DE1945780A1 - Elektronische Vorrichtung zum Erzeugen eines sinusfoermigen Wechselstroms - Google Patents

Description

PHN.3^

Dr. Herbert 8. fa. I₁ ^Va/AvdV J.V. Philips' Öfoeilampenfabrieken, Eindf;ove/i

Ah. Na; ?**' Ζ⁶ 67 Anmeldune vorn <f S" 6 °7

"Elektronische Vorrichtung zum Erzeugen eines sinusförmigen Wechselstroms",

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Wechselstroms. Sie bezweckt, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der mit einem hohen Nutzeffekt ein sinusförmiger Wechselstrom mit einem kleinen Verzerrungsfaktor erzeugt werden kann, dessen Frequenz leicht durch Aenderung der Eigenfrequenz nur eines einzigen abgestimmten Kreises geändert werden kann und erwünschtenfalls einen sehr niedrigen Wert, z.B. 10 Hz, besitzt. Sie bezweckt ferner, eine kurzschlusssichere Vorrichtung zu schaffen, deren

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Ausgangsfrequenz von der Belastungsimpedanz nahezu unabhängig ist, ungeachtet der Tatsache, ob diese Belastung kapazitiv, ohmsch oder induktiv ist, wobei diese Vorrichtung bei Verwendung von Verstärkerelementen verhältnismässig geringer Leistung, insbesondere von Transistoren, eine verhältnismässig hohe Wechselstromleistung liefern kann.

Derartige Vorrichtungen können z.B.als Weck- oder Rufspannungsgeneratoren in Fernsprechanlagen, als Komraando-. generatoren in Niederfrequenz-Fernbedienungsanlagen oder zum Speisen von elektrischen Motoren, z.B. Synchronmotoren, mit einem Strom verwendet werden, der eine gewünschte,z.B. einstellbare, Frequenz besitzt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Impulsgenerator enthält mit einer festen, in bezug auf die Frequenz des zu erzeugenden Wechselstroms hohen Frequenz und mit einer veränderlichen Impulsbreite, einen Schaltverstärker, der die von diesem Generator erzeugten Impulse verstärkt, einen Tiefpass, an f die Ausgangsklemmen dieses Verstärkers .angeschlossen ist, und über den der zu erzeugende Wechselstrom den Ausgangsklemmen der Vorrichtung zugeführt werden-kann, und einen auf die Frequenz des zu erzeugenden Wechselstroms abgestimmten Kreis, über den der Generator von der Ausgangs spannung des Tiefpasses •in der Impulsbreite moduliert wird.

Durch Verwendung eines Schaltverstärkers oder Klasse-D-Verstärkers wird sin hoher Nutzeffekt erzielt} ausserdem kann mit Verstärkerelementen verhältnismässig

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geringer Leistung eine erhebliche Wechselstromausgangsleistung erzeugt werden, während die Frequenz dieses Wechselstroms leicht und lediglich durch Aenderung der Eigenfrequenz des einzigen abgestimmten Kreises geändert werden kann, solange diese Frequenz erheblich, z.B. acht mal, niedriger als die des Impulsgenerators bleibt.

Ein kleiner Verzerrungsfaktor des erzeugten Wechselstroms kann leicht durch eine gegebenenfalls selbsttätige Symmetrierung des Impulsgenerators, durch Begrenzung der Modulationsspannung und oder durch eine geeignete Gegenkopplung erreicht werden, während die Vorrichtung leicht kurzschlussicher gemacht werden kann, indem die Ausgangsspannung des Tiefpasses von den Ausgangsklemmen der Vorrichtung dem abgestimmten Kreis zugeführt wird: Bei Kurzschluss dieser Ausgangsklemmen, oder sogar schon bei starker Uoborlastung, wird dann die Modulation des Impulsgenerators und somit auch die Erzeugung eines sinusförmigen Wechselstroms unterdrückt.

Nachstehend werden einige Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 und 3 Spannungs-Zeit-Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise dieser Vorrichtung, und

Fig. ^ das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform.

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Die in Fig. 1 im Schaltschema dargestellte Ausführung s form ist völlig transistorisiert und mit ihr kann mit einem verhältnismässig hohen Nutzeffekt ein sinusförmiger elektrischer Wechselstrom verhältnismässig hoher Leistung mit einer niedrigen Frequenz erzeugt werden. Diese Vorrichtung enthält:

Einen Impulsgenerator A zum Erzeugen von Impulsen mit einer festen, bezogen auf die Frequenz des zu erzeugenden Wechselstroms von z.B. 30 Hz hohen Frequenz von z.B. 25 kHz, und mit einer veränderlichen Impulsbreite;

Einen Schaltverstärker B, der die vom Generator A erzeugten Impulse· verstärkt;

Einen Tiefpass C, der an die Ausgangsklemmen des Verstärkers B angeschlossen ist und über den der zu erzeugende Wechselstrom den Ausgangsklemmen D zugeführt werden kann; und

Einen auf die Frequenz des zu erzeugenden Wechselstroms abgestimmten Kreis E, über den der Generator A von der Ausgangsspannung des Tiefpasses C j.n der Impulsbreite moduliert wird.

