DE3323651A1 - Circuit arrangement for increasing the shunt inductance of a transformer - Google Patents
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Abstract
Description
Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Querinduktivität ei-Circuit arrangement for increasing the transverse inductance of a
nes übertragers Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Querinduktivität eines Übertragers.nes transformer The invention relates to a circuit arrangement for Increase in the transverse inductance of a transformer.
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.A variable impedance is known from DE-AS 17 91 025, by a controllable semiconductor amplifier that is fed back via an impedance is shown between its output and ground. This changeable electronic Impedance is formed without the involvement of a coil and can also be variable Represent inductance.
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 Rgckfuhrungswiderstand mit dem den einen Reaktanzanschluß bildenden Endpunkt der ersten Wicklung verbunden ist.DE-AS 25 48 001 has an inductive reactance circuit known to have high Q and variable inductance; the circuit consists of one first and second winding, which are mutually magnetically coupled to one another, an operational amplifier and a feedback resistor, each having an end point of the first and second windings form the reactance connections and the other end point of the first winding is connected to the output of the operational amplifier whose first control input with a variable connection of the second winding and its second control input via the return resistor with the one reactance connection forming end point of the first winding is connected.
Diesen bekannten Schaltungsanordnungen gegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Querinduktivität eines übertragers anzugeben, die als Bauteil ein geringes Volumen beansprucht.In relation to these known circuit arrangements, there is the task of the invention is a circuit arrangement for increasing the shunt inductance of a transformer that takes up a small volume as a component.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features specified in claim 1.
Nähere Ausgestaltungen des Anmeldungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.More detailed configurations of the subject matter of the application can be found in the subclaims emerged.
Die Erfindung wird nun anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Schaltbild eines übertragers, Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Querinduktivität eines übertragers mit drei Wicklungen gemäß der Erfindung, Fig. 3 ein PrinzipschaLtbild einer Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Querinduktivität eines übertragers mit vier Wicklungen gemäß der Erfindung, Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel zu Fig. 2 und Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel zu Fig. 3.The invention will now be explained in more detail using two exemplary embodiments. The figures show: FIG. 1 the circuit diagram of a transformer, FIG. 2 a basic circuit diagram a circuit arrangement for increasing the shunt inductance of a transformer three windings according to the invention, FIG. 3 is a schematic diagram of a circuit arrangement to increase the transverse inductance of a transformer with four windings according to Invention, FIG. 4 shows an embodiment for FIG. 2 and FIG. 5 shows an embodiment to Fig. 3.
Fig. 1 zeigt einen Übertrager mit zwei Wicklungen, deren Induktivität mit L1, L2 bezeichnet ist. Die magnetische Kopplung zwischen beiden Wicklungen beträgt Nach Vernachlässigung der Streuinduktivität, d.h. bei einem Kopplungsfaktor k = 1, Läßt sich der ubertrager mit der folgenden Kettenmatrix beschreiben: wobei p die komplexe Frequenz G+jco ist.Fig. 1 shows a transformer with two windings, the inductance of which is denoted by L1, L2. The magnetic coupling between the two windings is After neglecting the leakage inductance, i.e. with a coupling factor k = 1, the transmitter can be described with the following chain matrix: where p is the complex frequency G + jco.
Die nicht ideale Eigenschaft des Ubertragers kommt beim Parameter A21, der sogenannten Transfer-Admittanz, zum Ausdruck, wenn dieser Parameter nicht den Wert Null sondern einen endlichen Wert hat. Um die übertragungsqualität zu verbessern, muß die Transfer-Admittanz A21 verringert werden. Die Aufgabe der Erfindung ist es also, die die Querinduktivität beinhaltende Transfer-Admittanz A21 des Ubert ragers auf elektronischem Wege zu verri ngern.The non-ideal quality of the transmitter comes from the parameter A21, the so-called transfer admittance, to be expressed if this parameter is not has the value zero but a finite value. To improve the transmission quality, the transfer admittance A21 must be decreased. The object of the invention is So it is the transfer admittance A21 of the Ubert, which contains the transverse inductance ragers to be reduced electronically.
