-
Schaltungsanordnung für in Sättigungswinkelsteuerung arbeitende Magnetverstärker
Magnetverstärker haben sich ihrer vielen Vorzüge wegen in den verschiedensten Schaltungsvariationen
in der Elektrotechnik einen festen Verwendungszweck gesichert. Im Bereich geringerer
Leistungen sind Magnetverstärker in Sättigungswinkelsteuerung vor allem dort mit
Vorteil zu verwenden, wo es darum geht, kleine und kleinste Gleichspannungen zu
verstärken, verschiedene Gleichspannungssignale potentialfrei zu übertragen oder
eine Potentialtrennung zwischen Eingang und Ausgang des Verstärkers zu erzielen.
-
Der Aufwand bei Magnetverstärkern in bezug auf kleinste Abmessungen
und damit die maximal erreichbare absolute Empfindlichkeit wird durch verschiedene
Faktoren begrenzt.
-
Einer dieser Faktoren besteht darin, daß bei kleiner werdenden Kernabmessungen
für die gleiche Spannung und Frequenz der Speisespannungsquelle immer mehr Windungen
auf den Kern aufgebracht werden müssen. Dies läßt sich zwar umgehen, wenn man z.
B. die Frequenz der Speisespannungsquelle erhöht, aber abgesehen von dem nicht unerheblichen
zusätzlichen Aufwand zur Erzeugung einer solchen Wechselspannung vermindert sich
auch von einer bestimmten Frequenz ab die Empfindlichkeit der Magnetverstärker sehr
erheblich.
-
Es ist weiter die Möglichkeit gegeben, die Speisewechselspannung zu
verringern und auf diese Weise zu kleineren und empfindlicheren Magnetverstärkern
zu gelangen. Diese Methode hat jedoch den Nachteil, daß die Empfindlichkeit durch
den Durchlaßspannungsabfall der verwendeten Gleichrichterventile begrenzt ist. Bei
einer Eingangswechselspannung von 3 bis 4 Volt für die Speisung der Magnetverstärker
wird nämlich die Einengung des Regelbereiches und die Abnahme der Steuerempfindlichkeit
durch die Schwellenspannung der Gleichrichterventile so stark wirksam, daß es nicht
sinnvoll erscheint, noch kleinere Eingangswechselspannungen zu verwenden.
-
Diese Nachteile werden durch die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
vermieden, die eine in Sättigungswinkelsteuerung arbeitende Magnetverstärkeranordnung
betrifft, bei der auch bei kleineren Eingangswechselspannungen die Vorteile von
in Sättigungswinkelsteuerung arbeitenden Magnetverstärkern voll zur Geltung kommen,
so daß der Anwendungsbereich für Magnetverstärker nach kleineren Leistungen und
somit nach höherer absoluter Empfindlichkeit hin erweitert wird.
-
Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch
zwei im Arbeitskreis des Magnetverstärkers angeordnete Transistoren, die durch einen
im Arbeitstakt über die jeweilige Emitter-Basis-Strecke fließenden Strom so weit
übersteuert werden, daß der Spannungsabfall an der Emitter-Kollektor-Strecke praktisch
Null und damit der Wirkungsgrad nach niedrigen Leistungen hin sowie die Empfindlich-keit
des Magnetverstärkers wesentlich erhöht wird.
-
Weitere Ausführungsformen der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
bestehen darin, daß Transistoren ein und desselben Leitfähigkeitstyps verwendet
werden, daß bei Mittelpunktsschaltung die Emitter der Transistoren mit den Klemmen
a und b
der Sekundärwicklung des Speisetransformators, die Kollektoren
mit den Eingangsklemmen c und d der Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers und
die Basen über Vorwiderstände mit der Mittelpunktsanzapfung der Sekundärwicklung
des Speisetransformators und über den Lastwiderstand mit den Ausgangsklemmen der
Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers verbunden sind.
-
In einer anderen Ausführungsform ist die Basis des einen Transistors
über den Widerstand 5 gegenüber dem zugehörigen Emitteranschluß mit der entgegengesetzten
Klemme b und die Basis des anderen Transistors dementsprechend über den Widerstand
6 mit der Klemme a der Sekundärwicklung des Speisetransformators sowie die Mittelpunktsanzapfung
der Sekundärwicklung desselben über den Ausgangswiderstand mit den Ausgangsklemmen
des Magnetverstärkers verbunden.
-
Bei Anordnungen mit Wechselstromausgang werden komplementäre Transistoren
verwendet. Die Emitter der Transistoren sind mit der Klemme a, die Kollektoren mit
den Eingangsklemmen c und d der Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers und die
Basen über die Vorwiderstände einerseits mit der
Klemme b der Sekundärwicklung
des Speisetransformators und andererseits über die Primärwicklung des Ausgangstransformators
mit den Ausgangsklemmen e und f der Arbeitswicklungen des Magnetverstärkers verbunden.
