DE1248728B - Gleichstromverstärker mit einem einen Spalt aufweisenden Magnetkreis, der wenigstens eine von einem Steuerstrom durchflossene Wicklung besitzt und m dessen Spalt em zwei Anschlußklemmenpaare aufweisendes Hall Effekt-Plattchen angeordnet ist - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Cl.:

H(Mf

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 a2 -

Nummer: 1 248 728

Aktenzeichen: C 37247 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 26. Oktober 1965

Auslegetag: 31. August 1967

Die Erfindung betrifft einen Gleichstromverstärker mit einem einen Spalt aufweisenden Magnetkreis, der wenigstens eine von einem Steuerstrom durchflossene Wicklung besitzt und in dessen Spalt ein zwei Anschlußklemmenpaare aufweisendes Hall-Effekt-Plättchen angeordnet ist, dessen erstes Klemmenpaar mit dem Eingang eines gegengekoppelten Wechsel-Stromverstärkers verbunden ist, der über einen Transformator und eine Gleichrichteranordnung am Gleichstromverstärkerausgang liegt.

Es sind Gleichstromverstärker bekannt, bei den^n ein Zerhacker oder Modulator vorgesehen ist, an den ein Wechselstromverstärker mit nachfolgendem Gleichrichter angeschlossen ist. Wird bei diesen Einrichtungen ein elektromagnetischer Zerhacker verwendet, so wird zwar eine galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang erreicht, aber es müssen die sich aus dem mechanischen Aufbau ergebenden Nachteile, wie hoher Verschleiß und begrenzte Arbeitsgeschwindigkeit, in Kauf genommen werden.

Es ist ferner bekannt, als Modulator einen HaIlspannungserzeuger zu verwenden, wobei zur Erreichung einer Proportionalität zwischen Eingangsstrom bzw. Eingangsspannung und Ausgangsstrom bzw. Ausgangsspannung die Ausgangsgröße des in der Anordnung vorgesehenen Gleichrichters auf den Eingang des Modulators gegengekoppelt ist. Bei einem derartigen Gleichstromverstärker mit Gegenkopplung wirkt sich vor allem die galvanische Verbindung von Eingang und Ausgang nachteilig aus.

Es ist schließlich ein Verstärker für Gleichstrom oder Wechselstrom niedriger Frequenz mittels Modulation bekannt, der mit Hallmodulatoren arbeitet und eine rückwirkungsfreie Gegenkopplung bei galvanischer Trennung von Eingangs- und Gegenkopplungskreis aufweist. Die galvanische Trennung wird bei dieser bekannten Einrichtung, der nach der Art eines Chopper-Verstärkers arbeitet, dadurch erreicht, daß neben dem eigentlichen Vestärker eine mit dem Hallmodulator verbundene Trägerstromquelle vorgesehen ist, welche außerdem einen zweiten Hallmodulator speist, der vom Gegenkopplungssignal magnetisch erregt ist und dessen Hallspannung in Reihe mit der des ersten Hallmodulators am Eingang des Wechselstromverstärkers liegt.

Der Nachteil dieses bekannten Verstärkers ist vor allem in dem relativ komplizierten Aufbau zu sehen, der durch die Verwendung einer Trägerstromquelle sowie zweier Hallmodulatoren bedingt ist.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Gleichstromverstärkers mit völliger galvanischer Trennung Gleichstromverstärker mit einem einen Spalt
aufweisenden Magnetkreis, der wenigstens eine
von einem Steuerstrom durchflossene Wicklung
besitzt und in dessen Spalt ein zwei
Anschlußklemmenpaare aufweisendes
Hall-Effekt-Plättchen angeordnet ist

Anmelder:

CIT-Compagnie Industrielle des

Telecommunications, Paris

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore, Dipl.-Ing. H. Gralfs
und Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. G. Manitz,
Patentanwälte, München 22, Robert-Koch-Str. 1

Als Erfinder benannt:

Pierre Bizet,

Fontenay-aux-Roses, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 26. Oktober 1964 (992 693) -

zwischen Ausgangs- und Eingangsklemmen, der eine ohne Abweichungen erfolgende Übertragung von Strömen beider Polaritäten sowie die Gewinnung eines drei definierte Zustände aufweisenden Ausgangssignals ermöglicht, und insbesondere aus ;nögliehst wenig Bauteilen besteht und somit einen äußerst gedrängten Aufbau zuläßt, billig zu fertigen ist und vor allem eine außerordentlich große Zuverlässigkeit aufweist.

