegenüber der v" -Halbwelle, die ihn erzeugt, umgekehrt, während der Impuls B das gleiche Vorzeichen hat wie der ihm vorangehende Impuls A.
  • Mit den oben vorausgesetzten Vereinfachungen läßt sich der Phasenwinkel a zwischen dem Nulldurchgang der Spannung v" und dem Spitzenwert des Impulses A einfach durch die folgende Formel ausdrücken: dabei bedeutet f die Frequenz der Eingangsspannung und 1V die Windungszahl der Transduktorwicklung: Voraussetzung ist noch, daß die Aufladungsdauer des Kondensators 7 so kurz ist, daß sie vernachlässigt werden kann. In der Praxis wird die Impulserzeugung dadurch kompliziert, daß die Hystereseschleife des Transduktorkernes etwa die in F i g. 4 dargestellte Form besitzt, d. h., die Amplitude I0 ist bis zum Sättigungsfluß annähernd konstant und hat anschließend eine leichte Neigung und es existiert daher eine Sättigungsinduktivität Außerdem hat der Transduktor 6 einen endlichen Widerstand. Wird dies, wie in F i g. 5 berücksichtigt, so ist die Spannung bei Beendigung der Ladung des Kondensators um den im Schutzwiderstand 5 durch 1o hervorgerufenen Spannungsabfall kleiner als Va, der Hauptimpuls erreicht seinen Spitzenwert in einem gegenüber dem Zeitpunkt 13 verspäteten Zeitpunkt 13', und bei der Entladung des Kondensators 7 kann infolge der Induktivität L, eine gedämpfte Schwingung auftreten. In diesem Falle sinkt die Spannung v, nachdem sie im Zeitpunkt 13' ihren Spitzenwert erreicht hat, bis zum Zeitpunkt 13" auf Null, während der Strom im Transduktor noch den Wert il des Stromes im Schutzwiderstand 5 hat, dann ändert sie ihre Richtung und erreicht im Zeitpunkt 13"' ein positives Maximum, wenn der Strom im Transduktor = -10 ist und der Strom im Widerstand 8 = + (il -f- l0) ist. Vor dem Nebenimpuls B können einige gedämpfte Schwingungen auftreten.
  • Der Spitzenwert des zum Zeitpunkt 13"' auftretenden Impulses C (Fig.5) kommt dem Betrag nach dem Spitzenwert des Hauptimpulses A um so näher, je kleiner die Schwingungsdämpfung des aus dem Kondensator 7, der Induktivität L, und dem Widerstand 8 gebildeten Schwingkreises ist, er kann jedoch einen Wert nicht überschreiten, der einem Strom von il -f- 1o im Widerstand 8 entspricht. Der Strom im Transduktor kann den Wert -l0 nicht übersteigen, ohne daß eine Entmagnetisierung bis auf die Sättigung - 0, eintritt. Im allgemeinen wird gefordert, daß der Impuls B eine kleinere Amplitude hat als der Impuls A, so daß diese Eigenschaft sehr nützlich ist.
  • In F i g. 6 ist eine Abwandlung der Schaltungsanordnung der F i g. 1 dargestellt, in der der Schutzwiderstand 5 an einen veränderlichen Widerstand 9 angeschlossen ist, der mit einem festen Widerstand 10 in Reihe geschaltet ist. Die Wicklung des Transduktors 6 ist mit mindestens einer Anzapfung 20 versehen.
  • Bei der in F i g. 6 dargestellten Schaltungsanordnung kann der Phasenwinkel mittels des veränderlichen Widerstandes 9 stufenlos geändert werden. Der Betrag der Phasenverschiebung wird jedoch dadurch begrenzt, daß sich bei einer Änderung der Spannung vb an den Klemmen des Transduktors 6 auch die Aufladespannung des Kondensators 7 und damit der Spitzenwert des Ausgangsimpulses A ändern. Es ist daher die Möglichkeit vorgesehen, den Phasenwinkel mittels der Anzapfungen 20 stufenweise zu verändern.
  • Durch eine geeignete Kombination beider Verstellmöglichkeiten kann in der Praxis ein Phasenbereich zwischen 0,1,-t und ji erfaßt werden.
