DE1280302B

DE1280302B - Circuit arrangement for transmitting pulses with the aid of a pulse transformer

Info

Publication number: DE1280302B
Application number: DE1964T0026743
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Josef Sperlich
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-08-06
Filing date: 1964-08-06
Publication date: 1968-10-17
Also published as: GB1106694A

Description

Schaltungsanordnung zum übertragen von Impulsen mit Hilfe eines Impulstransformators Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum übertragen von Impulsen mit Hilfe eines Impulstransformators, dessen Primärwicklung im Kollektorkreis eines an seiner Basis durch Impulse angesteuerten Schalttransistors liegt und dessen Sekundärwicklung in Reihe mit einem Lastwiderstand geschaltet ist.Circuit arrangement for the transmission of pulses with the aid of a pulse transformer The invention relates to a circuit arrangement for transmitting pulses with With the help of a pulse transformer, the primary winding of which in the collector circuit is a at its base is controlled by pulses switching transistor and its secondary winding is connected in series with a load resistor.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 102 806 ist eine Schaltung mit einem Impulstransformator bekannt, in dessen Sekundärkreis in Reihe zum Lastwiderstand eine so gepolte Diode liegt, daß der Impulsstrom in Durchlaßrichtung der Diode fließt, diese also einen kleinen Widerstand hat, und daß der nach Beendigung eines Impulses beim Abbau des Magnetfeldes durch die Diode in entgegengesetzter Richtung fließende Strom einen so hohen Widerstand zu überwinden hat, daß die für den Entmagnetisierungsvorgang maßgebende Zeitkonstante klein genug ist, um die Entmagnetisierung des Transformators vor dem Einsetzen des nächsten Gleichspannungsimpulses zu beenden. Nachteilig dabei ist, daß die beim Beginn des Abbaues des Magnetfeldes in den Transformatorwicklungen induzierten Spannungen sehr viel höher sind als die zum Aufbau des Magnetfeldes dienende Spannung. Dies führt bei der Verwendung mechanischer Kontakte zur Impulsgabe zu starker Kontaktabnutzung; bei elektronischen Kontakten mit Schalttransistoren, wie sie bei sehr kurzen undrasch aufeinanderfolgenden Impulsen notwendig sind, besteht die Gefahr des Beschädigens des Schalttransistors. Dieser Nachteil steht in vielen Fällen der optimalen -Auslegung des Impulstransformators oder des Lastwiderstandes entgegen.The German Auslegeschrift 1 102 806 is a circuit with a pulse transformer known, in its secondary circuit in series with the load resistance a diode polarized in such a way that the pulse current flows in the forward direction of the diode, so this has a small resistance, and that after the termination of an impulse when the magnetic field is broken down through the diode flowing in the opposite direction Current has to overcome such a high resistance that it is necessary for the demagnetization process relevant time constant is small enough to demagnetize the transformer to end before the onset of the next DC voltage pulse. Disadvantageous is that at the beginning of the breakdown of the magnetic field in the transformer windings induced voltages are much higher than those used to build up the magnetic field serving tension. When using mechanical contacts, this leads to impulses excessive contact wear; for electronic contacts with switching transistors, as it is necessary for very short and rapidly successive pulses the risk of damaging the switching transistor. This disadvantage stands in many Cases of the optimal design of the pulse transformer or the load resistor opposite.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltung mit einem Impulstransformator anzugeben, dessen Magnetfeld ohne unzulässige Spannungsüberhöhung rasch abgebaut wer_len kann. Die erfindungsgemäße Schaltung ist dadu- -h gekennzeichnet, daß sie eine in Reihe zum Lastwiderstand liegende Zenerdiode enthält, die so gepolt ist, daß sie während der Dauer eines Impulses als normale Diode mit niedriger Schwellenspannung arbeitet und einen sehr kleinen Widerstandswert hat, nach dem Ende des Eingangsimpulses zunächst während stark ansteigender Induktionsspannungen in den Transformatorwicklungen bei hoher Schwellenspannung sperrt und beim Erreichen der Durchbruchsspannung leitend wird und ein weiteres Ansteigen der Induktionsspannungen verhindert.The object of the invention is therefore to provide a circuit with a pulse transformer indicate whose magnetic field is rapidly reduced without an inadmissible voltage increase who_len can. The circuit according to the invention is characterized by the fact that it contains a Zener diode in series with the load resistor, which is polarized in such a way that that during the duration of a pulse it acts as a normal diode with a low threshold voltage works and has a very small resistance value after the end of the input pulse initially during strongly increasing induction voltages in the transformer windings blocks at a high threshold voltage and conducts when the breakdown voltage is reached and a further increase in induction voltages is prevented.