Dies wird gemäß der Erfindung bei einem Gleich-Stromverstärker der eingangs angeführten Gattung dadurch erreicht, daß die Primärwicklung des Transformators in Form zweier in Reihe geschalteter und mittels jeweils eines Kondensators auf unterschiedliche Frequenzen abgestimmter Wicklungen ?usgeführt ist, daß auf der Sekundärseite des Transformators zwei hintereinander geschaltete, an das /weite Anschlußklemmenpaar des Hall-Effekt-Plättchens

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angeschlossene Wicklungen und zwei zur Übertragung jeweils einer Frequenz dienende und über die Gleichrichteranordnung mit dem Ausgang verbundene Wicklung vorgesehen sind und daß die Kopplungen derart gewählt sind, daß abhängig von der Richtung des Magnetfeldes im Spalt jeweils eine der beiden Frequenzen erregt ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gleichstromverstärkers sind die Ausgangsklemmen der jeweils an einer der Ausgangswicklungen liegenden Gleichrichter- und Filteranordnungen galvanisch verbunden und an ein Vevbraucherklemmenpaar angeschlossen.

Bei einer weiteren vorzugsweise verwendeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichstromverstärkers weist der Magnetkreis eine einzige Steuerwicklung auf und die mit einem Verbraucher in Reihe geschalteten Verbaucherklemmen sind mit einer auf den Magnetkreis gewickelten Gegenkopplungswicklung verbunden.

Der gegenüber bekannten Anordnungen schaltungstechnisch wesentlich einfacher aufgebaute erfindungsgemäße Verstärker arbeitet außerordentlich zuverlässig und betriebssicher, da durch die geringe Anzahl von Bauelementen auch die möglichen Fehlerquellen verringert werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

F i g 2 ein Diagramm, welches die Betriebsart der Anordnung gemäß der Erfindung veranschaulicht, und

Fig. 3 ein Schalbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Nach Fig. 1 ist der Magnetkreis 11 mit Spalt durch eine Induktionswicklung 12 erregt, welche von dem zu übertragenden Strom i_c durchflossen ist. Das Hall-Effekt-Plättchen 13 sitzt in dem Spalt des Magnetkreises. Die Mitten der zwei entgegengesetzten Seiten 14, 15 sind an den Eingang eines Verstärkers 18 angeschlossen. Der Ausgangskreis des Verstärkers 18 enthält einen ersten Transformator 19, dessen Primärwicklung 19 b mittels eines parallelgeschaiteten Kondensators 19 α auf eine erste Frequenz Z₁ abgestimmt ist und einen zweiten Transformator 20, dessen Primärwicklung 20 ft in Reihe mit der Wicklung 19 b geschaltet und durch einen parallel geschalteten Kondensator 20 a auf eine zweite Frequenz /₂ abgestimmt ist. Die Transformatoren besitzen in Reihe geschaltete Sekundärwicklungen 21, 22, deren Außenenden mit .dem zweiten Klemmenpaar 16 und 17 des Hall-Effekt-Plättchens verbunden sind.

Eine Tertiärwicklung 23 des Transformators 19 kann einen Strom der Frequenz Z₁ an den Eingang einer Gleichrichter- und Filteranordnung 25 anlegen, welche an ihren Klemmen 27 und 29 eine positive Spannung im Verhältnis zu einem Bezugspotential liefert, sofern ein Strom der Frequenz Z₁ vorhanden ist. Eine Tertiärwicklung 24 des Transformators 20 kann einen Strom der Frequenz /₂ an den Eingang einer Gleichrichter- und Filteranordnung 26 anlegen, welche ihren Klemmen 28 und 30 eine negative Spannung liefert, sofern ein Strom der Frequenz /₂ vorhanden ist. Die Ausgangsklemmen 27 und 29 der Anordnung 25 und die Ausgangsklemmen 28 und 30 der Anordnung 26 sind miteinander verbünden, z.B. jeweils parallel geschaltet, und an zwei vWßraucfierklemmen angeschlossen, von denen die eine'löe'mme 31 mit den beiden Klemmen 27 und 28, die andere Klemme 32 mit den beiden Klemmen 29 und 30 verbunden ist.