Der Impulsgenerator A enthält einen Millerintegrator mit einem npn-Transistor 1 vom Typ 2N 2219 und einem zwischen seiner Basis und seinem Kollektor eingeschalteten Kondensator 2. Dieser Integrator bestimmt die Betriebsfrequenz des Impulsgenerators A. Der Kondensator 2 von z.B. 47OO pF wird abwechselnd von der positiven Spannung .von z.B. 3h V der Speisequelle 3 über das RC-Entkopplungs—

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netzwerk 4,5 von 1 kiL und 0,1 /uF und den Kollektorwiderstand 6 von 33 kiL aufgeladen und über die Kollektor-Emitter—Strecke des Transistors I und einen Emitterwiderstand 7 von 47Si entladen, während das mittlere Potential der Basis des Transistor 1 durch einen Widerstand 8 von 10 kXL, über den diese Basis geerdet ist, und durch die Stellung der Anzapfung eines Potentiometers 9 von 20 kiL bestimmt wird, das zu dem Kondensator 5 parallel geschaltet ist, indem diese Anzapfung mit dieser Basis mittels eines Widerstandes 10 von 220 k Λ. verbunden ist.

Der Kollektor des Transistors 1 ist mit der Basis eines pnp-Transistors 11 vom Typ 2N 2904 über einen Widerstand το von 1,2 k'-fL verbunden. Der Emitter dieses Verstärkertransistors ist mit der Anzapfung eines an der Quelle 3 liegenden Spannungsteilers mit Widerständen 13 und 14 von je 3 kJTL verbunden, und er ist ausserdem in bezug auf die positive Klemme der Quelle 3 mittels eines Elektrolytkondensators 15 von 125/uF entkoppelt..Der Kollektor des Transistors 11 ist über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 16 und 17 von je 1,2 kXL geerdet, von denen der erste durch einen Kondensator 18 von 0,1 /uF überbrückt ist, während der Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände mit der Basis eines zweiten npn-Verstärkertransistors 19 vom Typ 2N 930 verbunden ist.

Der Emitter des Transistors 19 ist geerdet, und sein Kollektor liegt an der positiven Klemme der Quelle 3 über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 20 und 21 von

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-ό- PUM. Vi'.¹'

2,7 kJL bzw. 68θΛ- · er ist unmittelbar' mit den lifisi..-;. Elektroden y-.veior Lo ί κ tungs Ir.iii.s is torcii 22 und '.''I vom πμιι-Ty ρ BFY hh hy,w. vom pnp-Typ 2N 2')()h vorburitioii, el i <> in einer" oinsoit ißon Gegentak (,verstärker« tufo 1 i egori. I) i ο Einittor-Ktektrodeii der Trans i s toron 22 und 23 sind, ebenso wie ihn; Basis-Eloktroden, unmittelbar mi to inander verbundnn, während ihre Kollektor-Elektroden unmittelbar mit der positiven" Klemme der Quelle 3 bzw. mit Erde verbunden sind.

Die Emitter-ELektroden der Transistoren 22 und 23 sind wieder direkt mit den Basis-ELektroden zweier weiterer Leistungstransistoren 2k und 25 vom npn-Typ BFY Hk bzw. vom pnp-Typ 2N 2°04 verbunden, die in einer zweiten einseitigen Gegentaktverstärkerstufe liegen. Eine Diode 26 vom Typ BZX 78 ist in Vorwärtsrichtung zwischen die Emitter der Transistoren 2h und 2^r) geschaltet, während in "Sperrichtung geschaltete Dioden 27 und 28 vom Typ BZX 78 die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecko des Transistors 2h und einer Diode 26 einerseits und die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 25 andererseits überbrücken.

Der Ausgangskreis des Impulsgenerators A, der aus einem Trennkondensator 29 in Reihe mit der Primärwicklung 30 eines Ausgangstransformators 31 Desteht, ist zwischen dem Verbindungspünkt der Dioden 2.6, 27 und 28 und des Emitters •des Transistors 25 und Erde eingeschaltet, während die Quelle 3 noch durch einen Elektrolytkondensator 32 von 800,uF überbrückt ist.

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Ιπι Impulsgenerator A werden durch oim-u Kückkopp 1 uiigsk re i s Srliwi ndungen auf'roeh ((M'lia I Lon ; und diesel Rückkopp 1 imgskrois besteht aus einem W iders taiid ')''> voti ^r)dO kjTL , "tlor '/.wischen dom Emitter dos Transistors '-'3 und dor Hasis dos Traiisi η tor» 1 eingeschaltet ist; die* i f-1. der Tatsache zu/iischroi hon, dass auch infolge der· integrierenden Wirkung der Eingangsstufe und der stark differenzierenden Wirkung der letzton drei Stufen dor Rückkopp 1ung^- krois einen positiven Rückkopp lungsoJTokt hat, und dass ti ic Verstärkung über die ununterbrochene Schieife grössc-rals 1 ist.

Wenn κ.B. angenommen wird, dass der Transistor .'J¹I bei gesperrtem Transistor 25 eben leitend geworden ist, vinl der Dasisstrom des Transistors 1 durch den x.u diesel· Ha.sis und zum Widerstand 8 von der positiven Klemme der Quelle'] her und durch ύοι\ Transistor 2h und den Widerstand Ti I¹I LcssiMnlcn Strom erhöht. Dadurch nimmt die Spannung an der KoIlektor-Emitter-Strecke des Transistors mit einer durch die Rückkopplung mittels des Kondensators 2 bestimmten Trägheit ab. Zu dem Zeitpunkt, an dem .die Spannung am Kol loktor (U;.s Transistors 1 die Spannung an der Anzapfung dos Spannungsteilers 13» 1 ^* unterschreitet, wird dem Transistor 11 über den Widerstand 12 ein Vorwärts-Basisstrom zugeführt, und dieser Transistor wird leitend. Dadurch wird auch der Transistor 19 leitend gemacht, und an die Basis dos Transistors 23 wird eine Vorwärtsspannung gelegt, so dass die Transistoren 23 und 25 gut leitend und die Transistoren Ί'2 und 2·'» gesperrt werden.