In Fig. 2 wurde der Übertrager um eine dritte Wicklung ergänzt, deren Induktivität L3 ist und die mit den anderen Wicklungen magnetisch gekoppelt ist. Die magnetische Kopplung bei einem Kopplungsgrad von k = 1 beträgt Der Strom i der Primärwicklung L1 durchfließt auch eine Matrixschaltung M, die ebenfalls von dem Sekundärwicklungsstrom 2 durchflossen wird. Die Matrixschaltung bildet die Differenz dieser beiden Ströme und steuert mit dem Differenzstrom di eine Stromquelle S, die eine Verstärkung von A=1 aufweist. Dabei ist: t 1 A1 ii - A2i 2 (2) Für die Parameter der Kettenmatrix ergeben sich folgende Gleichungen: Für den übertrager muß A22=1/A11 gelten. Aus den Gleichungen (3) und (6) ergibt sich: Nach Gleichung (7) muß das Verhältnis der Stromverstärkungen dem Ubersetzungsverhalt nis des übertragers entsprechen. Ist die Bedingung (7) erfüllt, gilt für die Kettenmatrix des Vierpols: Aus dem Vergleich der Matrizen (1) und (8) sieht man, daß die Querimpedanz des übertragers um den Faktor (1+A) zugenommen hat, wenn vorausgesetzt ist, daß L1=Lz=L3 ist. Das entspricht einer ebensogroßen Querinduktivitätserhöhung.In Fig. 2, the transformer has been supplemented by a third winding, the inductance of which is L3 and which is magnetically coupled to the other windings. The magnetic coupling with a coupling degree of k = 1 is The current i of the primary winding L1 also flows through a matrix circuit M, through which the secondary winding current 2 also flows. The matrix circuit forms the difference between these two currents and, with the difference current di, controls a current source S which has a gain of A = 1. Where: t 1 A1 ii - A2i 2 (2) The following equations result for the parameters of the chain matrix: A22 = 1 / A11 must apply to the transmitter. Equations (3) and (6) result in: According to equation (7), the ratio of the current gains must correspond to the translation ratio of the transformer. If condition (7) is fulfilled, the following applies to the chain matrix of the quadrupole: From the comparison of matrices (1) and (8) one can see that the transverse impedance of the transformer has increased by the factor (1 + A), if it is assumed that L1 = Lz = L3. This corresponds to an equally large increase in transverse inductance.
Es ist in manchen Anwendungsfällen von Vorteil, wenn die zur Erhöhung der Induktivität benötigten elektronischen Schaltkreise von der Primär- und Sekundärwicklung des ubertragers völlig getrennt sind. In diesem Fall wird das Steuersignal der Stromquelle S durch die Integration der von einer zusätzlichen Wicklung L4 gelieferten Spannung U4 gewonnen, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Hierzu dient der Integrator I. Für die Leerlaufspannung u4 gilt: u4 = p M14 i + p M34 A i - p M24 i2 ' (9) 4 1 34 24 2 #i = p R T J (10) wobei T die Zeitkonstante des Integrators ist.In some applications it is advantageous if the increase the inductance required electronic circuits from the primary and secondary winding of the transmitter are completely separate. In this case it will Control signal the current source S by integrating that supplied by an additional winding L4 Voltage U4 obtained, as shown in FIG. 3. The integrator is used for this I. The following applies to the open circuit voltage u4: u4 = p M14 i + p M34 A i - p M24 i2 '(9) 4 1 34 24 2 #i = p R T J (10) where T is the time constant of the integrator.
Aus den Gleichungen (9) und (10) ergibt sich: a ii T R - A M 24 (11) 34 Aus dem Vergleich der Gleichungen (11) und (2) ersieht man: M14 (12) A1 = T R R A M ' (12) 1 TR-AM A, - 24 (13) T R - A M34 Die nach Gleichung (6) erforderliche Bindung zwischen A1 und A2 ist hier automatisch erfüllt.Equations (9) and (10) result in: a ii T R - A M 24 (11) 34 A comparison of equations (11) and (2) shows: M14 (12) A1 = T R R A M '(12) 1 TR-AM A, - 24 (13) T R - A M34 The required according to equation (6) The link between A1 and A2 is automatically fulfilled here.
Die Transfer-Admittanz des Vierpols ist Null, wenn RT=AM34 ist. Das entspricht einer unendlich hohen Querinduktivität. Die Schaltung ist stabil, wenn TR=AM34 ist.The transfer admittance of the quadrupole is zero when RT = AM34. That corresponds to an infinitely high transverse inductance. The circuit is stable when TR = AM34.
Die Wicklung L4 kann durch die Wicklung L3 ersetzt werden, da beide unbelastet sind.The winding L4 can be replaced by the winding L3 as both are unencumbered.
Praktische Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Dabei bezieht sich die Fig. 4 auf die Fig. 2. In Fig. 4 liegt die Primärwicklung L1 mit dem Eingang eines Operationsverstärkers OP1 in Reihe. Zwischen seinem Ausgang und seinem negativen Eingang liegt ein Gegenkopplungswiderstand R. Sein positiver Eingang bildet eine Klemme des Schaltungseingangs und ist geerdet. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers ist über einen Widerstand R1 mit einem gemeinsamen Punkt verbunden. In gleicher Weise liegt die Sekundärwicklung L3 mit dem Eingang eines zweiten Operationsverstärkers OP2 in Reihe.Practical embodiments are shown in FIGS. 4 relates to FIG. 2. In FIG. 4, the primary winding is located L1 in series with the input of an operational amplifier OP1. Between his exit and its negative input is a negative feedback resistor R. Its positive The input forms a terminal of the circuit input and is earthed. The outcome of this Operational amplifier is connected to a common point through a resistor R1. In the same way, the secondary winding L3 is connected to the input of a second operational amplifier OP2 in series.
