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Impulserzeugerschaltung nach dem Sperrschwingerprinzip Die vorliegende
Erfindung betrifft einen Sperrschwinger mit einem Verstärkerelement mit mindestens
drei Elektroden. Die Ausgangselektrode ist dabei auf die Eingangselektrode rückgekoppelt,
und zwar über ein Wicklungspaar eines sättigbaren Magnetkernes, der eine annähernd
rechteckförmige Hystereseschleife besitzt. Es sind weiterhin Mittel zur Ansteuerung
des Sperrschwingers vorgesehen. Der Magnetkern trägt außerdem noch eine Ausgangswicklung.
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Derartige Sperrschwingerschaltungen sind allgemein bekannt und werden
vorwiegend zur Erzeugung eines Einzelimpulses oder einer Impulsfolge eingesetzt.
Vielfach besteht jedoch der Wunsch, einen Impuls bestimmter Dauer, eine Impulsfolge
mit einer bestimmten Anzahl von Impulsen usw. abzuleiten. Bekannte Anordnungen sehen
dafür mehrere Sperrschwingerschaltungen mit entsprechenden Kopplungsgliedern vor,
die entsprechend dem gewünschten Ausgangssignal die Sperrschwingerschaltungen miteinander
koppeln. Derartige Impulserzeugerschaltungen sind nicht nur sehr aufwendig, sie
erfordern auch für jedes gewünschte Ausgangssignal eine bestimmte Anzahl und Form
von Koppelgliedern, so daß die Umstellung einer Schaltung auf ein anderes Ausgangssignal
nicht ohne weiteres ausführbar ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Impulserzeugerschaltung nach dem
Sperrschwingerprinzip zu schaffen, die in einfacher Weise auf verschiedene Ausgangssignale
umgestellt werden kann und die außerdem einen besonderen Aufwand an verschiedenen
Koppelgliedern vermeidet. Die Impulserzeugerschaltung nach der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß in (m _> 1) Sperrschwingertransistoren und
n
(m + n >_ 3) Magnetkerne mit annähernd rechteckförmigen Hystereseschleifen
vorgesehen sind, die p (1 G p < m Z, n) Wicklungspaare tragen,
daß die beiden Wicklungen dieser p Wicklungspaare jeweils in den Ausgangskreis (zweite
Spalte einer Matrix) und den Rückkopplungskreis (erste Spalte einer Matrix) eines
der m Sperrschwingertransistoren in Serie eingeschaltet sind und daß die Zuordnung
der p Wicklungspaare der n Magnetkerne zu gleichen oder verschiedenen
der m Sperrschwingertransistoren die Reihenfolge der Ummagnetisierung der n Magnetkerne
und damit die Form der Ausgangsimpulse bestimmt.
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In diesem Zusammenhang muß noch erwähnt werden, daß in der belgischen
Patentschrift 596 878 bereits eine Schaltung mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten
Wicklungen eines Magnetkernes mit annähernd rechteckförmiger Hystereseschleife gezeigt
ist.
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Die Erfindung mit ihren Merkmalen wird am besten an Hand der folgenden
Beschreibung der verschiedenen in den Zeichnungen gezeigten- Ausführungsbeispiele
erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Sperrschwingers
nach der Erfindung, F i g. 2 die Hystereseschleife eines Magnetkernes, der in- dem
erfindungsgemäßen Sperrschwinger nach F i g. 1 eingesetzt ist, F i g-3 die Kurvenformen,
die an verschiedenen Punkten des Stromkreises nach F i g. 1 auftreten, F i g. 4
ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sperrschwingers nach der Erfindung, F i g.
5 ein drittes Ausführungsbeispiel, F i g. 6 ein viertes Ausführungsbeispiel nach
der Erfindung, F i g. 7 eine Abänderung eines Teiles der F i g. 6, F i g. 8 ein
fünftes Ausführungsbeispiel, F i g. 9 verschiedene Kurvenformen an verschiedenen
Punkten des Sperrschwingers nach F i g. 8, F i g. 10 ein sechstes Ausführungsbeispiel,
F i g. 11 verschiedene Kurvenformen an verschiedenen Punkten des Sperrschwingers
nach F i g. 10, F i g. 12 ein siebtes Ausführungsbeispiel, F i g. 13 verschiedene
Kurvenformen an verschiedenen Punkten des Sperrschwingers nach F i g. 12.
Bevor
mit der Beschreibung des Sperrschwingers begonnen wird, darf daran erinnert werden,
daß zwischen Materialien mit rechteckförmiger Hystereseschleife und Materialien
mit linearer Schleife bei der Verwendung als Übertrager drei wesentliche Unterschiede
bestehen. Um in einem Magnetkern mit rechteckförmiger Hystereseschleife eine merkbare
Flußänderung hervorzurufen, muß ein Magnetfeld größer als die Koerzitivkraft in
der richtigen Richtung angelegt werden. Der Gesamtbetrag der Flußänderung in einem
derartigen Magnetkern ist annähernd konstant, wie groß das zugeführte Magnetfeld
auch sein mag. Und schließlich bleibt der Fluß in derselben Richtung erhalten, wenn
das Magnetfeld abgeschaltet wird. Das bedeutet, daß die remanente Flußdichte in
einem Magnetkern mit rechteckförmiger Hystereseschleife ungefähr dieselbe Größe
aufweist wie die Sättigungsflußdichte.
