DE1259391B - UEbertrageranordnung mit ferromagnetischem Kernmaterial - Google Patents

UEbertrageranordnung mit ferromagnetischem Kernmaterial

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DE1259391B
DE1259391B DE1964S0088996 DES0088996A DE1259391B DE 1259391 B DE1259391 B DE 1259391B DE 1964S0088996 DE1964S0088996 DE 1964S0088996 DE S0088996 A DES0088996 A DE S0088996A DE 1259391 B DE1259391 B DE 1259391B
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Dipl-Ing Werner Hanfgarn
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F19/00Fixed transformers or mutual inductances of the signal type
    • H01F19/04Transformers or mutual inductances suitable for handling frequencies considerably beyond the audio range
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01Frequency selective two-port networks
    • H03H7/09Filters comprising mutual inductance

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Description

  • übertrageranordnung mit ferromagnetischem Kernmaterial Die Erfindung betrifft eine übertrageranordnung mit ferromagnetischem Kernmaterial.
  • Die bekannten, in der Hochfrequenztechnik verwendeten übertrager, die in der Regel einen mit Primär- und Sekundärwicklung versehenen ferromagnetischen Kern aufweisen, dienen vorzugsweise zur Übersetzung von Spannungen und Strömen, zur Widerstandsanpassung, Symmetrierung und Potentialtrennung. Die Auswahl eines bestimmten Kernmaterials für solche Übertrager richtet sich. unter anderem nach dem gewünschten Frequenzbereich, in dem Signale unverzerrt übertragen werden sollen.
  • Daneben kennt die Hochfrequenztechnik Schaltungsanordnungen, sogenannte Filter- oder Siebschaltungen, die, aus meist mehreren elektrischen Bauelementen bestehend, geeignet sind, aus einem weiten Frequenzbereich Schwingungen bestimmter Frequenz bevorzugt zu übertragen oder zu unterdrücken. Auch sind in dieser Kategorie Schaltungsanordnungen bekannt, die unter bestimmten Voraussetzungen die Anpassung von Wellenwiderständen aneinander ermöglichen.
  • An vielen Stellen der Nachrichtentechnik, wie im Verstärkerbau, in der Empfangstechnik od. dgl., werden Kombinationen von übertragern und Siebschaltungsanordnungen verwendet. Doch bedarf es sorg-' fältiger Abstimmungen dieser Baugruppen aufeinander.
  • Aufgabe der Erfindung ist, eine übertrageranordnung zu schaffen, die mit geringem Aufwand die Eigenschaften obengenannter Baugruppenkombinationen in sich vereinigt.
  • Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß bei Betrieb mit zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen bzw. Frequenzbereichen das magnetische Kernmaterial so ausgewählt oder beeinf(ußt ist, daß die Permeabilität und damit der magnetische Widerstand des Kernes, bei den verschiedenen Frequenzen bzw. Frequenzbereichen in starkem Maß unterschiedlich groß ist, daß die Primär- und/oder Sekundärwicklung des übertragers in eine Haupt- und eine Nebenwicklung derart aufgeteilt ist, daß die auf den ferromagnetischen Kern aufgebrachte Hauptwicklung mit dem Hauptfluß, die Nebenwicklung mit dem Nebenfiuß verkettet ist, und daß durch die so bei den verschiedenen Frequenzbereichen erzielten unterschiedlichen Kopplungen zwischen der nicht aufgetrennten, gemeinsamen Wicklung und der Haupt- und Nebenwicklung jeweils unterschiedliche übersetzungsverhältnisse auftreten. Der Übertrager arbeitet somit infolge seines frequenzabhängigen übersetzungsverhältnisses gleichzeitig auch als Filterschaltung. Bisher fand bei der Nutzung von ferromagnetischen übertragerkernen ausschließlich das Frequenzgebiet Beachtung, in den die relative Permeabilität des jeweils verwendeten Kernmaterials einen großen Wert aufweist und von der Frequenz nahezu unabhängig ist. Die Funktion, Signale in bestimmten Frequenzbereichen zu übertragen bzw. züz sperren, fiel stets besonderen Siebschaltungsanordnungen zu. Die erfindungsgemäße Ausführung einer übertrageranordnung verwirklicht zum Unterschied davon durch den vergleichsweise sehr geringen Aufwand speziellen Wicklungsaufbaues in Frequenzbereichen mit stark unterschiedlichen Permeabilitäten charakteristische übertragungsmerkmale gebräuchlicher Siebschaltungen, ohne wesentliche Eigenschaften herkömmlicher Hochfrequenzübertrager, wie Potentialtrennung, Anpassung und Symmetrietang, aufzugeben.