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-H- PUN. Ί<Ή><>

Die Basis des Transistors 1 liegt nun über don Widerstand T) und den Transistor 2^r> an Jirdo, so dass die. Spannung am Kolioktox* dieses Transistor's wiodor mit dor g] OiC-I₁OiI Träghei t zunimmt, mit der sie vorher abnahm. Z,u dom Zeitpunkt, an dem diese Spannung wiodor rl i ο Spannungan der Anzapfung dos Spannungsteilers 13»1Ί üborschroitot, wird der Transistor 11 und worden somit auch der Transistor 1S' und die Transistoren 23 und 25 wieder gesperrt, während die Transistoren 22 und 2k wieder gut leitend gemacht werden. Am Ko lick toi· ties Transistors 1 tritt also ο i no Sägezahnspannung V ₁ der auf der ersten Zeile dar Fig. 2 dargestellten Form auf, während die Ausgangsspannung am Emitter des Transistors 25 eine Sperrspannung V „_ der auf der zweiten ZoiJe dieser Figure dargestellten Form ist.

IC in Kondensator 3k von 0,5 /UF ist '/,wischen (lon Emitter dos Transistors 25 und die Anzapfung am Kollektorwiderstarul 20,21 des Transistors 19 geschaltet. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Transistoren 11 und 19 gesperrt und die Transistoren 22 und 2k leitend werden, ändert sich das Potential der mit dem Emitter des Transistors 25 verbundenen Elektrode dieses Kondensators plötzlich von O auf +3^ V, so dass das Potential seiner anderen mit der Anzapfung am Spannungsteiler 20,21 verbundenen Elektrode erheblich grosser als +3k V und nahezu gleich +50 V wird. Solange die Transistoren 11 und 19 gesperrt und die Transistoren 22 und 2k leitend bleiben, entlädt sich dieser Kondensator und liefert dabei den Basisstrom für den Transistor 22, so dass letzterer

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völlig leitoml w t rd und bleibt, was boi oiner über einen •verhäXtnismäsKLg hohen Widerstand zugeführten Vorwärtsbaaiss|intinui){',· von nur Vl V nicht der Kali wäre, wo i 1 dor Transistor 22 a Is Kmittorfolgor und a I ho mit oinor starken Gegenkopplung wirkt: der- Spannungsabfall an diesem Transistor bezüglich des Spannungsabfalls am Transistor 2h würde das Produkt seines Basisstroms I, ,,,, und des Kollektorwi derstandes R₀ +R₀ des Transistors 19 etwas überschreiten, während - je nach der Belastung - die Verlustleistung im Transistor 2k und gegebenenfalls auch im Transistor 22 den zulässigen Wert übersteigen würde.

Andererseits kann der Kollektorwiderstand des Transistors 19 nicht erheblich herabgesetzt werden, weil sonst die Verlustleistung im Transistor während seiner leitenden Perioden zu gross werden würde. Der Queilenwiderstand der Steuerstufe- mit dem Transistor 19 wird also künstlich mittels des -Kondensators 3^ herabgesetzt, wobei die Verlustleistung im Widerstand 21 dadurch vormieden worden kann, dass dieser Widerstand durch eine Induktanz oder durch eine in Vorwärtsrichtung geschaltete Diode ersetzt wird.

Der Impulsgenerator A ist noch mit einem zweiten regenerativen Rückkopplungskreis in Form eines zwischen den Emittern der Transistoren 22 und 23 und der Basis des Transistors 11 der ersten Verstärkerstufe eingeschalteten Widerstandes 35 von 560 k-il versehen. Diese Rückkopplung bewirkt eine Verbesserung der Flankensteilheit der vom Generator erzeugten Rechteckimpulse (zweite Zeile der Fig. 2), so dass

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wenigstens die Vers tärkers tufon mit <l<>n Τγϊιιι.ι i .-. ι oicn '·'', .'') und L''l , .\"i π I ,s rue 1 ! t» ScIm I tvor.stärkor.s Ι,ιιΓοιι wirken.

Der Schaltverstärker B ist eine Ausgangsverstärkerstufe mit vier Gruppen aus je zwei npn-Transistoron, z.B. vom Typ Γ2Ν 3716, die in eine zweifache einseitige Gpj^eriliikl stufe aufgenommen Hind, wobei jeweils zwei Gruppen miteinander in Reihe geschaltet sind und sämtliche Gruppen von einer gemeinsamen Gleichspannungsspeisequelle 3' von 50 V gespeist werden. Die Kollektor-Emitter-Strecken der beiden Transistoren, z.B. ^O und 40', jeder Gruppe sind zueinander parallel und mit dem gemeinsamen Emitterkopplungswiderstand, z.B. hh, von 0,1 -TL in Reihe geschaltet. Eine Diode, z.B. 48, vom Typ BAX 78i ist in Sperrichtung parallel zu jeder dieser Reihenschaltungen, z.B. 4o + 4o* und 44, angeordnet.

Die Basis-Elektrode jedes Transistors jeder Gruppe ist mit einem Ende einer, entsprechenden SekundärwirkTung, z.B. 30 des Transformators 31» über einen Widerstand, z.B. 52 bzw. 52' von 3i3 XL » verbunden, der durch einen Kondensator, z.B. 53t 53*' von 1 /uF, überbrückt ist. Die Wicklungssinne der Sekundärwicklungen 36,37f38 und 39 des Transformators 31 für die verschiedenen Gruppen von Transistoren sind derart gewählt, dass die mit der positiven Klemme der Quelle 3¹ verbundenen Transistoren, z.B. 40 und 40^f,"einer Reihenschaltung zweier Gruppen ('10,4O¹ und 41,41') und die geerdeten Transistoren 43 und 43' der anderen Reihenschaltung zweier Gruppen (42,42· und 43,43») gleichzeitig leitend gemacht bzw. gesperrt werden, während das andere Ende jeder

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ciei· Wicklungen 3-» - 3 ^ mit dem von dom Emittern dor Transistoren der entsprechenden Gruppe abgekehrten Ende des Emitterwiderstandes, z.B. kh_t dieser Gruppe verbunden ist.