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Die nichtlineare Charakteristik der rechteckförmigen Hystereseschleife
kann dazu verwendet werden, eine nacheinander erfolgende Umschaltung von mehreren
in Reihe geschalteten Magnetkernen zu erreichen. Nimmt man an, daß es zwei Magnetkerne
sind, die denselben remanenten Zustand einnehmen und eine Wicklung unterschiedlicher
Windungszahl tragen, dann wird durch einen treppenförmigen Strom, der in Richtung
der Umschaltung durch die in Reihe geschalteten Wicklungen fließt, der Magnetkern
mit mehr Windungen bei einem bestimmten Augenblick umgeschaltet, bei dem das Magnetfeld
die Koerzitivkraft erreicht hat, während der andere Magnetkern noch nicht umgeschaltet
wird, da seine Wicklung weniger Windungen hat und derselbe Strom nur ein Feld erzeugt,
das kleiner als die Koerzitivkraft ist. Einen Augenblick später schaltet auch der
zweite Magnetkern um, wenn der Strom einen höheren Wert angenommen hat. Der erste
Magnetkern kann keine merkbare Flußänderung mehr hervorrufen, da er in dieser Richtung
bereits gesättigt ist.
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Wenn ein Impuls konstanter Spannung angelegt wird, dann schalten beide
Magnetkerne unmittelbar nacheinander, um die angelegte Spannung durch die induzierte
Spannung. die beim Flußwechsel der Magnetkerne auftritt, auszugleichen. Der Ausgangsstrom
hat treppenförmigen Charakter.
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In einem Sperrschwinger, der einen Magnetkern mit rechteckförmiger
Hystereseschleife als sättigbaren Übertrager verwendet, ist der Rückkopplungskreis
nur so lange wirksam, wie eine Flußänderung in dem Kern, die die Kopplung ermöglicht,
gegeben ist. In einem solchen Magnetkern kann die Flußänderung nicht unbegrenzt
aufrechterhalten werden, auch wenn der Magnetisierungsstrom stets erhöht wird. Der
Rückkopplungsvorgang ist in letzterem Falle allein durch die gesamte im Magnetkern
zur Verfügung stehende Flußänderung bestimmt. Der Betrag der Flußänderung eines
Magnetkernes mit rechteckförmiger Hystereseschleife kann durch das Flächenintegral
des induzierten Spannungsimpulses ausgedrückt werden.
Bei konstanter Spannung ist die Impulsbreite des induzierten Spannungsimpulses proportional
zur gesamten Flußänderung.
Solange der Rückkopplungsvorgang durch diese induzierte Spannung sichergestellt
ist, brauchen keine weiteren Hilfsstromkreise in der Rückkopplungsschleifevorgesehen
zuwerden, um dieImpulsbreite des Ausgangsimpulses des Sperrschwingers festzulegen.
Stromkreise zur Änderung der Impulsbreite werden später beschrieben.
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In F i g. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Sperrschwingers
mit einem PNP-Transistor T in Emitterschaltung gezeigt, dessen Rückkopplungsschleife
über N gleichwertige Magnetkerne Cl ... CN führt und den Kollektorkreis
mit dem Basiskreis verbindet. Auf jedem Magnetkern sind vier Wicklungen aufgebracht,
die Kollektorwicklung nc, die Basiswicklung nb, die Vorspannungswicklung np und
die Ausgangswicklung no. Alle Wicklungen sind, wie angedeutet, gewickelt. Die entsprechenden
Wicklungen np, nb und nc aller Magnetkerne sind in Reihe geschaltet, so daß sie
den Kollektorkreis, den Basiskreis und den Vorspannungskreis bilden. Der Basis-und
der Vorspannungskreis sind direkt mit den Gleichspannungsquellen Eb und Ep verbunden,
während der Kollektorkreis über einen Widerstand R mit der Gleichspannungsquelle
Ec verbunden ist. Der im Vorspannungskreis fließende Strom hält jeden Magnetkern
in einem gegebenen magnetischen Ruhezustand, der durch die Größe des erzeugten Vorspannungsmagnetfeldes
bestimmt ist.
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Die Hystereseschleife der Magnetkerne C 1 ... C n ist
in F i g. 2 schematisch dargestellt. Nimmt man an, daß alle Vorspannungswicklungen
np dieselbe Windungszahl aufweisen und daß ein entsprechender Strom 1p in jeder
Wicklung fließt, dann wird die Vorspannungsfeldstärke Hp erzeugt. Im Ruhezustand
nehmen alle Magnetkerne den Arbeitspunkt A ein. Der Fluß im Magnetkern wird in die
andere Richtung nur dann umgeschaltet, wenn das Magnetfeld, das im Kollektorkreis
durch den Kollektorstrom erzeugt wird, größer als die Feldstärkenschwelle Hp+H1
ist. Dabei wird ein Spannungsimpuls in allen Wicklungen dieses Magnetkernes induziert.
Die bei der Umschaltung des Flusses im Basiskreis induzierte Spannung reicht aus,
den Transistor im leitenden Zustand zu halten. Während der Umschaltung des Flusses
kann der Kollektorstrom nicht unbegrenzt ansteigen. Er ist auf einen Wert begrenzt,
der etwa ein Magnetfeld Hp+H2 erzeugen kann. Nachdem der Gesamtfluß in dem Magnetkern
umgeschaltet ist, wird ein weiterer Stromanstieg im Kollektorkreis diesen Magnetkern
nur weiter in die Sättigung treiben, ohne daß dabei noch eine merkliche Flußänderung
erzeugt wird.