Durch die deutsche Patentschrift 958 849 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der in Reihe zu einem Lastwiderstand ein nichtlinearer Widerstand liegt. Aufgabe und Wirkungsweise dieser Schaltung sind jedoch grundsätzlich anders als bei. der erfindungsgemäßen Schaltung. Die bei der Schaltung nach Patentschrift in Reihe zum Lastwiderstand und dem nichtlinearen Widerstand liegende Induktivität ist nicht Teil eines Impulstransformators, sondern wirkt als induktiver Schalter für Wechselstrom. Der Kern dieser Induktivität wird durch äußere Mittel so beeinflußt, dall er in einem Zustand unterhalb seiner magnetischen Sättigung, im anderen Zustand im Bereich der Sättigung oder in der Krümmung zwischen diesen beiden Bereichen liegt. Damit bildet die Induktivität im ersten Falle einen großen, im zweiten Falle einen kleinen Wechselstromwiderstand. Ein solcher induktiver Schalter ist beispielsweise durch die deutsche Patentschrift 628 432 bekannt. Beim Anlegen einer Wechselspannung an die Reihenschaltung von induktivem Schalter und Lastwiderstand fließt im zweiten Falle ein infolge der nichtlinearen Magnetisierungskennlinie stark verzerrter Wechselstrom mit kurzen Halbwellen großer Amplitude einer und mit langen Halbwellen kleiner Amplitude der anderen Polarität, im ersten Falle ein nahezu unverzerrter Wechselstrom. Durch das Einfügen des nichtlinearen Widerstandes mit einer symmetrisch zur Nullinie verlaufenden Kennlinie wird im ersten Falle der nahezu unverzerrte Wechselstrom stärker verzerrt, bleibt jedoch ein Wechselstrom mit etwa gleich großen Amplituden in beiden Halbwellen; im zweiten Fall dagegen überschreiten die kleinen Amplituden des stark verzerrten Wechselstromes nicht die Schwellenspannung des nichtlinearen Widerstandes und werden daher praktisch unterdrückt, während die großen Amplituden die Schwellenspannung übersc1lreiten und daher nur wenig &eschwächt werden. Das Ergebnis ist -ein Gleichstrom im Lastwiderstand. Es fließt also durch das Zusammenwirken eines induktiven Schalters und eines symmetrischen nichtlinearen Widerstandes in einem Stromkreis mit einer Wechselstromquelle und einem Lastwiderstand bei der einen Schalterstellung ein Gleichstrom, bei der anderen Schalterstellung ein Wechselstrom. In der Schaltungsanordnung noch der Patentschrift wird der Lastwiderstand durch ein gleichstromempfindliches und durch ein we,:#hsPlstromempfindliches Relais gebildet, von denen je nach der Schalterstellung entwededas eine oder das andere erregt wird. Wesentlich für die Wirkung der Schaltung ist die Symmetrie des nichtlinearen Widerstandes. ' Damit sind die Aufgabe und die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach der Patentschrift trotz Ähnlichkeiten im Ubersichtsstromlauf mit der erfindungsgemäßen Schaltung von deren Aufgabe und Wirkungsweise gr#;ndsätzlich verschieden. Wesentlich für das Wirken der Schaltung nach der Erfindung ist der unsymmetrische, nichtlineare Widerstand, der durch eine Antiparallelschaltung zweier Dioden mit sehr unterschiedlicher Schwellenspannung verwirklicht werden kann, an deren Stelle jedoch zweckmäßig eine Zenerdiode verwendet wird.A circuit arrangement is known from German patent specification 958 849 in which a non-linear resistor is connected in series with a load resistor. However, the task and mode of operation of this circuit are fundamentally different from those of. the circuit according to the invention. The inductance in series with the load resistance and the