-
Zur Steuerung der Transistoren sind auf den Speisetransformator auch
getrennte Sekundärwicklungen aufbringbar. Außerdem läßt sich durch Verwendung von
Transistoren mit symmetrischem Aufbau die Wirkung der Anordnung weiter verbessern.
-
Gegenüber bekannten Anordnungen grenzt sich die Schaltungsanordnung
dadurch ab, daß sie den Effekt ausnutzt, daß der Spannungsabfall in der Kollektor-Emitter-Strecke
eines Transistors bei sehr großer Übersteuerung nach Null verläuft, wobei dieser
Effekt bei Transistoren mit symmetrischem Aufbau besonders ausgeprägt ist.
-
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung sei an Hand der Zeichnung
näher beschrieben: F i g. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele der Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung unter Verwendung von Transistortypen ein und desselben Leitfähigkeitstyps
in einer bekannten Magnetverstärker-Mittelpunktschaltung für Gleichstromausgang,
und F i g. 3 zeigt eine Anordnung für Wechselstromausgang mit komplementären Transistoren.
-
Hierin ist der Generator, der die Speisewechselspannung liefert, mit
1 bezeichnet. 2 ist der Transformator für die Speisung der Magnetverstärkerschaltung,
3 und 4 sind die Transistoren, 5 und 6 die zugehörigen Basiswiderstände, 7 ist der
Magnetverstärker mit seinen Arbeits- und Steuerwicklungen, 8 ist der Ausgangswiderstand
der Mittelpunktsschaltung und 9 der Ausgangstransformator für eine Wechselstromschaltung.
-
Liegt nach F i g. 1 am Emitter des Transistors 3 die positive Halbwelle
der Speisewechselspannung, dann fließt über die Emitter-Basis-Strecke dieses Transistors
und den Widerstand 5 ein Strom, der den Transistor 3 so weit übersteuert, daß der
Spannungsabfall an der Emitter-Kollektor-Strecke praktisch Null wird. Der Transistor
wirkt also wie ein idealer Schalter, d. h. ohne Verlustwiderstand im durchgeschalteten
Zustand.
-
Zu gleicher Zeit liegt am Emitter des Transistors 4 eine gegenüber
seiner Basis negative Spannung. Der Transistor 4 ist somit gesperrt und wirkt vor
allem bei Verwendung von Silizium-Transistoren wie ein idealer Schalter im unterbrochenen
Zustand.
-
Bei Umpolung der Speisewechselspannung liegen für die beiden Transistoren
umgekehrte Verhältnisse vor. Transistor 3 geht in den Sperrzustand und Transistor
4 in den leitenden Zustand über. Durch diese Arbeitsweise und dadurch, daß gemäß
der Erfindung in der Kollektor-Emitter-Strecke keinelei Verlustwiderstand auftritt,
wird erreicht, daß die Steuerempfindlichkeit des Magnetverstärkers 7 auch bei niedrigeren
Speisewechselspannungen voll ausgenutzt wird.
-
Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 ist grundsätzlich
die gleiche. Auch hier finden zwei Transistoren ein und desselben Leitfähigkeitstyps
Verwendung. Die Emitteranschlüsse der Transistoren 3 und 4 über die
Basiswiderstände 5 und 6
führen hier jedoch nicht an die Mittelpunktanzapfung
der Sekundärwicklung des Speisetransformators 2, sondern sie sind jeweils in bezug
auf die zugehörigen Emitteranschlüsse am entgegengesetzten Ende der Sekundärwicklung
des Speisetransformators 2 angeschlossen, d. h., die Basis des Transistors 4 führt
über den Widerstand 6 an die Klemme a und damit an die Emitterzuleitung des Transistors
3, und die Basis des Transistors 3 führt über den Widerstand 5 an die Klemme b und
damit an die Emitterzuleitung des Transistors 4.
-
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 3 ist für Wechselstromausgang
ausgelegt, sie unterscheidet sich im Arbeitsprinzip gemäß der Erfindung nicht gegenüber
dem nach F i g. 1 und 2. Nur finden hier komplementäre Transistoren Verwendung und
als Abschlußwiderstand ist ein Ausgangs-Transformator 9 vorgesehen.
-
Die Anordnung läßt sich weiterhin noch dahingehend abwandeln, daß
für die Steuerung der Transistoren getrennte Wicklungen des Transformators 2 vorgesehen
werden.
-
Durch Verwendung von Transistoren mit symmetrischem Aufbau wird die
Wirkung der Anordnung im Sinn der Erfindung erhöht.
-
Bemerkt sei noch, daß sich die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
auch auf andere Magnetverstärkerschaltungen, insbesondere solcher mit Brückenkopfschaltungen,
anwenden läßt.