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Um die in Reihe angeordneten Magnetkerne C 1 ... CN nacheinander,
d. h. schrittweise, umzuschalten, muß jedem Magnetkern ein abgestuftes Magnetfeld
zugeordnet werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Kollektorwicklungen
mit unterschiedlichen Windungszahlen ausgeführt. Wenn die Reihenfolge _ der Umschaltung
von C 1 nach CN schreitet, dann muß die Kollektorwicklung des Magnetkernes C 1 die
größte Windungszahl aufweisen. Das bedeutet, daß nCl>nC2>nC3>...nCN-1>nCN. Normalerweise
befindet sich der Transistor T im nichtleitenden Zustand, da die Basis gegenüber
dem Emitter leicht positiv vorgespannt ist. Beim Empfang
eines Triggerimpulses
wird der Transistor in den leitenden Zustand übergehen. Die Triggerschaltungen werden
später erläutert. Ein kleiner Kollektorstrom beginnt über die Kollektorwicklungenaller
Magnetkerne zu fließen, und dieser Strom erzeugt bei den verschiedenen Magnetkernen
unterschiedliche Magnetfelder. Diese Felder in den Magnetkernen sind alle so gerichtet,
daß die Magnetkerne in den dem Ruhezustand entgegengesetzten Zustand magnetisiert
werden. Der Magnetkern C 1 erhält das größte Magnetfeld, da seine Kollektorwicklung
die größte Windungszahl hat. Nimmt man an, daß dieses Feld groß genug ist, um den
Arbeitspunkt auf der Hystereseschleife von A nach B zu verlagern,
dann muß bei allen anderen Magnetkernen bei demselben Strom die Feldstärke kleiner
sein. Die Arbeitspunkte werden auf dem Teil der Hystereseschleife zwischen
A und B verteilt sein.
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Die Hystereseschleife ist im allgemeinen nicht vollkommen rechteckig.
Der Anfangskollektorstrom führt daher in allen Magnetkernen zu kleinen reversiblen
Flußänderungen. Die durch diese Flußänderungen induzierten Spannungen in den zugeordneten
Basiswicklungen sind alle in gleicher Richtung gerichtet und wollen den Transistor
in den leitenden Zustand versetzen. Dies führt zum Einsetzen des Rückkopplungsvorganges,
und der Kollektorstrom wird demzufolge ansteigen. Der durch die Kollektorwicklung
des Magnetkernes fließende ansteigende Strom erreicht bald den Wert, bei dem ein
Magnetfeld entsteht, das das Vorspannungsfeld aufhebt und das die Koerzitivkraft
dieses Magnetkernes überwindet. Der Fluß in dem Magnetkern C 1 beginnt seine nicht
umkehrbare Umschaltung in die entgegengesetzte Richtung. Von diesem Augenblick ab
wird durch die in die Basiswicklung induzierte Spannung der Transistor leitend gehalten
und so viel Basisstrom geliefert, daß der Transistor in die Sättigung übergeht.
Der Triggerimpuls ist nun nicht mehr erforderlich und kann unterdrückt werden.
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Da der Transistor im Sättigungsbereich arbeitet, tritt im Kollektorkreis
ein Spannungsimpuls auf. Dieser Spannungsimpuls teilt sich auf in die induzierte
Spannung in der Wicklung des Magnetkernes, dessen Fluß umgeschaltet wird, und in
einen Spannungsabfall am Widerstand R, der durch den Kollektorstrom erzeugt wird.
Aus diesem Grunde weist der Kollektorstrom in diesem Kreis einen bestimmten Maximalstrom
I1 auf, der während des gesamten Umschaltevorganges des Magnetkernes Cl den Spannungsausgleich
in diesem Kreis aufrechterhält.
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Die Kollektorwicklung des Magnetkernes C 2 hat eine Windungszahl ne
2. Das durch den Strom I 1 erzeugte Magnetfeld ist kleiner als die Schwellenfeldstärke,
da der Basisstrom 1b 1, der in der Basiswicklung des Magnetkernes C2 fließt,
ein Magnetfeld in derselben Richtung wie das Vorspannungsfeld erzeugt. Aus diesem
Grunde wird die Schwellenfeldstärke um den Betrag nb 2 - Ib l erhöht.
Der Arbeitspunkt des Magnetkernes C 3 wird in Richtung B i verschoben, es tritt
jedoch noch keine irreversible Flußänderung ein. Für die übrigen Magnetkerne C3
... CN ist das durch den Kollektorstrom 11 erzeugte Magnetfeld kleiner als
für den Magnetkern C2.
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Während der Flußänderung des Magnetkernes C 1 i tritt an der zugeordneten
Ausgangswicklung ein annähernder Rechteckimpuls p 1 mit konstanter Strom-Zeit-Fläche
-auf. In den Ausgangswicklungen der anderen Magnetkerne entsteht nur ein kleiner
Impuls S2 ... SiV, der bei der reversiblen Flußänderung bei anfänglich ansteigendem
Kollektorstrom induziert wird.