Ebenso wie die Quelle 3 ist auch die' Quelle 3¹ durch einen Elektrolytkondensator.32· von 800 /uF überbrückt.

Dip Primärwicklung 61 eines Ausgangstransformators 62 ist zwischen den respektiven Verbindungspunkten der beiden Gruppen jeder Reihenanordnung zweier Transistorgruppen eingeschaltet, so dass die Spannung der Quelle 3' abwechselnd in einer und in der anderen Richtung an diese Wicklung über die Transistorgruppen ^O,^O¹ und 43,^3' bzw. über die anderen Transistorgruppen h'\,k'\^t und ^2,^2' angelegt wird.

Der Tiefpass C wird durch den an der Sekundärwicklung 63 des Transformators 62 angeordneten Kondensator 6** von k, 7 /uF und durch die Streuinduktanz dieses Transformators gebildet.

Die Ausgangsklemmen D der Vorrichtung sind unmittelbar mit den Elektroden des Kondensators dh verbunden, wobei eine dieser Klemmen auch direkt an Erde liegt.

Der abgestimmte Kreis E besteht wieder aus einem Kondensator 65 von 2,5 /uF und aus der Induktanz eines Transformators 67, an dessen Primärwicklung 66 dieser Kondensator angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung 68 diesos Transformators ist, ebenso wie seine Primärwicklung 66, einseitig geerdet und durch ein Potentiometer 69 überbrückt, dessen Anzapfung mit der Basis des Transistors 1 über die Reihenschaltung eines Kondensators 70 von 2,5/uF und eines

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Widerstandes 71 von 10 k S\ verbunden ist. Sciiliossl ich ist eine Anzapfung der Primärwicklung 66 über einen Widerstand J2 von 2,h k XL und einen Ein-Aue-Sehn I tor 73 mit dor nicht geerdeten Klemme D verbunden.

Im ausgeschalteten Zustand des Schalters 73 wird die vom Generator A erzeugte Rechteckspannung vom Schaltverstärker B verstärkt und an die Primärwicklung 6.1 des Ausgangstransformators 62 angelegt. Der Tiefpass C unterdrückt sämtliche oberen Harmonischen dieser Rechteckspannung, die oberhalb einer Grundfrequenz von z.B. 25 kHz liegen, und lässt nur einen sehr geringen Teil der Grundfrequenz dieser Rechteckspannung mit einer effektiven Amplitude von z.B» O₅13 V zu den Ausgangsklemmen D durch. Dabei wird angenommen, dass die positiven Spitzen der Rechteckspannung dieselbe Zeitdauer wie ihre negativen Spitzen haben. Dieses Verhältnis kann mittels des Potentiometers 9 durch Aenderung des mittleren Potentials der Basis des Transistors 1 eingestellt werden, während die Reihendiodo 26 die Gleichheit der positiven und der negativen Teile der erzeugten Impulse verbessert und also eine durch ungleiche Restspannungen an den Transistoren 24 und 25 herbeigeführte Gleichstromkomponente des Ausgangssignals herabsetzt. Wenn diese Impulsspannung nicht völlig symmetrisch ist, fliesst ein Gleichstrom durch die Primärwicklung 61 des Transformators 62, wodurch der Nutzeffekt der Vorrichtung herabgesetzt und eine Verzerrung herbeigeführt wird, indem die Aussteuerbarkeit des Verstärkers in einer Richtung beeinträchtigt wird.

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Wird nun der Schalter 73 in den e i ri^o.sclin I to t.< >n Zustand gebracht, ho wird, über diesen Schul Um· utirl rl<;n Widerstand 7·-» dor abgestimmte Kreis E mit der· schwach welligen Spannung an die Ausgangsklemmen I) angoschl os.scn. .Es wird somit eine zunäphst sehr kleine Wechselspannung mit der Eigenfrequenz von z.B. 30 Hv. dieses Kreise« an der Wicklung 66 und also auch an der Sekundärwicklung 68 des Transformators 67 erzeugt. Ueber das Potentiometer 69, den Kondensator 70 und den Widerstand 71 wird ein einstellbarer Teil dieser Niederfrequenzspannung der Basis des Transistors 1 zugeführt, wo sie eine periodische Änderung des Arbeitspunkt.es dieses Transistors und somit eine Impulsbreitemodulation der vom Impulsgenerator A erzeugten Impulse bewirkt. Wenn die Wicklung 63 mit der richtigen Polarität angeschlossen ist und die Gesamtverstärkung über die Schleife die den Impulsgenerator A, den Schaltverstärker B, das Filter C_r den Widerstand 72, den abgestimmten Kreis^E, den Transformator 67, das Potentiometer 69» den Kondensator'70 und den Widerstand 71 enthält, bei der eingestellten Frequenz (50 Hz) grosser als 1 ist, wird die Modulation aufgeschaukelt und erreicht bei einer zweckmässsigen Einstellung sogar einen Wert von 100 $. An den Ausgangsklemmen D erscheint dann eine Wechselspannung V_n mit der gewählten Frequenz (50 Hz) und mit einer effektiven Amplitude in der Grössenordnung von ko V (erste Zeile der Fig. 3)· Diese Wechselspannung ist stark verzerrt, und ihre rechteckähnliche Form deutet auf eine Uebersteuerung durch die Modular ion

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- lh- ΡΗ\.'ί·Ί<»'ί

oder auf eine Ubermodu Laeion. Diese Verzerrung wird gröüstfiiteils durch Begrenzung dor Modulationssparinung mittels zweier, der Sekundärwicklung 6H gogonsiiinii; [>;i πι 1 I el geschalteter Dioden 7'» und 73 vom Typ ΟΛ .'.'<).'.' bcsc i l i t; f., <l i c die Sch Lo i t'oiiver.stärkung beim Lei tciidwordcn auf weniger a ] .· 1 herabsetzen.