non-linear resistance in the circuit according to the patent specification is not part of a pulse transformer, but acts as an inductive switch for alternating current. The core of this inductance is influenced by external means in such a way that it lies below its magnetic saturation in one state, in the region of saturation in the other state or in the curvature between these two regions. The inductance thus forms a large alternating current resistance in the first case and a small alternating current resistance in the second case. Such an inductive switch is known from German patent specification 628 432, for example. When an alternating voltage is applied to the series circuit of inductive switch and load resistor, in the second case an alternating current with short half-waves of large amplitude of one polarity and long half-waves of small amplitude of the other polarity flows, which is strongly distorted due to the non-linear magnetization characteristic, in the first case an almost undistorted alternating current. By inserting the non-linear resistor with a characteristic curve running symmetrically to the zero line, the almost undistorted alternating current is more strongly distorted in the first case, but an alternating current remains with approximately the same amplitudes in both half-waves; in the second case, on the other hand, the small amplitudes of the strongly distorted alternating current do not exceed the threshold voltage of the nonlinear resistance and are therefore practically suppressed, while the large amplitudes exceed the threshold voltage and are therefore only slightly weakened. The result is a direct current in the load resistance. Due to the interaction of an inductive switch and a symmetrical non-linear resistor in a circuit with an alternating current source and a load resistor, a direct current flows in one switch position and an alternating current in the other switch position. In the circuit arrangement of the patent specification, the load resistance is formed by a direct-current-sensitive relay and a we,: # hsPlstrom-sensitive relay, of which either one or the other is excited depending on the switch position. The symmetry of the non-linear resistance is essential for the effectiveness of the circuit. Thus the task and the mode of operation of the circuit arrangement according to the patent specification are fundamentally different from its task and mode of operation, despite the similarities in the overview current flow with the circuit according to the invention. Essential for the operation of the circuit according to the invention is the asymmetrical, non-linear resistance, which can be realized by an anti-parallel connection of two diodes with very different threshold voltages, but a Zener diode is expediently used in its place.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Dazu dienen F i g. 1 und 2 nur zum besseren Verständnis bei der Erläuterung der vorliegenden Bediigungen; F i g. 3 zeigt eine Schaltungsanord=iung- gemäß der Erfindung und dem dazugehörigen Spannungsverlauf, F i g. 4 das Ersatzschaltbild der Anordnung nach Fig.3a.The invention is explained in more detail below with reference to drawings. F i g serve for this purpose. 1 and 2 only for better understanding when explaining the present conditions; F i g. 3 shows a circuit arrangement according to the invention and the associated voltage curve, F i g. 4 the equivalent circuit diagram of the arrangement according to Fig.3a.