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Wenn der Fluß im Magnetkern C 1 vollständig umgeschaltet ist, d. h.
der Magnetkern C 1 in der entgegengesetzten Richtung gesättigt ist (Punkt C der
Kurve in F i g. 2), dann besteht keine merkliche Flußverkopplung zwischen Kollektor-
und Basiswicklung mehr. Der Sperrschwinger wird stillgesetzt. Der momentane Ausfall
der Basisspannung führt jedoch nicht unmittelbar zur Abschaltung des Transistors,
da der Transistor vorher gesättigt war. Durch den Basis*ochspeichereffekt wird der
Transistor kurzzeitig noch im leitenden Zustand bleiben, so daß der Spannungsimpuls
während dieser Zeit im Kollektorkreis wirksam bleibt. Da die in der Kollektorwicklung
des Magnetkernes Cl.-auftretende induzierte EMK wegfällt, kommt dies einem Kurzschluß
dieses Teiles im Kollektorkreis gleich. Demzufolge steigt der Kollektorstrom augenblicklich
weiter an, um einen neuen Spannungsausgleich einzuleiten. Der ansteigende Kollektorstrom
erreicht sehr schnell einen Wert, bei dem das Magnetfeld im Magnetkern C2 ausreicht,
den Fluß darin umzuschalten. Die in der Basiswicklung des Magnetkernes C2 induzierte
Spannung bringt den Transistor wieder in die Sättigung und führt den Rückkopplungsvorgang
in genau derselben Weise wie beim Magnetkern C1 weiter.
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Während der Flußumschaltung des Magnetkernes C2 nimmt der Kollektorstrom
einen neuen Ausgleichswert I2 an, der größer ist als 11. Das bedeutet, daß der Magnetkern
C 1 durch das Magnetfeld nc 112 weiter in den Sättigungsbereich gebracht
wird, z. B. Punkt D der Kurve u in F i g. 2, so daß der Magnetkern C 1 keine merkliche
Flußänderung mehr erzeugen kann. Demzufolge wird der Spannungsausgleich im Kollektorkreis
erreicht durch die beim Umschalten des Magnetkernes C2 auftretende induzierte EMK
und den Spannungsabfall am Widerstand R beim Strom 12. Der Magnetkern C 1 ist gesättigt,
während die Magnetkerne C3 ... CN noch nicht in Funktion treten. An
der Ausgangswicklung des Magnetkernes C 2 wird ein Impuls p 2 erhalten, und in den
Ausgangswicklungen der anderen Magnet kerne treten nur kleine Störimpulse auf.
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Wie bereits erwähnt, hat die Kollektorwicklung des Magnetkernes C2
weniger Windungen als die Wicklung des Magnetkernes C1. Daraus resultiert, daß der
Gesamtbetrag des Flusses in der Kollektorwicklung beim Umschalten des Magnetkernes
C2 kleiner ist, als dies beim Magnetkern C1 der Fall ist. Die Umschaltung des Magnetkernes
C2 wird jedoch durch den größeren Kollektorstrom 12 sichergestellt. Der Spannungsabfall
am Widerstand R ist daher beim Umschalten des Magnetkernes C2 größer. Aus der obigen
Beziehung n J 0 = VT kann abgeleitet werden, daß die übereinstimmende Reduzierung
von n und V so gewählt werden kann, daß die Impulsbreite T konstant bleibt. In diesem
Falle haben die Ausgangsimpulse p 1 und p 2 von den Magnetkernen C 1 und C 2 gleiche
Impulsbreite.
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Der LUbergang vom Magnetkern C 2 zum Magnetkern C3 geschieht in derselben
Weise wie der übergang von Magnetkern C 1 zu Magnetkern C z. Beim Umschalten des
Flusses im Magnetkern C3 durch einen Kollektorstrom 13, der größer ist als
11 und 12, bleibt der Magnetkern C 1 weiterhin in der Sättigung,
z.
B. Punkt F, während der Arbeitspunkt des Magnetkernes C2 in die Nähe des Arbeitspunktes
D verlagert wird. Die Magnetkerne C4 ... CN bleiben im nichtgeschalteten
Zustand.
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Wenn einmal der Magnetkern CN umgeschaltet wird, dann steigt der Kollektorstrom
sofort auf seinen Maximalwert an, der durch die Größe E C/R bestimmt ist, da alle
Kollektorwicklungen kurzgeschlossen sind. Dieser Strom kann nicht aufrechterhalten
werden. Er nimmt nach einer kurzen Zeit wieder ab. Nach diesem Rückgang des Kollektorstromes
werden die Arbeitspunkte A des Ruhezustandes wieder eingenommen. Dabei tritt eine
kleine reversible Flußänderung beim Durchlaufen des Sättigurggsbereiches auf. Dadurch
wird eine Spannung in der Basiswicklung in der Richtung induziert, die den Transistor
T in den nichtleitenden Zustand bringen will, so daß der Abfall des Kollektorstromes
beschleunigt wird. Je größer die Abnahme des Kollektorstromes ist, desto größer
ist die Amplitude des Sperrimpulses in der Basiswicklung. Durch diesen Rückkopplungsvorgang
wird der Transistor sehr schnell nichtleitend. Ist der Transistor T nichtleitend,
dann werden durch das Vorspannungsfeld alle Magnetkerne wieder in den magnetischen
Arbeitspunkt A eingestellt. Die Geschwindigkeit der Rückstellung des Flusses hängt
von der Größe des Vorspannungsfeldes ab. Bei gegebener Vorspannungswicklung hängt
sie von der Größe des Vorspannungsstromes ab. Im vorliegenden Beispiel werden also
alle Magnetkerne mit derselben Geschwindigkeit zurückgestellt.
