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Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen mit mindestens zwei
ferromagnetischen Kernen Die Erfindung bezieht sich auf eine Impulserzeugerschaltung,
die mindestens zwei ferromagnetische Kerne aufweist. Diese Kerne bestehen aus einem
ferromagnetischen Material mit einer im wesentlichen rechteckförmigen Hystereseschleife.
Der erste Kein der Anordnung, der sogenannte Impulserzeugerkern, ist mit mindestens
einer Ausgangswicklung und mindestens einer Eingangswicklung versehen, von denen
die letztgenannte in Reihe mit einer Wicklung des zweiten Kernes, des sogenannten
Hilfskernes, geschaltet ist. Von der Ausgangswicklung des Impulserzeugerkernes werden
die Impulse abgegriffen.
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Derartige Impulserzeugerschaltungen sind bereits bekannt (deutsche
Auslegeschrift 1057 169). Bei den bisher bekannten Schaltungen dieser Art
bestand die Aufgabe darin, lastunabhängige Impulsamplituden zu
ermöglichen.
Dies wurde dadurch erzielt, daß einerseits der Sättigungsfluß beider Kerne durch
eine unterschiedliche Remanenz- bzw. Sättigungsinduktion unterschiedlich groß ist
und daß andererseits die Bemessung derart erfolgt, daß der Hilfskern einen größeren
Umklappstrom erfordert als der eigentliche Impulserzeugerkern. Das bedeutet, daß
die Magnetisierung des Impulserzeugerkernes, die erforderlich ist, um den Kern aus
seinem Remanenzzustand in den vertikalen Ast der Hystereseschleife zu steuern, kleiner
ist als bei der Umschaltung des Hilfskerns. Diese Maßnahme wird durch einen unterschiedlich
großen Querschnitt oder einen unterschiedlich langen magnetischen Weg im Kern und
durch unterschiedliche Wicklungen auf beiden Kernen erreicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus einem Wechselstrom Impulse
in zu der Eingangs-Wechselspannung beliebiger Phasenlage, insbesondere auch während
der Spannungsmaxima, zu erzeugen. Außerdem soll in einfacher Weise die Impulsbreite
und Impulshöhe variierbar sein. Die Schaltung soll mit einfachen Mitteln ausgerüstet
sein, nur einen geringen Raumbedarf erfordern und sich durch eine große Betriebssicherheit
und durch einen größeren Einsatzbereich bezüglich der Impulsbreite in der Größenordnung
von etwa 10-7 bis 1 Sekunde auszeichnen. Die Regelung soll weitgehend
stufenlos erfolgen können.
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Es sind zwar bereits Impulserzeugerschaltungen bekannt, die diese
gestellte Aufgabe mehr oder weniger gut zu lösen vermögen. Diese Schaltungsanordnungen
bedienen sich jedoch nicht einfacher und betriebssicherer magnetisierbarer Bauelemente,
sondern es sind dort halbleitende Bauelemente, wie Röhren oder Transistoren, erforderlich.
Diese bekannten Impulserzeugerschaltungen bestehen aus mindestens einer monostabilen
Kippschaltung, die darüber hinaus eine zusätzliche Auslöseschaltung und eine Gleichspannungsversorgung
erfordert. Es besteht kein Zweifel, daß dieser Aufwand noch unerwünscht groß ist.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe jedoch in sehr einfacher Weise
gelöst, ohne daß von derartigen Kippschaltungen Gebrauch gemacht werden muß.
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Die Erfindung besteht darin, daß das Verhältnis der Umschaltströme
derart bemessen ist, daß der durch die Eingangswicklung des Impulserzeugerkernes
fließende Strom diesen Kein erst dann aus einem ersten in den anderen Remanenzzustand
umzuschalten vermag, wenn der zweite Kern, nämlich der Hilfskern, durch seinen Umschaltstrom
bereits aus einem ersten in den anderen Remanenzzustand ummagnetisiert ist. Außerdem
ist eine stufenlose Regulierbarkeit der Umschaltdauer des Impulserzeugerkernes vorhanden.
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Unter Umschaltstrom im Sinne der Erfindung wird derjenige Strom verstanden,
der bei vorgegebenem Kernmaterial, vorgegebener Kernbemessung und vorgegebener Kernwicklung
während des Ummagnetisierungsvorganges von einem in den entgegengesetzten Schaltzustand
fließt.
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Unter Umschaltdauer im Sinne der Erfindung wird die Zeit verstanden,
die beim Umschalten von dem einen Schaltzustand in den anderen Schaltzustand verstreicht.
Beim Impulserzeugerkern entspricht die Umschaltdauer der Impulsbreite.