Bei einer Anordnulg nach F i g. l a, bei der der Impulstransformator U auf der Primärseite von einem Impulsgenerator G mit konstantem Innenwiderstand Ri gespeist wird« ergibt sich am Lastwiderstand R ein Verlauf der Ausgangsspannung u2, wie er in F i g. 1 b über der Zeit t dargestellt ist. Der Verlauf der Ausgangsspannung u2 ergibt sich aus der Überlagerung zweier teilweise gestrichelt dargestellter Einschaltvorgänge e und -c, die zu den Zeitpunkten t = 0 bzw. t = t1 beginnen und gleiche Amplitude A, jedoch entgegengesetzte Polarität besitzen. Der Abfall a des Impulsdaches ist ebenso groß wie die negative Spannung zur Zeit t,.In an arrangement according to FIG. l a, where the pulse transformer U on the primary side from a pulse generator G with constant internal resistance Ri is fed «there is a curve of the output voltage at the load resistor R. u2, as shown in FIG. 1 b is shown over time t. The course of the output voltage u2 results from the superposition of two switch-on processes, some of which are shown in dashed lines e and -c, which begin at times t = 0 and t = t1 and have the same amplitude A, but have opposite polarity. The drop a of the pulse roof is as great as the negative voltage at time t ,.

Wird, wie in F i g. 2 a, ein Impuls über - einen Schalter T, z. B. einen Transistor, auf den Impulstransformator Ü gegeben, so kann man auf dessen Primärseite den Widerstand in erster Näherung vernachlässigen. Mit steigendem Magnetisierungsstrom steigt der Strom durch den Schalter T, der Impuls am Ausgang des Impulstransformators Ü besitzt praktisch keine Dachschräge, wie aus F i g. 2b hervorgeht, in der der Verlauf der Spannung ul am Ausgang des Impulstransformators dargestellt ist.As shown in FIG. 2 a, a pulse via - a switch T, z. B. a transistor, given to the pulse transformer Ü, so you can on it Primary side neglect the resistance as a first approximation. With increasing magnetizing current the current through the switch T increases, the pulse at the output of the pulse transformer Ü has practically no sloping ceiling, as shown in FIG. 2b shows in which the The course of the voltage ul at the output of the pulse transformer is shown.

Wird zum Zeitpunkt t, -der Schalter T geöffnet, d. h. der Transistor gesperrt, so :wird dessen Widerstand praktisch unendlich groß, so daß sich am Lastwiderstand R eine negative Spannung u2 einstellt, die nach der Gleichung abklingt. Hierbei bedeutet - mit U, = Primärspannung des Impulstransformators, L = Hauptinduktivität des Impulstransformators und @i = 1 = Ubersetzungsverhältnis des Impulstransformators.If the switch T is opened at time t 1, ie the transistor is blocked, its resistance becomes practically infinite, so that a negative voltage u2 is established at the load resistor R, which according to the equation subsides. Here means - with U, = primary voltage of the pulse transformer, L = main inductance of the pulse transformer and @i = 1 = transmission ratio of the pulse transformer.

Da der Impulstransformator Ü keine Gleichspannungskomponente .übertragen kann, gilt außerdem fUdt=0, so daß sich für die Spannungs-Zeit-Flächen F, und FZ ergibt F, = Ui . il-F2=U-a. Soll nun der Magnetisierungsstrom in jeder Impulspause bis auf Null abnehmen, damit sich der Arbeitsbereich auf der Magnetisierungskennlinie nicht bis in den Bercich der Sättigung verschiebt, und wird weiter vorausgesetzt, daß der Magnetisierungsstrom in einer Zeit, die gleich der dreifachen Zeitkonstante z ist, genügend gut abgeklungen ist, dann ergibt sich für ein Impuls-Pausen-Verhältnis von 1 : 1 die Bedingung FI=?Ul.. In vielen Fällen ist es schwierig, Lastwiderstand R; Zeitkonstante -c und Leistungsfähigkeit des Schalters T diesen_ Bedingungen anzupassen.Since the pulse transformer U cannot transmit any DC voltage components, fUdt = 0 also applies, so that F, = Ui results for the voltage-time areas F and FZ. il-F2 = Ua. If the magnetizing current is now to decrease to zero in every pulse pause, so that the working range on the magnetization curve does not shift into the saturation area, and it is also assumed that the magnetizing current is sufficiently good in a time equal to three times the time constant z has subsided, then for a pulse-pause ratio of 1: 1 the condition FI =? Ul .. In many cases it is difficult to measure load resistance R; Adapt the time constant -c and the performance of the switch T to these conditions.