Die durch diese Massnahme verbesserte Ausgangs-

spannung V_n ¹ ist auf der zweiten Zeile der Fig. 3 dargestellt. Sie enthält noch einen erheblichen Gehalt.an höheren ungeraden Harmonischen, die jedoch mittels einer Gegenkopplung zwischen den Ausgangsklemmen D und dem Transistor 1 nahezu völlig beseitigt werden können, wie die Kurve V ''auf der dritten Zeile der Fig» 3 zeigt. Diese Gegenkopplung wird durch einen Widerstand 76 von 1 k .0- bewirkt, der durch einen zwischen der nicht-geerdeten Ausgangsklemme D und dem Emitter des Transistors 1 eingeschalteten Kondensator 77 von 0,2 /uF überbrückt ist.

Die beschriebene Vorrichtung weist die folgenden Vorteile aufί

1. Sie eignet sich vorzüglich zum Erzeugen einer Wechselspannung niedriger Frequenz, z.B. 10 Hz oder weniger; sie kann aber auch eine Wechselspannung höherer, aber um etwa eine Grössenordnung niedrigerer Frequenz als die der vom Impulsgenerator A erzeugten Impulse, z.B. eine Wechselspannung von 3000 Hz bei einer Impulsfrequenz von 25 kHz, erzeugen. Die Transformatoren 31, 62 und 67 sollen der niedrigsten

zu erzeugenden Frequenz angepasst werden, wobei höhere

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i'H\. Vif."i

ί !\>ίΐιι·>»ζι>ιι cJi-nii olsno woi Ιι·!-ιή fi;;rt-ii Aoiidoruij/j dot Kii',f»n-Ii Oi]UcI)Z ih'.s abgosl i inmt.eMi K et» i hch IO ιίίί· i «Ίι I wordt-ii können. .'.'. Die Frequenz der er/.(>ugt(jii AusgangsHpfmnurig wird durch die Belastung und/odor die Art der Belastung (kapazitiv, ohmsch oder induktiv) nahezu nicht beeinflusst. 3. Infolge der angewandten Gegenkopplung ist dor Innenwiderstand der Vorrichtung sehr niedrig^ so dans die Ausgangsspannung sich bei BeJasi-ur^säiuIorungon mir in ?',<«- ringem Masse ändert.

''4. Die Erzeugung von Ausgangs spannungen kansi sehr leicht durch Oeffnen und Schliessen des Schalters 73 unterbrochen und/oder wieder gestartet werden, wobei die Eintmd Ausschwingzeiten in der Grössenordnung von 10 bzw. 15 Perioden der Ausgangsspannung liegen.

5. Die Vorrichtung ist kurzschlussicher: bei Überlastung der Ausgangsklemmen D wird die Modulation und somit die jrrzeugung einer Niederfreqnenzspannung sofort unterdrückt , wonach sie wieder automatisch einschwingt, sobald dio überlastung oder- dor Kurzschluss behoben ist. b. Die Frequenz der vom Impulsgenerator A erzeugten Schaltimpulse kann derart hoch gewählt werden, dass die Vorrichtung keinen störenden Schall hervorruft.

7. Die Ausgangswechselspannung wird auch durch Speisespannungsänderungen nur in geringen Masse beeinflusst.

8. Der Nutzeffekt der Schaltverstärker ist grundsätzlich sehr hoch, so dass bei genügender Flankensteilheit der Schaltimpulse und je nach dem verwendeten Ausgangs-

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-Κ — PHN.'J¹KO

transformator die Ausgangsstufe mit ο niem hohen Nu Ικο ί Tok ι , ·/. .Ii. HO %, a rhi· ί Ι(·ιι kaiiir.

WtMHi geeignete Lo i s tungK t. raiifi i s tor<M-i mil. einem genügend holuMi KoI I ok I -or-Ha η i s-S't romvor.s Uirkiin/¹;.'-. i'nk in r {','ego I >o ι UMi ("a I Is Howolil vom iipn — wir» auch vom ριιρ-Typ y.iit' ■ Verfügung stehen, wird ,jodo Trails i. κ torgruppo, z.H. ko und JiO¹, durch einen einzigen Transistor ersetzt, und es wird gegebenenfalls die Kopplung zwischen der Endstufe und der Stufe mit den Transistoren 2k und 2 3 ebenso wie die Kopplung zwischen der Letzterwähnten Stufe und der zweiletzten Stufe des Impuisgenerators A mit den Transistoren 22 und 23 ausgebildet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Basisstrom jedes I,f· i η turiffs transistors d<»t· Au.sgaiigsstufo dann auch durch dio Belastung fliesst, wodurch eine Erhöhung des Nutzeffekts erhalten wird. Dabei kann der Stouertransformator 31 mit allen Basiswiderständen und Kondensatoren der Ausgangsstufe weggelassen werden, während die Primärwicklung 6 1 (lo,s Ausgangs I. raus forma tor.s (>'.! ebenso wie el i es Primärwicklung 30 des Transformators 31 des beschriebenen Ausführungsbeispiels angeschlossen werden kann.