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Die erfindungsgemäße Bemessung der Umschaltströme erfolgt in weiterer
Ausbildung der Erfindung dadurch, daß der Impulserzeugerkern eine größere Koerzitivfeldstärke
aufweist als der Hilfskern. Zu diesem Zweck werden verschiedene Kernmaterialien
benutzt, ohne daß verschiedene Kernformen erforderlich sind. Eine andere Möglichkeit,
um die erfindungsgemäße
Bemessung zu erzielen, besteht darin, daß
der Impulserzeugerkern eine geringere Windungszahl der Eingangswicklung aufweist
als die Windungszahl der Wicklung des Hilfskernes. Schließlich kann auch die Geometrie
der Kerne verschieden sein. Dies wird dadurch erreicht, daß der Impulserzeugerkern
eine größere mittlere magnetische Weglänge aufweist als der Hilfskern; bei Verwendung
von Ringkernen weist dann der Impulserzeugerkern einen größeren Durchmesser als
der Hilfskern auf, so daß der erstgenannte Kern erst später in den anderen Remanenzzustand
umgeschaltet wird als der Hilfskern.
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Die stufenlose Regulierbarkeit der Umschaltzeit des zweiten Kernes
erfolgt in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch besonders einfach, daß in Reihe
zur Eingangswicklung des Impulserzeugerkernes ein variierbarer elektrischer Widerstand,
z. B. ein Potentiometer, geschaltet ist.
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Eine stufenlose Variierung der Phasenlage der erzeugten Impulse in
bezug auf die zugeführte Wechselspannung erfolgt in weiterer Ausbildung der Erfindung
dadurch besonders einfach, daß der aus der Eingangswicklung des Impulserzeugerkernes,
der Wicklung des Hilfskernes und gegebenenfalls dem variierbaren elektrischen Widerstand
zusammengesetzte Stromkreise an den verstellbaren Abgriff eines Spannungsteilers
geschaltet ist. Durch Veränderung der Eingangs-Wechselspannung dieses Stromkreises
wird dann die Phasenlage des erzeugten Impulses variiert.
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Die Erfindung zeichnet sich den bisher bekannten Impulserzeugerschaltungen
gegenüber dadurch aus, daß mit einfachsten Mitteln unter Verwendung weniger einzelner
elektrischer Bauelemente eine praktisch völlig betriebssichere Impulserzeugerschaltung
aufgebaut werden kann, die einen großen Einsatzbereich bezüglich der Impulsbreite
aufweist. Die stufenlose Regulierbarkeit ohne besondere Hilfsschaltkreise ist ein
weiterer Vorteil der Erfindung. Derartige Impulserzeugerschaltungen sind insbesondere
für Impulsmeßgeräte zur automatischen Kontrolle elektrischer Meßgeräte und für logische
Schaltungen, z. B. elektronische Rechner, verwendbar.
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An Hand der F i g. 1 bis 5, die Beispiele für die erfindungsgemäße
Schaltung sowie deren Funktion darstellen, ist die Erfindung näher erläutert.
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In F i g. 1 ist ein Prinzipschaltbild einer besonders vorteilhaften
Ausbildung der Erfindung dargestellt. Eine Wechselspannung 11 ist an einen Spannungsteiler
R, angeschlossen, ein Endabgriff dieses Spannungsteilers und damit ein Pol der Spannungsquelle
ist mit einem Potentiometer R, verbunden. Über dieses Potentiometer, eine Eingangswicklung
% eines ersten Kernes, des sogenannten Impulserzeugerkernes 1, und die Wicklung
eines zweiten Kernes, des sogenannten Hilfskernes 2, wird ein Stromkreis gebildet,
der am Mittelabgriff des Spannungsteilers R, endet, so daß eine Potentiometerspannung
Ilp am Kreis liegt. Außerdem weist der Impulserzeugerkern in bekannter Weise eine
Ausgangswicklung w2 auf, von deren Anschlüssen die zu erzeugenden Impulse
11j abge- i griffen werden können.
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Erfindungsgemäß sind die Kerne 1 und 2 bzw. deren Wicklungen
derart bemessen, daß der Hilfskern 2 bei einem vorgegebenen Strom -lk von einem
Remanenzzustand in den anderen Remanenzzustand ummagnetisiert wird. Die Ummagnetisierung
des Impulserzeugerkernes 1 findet bei einem höheren Strom (lk +
I.) statt. Durch Verminderung der Eingangsspannung Up
des Stromkreises bei
gleichem Gesamtwiderstand und damit durch Veränderung der Teilspannung UT an der
Wicklung des Hilfskernes 2 wird seine Umschaltdauer größer. Dadurch wird der Impuls
Ili erst später erzeugL In F i g. 2 ist diese Möglichkeit schematisch dargestellt.