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Es ist selbstverständlich, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Betätigungen des Sperrschwingers durch einen Vorspannungsimpuls alle Magnetkerne
zurückgestellt werden können. Der einzige Unterschied besteht dann darin, daß das
Schwellenmagnetfeld H1 statt Hp+Hl ist, da das Feld Hp nicht existiert.
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Bei der Rückstellung wird in allen Wicklungen aller Magnetkerne ein
Spannungsimpuls entgegengesetzter Polarität induziert. Diese induzierten Spannungen
bewirken keinerlei unerwünschte Vorgänge. Die in der Kollektorwicklung induzierte
Spannung ist negativ, so daß kein Strom fließen kann. Die Signale an den Ausgangswicklungen
können durch eine in Reihe geschaltete Diode unterdrückt werden.
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Einige theoretische Kurvenformen sind in F i g. 3 gezeigt. Die Kollektorspannung
VC ist ein Rechteckimpuls, da der Transistor stets in der Sättigung arbeitet. Der
Kollektorstrom ic ist treppenförmig mit endlicher Anstiegsflanke, da die Hystereseschleife
nicht vollkommen rechteckig ist und der Übergang von einem Magnetkern zum anderen
daher eine endliche Zeit benötigt.
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Die aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulse p 17.. p N haben eine
annähernde Rechteckform mit konstanter Zeit-Strom-Fläche. Es ist stets eine kleine
überlappung zwischen der Rückflanke des vorhergehenden Impulses und der Vorderflanke
des nachfolgenden Impulses vorhanden.
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In dem eben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Vorspannungsfelder
Hp aller Magnetkerne konstant, während die über die Kollektorwicklungen erzeugten
Felder Hc bei gegebenem Kollektorstrom entsprechend der Windungszahl dieser Kollektorwicklungen
abgestuft sind.
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Die von den Kollektor- und Vorspannungswicklungen ausgeführten Rollen
können auch vertauscht werden. Die durch die Kollektorströme erzeugten Felder sollen
gleiche Größe aufweisen, während die Vorspannungsfelder Hp abgestuft sein können
(F i g. 4).
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel des Sperrschwingers haben alle
Kollektorwicklungen gleiche Windungszahl. Die Vorspannungswicklungen tragen von
Magnetkern C1 bis CN abgestufte Windungszahlen, und der Vorspannungsstrom ist derselbe.
In diesem Falle hat das in der Kollektorwicklung bei gegebenem Strom erzeugte Magnetfeld
verschiedene Auswirkungen. Im Hinblick auf diese Ausführungsform können die folgenden
Bemerkungen gemacht werden. Die Flußänderung in der Kollektorwicklung beim Umschalten
jedes Magnetkernes ist konstant. Der Spannungsabfall am Widerstand R nimmt Schritt
für Schritt zu. Die Impulsbreite der aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulse steigt
von Magnetkern C 1 zu Magnetkern CN an, entsprechend der Gleichung n A 0 = VT.
Wenn auch der letzte Magnetkern umgeschaltet ist und der Transistor nichtleitend
wird, dann ist die Rückstellgeschwindigkeit für alle Magnetkerne nicht mehr konstant.
Bei dem abgestuften Vorspannungsfeld wird der Magnetkern CN sehr viel schneller
als der Magnetkern C 1 zurückgestellt. Vorspannungsimpulse können normalerweise
nicht mehr verwendet werden. Die Vorspannung muß lange genug angelegt sein, damit
sie sich über die gesamte Arbeitsperiode des Sperrschwingers erstreckt.
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Da die Vorspannungsfeldstärke Hp proportional np - 1p ist,
kann dasselbe Ergebnis auch dadurch erhalten werden, indem man die Windungszahl
np konstant hält und den Strom 1p für die verschiedenen Magnetkerne abstuft. Dieses
dritte Ausführungsbeispiel, das den Vorteil von gleichen Wicklungen auf allen Magnetkernen
hat, ist in F i g. 5 gezeigt. Hier sind die Vorspannungswicklungen über die Vorwiderstände
R 1. . . . R 4 mit der Vorspannungsquelle Ep direkt verbunden. Die Widerstandswerte
sind dabei abgestuft. Es gelten bei diesem Ausführungsbeispiel dieselben Bemerkungen,
die für das obenerwähnte zweite Ausführungsbeispiel gelten.
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In den bis jetzt beschriebenen Sperrschwingerschaltungen werden die
Magnetkerne am Ende der Betätigung des Sperrschwingers durch das Vorspannungsfeld
in den Ruhezustand zurückgestellt. Der Kollektorstrom erzeugt immer eine Feldstärke,
die ausreicht, den Fluß in einem Magnetkern in eine bestimmte Richtung umzuschalten.
Man kann aus diesem Grunde an Stelle einer Vorspannungswicklung zur Zurückstellung
auch einen weiteren Satz Kollektorwicklungen vorsehen, die von einem zweiten Transistor
in entgegengesetzter Richtung gespeist werden. Man kann diesen zweiten Transistor
durch Zufügung eines Satzes von Basiswicklungen, die die Rückkopplung sicherstellen,
genau wie den Kreis des ersten Transistors, zu einer Sperrschwingerschaltung ausbauen.