Mit einer praktischen Ausführungsform dex* beschriebenen Vorrichtung wurde eine Ausgangsspannung von 50 Hz erzeugt. Bei einer von 27 W auf Tk ¥ erhöhten ohmschen Belastung nahm die abgegebene Spannung von 36» 2 auf '}k , H V und die Frequenz von 50,5 auf 50,3 Hz ab, während der Nutzeffekt der Ausgangsstufe von 68,5 $ auf 79 $ anstieg. Bei einer von 16 W auf 58 W erhöhten induktiven Belastung (durch

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-17- ' PlIN.'jΊ69

pa να 1 I ο I {·;«>««*. ha I t.o I e kleine Sy nch roinndi I.ο ren ) nahm il i e abiicgobeiio Spannung von Ή>,Η V auf 'J¹},«'-' V ΊιικΙ die Ι· ι <><\\u-u/ von ^r)O, ^r) aiii" Ί⁽>,5 Hz ah, während dor· Nutzeffekt der Λη.-»/>·ι n,·· stufe von 51 ι ^r) '$ aul' 6(>, ^r) 'f> anstieg.

Bei Änderung der Spannung der Speisequelle 'J¹ von 43 auf 5k V (+,'26 $) änderte sich die abgegebene Spannung nur um +() % von 36 auf 38,3 V „_. Dabei waren die Schal tverl 11.-. t e

el ι

in den Transistoren der Ausgangsstufe gleich *3 W und die Verluste im Ausgangstransformator 62 auch gleich 5 W. Insbesondere die letzteren Verluste können erheblich hcrabgosotν ι werden.

Das zweite Ausführungsbeispiel, dessen Schaltbild in Fig. 4 dargestellt ist, ist ein Rufstromgenerator für eine Fernsprechanlage. Die letzte Stufe seines Impulsgenerators A mit Transistoren 24' und 25' wirkt zugleich als Ausgangsschaltverstärkerstüfe B der Vorrichtung. Da ein entsprechender Transistor vom pnp-Typ nicht zur Verfügung steht, wird diese Stufe mit zwei npn-Transistoren vom Typ .'2N 'j'i16 bestückt, wobei der Transistor 24· mit "geerdetem" Kolloktor und der Transistor 27' mit "geerdetem" Emitter betrieben wird. Die Transistoren 22 und 23 der vorgeschalteten Steuerstufe werden gleichfalls mit "geerdetem" Kollektor bzw. mit "geerdetem" Emitter betrieben, wobei der Emitter des Transistors 22 unmittelbar mit der Basis des Transistors 24· und über einen Widerstand 80 von z.B. 68Si, mit dem Verbindungspunkt der Dioden 27 und 28 verbunden ist, während der Emitter des Transistors 23 nur an diesen Verbindungspuiikt

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-IH- pi I \. Vm.'

über einem Widerstand 81 von lO-CLangeschlosson und soiu KoI loktor direkt mi t, dpr Has is dos Trans i s Lorn 'i">^% 1111 < 1 i'ihci e ine.n Widerstand 8<? von 08-vi. mit oiner ncfjii l i von Speiseleitung 8') von -h& V verbunden i .s L. Die Kmittor dt>r- Transi.sloron 2h' und .'25' sind wieder an den erwähnten Vor b i ndiin.. · punkt bzw. an ilio Speiseleitung 83 über Widerstände Hh h/v. 85 von je 0,5-¹^ angeschlossen.

Die einzige Speisequelle 3¹ von ^8 V ist einheit iV goerdet, und ihre negative Klemme ist mit dor Speiso 1 οi ( im/. 83 über eine Drosselspule 86 von 0,h H verbunden. Diesi· Leitung liegt über die Reihenschaltung zweier Elektrolyikondensatoren 29 und 29^{1 von} J^e ^⁰⁰ /^u^ ^und über die Roihonschaltung zweier weiterer Elektrolytkondensatoren '}2 und 'Vi' an Erde, Die Kondensatoren 29 und 29' erfüllen die glojcli«· Punktion wie 4βί Kondensator 29 der Fig. 1: zusamme^) mir. 1I01 Primärwicklung (x\ des Trans format or «62 bilden sie «ion Au.sgangskreis der nach dem Schaltmodus wirkenden ein.se it igen Gegentaktverstärkerausgangsstufe mit den Transistoren 'lh ' und 25¹· Ihr Vorbindungspunkt ist mit dem der KuiidonHator'eii 32 und 32· über einen Widerstand 89 von 10 SL verbunden.

Die Sekundärwicklung 63,63· des Transformator* o.V ist aufgetrennt j, wobei di© ©iienaals ißifceinander verbundenen Wicklungsenden einerseits geerdet und andererseits mit der ■Leitung 83 verbunden sind» so dass die Spannung an den Ausgangsklemmen-D normalerweise in bezug auf die an diese Klemmen angeschlossene Fernsprechleitung symmetrisch ist» Die Gegenkopplung zwischen diesen Klemmen D und dem Transistor 1 der Integrator stufe ist daher auch symmetrisch aushob i Ldr· ι ,

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- 19- l'ilN.V ι-'ι

und •war so, dass die obere Aus/';angsk 1 oiriiiio U πι i I der liasi«- die« se».** Ί i'.'iii^i ;.l or.s über t» t tic*n Trenne I ok I ro I ν I kundoii.^a I ο t '<' ι von rt ul'"_t tMiuMi durch onion Kondonsa t or 77' von u,l)h~i .ui· ühe«rbrüok ton Widerstand /(>' von 33 k ^L und don W i dor.-i-aml H von 10 k*u gokoppe It ist.