Die Arbeitsweise der Anordnung ist folgende: Bei einer ersten Richtung des Magnetfeldes im Spalt besteht, sofern die Verstärkung des Verstärkers 18

ίο ausreichend ist, in der Anordnung Plättchen 13 — Verstärker 18 — Transformator 19 eine Rückkopplung, welche Schwingungen der Frequenz Z₁ auslöst. Die Gleichrichter-Filter-Anordnung 25 wird also gespeist, und eine positive Spannung tritt zwischen den Klemmen 31 und 32 auf. Zur selben Zeit entsteht durch Umpolung im Kreis der Frequenz /., (hier veranschaulicht durch eine Leitungsvertauschung in der Sekundärwicklung 22, was aber auch duTh andere Mittel bewirkt werden kann) eine Gegenkopplung im Kreis der Frequenz /₂, welcher also nicht auslöst.

Bei der umgekehrten Richtung des Feldss im Spalt wird infolge der damit verbundenen Umpolung des Halleffektes die Frequenz /₂ ausgelöst, während die Frequenz Z₁ nicht ausgelöst wird. Es ergibt sich, daß die Anordnungen 26 dann eine negative Spannung an die Klemmen 31 und 32 liefert.

Die Klemmen 31 und 32 sind weder mit den Eingangsklemmen der Wicklung 12 noch mit der Speisung des Verstärkers 18 gekoppelt (nicht dargestellt).

Die F i g. 2 gestattet es, die verschiedenen Arbeitsbedingungen der Anordnung festzustellen. Für einen schwachen Wert des Feldes weist das Hall-Effekt-Plättchen im Spalt | A | < j A₁1 eine zu hohe Dämpfung auf als das Schwingungen entstehen könnten. Für AI > IA₁1 entstehen Schwingungen entweder mit einer Frequenz Z₁ oder Frequenz Z₂ je nach der Polarität des Feldes A, d. h. je nach der Richtung des die Wicklung 12 durchfließenden Stromes i. Daraus ergibt sich ein Strom der Frequenz Z₁ für einen be-" des Feldes, entweder für

stimmten Wert [A₁ +Ah
einen bestimmten Wert
wobei L

i_i+Ai\ des Steuerstromes, dem Wert des Feldes A₁ entspricht, oder einem bestimmten Wert des Stromes der Frequenz Z₂ für einen bestimmten Wert \h_t+Ah\ der umgekehrten Polarität des Feldes. Der Wert Δ h ist gegenüber den möglichen Α-Werten verhältnismäßig gering: Die Sättigung des Verstärkers tritt verhältnismäßig früh ein und ergibt einen fast konstanten Strom der Frequenz Z₁ oder Z₂ für einen großen Bereich von Wer- :en, die | A₁ j Absolutwert übertreffen.

Daraus geht hervor, daß man für einen geringen iVert des Steuerstromes i_c, der geringer als oder gleich wie ein gewisser Schwellenwert I₀ ist, an den Verbraucherklemmen 31, 32 eine Potentialdifferenz von Null hat. Für i_c positiv (|/_c|> Ii₀I) hat man z.B. zwischen 31 und 32 einen sehr schnell bis zum Wert der Sättigung / ansteigenden Potentialunterschied, und für i_c negativ (\i_c |> \i_o\), hat man zwischen den Klemmen 31 und 32 einen negativen Potentialunterschied. Die Klemmen 31 und 32 können an ein Netz angeschlossen sein, welches Transistoren von entgegengesetztem Leitungstyp umfaßt, von welchen die einen leitend sind, während die anderen blockiert sind. Man verfügt daher über ein Relais mit drei Stellungen: entweder eine neutrale Stellung, für welche kein Kontakt besteht, oder eine Stellung,

welche einen Kontakt in einer Richtung gibt, oder eine Stellung, welche einen Kontakt in der anderen Richtung herstellt. Die Klemmen 31, 32 können auch mit anderen Vorrichtungen, z. B. einer Blockierungsvorrichtung usw. verbunden sein.

F i g. 3 stellt eine andere Anwendung der Erfindung dar. Die Bezugszeichen dieser Figur haben dieselbe Bedeutung wie in Fig. 1. Außerdem ist ein Verbraucher 35 mit den Klemmen 31, 32 über eine im Magnetkreis 11 angeordnete Wicklung 33 verbunden, welche einen solchen Sinn aufweist, daß der sie durchfließende Strom einen entmagnetisierenden Effekt bezüglich des Magnetstromes i_c hat, welcher in der Steuerwicklung 12 fließt.