Ein derartiges viertes Ausführungsbeispiel ist in F i g. 6 dargestellt. Die beiden
Transistoren T 1 und T2 sind so wie in F i g. 1 angeordnet. Die Basis-und Kollektorwicklungen
A und B des Transistors T 1 sind jedoch entgegengesetzt eingeschaltet
wie die Wicklungen C und D des Transistors T2. Es sind vier Magnetkerne C 1
... C 4 gezeigt, die alle zwei entgegengesetzt gerichtete Ausgangswicklungen
E 1. ... E 4 und F 1 ... F 4 tragen. Außerdem ist jeder
Ausgangswicklung eine Diode d1 ... d8 vorgeschaltet. Die Wirkungsweise dieses
Ausführungsbeispieles
ist wie folgt: Es wird wieder davon ausgegangen,
daß alle Magnetkerne sich im Ruhezustand befinden und auf die Basis des Transistors
T1 ein Triggerimpuls gegeben wird. Dieser erste Sperrschwinger wird eingeschaltet
und arbeitet wie bereits bei F i g. 1 erläutert wurde, so daß an den Ausgangswicklungen
E 1 ... E 4 der Magnetkerne C 1 ... C 4
nacheinander
vier Impulse erhalten werden. Nach dem vierten Impuls wird der Sperrschwinger durch
den Wegfall der Rückkopplung stillgesetzt, und beim Rückgang des Kollektorstromes
des Transistors T1 werden die Arbeitspunkte der Magnetkerne aus dem Sättigungsbereich
in den dem Ruhezustand entgegengesetzten remanenten Zustand zurückgestellt. Das
führt zu einer kleinen reversiblen Flußänderung in den Magnetkernen. Die in den
Basiswicklungen induzierten Spannungen sind bestrebt, den Transistor TI- nichtleitend
und den Transistor T 2 leitend zu machen. Da die Magnetkerne sich
im - entgegengesetzten Remanenzzustand befinden, wird der Transistor T2 als Sperrschwinger
arbeiten. Während der folgenden Umschaltung des Flusses der Magnetkerne C1
... C4 wird in den Basiswicklungen eine Spannung induziert. Diese Spannung
stellt, da sie negativ ist, für den Transistor T2 eine Rückkopplung dar. Sie ist
für den Transistor T 1 entgegengesetzt gerichtet, so daß dieser im nichtleitenden
Zustand gehalten bleibt. An den Ausgangswicklungen F 1 ... F 4 treten daher
weitere vier aufeinanderfolgende Impulse auf. Am Ende des Arbeitszustandes des zweiten
Sperrschwingers wird durch die induzierte Spannung, die durch die reversiblen Flußänderungen
der Magnetkerne in den Basiswicklungen entsteht, die Umschaltung der beiden Sperrschwinger
veranlaßt.
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Diese eben beschriebene Schaltung arbeitet wie ein RL-gekoppelter,
frei laufender Multivibrator, nur mit der Ausnahme, daß mehr als eine Rückkopplungsschleife
vorgesehen ist. Alle Stromkreise, die im Hinblick auf die Starthilfe eines üblichen
frei laufenden Multivibrators entwickelt worden sind, können mit der vorliegenden
Schaltung verwendet werden.
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Die acht Ausgangsimpulse werden von den acht getrennten Ausgangswicklungen
E 1 ... E 4 und F 1 ... F 4 über die Dioden dl ... d 8 geliefert.
Diese Impulse können jedoch in jeder beliebigen Weise leicht miteinander gemischt
werden, so daß sie auf jeder beliebigen Anzahl von Kanälen kleiner als acht auftreten.
Dies kann sogar ohne zusätzlichen Aufwand erreicht werden, da durch die Reihenschaltung
entsprechender Ausgangswicklung bereits eine Mischung erreicht wird. F i g. 7 zeigt
z. B. einen Impulsgenerator mit fünf Kanälen. Im Kanal 1 treten die Impulse 1, 3,
5 und 7 dadurch auf, daß die Wicklungen E 1, E 3, F 1 und F 3 in Reihe geschaltet
werden. Es ist selbstverständlich, daß die Reihenfolge, in der die verschiedenen
Magnetkerne durch den Kollektorstrom geschaltet werden, bei dem einen Transistor
nicht unbedingt mit der beim zweiten Transistor übereinstimmen muß. Diese Aufteilung
kann z. B. nützlich sein, wenn die maximale Windungszabl eines Magnetkernes der
Hauptbegrenzungsfaktor bei der Entwicklung eines derartigen Stromkreises ist.
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Die Parallel-Serien-Umwandlung einer binärcodierten Information wird
in der Regel durch Abtastung der Parallelinformation über Koinzidenztöre durch eine
Reihe von zeitlich aufeinanderfolgenden Impulsen durchgeführt, die dann. zusammengefaßt
werden. Die umgekehrte Umwandlung kann durch Abtastung der Serieninformation durch
eine synchronisierte Impulsfolge über individuelle Koinzidenztore und Speicherung
des Ergebnisses erhalten werden. Eine besondere Anwendung des Sperrschwingers mit
mehreren zeitlich gestaffelten Ausgangssignalen nach F i g. 6 liegt darin, die zeitlich
gestaffelten Abtastimpulse für diese Umwerter zu liefern.