  • F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die zwei parallel geschaltete Transduktoren 6', 6" und zwei mit den Transduktoren in Reihe geschaltete, umgekehrt gepolte Dioden 6"', 6"" enthält. Die Einrichtung der F i g. 7 enthält ferner zwei hintereinander geschaltete Steuerwicklungen, die auf Magnetkernen mit rechteckförmiger Hystereseschleife liegen, die Anordnung bildet im ganzen einen selbstsättigenden Wechselstrommagnetverstärker. Man kann natürlich auch mit einer einzigen Steuerwicklung auskommen.
  • Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 7 kann der Phasenwinkel durch ein elektrisches Signal verstellt werden.
  • Der magnetische Fluß ändert sich in den beiden Magnetkernen abwechselnd zwischen dem Sättigungswert 0s und einem Entmagnetisierungswert 0o, der zwischen - 0s und -I- 0s durch das Magnetfeld verändert werden kann, das durch einen in der Steuerwicklung fließenden Gleichstrom erzeugt wird. Der Phasenwinkel zwischen der Polaritätsumkehr der Speisespannung und dem Erreichen des Sättigungsschlusses e), in einem der beiden Kerne ist näherungsweise und kann daher von Null bei 00 = 0s bis auf einen maximalen Wert bei 00 = - 0s geändert werden. Die Wirkung des Steuermagnetfeldes ist so bemessen, daß, wenn man die Richtung des Steuerstromes 4 als positiv annimmt, sie in den Kernen ein Magnetfeld gleicher Richtung erzeugt wie die mit der leitenden Diode in Reihe geschaltete, stromdurchflossene Arbeitswicklung und wenn man diesen Strom von einem negativen Wert auf Null und dann auf einen positiven Wert ändert, der Magnetisierungsfluß 00 zunächst langsam bis auf den Wert - 0s absinkt und dann rasch mit dem Strom von - 0s bis ansteigt. Bei einer stetigen Änderung des Steuerstromes in dem angegebenen Sinne steigt daher die Differenz Os- 00 (F i g. 9) langsam bis auf 2 0s an und sinkt dann rasch bis auf 0s- 00 = 0 ab. In entsprechender Weise ändert sich dann auch die Phasenverschiebung. Auf dem absteigenden Ast der Kurve ist also 0, und damit auch der Phasenwinkel a annähernd proportional dem Steuerstrom i4. Wenn mehr als eine Steuerwicklung vorhanden sind, ist der Phasenwinkel vom resultierenden Magnetfeld abhängig. In der Praxis ist der ausnutzbare Änderungsbereich wie folgt eingeschränkt: unten auf einen minimalen a-Wert, der von der Resonanzfrequenz des Schwingungskreises abhängt, der durch den Kondensator 7 und die Sättigungsinduktanz L1 des magnetischen Verstärkers gebildet wird. a kann daher einen Minimalwert nicht unterschreiten, der kleiner ist als etwa eine halbe Periode dieser Resonanzfrequenz. Andererseits kann a nicht größer als n werden oder einem 0s- 00 = 2 0s entsprechenden Wert. Durch geeignete Bemessung der Schaltungselemente kann man einen a-Änderungsbereich zwischen am;" = 0,1 n und amax = n erreichen.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung kurzer Impulse abwechselnder Polarität aus einer mäanderförmigen Wechselspannung, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die mäanderförmige Wechselspannung an einer Reihenschaltung aus einem Schutzwiderstand (5) und einer Transduktordrossel (6), die einen Magnetkern mit rechteckförmiger Hystereseschleife enthält, liegt und daß der Transduktordrossel ein mit einem Kondensator (7) in Reihe geschalteter Belastungswiderstand (8) parallel geschaltet ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern aus einer 50 % Fe und 50 % Ni enthaltenden Legierung besteht.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mäanderförmige Wechselspannung an zwei in Reihe geschalteten Widerständen (9, 10) liegt, von denen der eine (9) einen verstellbaren Abgriff aufweist, daß die Reihenschaltung aus Schutzwiderstand (5) und Transduktordrossel (6) zwischen den Abgriff des einen Widerstandes (9) und das dem einen Widerstand abgewandte Ende des anderen Widerstandes (10) geschaltet ist und daß die Transduktordrossel mit Abgriffen (20) versehen ist (F i g. 6).
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Transduktordrosseln (6', 6") parallel geschaltet sind; daß zwei Dioden (6"', 6""), die entgegengesetzt gepolt sind, jeweils einer der Transduktordrosseln in Reihe geschaltet sind und daß mindestens eine der Transduktordrosseln mit einer Steuerwicklung versehen ist (F i g. 7).
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