DE3323649A1

DE3323649A1 - Schaltungsanordnung zur erhoehung der induktivitaet einer spule

Info

Publication number: DE3323649A1
Application number: DE19833323649
Authority: DE
Inventors: Kalman Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Széchényi
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1983-07-01
Filing date: 1983-07-01
Publication date: 1985-02-07
Also published as: DE3323649C2

Description

Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Induktivität einer
Spule Durch die DE-AS 17 91 025 ist eine veränderbare Impedanz bekannt, die durch einen steuerbaren, über eine Impedanz rückgekoppelten Halbleiterverstärker zwischen dessen Ausgang und Masse dargestellt ist. Diese veränderbare elektronische Impedanz wird ohne Mitwirkung einer Spule gebildet und kann auch eine veränderliche Induktivität darstellen.
Durch die DE-AS 25 48 001 ist eine induktive Reaktanzschaltung mit hohem Q-Wert und veränderlicher Induktanz bekannt; die Schaltung besteht aus einer ersten und zweiten Wicklung, die gegenseitig magnetisch miteinander gekoppelt sind, einem Operationsverstärker und einem Rückführungswiderstand, wobei jeweils ein Endpunkt der ersten und zweiten Wicklung die Reaktanzanschlüsse bilden und der andere Endpunkt der ersten Wicklung mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist, dessen erster Steuereingang mit einem veränderlichen Anschluß der zweiten Wicklung und dessen zweiter Steuereingang über den Rückführungswiderstand mit dem den einen Reaktanzanschluß bildenden Endpunkt der ersten Wicklung verbunden ist.
Diesen bekannten Schaltungsanordnungen gegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Induktivität einer Spule anzugeben, die als Bauteil ein geringes Volumen beansprucht.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Nahere Ausgestaltungen des Anmeldungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung wird nun anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Schaltbild einer Spule, Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Induktivität einer Spule mit zwei Wicklungen gemäß der Erfindung, Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Induktivität einer Spule mit drei Wicklungen gemäß der Erfindung, Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel zu Fig. 2 und Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel zu Fig. 3.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer Spule, deren Induktivität mit L1 bezeichnet ist. FUr ihre Impedanz gilt: u1 ~ Z = 1 p L1 ' (1) wobei p die komplexe Frequenz #+j# ist. Diese induktive Impedanz soll nun auf elektronischem Wege erhöht werden.
In Fig. 2 ist die in Fig. 1 dargestellte Spule um eine zweite Wicklung ergänzt worden, deren Induktivität L2 ist. Zwischen beiden Wicklungen besteht die induktive Kopplung wobei k ein die Materialkonstanten und die Art des Wicklungsaufbaus einschließender Proportionalitätsfaktor ist. Eine vom Eingangsstrom i gesteuerte Stromquelle S schließt die zweite Wicklung ab. Die Stromverstärkung der Stromquelle S ist A.
Für die Anordnung in Fig. 2 gelten die folgenden Gleichungen: u1 = p L1 i1 + p M12 i2' (2) i2 = i1 A . (3) Daraus folgt für die Impedanz der folgende Ausdruck: Die Induktivität erhöht sich proportional um den Faktor (A+1), wenn k = 1 und L1 = L2 gemacht wird.
Es ist in vielen Anwendungen von Vorteil, wenn die ergänzenden elektronischen Schaltkreise von der ersten Wicklung galvanisch völlig getrennt sind. In diesem Fall wird der zur Steuerung der Stromquelle S benötigte Strom i3, welcher dem Strom i1 1 proportional sein muß, von der an einer dritten Wicklung (L3) auftretenden Leerlaufspannung u3 abgeleitet, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Die dritte Wicklung ist zu diesem Zweck an den Eingang eines Integrators I angeschlossen, dessen Ausgang über einen Widerstand R mit dem Steuereingang der Stromquelle S verbunden ist. Die Ausgangsspannung des Integrators I ist dem Strom i1 proportional.
Für die Anordnung in Fig. 3 gelten die folgenden Gleichungen: u1 = p L1 P + M12 i2' (5) u3 = P M13 1 P M23 2' (6) U3 1 i2 = ## @/R A , (7) wobei T die Zeitkonstante des Integrators ist.
Aus den Gleichungen (5), (6) und (7) ergibt sich: wobei mit Af die "effektive Verstärkung" eingeführt wurde, die folgenden Wert hat: A M13 A* = # (9) @ @ @ @ R T - A M13 Die Induktivität wird unendlich, wenn RT = AM13 ist.
Die Stabilitätsbedingung lautet: RT = AM13.
Es ist noch bemerkenswert, daß die dritte Wicklung nicht belastet ist. Ihre Funktion kann also auch von der zweiten Wicklung übernommen werden.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel zu Fig. 2 dargestellt. Die Wicklung L1 ist mit dem Eingang eines Operationsverstärkers OP1 in Reihe geschaltet. Dieser Operationsverstärker ist über einen Widerstand R gegengekoppelt und mit seinem Ausgang über einen Emitterwiderstand RE mit dem Emitter eines in Basisschaltung betriebenen Transistors T1 verbunden. Der Kollektor des Transistors T1 ist über einen Kollektorwiderstand RC an die zweite Wicklung L2 angeschlossen. Die Basisspannung für den Transistor T1 wird von einer Spannungsquelle U8 geliefert, während die Kollektorspannung von einer Spannungsquelle Uc über die zweite Wicklung dem Kollektor des Transistors T1 zugeführt wird.
Die Spannung u am Ausgang des Operationsverstärkers OP1 berechnet sich zu u = i1 R. Der der zweiten Wicklung zugeführte Strom i2 beträgt: 2 = i RE R (10) wobei die Verstärkung A etwa dem Wert R/RE entspricht.
Die am Eingang der Schaltungsanordnung auftretende Induktivität L E errechnet sich zu: LE = L1 (R/RE) # (11) In den Fällen, in denen nicht mit einer geerdeten Eingangswicklung L1 gearbeitet werden darf, wird die Ausführung nach Fig. 5 vorgeschlagen. Dort ist eine zusätzliche, geerdete, dritte Wicklung L3 vorgesehen, die mit ihrem nicht geerdeten Ende an den positiven Eingang eines Operationsverstärkers OP1 angeschlossen ist. Dieser Operationsverstärker ist mit seinem Ausgang über einen aus zwei Widerständen R1, R2 bestehenden Spannungsteiler mit der Erdklemme und über einen Widerstand R mit dem negativen Eingang eines weiteren Operationsverstärkers OP2 verbunden, wobei der Abgriff des Spannungsteilers am nenegativen Eingang der Operationsverstärkers OP1 liegt und der positive Eingang des Operationsverstärkers oP2 geerdet ist. Der Ausgang des operationsverstärkers OP2 ist über ein Parallel-RC-Glied R3, C mit seinem negativen Eingang und über einen Emitterwiderstand RE mit dem Emitter eines in Basisschaltung betriebenen Transistors T1 verbunden ist. Der Transistor T1 ist, abgesehen von der Phasendrehung, wie in Fig. 3 geschaltet.
Am Ausgang des Operationsverstärkers OP1 steht eine Spannung u4, die folgenden Wert hat: u4 = u3(1 + R2/R) # (12) R1 Die Spannung u5 am Ausgang des Operationsverstärkers OP2 hat folgenden Wert: R 2 1 u5 = -u3(1 + ) # (13) R1 R C P Der über die Wicklung L2 fließende Strom i i2 errechnet sich zu: R2 1 2 = u3(1 + ) # (14) R1 R RE C P Mit den folgenden Werten: A = 1 , (15) L1 =L2=L3=M12=M13=M23, (16) T = RC (17) R2 1 + @/R1 ergibt sich die effektive Verstärkung A* zu: - L e e r s e i t e -