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Man kann an Stelle der Vielzahl von Magnetkernen in dem Stromkreis
nach F i g. 6 auch nur einen einzigen Magnetkern vorsehen. Der damit erhaltene Sperrschwinger
arbeitet dann wie ein RL-gekoppelter, astabiler Multivibrator, da nach dem Ende
der Arbeitsperiode des einen Sperrschwingers die induzierte Spannung, die beim Abfall
des Kollektorstromes in der Basiswicklung des anderen Sperrschwingers auftritt,
diesen Sperrschwinger dann triggert. Um diesen astabilen Multivibrator in zwei unabhängige
Sperrschwinger zu überführen, muß die innere Verkopplung zwischen den beiden Oszillatoren
entfernt werden. Wie in F i g. 8 gezeigt ist, kann dies durch Einfügung eines kleinen
Weicheisen-Impulsübertragers Tr in die Kollektorkreise beider Transistoren erreicht
werden.
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Dieser Stromkreis arbeitet wie folgt: Man geht davon aus, daß der
erste Sperrschwinger mit T1, nc 1,
nb 1, no 1 durch einen von
außen angelegten Impuls getriggert ist. Der Kollektorstrom Ic durch die Wicklung
nc 1 beginnt den Fluß in dem Magnetkern mit rechteckförmiger Hystereseschleife umzuschalten.
An der Basis des Transistors T1 und am Kollektor des Transistors T2 tritt eine negative
Spannung auf, während an der Basis des Transistors T2 eine positive Spannung erscheint.
Aus diesem Grunde kann der zweite Sperrschwinger mit T2, nc 2, nb
2, no 2
den ersten Sperrschwinger nicht beeinflussen. Am Ende der Arbeitsperiode
des ersten Sperrschwingers wird durch den Abfall des Kollektorstromes an der Basis
des Transistors T1 eine positive und an der Basis des Transistors T2 eine negative
Spannung induziert. Über den Impulsübertrager Tr wird aber gleichzeitig ein positiver
Impuls in den Basiskreis beider Transistoren induziert, so daß der negative Triggerimpuls
an der Basis des Transistors T2 kompensiert wird und der zweite Sperrschwinger erst
dann wieder in den Arbeitszustand übergehen kann, wenn dieser durch einen neuen
Triggerimpuls eingeleitet wird. In diesem Zusammenhang darf noch darauf hingewiesen
werden, daß dieser Impulsübertrager auch den Einsatz der Rückkopplung beim Anschalten
des Sperrschwingers unterstützt, da er beim Ansteigen des Kollektorstromes einen
negativen Impuls in den Basiskreis induziert.
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Typische Kurvenformen, die nicht weiter erklärt werden müssen, zeigt
die F i g. 9. Die Impulse t 1 und t2 stellen die Triggerimpulse dar, die dem Emitter
der Transistoren T 1 und T 2 zugeführt werden. Die Kurven VC1 und VC2 stellen die
Kollektorspannungen der Transistoren T 1 und T 2 dar, während vn 2
die auf die Sekundärseite n 2 des Impulsübertragers Tr induzierte Spannung ist.
Schließlich sind vol und vo 2 die an den Ausgängen O 1. und O 2 auftretenden Spannungen.
Es darf noch erwähnt werden, daß die positive Kollektorspannung, die auftritt, wenn
der Sperrschwinger nicht in Arbeitsstellung ist, gleich dem Spannungsabfall an dem
gemeinsamen Widerstand R im Kollektorkreis ist. Diese Spannung wird negativ, wenn
der Spannungsabfall an diesem Widerstand R kleiner als die in der Kollektorwicklung
induzierte
Spannung ist. Der Widerstand Rb dient zur Einstellung
der Impulsbreite, wie noch beschrieben wird.
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Aus dieser kurzen Beschreibung der Wirkungsweise des zusätzlichen
Impulsübertragers Tr kann geichlossen werden, daß die Induktivität der Primär-und
Sekundärwicklung nicht allzu groß zu sein braucht. Der am Ende des Ausgangsimpulses
induzierte Impuls wird zur Kompensation der inneren Rückkopplung verwendet. Eine
zu große Induktivität würde den Aufbau des Kollektorstromes beim Start des Sperrschwingers
erschweren, so daß dadurch die Umschaltung und Rückkopplung erniedrigt wird. Auf
der anderen Seite hat jede Impedanz im Kollektor-oder Basiskreis einen Einfluß auf
die Dauer des Ausgangsimpulses, da dadurch die an die Wicklung des Magnetkernes
angelegte wirksame Spannung geändert wird. Es wurde experimentell ermittelt, daß
der Impulsübertrager vorzugsweise als Stromwandler auszubilden ist, d. h. mit sehr
kleiner Induktivität, da nur die Flanken des Kollektorstromes dazu verwendet werden,
im Basiskreis eine Spannung zu induzieren.
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Der eben beschriebene Doppel-Sperrschwinger kann auch so ausgelegt
werden, daß ein Ausgangsimpuls etwas später als der Triggerimpuls erzeugt wird.
Ein derartiger Sperrschwinger ist in F i g. 10 gezeigt, und F i g. 11 zeigt einige
typische Kurvenformen. Die Kurve t stellt den Triggerimpuls dar, vcl und vc2 die
Kollektorspannungen der Transistoren T 1 und T2, vn 2 die in der Sekundärwicklung
n2 des Impulsübertragers Tr induzierte Spannung, vb 1 und vb 2 die Basisspannungen
der Transistoren T1 und T2 und schließlich vo die Ausgangsspannung.