Wo itoiO kleine« Unterseil i odo im Vorfiloioh zu dom prsten AusiMilirutifisbo i sp i ο I {jeniäss F if¹;. 1 Ijoh Lotion darin,

dass oin Widerstand 88 von 22 SL zwischen dem KoI lokl-or tlos Transistors \^l) und den Basis-Elektrodon dor Transistoren 22 und 23 eingeschaltet ist, und dass die FlankensLoi 1 hol t.

der vom Impulsgenerator A erzeugten Schal timpul so noch woitor dadurch verbessert wird, dass der Rückkopplunftswidorstand ')~i nur einen Wert von 330 k.M-' hat. Forner werden die Werte einiger Schaltungselemente, u.a. zur Anpassung der Schal Lungsanordnung an die gemeinsame Spoisequelle 3' von Ί8 V geändert So hat der Widerstand 16 einen Wort von 1,8 kit, dor V/idorstand 17 oiiioti Wert von 510 SL und dio Widerstände '.'() und 'M einen Wort von je '(,7 k vL . Der Widerstand 7^ bat oinon WojM von 1(> k ^, dop Widerstand 72 (»inen Wer·! von h ,"/ k.\L, d(^%i Kondensator d!3 einen Wei-t von 1,8^uF i'ür eine Ausbauesfrequenz von 30 Hz, während das Potentiometer 6⁽_>, ebenso wie die Diode 20, weggelassoxi ist und auch das Gegonkopp I ιιιψ,;-,— netzwerk 7",77 aus einem Widerstand von 33 k ^L und einem Kondensator von 0,0^7/UF besteht.

Der Transistor 1 ist in diesem Falle vom Typ 2N 930, die Transistoren 11 und 23 sind vom Typ 2N 2"-0¹I A und die Transistoren 19 und 22 vom Typ 170 BSY, während die Begrenzerdioderi Th und 75 vom Typ BAX 13 sind.

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BAD ORlGiNAL.

-20- PlIN.'jW-

per wOHOii 1.1 i clic· Unterseil ί e<) fu'.s l.eh I. d.ilier <J.uin, da.^s die Vorrichtung nach Fig·, h noch eine (11 e ί .rim i roiiif';o^en koppl ungfsHohl e i Po mit oinor in Ijozii/; mi P die Peri o<lo do.s y.u erzeugenden Wechne I ntroin.s gro.sscn Zo i tkoristaritc zur automat ischoii symmetrischen Ein.sto 1 lurift des Jmpul .sfjiiiioratofK enthält. Dicao Schleife ersetzt also das Potentiometer- 9 und den Trennwiderstand 10 der Fig. 1. Sie enthält einon weiteren Transistor 91 vom Typ BCY 70, dessen Emitter tibor einen Widorstnnd 'JO von 100 JiL an den Verbindungspunkt der AuHgangskondcnsatoren 2'J und 29' angeschlossen ist, während seine Basis an der Anzapfung eines Spannungsteilers liegt, der aus einem Widerstand 92 von 16 k-iLund einem Widerstand 93 von 13 k-iLbesteht, die in Reihe zwischen Erde und der Speiseleitung 83 liegen. Eine Diode ¹Jh vom Typ BAX 13 ist zwischen dem Emitter und der Basis dos Transistors 91 eingeschaltet und verhindert, dass seine Basis in bezug auf seinen Emitter stärker positiv wird, als zum Sperren des Transistors erforderlich ist. Ein erster integrierender ) Kondensator 95 von 2,2/UF ist zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 91 eingeschaltet, während der Kollektorkro i s dieses Transistors enthält: einen Trenxiwiderstand 96 von 2001L» ein weiteres integrierendes, aus einem Elektrolytquerkondensator 97 von 125/UF und einem Reihenwiderstand 98 von 2,k kiL bestehendes Glied, ein zweites aus einem Elektrolytquerkondensator ^9 von 125/UF und einem Reihenwiderstand 100 von 2,h kil bestehendes integrierendes Glied und einen Belastungswiderstand 101 von

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8.'J Ji- , der in Reihe mit dein Widerstand M)O den s'utor 99 überbrückt und an den der Ha.-. i sw iilor« t and K dos Transistors 1 angeschlossen ist.

Durch don Transistor 91 wird die Spannung i'ihor· dem Kondensator 'l⁽) mit der Spannung über dom Widei.stand ').'.' verglichen. Nimmt die Spannung am Kondensator zu, .so ti imint der KoI iektorstrom des Transistors 9 I und somit d i ο Spannung; am Widerstand 101 ab. Das mittlere Potential der Basis des Transistors 1 wird dadurch stärker negativ, während die Basis des Transistors 11 weniger negativ und die des Transistors wieder stärker negativ wird und- die Basis-Elektroden der Transistoren 22 und 23 weniger negativ werden. Schiiesslieh wird auch das mittlere Potential des Verbindungspunkts der Dioden 27 und 28 weniger negativ, so dass die Spannung am Kondensator 29 wieder abnimmt.

Der Widerstand 92 ist grosser als der Widerstand 93 gewählt, damit der Einfluss der Basis-Emi11erspannung des Traneiltors 91 auf die Symraetrierregelung verringert wird. Die beschriebene Gleichstromgegenkopplung stabilisiert das Potential des VerbindungHpunkts der Kondensatoren .'.'9 und 'l⁽)^%, so dass der Spannungsteiler I3» 1^*13 geniäss Fig. 1, mit dessen Hilfe ein nahezu konstantes Bezugspotential an den Emitter des Transistors 11 angelegt wird_s durch eine direkte Verbindung zwischen diesem Emitter und dem Verbindungspunkt der Kondensatoren 29 und 29' ersetzt werden kann. Die Spannung a4 kondensator 29 bleibt in der Tat stets mit der BasisnEtqitterepannung des Transistors 9· grosser als die Spannung amRiement 92.