  • Insbesondere ist zur Erzielung spezieller übertragungscharakteristiken von Vorteil, wenn in einem Sonderfall Haupt- und Nebenwicklung gleichsinnig gewickelt, in einem anderen Sonderfall Haupt- und Nebenwicklung gegensinnig gewickelt sind.
  • Bei einem übertrager ohne Unterteilung in Haupt-und Nebenwicklungen entsteht eine Tiefpaßcharakteristik infolge der Streuung und der Wicklungskapazitäten. Die Grenzfrequenz des Tiefpasses ist abhängig von der Grenzfrequenz fn des Kernes und vom Aufbau der Wicklungen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn bei unterteilter Sekundärwicklung mit gegensinnigen Wicklungshälften der in der Hauptwicklung induzierte Spannungsanteil auch oberhalb der Grenzfrequenz fg überwiegt. In der Übertragungscharakteristik tritt dann kein Dämpfungspol auf, oberhalb dessen bei höheren Frequenzen die Sekundärspannung wieder ansteigen würde. Zur Erreichung einer Hochpaßcharakteristik ist es zweckmäßig, die gegensinnigen Wicklungsteile so zu bemessen, daß die Windungszahl des mit dem Nebenfluß verkoppelten Wicklungsteiles sehr groß ist gegen die Windungszahl des mit dem Hauptfluß verkoppelten Wicklungsteiles, so daß für eine Frequenz, die kleiner als die Grenzfrequenz des ferromagnetischen Materials ist, der in der Hauptwicklung induzierte Spannungsanteil gleich dem in der Nebenwicklung induzierten Spanungsanteil wird.
  • Dagegen werden vorteilhaft zur Erreichung einer Bandsperrencharakteristik die gegensinnigen Wicklungsteile so bemessen, daß die Windungszahl des mit dem Nebenfluß verkoppelten Wicklungsteiles gleich oder größer als die Windungszahl des mit dem Hauptfluß verkoppelten Wicklungsteiles ist, so daß für eine Frequenz, die größer als die Grenzfrequenz des ferromagnetischen Materials ist, der in der Hauptwicklung induzierte Spannungsanteil gleich dem in der Nebenwicklung induzierten Spannungsanteil wird. Weitere spezielle übertragungseigenschaften lassen sich auch dadurch erreichen, daß die mit dem Nebenfluß verkettete Wicklungshälfte auf einem zweiten Kern anderer Permeablitätscharakteristik als die des Kernes für die Hauptwicklung aufgewickelt wird, des weiteren dadurch, daß im Primär-oder Sekundärkreis zusätzliche Schaltelemente, vorzugsweise Kapazitäten, Induktivitäten od. dgl. einzufügen sind. Auch kann das Verhältnis der Größe von Haupt- zu Nebenfluß, das unter anderem für die beschriebenen Funktionen maßgeblich ist, durch geeignete Maßnahmen, wie Vormagnetisierung des Kernes der übertrageranordnung, vorzugsweise mit Gleichstrom, beeinflußt werden. Dieses Verhältnis kann auch dadurch verändert werden, daß der magnetische Widerstand für den vorwiegend im ferromagnetischen Kern verlaufenden Hauptfluß durch einen Luftspalt vergrößert wird. Die Kopplung der einzelnen Wicklungsteile untereinander hängt außerdem von ihrer räumlichen Lage zueinander ab.
  • Im folgenden sind an Hand von Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie deren Arbeitsweise im einzelnen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine übertrageranordnung gemäß der Erfindung, F i g. 2 den Permeabilitätsverlauf eines Ferromagnetikums, F i g. 3 und 4 den Spannungsverlauf einer übertrageranordnung gemäß F i g. 1, F i g. 5 eine weitere Übertrageranordnung, F i g. 6 und 7 den Spannungs- und Dämpfungsverlauf der Anordnung gemäß F i g. 5, F i g. 8 und 9 einen anderen Spannungs- und Dämpfungsverlauf einer Übertrageranordnung, F i g. 10 und 11 einen weiteren Spannungs- und Dämpfungsverlauf einer Übertrageranordnung.