Claims

Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Induktivität einer Spule Patentansprüche 6). Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Induktivität einer Spule mit mindestens zwei Wicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Strom (i1) in der ersten Wicklung (L1) proportionaler Strom mittels einer steuerbaren Stromquelle (S) verstärkt und dieser verstärkte Strom in die zweite Wicklung (L2) eingespeist wird
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung des proportionalen Stroms (i3, Fig. 3) eine dritte Wicklung (L3) oder die Spannung der zweiten Wicklung und ein durch diese gesteuerter Integrator (I) verwendet werden.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wicklung (L1) mit dem Eingang eines Operationsverstärkers (OP1) in Reihe liegt, der uber einen ersten Widerstand (R) gegengekoppelt ist und dessen Ausgang uber einen zweiten Widerstand (RE) mit dem Emitter eines in Basisschaltung betriebenen Transistors (T1) verbunden ist, dessen Kollektor über einen dritten Widerstand (arc) an die zweite Wicklung (L2) angeschlossen ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geerdete dritte Wicklung (L3) mit ihrem nicht geerdeten Ende an den positiven Eingang eines Operationsverstärkers (OP1) angeschlossen ist, dessen Ausgang über einen aus zwei Widerständen (R1, R2) bestehenden Spannungsteiler mit der Erdklemme und über einen weiteren Widerstand (R) mit dem negativen Eingang eines weiteren Operationsverstärkers (OP2) verbunden ist, wobei der Abgriff des Spannungstei lers am negativen Eingang des ersten Operationsverstärkers (OP1) liegt und der positive Eingang des zweiten Operationsverstärkers (OP2) geerdet ist, und daß der Ausgang des zweiten Operationsverstarkers (OP2) über ein Parallel-RC-Glied (R3, C) mit seinem negativen Eingang und über einen Emitterwiderstand (RE) mit dem Emitter eines in Basisschaltung betriebenen Transistors (T1) verbunden ist, dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand (Rc) an die zweite Wicklung (L2) angeschlossen ist.