Bei einer Anordnung gemäß der Erfindung nach F i g. 3 a ist es durch Einfügen einer Zenerdiode Z in eine Schaltungsanordnung nach F i g. 2a möglich, Impulse auch unter der Bedingung zu übertragen, daß fdr das Abklingen des Magnetisierungsstromes nur eine Zeit t2 zur Verfügung steht, die kleiner ist als die dreifache Zeitkonstante -c.In an arrangement according to the invention shown in FIG. 3 a it's through Insertion of a Zener diode Z into a circuit arrangement according to FIG. 2a possible, To transmit pulses also under the condition that fdr the decay of the magnetizing current only a time t2 is available that is less than three times the time constant -c.

Für die Durchbruchsspannang UZ der Zenerdiode Z gilt nämlich, wenn man für den Abschaltvorgang von der in F i g. 4 dargestellten vereinfachten Ersatzschaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ausgeht: mit i = Magnetisierungsstrom.For the breakdown voltage UZ of the Zener diode Z, the following applies if one of the in FIG. 4, the simplified equivalent circuit of the arrangement according to the invention is based on: with i = magnetizing current.

Setzt man in die Lösung dieser Differentialgleichung die Randbedingung für den Magnetisierungsstrom i ein, der im Augenblick des Abschaltens des Schalters T nach einer Impulsdauer t, der Bedingung gerügt und zu einem Zeitpunkt t., nach dem Abschalten Null sein soll, so ergibt sich: Der Verlauf der Spannung u2 auf der Sekundärseite des Impulstransformators U ist in Fi g. 3b in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt.If one inserts the boundary condition for the magnetizing current i into the solution of this differential equation, which at the moment the switch T is switched off after a pulse duration t, the condition reprimanded and at a point in time t., after the switch-off should be zero, this results in: The course of the voltage u2 on the secondary side of the pulse transformer U is shown in Fi g. 3b shown as a function of time t.

Man erkennt, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung der größte Teil der Spannung % nach dem Abschalten des Schalters T an der Zenerdiode 7 abfällt, während am Lastwiderstand R nur ein kleiner negativer Impuls auftritt, der beispielsweise für die schnelle Sperrung von Transistoren im Ausgangskreis des Impulstransformators Ü günstig sein kann.It can be seen that the majority of the arrangement according to the invention the voltage% drops after switching off the switch T at the Zener diode 7, while at the load resistor R only a small negative pulse occurs, for example for the fast blocking of transistors in the output circuit of the pulse transformer Ü can be cheap.

Die Schaltungmnordnung kann in einfacher Weise den fallweise vorliegenden Betriebsbedingungen, vor allem der Impulsfolgefrequenz und dem Tastverhältnis, d. h. im wesentlichen der Dauer der Impulspausen durch Wahl einer Zenerdiode mit einer diesen Verhältnissen entsprechenden Durchbruchsspannung angepaßt werden, so daß der Strom zum Entmagnetisieren des Kernes des Impulstransformators nach einer bestimmten Zeit, spätestens jedoch beim Eintreffen eines neuen Impulses, abgeklungen ist.The circuit arrangement can in a simple manner be the case at hand Operating conditions, especially the pulse repetition rate and the duty cycle, d. H. essentially the duration of the pulse pauses by choosing a Zener diode with a these conditions are adapted to the breakdown voltage, so that the current for demagnetizing the core of the pulse transformer after a certain Time has subsided, at the latest when a new impulse arrives.

Claims

Claim: Circuit arrangement for transferring the Elbe from one side Directed pulses with a pulse transformer, whose primary winding over the Emitter-collector path of a switching transistor controlled by pulses via the base with a direct current source and its secondary winding with a load resistor is connected, in which the magnetic stored in the transformer core by a pulse Energy before the arrival of the next pulse without a disturbing voltage increase is to be reduced, characterized by the fact that they are one in series with the load resistance (R) contains lying Zener diode (Z), which is polarized in such a way that it lasts of a pulse works as a normal low threshold voltage diode and one has a very small resistance value, initially during after the end of the input pulse strongly increasing induction voltages in the transformer windings at high The threshold voltage blocks and when the breakdown voltage (UZ) is reached, it is conductive and a further increase in induction voltages is prevented. Into consideration printed publications: German Patent No. 958 849; German interpretation document No. 1 102 806.