  • In F i g.1 ist auf einen Kern 1, beispielsweise einen U-Kern, eine Primärwicklung 2 mit der Windungszahl w1 und ein Teil der Sekundärwicklung 3 a mit der Windungszahl w2' aufgebracht; der übrige Teil der Sekundärwicklung 3 b mit der Windungszahl w2" wird außerhalb des Kernes mit gleichem Wicklungssinn gewickelt. Bei genügend großer Permeabilität der verwendeten Eisensorte und entsprechend tiefer Frequenz wird das übersetzungsverhältnis ü im wesentlichen durch das Windungsverhältnis w1/W2' bestimmt. Der von der Wicklung w1 herrührende Fluß durchsetzt nur den Wicklungsteil 3 a, nicht aber 3 b. Der übertrager verhält sich wie ein Transformator mit entsprechend großer sekundärer Streuinduktivität. Wird nun die Frequenz der auf der Primärseite angelegten Spannung U1 über die Frequenz fg hinaus - der Verlauf der relativen Permeabilität u,R eines Ferromagnetikums in Abhängigkeit von der Frequenz ist in F i g. 2 dargestellt - gesteigert, so steigt entsprechend dem Absinken der Permeabilität der magnetische Widerstand des Eisens. Der Fluß durchsetzt mehr und mehr auch die Wicklung w." (in F i g. 1 gestrichelt angedeutet) und ändert damit das Übersetzungsverhältnis des Übertragers. Eine entsprechende Anordnung ergibt sich, wenn die Wicklungsaufteilung nicht auf der Sekundär-, sondern auf der Primärseite erfolgt. Der Spannungsverlauf in Abhängigkeit von der Frequenz ist für den speziellen Fall, daß die Windungszahlen w1, w2 und w2 " der Anordnung nach F i g. 1 etwa gleich sind, in den F i g. 3 und 4 aufgetragen. Die Spannung U2 steigt im Bereich von fg an (F i g. 3), weil der Anteil von U,' konstant bleibt und U2" zunimmt (F i g. 4). Es ergibt sich also oberhalb von fg eine größere Sekundärspannung als unterhalb, insgesamt also eine Hochpaßcharakteristik. Bei der Wahl eines geeignet ten Kernmaterials läßt sich so zusammen mit einer entsprechenden Windungszahlkombination auf der Primär- und/oder Sekundärseite in einem bestimmten Frequenzbereich z. B. eine Anpassung an einen veränderlichen Widerstand erzielen.
  • Man kann auch, wie in F i g. 5 dargestellt, bei einem übertrager die beiden Wicklungsteile mit den Windungszahlen w2 und w2" einander gegensinnig wickeln. Wird in diesem Fall w2 ' < w2 gemacht, so verhält sich der übertrager entsprechend der Darstellung in F i g. 6 und 7 wie ein Tiefpaß, sofern der in w2 induzierte Spannungsanteil den von w2 ' überwiegt. Dabei ist infolge der gegensinnig zu U2 induzierten Spannung U." der Abfall der resultierenden Spannung U2 bzw. der Dämpfungsanstieg a abhängig von der Frequenz steiler als bei einem übertrager ohne die in F i g. 5 gezeigte-Unterteilung in Haupt und Nebenwicklung der Sekundärseite. Der Spannungs- und Dämpfungsverlauf eines solchen übertragers ist in den F i g. 6 und 7 gestrichelt angedeutet.
  • Wird bei gegensinnigen Teilwicklungen iv, " > w2 gemacht, dann ergibt sich oberhalb der Frequenz f, eine Frequenz fp, bei der die induzierten Teilspannungen U2' und U," gerade entgegengesetzt gleich groß werden (F i g. 8 und 9). Die resultierende Sekundärspannung U, des Übertragers wird dadurch zu Null erzwungen, die Dämpfung a geht nach unendlich. Ist 'V2"' > W2" so steigt die Spannung U, oberhalb f, wieder an, wobei gemäß dem Wicklungssinn von w," gegenüber Frequenzen f < f, eine Phasenumkehr eintreten muß. Der übertrager wirkt gemäß F i g. 8 und 9 in der Umgebung von f" als Bandsperre.
  • Die Frequenz f" hängt vom Verhältnis der Windungszahlen w2 /w2' sowie vom Kernmaterial ab, die Änderung der Ausgangsspannung (Flankensteilheit der Dämpfungspole) vom Übersetzungsverhältnis w1/ w2 und der Steilheit des Permeabilitätsverlaufs oberhalb von fg.
  • Bei Windungszahlen w2' ) w2 und gegensinnigen Teilwicklungen kann man erreichen, daß bereits unterhalb fg, also im Bereich konstanter Permeabilität, Kompensation der beiden Teilspannungen U2 und U2" eintritt. In diesem Fall wird nach F i g. 1 und 11 mit der übertrageranordnung Hochpaßverhalten erzielt.