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PHN.'J Vj υ

Die Hauptfunktjon dor Olciclis troingegenkopp I

be.siolit Jedoch ciarin, dass sic ctio Syiniiit» tr i ο dor orzeugt on ι

i-wha I t inipulso beim KoJi fön von Modiil.il inn iiiuJ <> i ικ< "mittlere· riyniiiiot ri e" im FaIIo von Modulation auf recJiterhä 1 t. Donn oino derart ige Symmetrie bewirkt, dass dio Spannungen an don Kondensatoren 2y und 29 ^% einander gleich sind, so daws die Aussteuerbarkeit des Verstärkers nicht in einer Richtung durch pino Asymmetrie beschränkt wird. Um eino Beeinflussung dieser Symmetrieeinstellung durch die Modulation und somit eine !Instabilität zu verhindern, soll die Zeitkonh t an to der Belastung, die durch die Wicklung 61 und die Kondensatoren 29 und 29' gegeben ist, kleiner als die Summe der ZeLtkonstariten des Transistors 91 mit dem Kondensator 95 und der RC-Glieder 97„98 und 99,100 sein.

J$S sei iioch bemerkt, dass ei nor der Kondensatoren 20 und 29* noch als Gleichstromquelle verwendet werden kann, sofern der abgenommene Gleichstrom, der auch über die Wicklung 61 flicsst, die effektive Induktanz dieser Wicklung nicht in bedonkl ichem Masse durch eine teilweise Sättigung· des Kernes des Transformators 62 herabsetzt.

Claims (2)

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PIfN. '5 '.<>■>

PAlKNTANSi¹KCJf-HK:

( 1 .) Kl ek1 roiri srlio Vorrichtung zum erzeugen cine.-) Wechselstroms, dadurch gokonuzn i ehriet , das« η i e cn t,li;i 1 I.: ο i noil Impul stellarator mit einer rosten, i.n bo/ug «iif die !•'rcquuiiz dps /u or/ougondon Woch.se 1 s troius hohen Frequenz und mit eine.!* vorändoi'l iclien Impt.il sbrc i t ο, einon Sohalt — verstärkor, ilor die von diesem Generator erzeugten ImpuLs--«» verstärkt, einen Tiefpass, der an die Ausgangski ninmeii dieses Verstärkers aii{';escJii ossen ist und über den der zu erzeugende Wechsel strom den Ausgangsklemmen der Vorrichtung zugeführt werden kann, und einen auf die Frequenz,des zu erzeugenden Wechselstroms abgestimmten Kreis, über den der Generator von der Ausgangs spannung des Tiefpasses in der Impulsbreite moduliert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Impul sgeneira tor derart eingestellt ist, dass die mittlere Breite der von ihm erzeugten Impulse gleich dom mittleren Intervall zwischen aufeinander folgenden Impulsen ist.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gnkennze i dme t., dass sie eine Gleichstromgegenkopplungsschleife mit einer in bezug auf die Periode des zu erzeugenden Wechselstroms grossen Zeitkonstante zur automatischen symmetrischen Einstellung des Impulsgenerators enthält.

h. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorziehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Begrenzer zur Begrenzung der Amplitude der über den abgestimmten Kreifc> an den Impulsgenerator zurückgeführten Modu lat i ons? s;>."i...ii"i.iig enthält.

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194578

-•'Ί-

Vorrichtung iincli einem odor mehreren <ler vor- ■ stehenden Ansprüche, dadurch gekeiiiizciolmet, dass sie. oino zu ι . cIkmi einer .ihrer Ausgangsk 1 emmeri und einer Ej ηgangak 1 eiiime des Irapulsiioiipraiors eingeschaltote Linear isierungs-••ef.enUopp I uiiivsseh 1 e i Ce (Mithfl It.

(i. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsf.(Mier;itoi' ein KO-Generator ist, dessen Impulswiederholungsl'ic(|ucii/ durcli eine MiJ ler-Integratorschaltung mit einem Trans i st o-r bestimmt wird, wobei der Basis dieses Transistors iJ i e Modui a t .i υ η .s spannung zugeführt wird.

,'. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor- - teilenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalt· ν ei Marker wenigstens eine KJasse-D-Transistorgegentakt- \erstärkerstufo enthält.

s. Ve) iv i eli t urifv nach einem odor mehreren der vorstehenden Ansprüche·-, dadurch gekennzeichnet, dass der ab-,·■(».-ι iiiiinte Kreis mit den Ausgangsklemmen der Vorrichtung gekoppelt i.st, so dass bei Kurzschluss oder Überlastung die Modulation des Generators und die Erzeugung eines sinusförmigen Wechselstroms unterdrückt werden.

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IMlN . ^

Auszug PHN.

10 inc» (!loktroiUHChe Vorri chLung '/.um Erzeugen eines WrcIiso 1 st rums (Mithält einen Impulsgenerator mit einer festen, in b(>/uß auf d i ο Frequenz des zu erzeugenden Wechselstroms holien Frequenz, einen Schaltverstärker, der die von diesem (Jpiierator erzeugten Impulse verstärkt, einen Tiefpass, über den zu erzeugende Wechselstrom den Ausgangsklemmen zugeführt werden kann, und einen auf die Frequenz des zu erzeugenden Wechselstroms abgestimmten Kreis, der durch die verstärkten ImpuLse angeregt wird. Die Spannung über diesem abgestimmten Kreis wird zur Impulsbreitenmodulation der Hochfroquenzimpulse benutzt, so dass nach kurzzeitigem Einschwingung eine starke Komponente der gewünschten Frequenz an den Ausgangsklemmen erscheint.

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BAD

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