Diese Schaltungsart wendet man vorteilhafterweise in dem Fall an, wo man am Verbraucher 35 einen Gleichstrom i' zu erhalten wünscht, der dem Steuergleichstrom i_c so nahe wie möglich kommt. In diesem Fall gibt man der Wicklung 33 die gleichen Eigenschaften wie der Wicklung 12. Bei geeigneten Werten der Parameter und insbesondere des Verstärkungsgrades des Verstärkers 18 erhält man durch die Gegenkopplung des entmagnetisierenden Stromes einen stabilen Zustand, in welchem der Unterschied zwischen dem Strom i_c und dem Strom /' so klein wie erwünscht herabgesetzt werden kann.

Nach einer anderen Betriebsart der Anordnung nach F i g. 3 gibt man dem Kreis eine Unstabilität entweder durch Erhöhung des Verstärkungsgrades des Verstärkers 18 oder indem man durch nicht dargestellte Elemente das Anlegen des die Wicklung 33 durchfließenden Gegenkopplungsstromes verzögert. Der Strom i', welcher diese Wicklung durchfließt, hat also den Verlauf eines Wellenstromes beiderseits eines Mittelwertes, und zwar mit einer bestimmten Instabilitätsfrequenz, die durch die Parameter des Kreises bestimmt ist. Die Abweichung hinsichtlich des Mittelwertes kann nicht höher sein als |/|. Diese Betriebsart hat den Vorteil, den Einfluß der Hysteresiserscheinung im Magnetkreis 11 zu verringern. Das ist ähnlich der geläufigen Praxis der Überlagerung eines Hochfrequenzfeldes (ζ. B. 100 kHz) über ein Feld, das durch ein Niederfrequenzsignal während der Aufnahme auf Magnetband hervorgerufen wird. Die Filtermittel, weiche in F i g. 3 durch einen Kondensator 34 dargestellt sind, vermindern die Amplitude der Wechselkomponente des Wellenstromes, welcher den Verbraucher 35 durchquert.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gleichstromverstärker mit einem einen Spalt aufweisenden Magnetkreis, der wenigstens eine von einem Steuerstrom durchflossene Wicklung besitzt und in dessen Spalt ein zwei Anschlußklemmenpaare aufweisendes Hall-Effekt-Plättchen angeordnet ist, dessen erstes Klemmenpaar mit dem Eingang eines gegengekoppelten Wechselstromverstärkers verbunden ist, der über einen Transformator und eine Gleichrichteranordnung am Gleichstromverstärkerausgang liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Transformators in Form zweier in Reihe geschalteter und mittels jeweils eines Kondensators (19 a, 20 a) auf unterschiedliche Frequenzen (Z₁, /₂) abgestimmter Wicklungen (19 b, 20 b) ausgeführt ist, daß auf der Sekundärseite des Transformators zwei hintereinandergeschaltete, an das zweite Anschlußklemmenpaar (16, 17) des Hall-Effekt-Plättchen angeschlossene Wicklungen (21, 22) und zwei zur Übertragung jeweils einer Frequenz dienende und über die Gleichrichteranordnung mit dem Ausgang verbundene Wicklungen (23, 24) vorgesehen sind und daß die Kopplungen derart gewählt sind, daß abhängig von der Richtung des Magnetfeldes im Spalt jeweils eine der beiden Frequenzen (Z₁, /₂) erregt ist.

2. Gleichstromverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen (27,29 und 28,30) der jeweils an einer der Wicklungen (23, 24) liegenden Gleichrichter- und Filteranordnungen (25, 26) galvanisch verbunden und an ein Verbraucherklemmenpaar (31, 32) angeschlossen sind.

3. Gleichstromverstärker nach Anspruch 1, daduich gekennzeichnet, daß der Magnetkreis (11) eine einzige Steuerwicklung (12) aufweist und daß die mit einem Verbraucher (34, 35) in Reihe geschalteten Verbraucherklemmen (31, 32) mit einer auf dem Magnetkreis gewickelten Gegenkopplungswicklung (33) verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1114541,
542;
schweizerische Patentschrift Nr. 370 125.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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