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Die Wirkungsweise dieses Stromkreises ist ein Kompromiß zwischen dem
oben beschriebenen RL-gekoppelten Multivibrator und dem Doppel-Sperrschwinger. Die
innere Rückkopplung ist für eine Seite beibehalten, und durch eine zusätzliche Rückkopplung
wird die andere innere Rückkopplung aufgehoben. überdies ist nur eine Ausgangswicklung
no mit einer in. Reihe geschalteten Diode vorgesehen. Die Wirkungsweise ist wie
folgt: Wenn ein Triggerimpuls t auf die Wicklung nc ge-
langt, um die
irreversible Flußänderung des Magnetkernes C einzuleiten, wird der erste Sperrschwinger
in Arbeitsstellung gehen. Die Diode d verhindert jedoch das Auftreten eines Ausgangsimpulses.
Nach diesem Schaltvorgang wird beim Abfall des Kollektorstromes eine negative Spannung
in der Wicklung nb 2 induziert. Dadurch wird der zweite Sperrschwinger wie
ein RL-gekoppelter, astabiler Multivibrator arbeiten. Der Kollektorstrom des Transistors
T2 stellt dabei den Fluß des Magnetkernes in den Ausgangszustand zurück. Wenn der
Kollektorstrom des Transistors aufhört zu fließen, wird eine negative Spannung in
der Wicklung nb 1 und eine positive Spannung in der Sekundärwicklung n 2
induziert. Diese beiden Spannungen heben sich gegenseitig auf, so daß der Transistor
T1 nicht wieder leitend werden kann. Aus F i g. 11 ist zu entnehmen, daß der Ausgangsimpuls
VO der Wicklung no in bezug auf den Triggerimpuls t verzögert ist. Es muß
weiter noch bemerkt werden, daß die Widerstände R 1 und R 2 zur Einstellung der
Impulsbreite dieses Impulses dienen.
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Kombiniert man mehrere Sperrschwingerkreise nach F i g. 10, dann erhält
man einen Impulsgenerator mit an mehreren Ausgängen verzögert auftretenden Impulsen.
Eine derartige Schaltung zeigt F i g. 12. Diese Schaltung enthält fünf Transistoren
Td und T 1 ... T 4 sowie vier Magnetkerne C
1...
C4 mit rechteckförmiger Hystereseschleife. Der Transistor Td ist mit
den in Reihe geschalteten Wicklungspaaren der vier Magnetkerne verbunden. Die Transistoren
T1 ... T4 sind jeweils nur mit einem Paar Wicklungen eines einzelnen Magnetkernes
verbunden. Der Basiskreis des Transistors enthält die Sekundärwicklung
n 2 des Impulsübertragers Tr, während die miteinander verbundenen Kollektorkreise
der Transistoren T 1... T 4 mit der Primärwicklung n 1 dieses Impulsübertragers
Tr verbunden sind. Der Impulsübertrager trägt noch eine zusätzliche Wicklung ni.
Die Basiskreise aller Transistoren enthalten außerdem einstellbare Widerstände zur
Einstellung der Impulsbreite.
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Die Wirkungsweise dieses Sperrschwingers ist wie folgt: Der zusätzlichen
Wicklung ni des Impulsübertragers Tr wird ein Triggerimpuls t zugeführt.
Dieser Impuls induziert in der Sekundärwicklung n 2 eine negative Spannung, die
den Transistor Td leitend macht. Der Kollektorstrom des Transistors Td schaltet
die vier Magnetkerne gleichzeitig oder nacheinander um. Das Ausführungsbeispiel
nach F i g. 23 ist für gleichzeitige Umschaltung der Magnetkerne. Das nach F i g.
1 erläuterte Prinzip angewandt, ergibt nacheinander erfolgende Umschaltung der Magnetkerne.
Wenn der Kollektorstrom im Transistor Td abgeschaltet wird, dann wird in den Basiswicklungen
der Transistoren T1 ... T4 eine negative Spannung induziert, die alle Transistoren
in den leitenden Zustand versetzen. Die vier Sperrschwinger sind daher parallel
betätigt, um die vier Ausgangsimpulse zu erzeugen, die auch unterschiedliche Impulsbreiten
haben können. Wenn der Kollektorstrom eines dieser Transistoren T 1 ... T
4 beendet wird, dann wird durch den Stromabfall eine negative Spannung in der Basiswicklung
des Transistors Td und eine positive Spannung in der Sekundärwicklung n2 des Impulsübertragers
Tr induziert, so daß der Transistor Td nichtleitend bleibt.
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Sind die Magnetkerne Cl ... C4 so ausgelegt, daß sie entsprechend
der Sperrschwingerschaltung nach F i g. 1 nacheinander umschalten, dann bleibt die
Wirkungsweise der oben beschriebenen Impulsverzögerungsschaltung gleich. Durch die
nacheinander erfolgende Umschaltung der Magnetkerne steigt der Kollektorstrom des
Transistors Td treppenförmig an und fällt nur dann, wenn die Umschaltung des letzten
Magnetkernes beendet ist. Triggerimpulse für die Basiskreise der anderen Transistoren
werden daher erst nach dem Ende des letzten verzögerten Impulses entstehen. Die.
Verzögerungszeit ergibt sich als Summe der Einzelimpulse, die vom Sperrschwinger
mit dem Transistor Td erzeugt werden. Diese Verzögerungszeit kann verhältnismäßig
groß gewählt werden.