Der Hilfskern wird bei einem vorgegebenen Umschaltstrom von einem Remanenzzustand
in den anderen Remanenzzustand umgeschaltet. Ein Rechteckferritkern stellt während
seiner Ummagnetisierung eine große Induktivität dar und erzeugt daher eine Gegenspannung
von der Größe der am Kern anliegenden Spannung. Die Dauer dieser Gegenspannung ist
durch den maximal umschaltbaren Flußhub A (p entsprechend der Formel
begrenzt. Der Umschaltstrom richtet sich dabei nach der Kernform, dem Kernmaterial
und der Windungszahl der Wicklung. Bei einer Spannung U, sei die Umschaltung
im Zeitpunkt t, beendet. Bei einer geringeren Spannung U, ist die Umschaltung
zu einem späteren Zeitpunkt t2 beendet. Auf diese Weise ist durch Verlegung des
Spannungsteilerabgriffes die Phasenlage des bei der Umschaltung erzeugten Impulses,
bezogen auf die Eingangswechselspannung, steuerbar.
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Im Ausgangskreis des Impulserzeugerkernes 1 wird bei der Umschaltung
von einem ersten in den anderen Remanenzzustand ein Spannungsimpuls 11j, induziert.
Gemäß F i g. 3 entsteht ein derartiger Impuls zum Zeitpunkt tj, wenn gemäß
F i g. 2 die größere (llj der beiden Spannungen verwendet ist. Ein entsprechender
Impuls wird zu einem späteren Zeitpunkt t2 erzielt, wenn die Amplitude der Spannung
11, kleiner ist als die Amplitude der Spannung U, Durch Variierung des Potentiometers
R, wird die Spannung an der Eingangswicklung w, des Impulserzeugerkernes
1
ebenfalls geändert, sofern die übrigen Bemessungen gleich bleiben. Da das
Zeitintegral der Spannung, das dem sogenannten Flußhub (A 99 = f
11 d t) entspricht, konstant ist, wird durch die Veränderung des Widerstandes
dieses Potentiometers die Höhe des Sekundärimpulses Itj. und die Breite desselben
geändert. Das bedeutet, daß bei einer erhöhten Impulsamplitude eine Verminderung
der Impulsbreite stattfindet (F i g. 4).
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Um die kleinsten Impulsbreiten ausgehend von 50-Hz-Netzspannung zu
realisieren, wurde der Hilfskern in mehrere Hilfskerne verschiedener Größe aufgeteilt
und die Restinduktivität der Kernwicklungen nach dem Durchschalten der Kerne durch
Parallelkapazitäten C, bis C, gemäß F i g. 5 ausgeschaltet. So ist beispielsweise
durch Übersteuerung von Schaltringkernen eine Impulsbreite von 6 - 10-11
Sekunden, gemessen bei 50 0/, der Impulsamplitude, und einer Impulshöhe von
etwa 6 V, ausgehend von einer Wechselspannung von etwa 20 V, erreichbar.
Zum Schutz der Schaltung bei Kurzschlußstrom ist ein Kondensator (Co) zu der Schaltung
in Reihe geschaltet.
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Für die geringste Impulsbreite ist im wesentlichen das Kernmaterial
ausschlaggebend. Bei den bisher bekannten Kernsorten sind Impulsbreiten in der Größenordnung
von
10-7 Sekunden erreichbar. In diesem Fall wird nach F i
g. 1 für
den Impulserzeugerkem
1 ein Ferrit mit der im folgenden angegebenen Zusammensetzung
A und der Bemessung
A
bei einer Bewicklung nA und einer entsprechenden
Bemessung
B des Hilfskernes mit der Zusammensetzung B gemäß Einwaage und der Bewicklung nB
eiTeicht:
| A: 42,5 Molprozent Fe203 |
| 4 Molprozent Mg0 |
| 37,5 Molprozent Mn203 |
| 16 Molprozent Zn0 |
| Kernhöhe ....................... 1,5 m |
| Außendurchmesser ............... 6 mm |
| Innendurchmesser ................ 4 mm |
| nA: B'l 8 |
| w. 8 |
| 13: 35 Molprozent Fe,03 |
| 21 Molprozent Mg0 |
| 29 Molprozent Mn,0, |
| 15 Molprozent Zn0 |
| Kernhöhe ......................... 1 mm |
| Außendurchmesser ................ 3 mm |
| Innendurchmesser ................. 2 mm |
| nB: Wi |
| W, |