  • Um weitergehend Freiheiten in der Wahl der Übersetzungsverhältnisse und Kerncharakteristiken zur Erzeugung vorgesehener Strom- und Spannungscharakteristiken in einem bestimmten Frequenzbereich zu erhalten, kann die Nebenwicklung der unterteilten Wicklung auf Kernmaterial anderer Permeabilität als die des magnetischen Hauptkreises aufgebracht werden.
  • Auch kann durch eine Vormagnetisierung, vorzugsweise mit Gleichstrom, der Permeabilitätsverlauf verändert und damit Einfluß auf die beschriebenen Funktionen genommen werden. Ferner lassen sich durch die Breite eines Luftspaltes im ferromagnetischen Kreis oder durch die räumliche Lage der Wicklungen zueinander die Kopplungen der einzelnen Wicklungsteile untereinander und damit ebenfalls die beschriebenen Charakteristika verändern.
  • Es kann durch entsprechende elektrische Schaltelemente auf die Steilheit der Flanken Einfluß im Sinn eines gewünschten Dämpfungsanstieges oder -abfalles genommen werden.

Claims (9)

  1. Patentansprüche: 1. übertrageranordnung mit ferromagnetischem Kernmaterial, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß bei Betrieb mit zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen bzw. Frequenzbereichen das magnetische Kernmaterial so ausgewählt oder beinflußt ist, daß die Permeabilität und damit der magnetische Widerstand des Kernes bei den verschiedenen Frequenzen bzw. Frequenzbereichen in starkem Maß unterschiedlich groß ist, daß die Primär- und/oder Sekundärwicklung des Übertragers in eine Haupt- und eine Nebenwicklung derart aufgeteilt ist, daß die auf -den ferromagnetischen Kern aufgebrachte Hauptwicklung mit dem Hauptfluß, die Nebenwicklung mit dem Nebenfluß verkettet ist, und daß durch die so bei den verschiedenen Frequenzbereichen erzielten unterschiedlichen Kopplungen zwischen der nicht aufgetrennten, gemeinsamen Wicklung und der Haupt- und Nebenwicklung jeweils unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse auftreten.
  2. 2. übertrageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Hochpaßcharakteristik Haupt- und Nebenwicklung gleichsinnig gewickelt sind.
  3. 3. übertrageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Haupt- und Nebenwicklung gegensinnig gewickelt sind.
  4. 4. Übertrageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei unterteilter, gegensinniger Sekundärwicklung zur Erzielung einer Tiefpaßcharakteristik der in der Hauptwicklung induzierte Spannungsanteil auch oberhalb der Grenzfrequenz (f,) überwiegt (F i g. 6, 7).
  5. 5. übertrageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung einer Hochpaßeharakteristik die gegensinnigen Wicklungsteile so bemessen sind, daß die Windungszahl (w2 ') des mit dem Nebenfluß verkoppelten Wicklungsteiles sehr groß ist gegen die Windungszahl (w2) des mit dem Hauptfluß verkoppelten Wicklungsteiles, so daß für Frequenzen, die kleiner als die Grenzfrequenz (fg) des ferromagnetischen Materials sind, der in der Hauptwicklung induzierte Spannungsanteil etwa gleich dem in der Nebenwicklung induzierten Spannungsanteil wird (F i g. 10, 11).
  6. 6. übertrageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung einer Bandsperrencharakteristik die gegensinnigen Wicklungsteile so bemessen sind, daß die Windungszahl (w2") des mit dem Nebenfluß verkoppelten Wicklungsteiles gleich oder größer als die Windungszahl (w2) des mit dem Hauptfluß verkoppelten Wicklungsteiles ist, so daß für eine Frequenz (Q, die größer als die Grenzfrequenz (f,) des ferromagnetischen Materials ist, der in der Hauptwicklung induzierte Spannungsanteil gleich dem in der Nebenwicklung induzierten Spannungsanteil wird (F i g. 8, 9).
  7. 7. Übertrageranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Streufluß verkettete Wicklungsteil auf einen zweiten Kern anderer Permeabilitätscharakteristik als der eigentliche Kern der Übertrageranordnung aufgebracht ist. B.
  8. Übertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Primär- oder Sekundärkreis zusätzliche Schaltelemente, vorzugsweise Kapazitäten, Induktivitäten od. dgl., eingefügt sind.
  9. 9. Übertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der übertrageranordnung vormagnetisiert ist. 10. übertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kern ein Luftspalt vorgesehen ist. 11. übertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Lage der einzelnen Wicklungsteile zueinander verändert werden kann.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3736971A1 (de) * 1987-10-30 1989-05-11 Thomson Brandt Gmbh Schaltungsanordnung zur reduzierung von hochfrequenten stoersignalen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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