Zwischen seinem Ausgang und seinem negativen Eingang liegt ein Gegenkopplungswiderstand R'. Die Werte der Widerstände R und R' sind untereinander gleich. Sein positiver Eingang bildet eine Ausgangsklemme der Schaltungsanordnung. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP2 ist über einen Widerstand R 1' mit dem gemeinsamen Punkt verbunden, der an den negativen Eingang eines dritten Operationsverstärkers OP3 geführt ist. Zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers OP3 und seinem negativen Eingang liegt ein Gegenkopplungswiderstand R1''. Die Werte der Widerstände R1, R1 und R1" sind untereinander gleich. Der positive Eingang dieses Operationsverstärkers ist geerdet. Sein Ausgang ist über einen Emitterwiderstand RE mit dem Emitter eines in Basisschaltung betriebenen Transistors T1 verbunden, dessen Kollektor über einen Kollektorwiderstand RC an die dritte Wicklung L3 angeschlossen ist. Die Basisvorspannung liefert eine Spannungsquelle Ua, während eine Spannungsquelle U dem Kollektor des Transistors über die Wicklung L3 die Kollektorspannung zuführt.There is a negative feedback resistor between its output and its negative input R '. The values of the resistors R and R 'are equal to one another. Its more positive The input forms an output terminal of the circuit arrangement. The output of the operational amplifier OP2 is connected to the common point via a resistor R 1 ', which is connected to the negative input of a third operational amplifier OP3 is performed. Between the output of the operational amplifier OP3 and its negative input is a Negative feedback resistance R1 ''. The values of the resistors R1, R1 and R1 "are one below the other same. The positive input of this op amp is grounded. His exit is operated in base circuit with the emitter via an emitter resistor RE Transistor T1 connected, the collector of which is connected via a collector resistor RC the third winding L3 is connected. The base bias provides a voltage source Ua, while a voltage source U is connected to the collector of the transistor via the winding L3 supplies the collector voltage.
Die Operationsverstärker OPiF OPG und OP3 bilden die in Fig. 2 gezeigte Matrixschaltung M AT Ausgang des Opf-r;- tionsverstärkers OP1 steht die Spannung -i1R, am Ausgang des Operationsverstärkers OP2 herrscht die Spannung i2R, und am Ausgang des Operationsverstärkers OP3, dh.The operational amplifiers OPiF, OPG and OP3 constitute that shown in FIG Matrix circuit M AT output of victim r; - tion amplifier OP1 is the voltage -i1R, the voltage prevails at the output of the operational amplifier OP2 i2R, and at the output of the operational amplifier OP3, ie.
am Ausgang der Matrixschaltung, tritt die Spannung (i1-i2)R auf. Der die Wicklung L3 durchflienende Differenzstrom beträgt; Ai = RR (i1 1 2 - (14) E Mit der Voraussetzung, daß L1 =L2=L3 und A1-A2=R/RE ist, haben die Parameter der Kettenmatrix folgende Werte: A11 =1, (15) A12 = 0 , (1O) A22 1 . (18) In den Fällen, in denen nicht mit einer geerdeten Eingangswicklung L1 gearbeitet werden darf, wird die Ausführung nach Fig. 5 vorgeschlagen, die auf die Fig. 3 zurückgeht. Dort ist die vierte Wicklung L4 geerdet und mit ihrem nicht geerdeten Ende an den positiven Eingang eines Operationsverstärkers OP1 angeschlossen. 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 negativen Eingang der Operationsverstärkers OP1 liegt. Der positive Eingang des Operationsverstärkers OP2 ist geerdet. 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. Der Transistor T1 erhält seine Basisspannung von einer Spannungsquelle UB. Sein Kollektor ist über einen Kollektorwiderstand Rc, die Wicklung L3 und eine Spannungsquelle Uc mit Erde verbunden.at the output of the matrix circuit, the voltage (i1-i2) R occurs. The differential current flowing through winding L3 is; Ai = RR (i1 1 2 - (14) E With the assumption that L1 = L2 = L3 and A1-A2 = R / RE, the parameters of the chain matrix have the following values: A11 = 1, (15) A12 = 0 , (1O) A22 1. (18) In those cases in which it is not allowed to work with a grounded input winding L1, the embodiment according to FIG. 5, which goes back to FIG. 3, is proposed. The fourth winding L4 is grounded there and its non-grounded end is connected to the positive input of an operational amplifier OP1. This operational amplifier is connected with its output via a voltage divider consisting of two resistors R1, R2 to the ground terminal and via a resistor R to the negative input of another operational amplifier OP2, the tap of the voltage divider being at the negative input of the operational amplifier OP1. The positive input of the operational amplifier OP2 is grounded. The output of the operational amplifier OP2 is connected to its negative input via a parallel RC element R3, C and to the emitter of a transistor T1 operated in a common base via an emitter resistor RE. The transistor T1 receives its base voltage from a voltage source UB. Its collector is connected to earth via a collector resistor Rc, the winding L3 and a voltage source Uc.
Am Ausgang des Operationsverstarkers OP1 steht eine Spannu ng u4, die folgenden Wert hat: R 2 u4 = u3(1 + R2 . (19) R1 Die Spannung u5 am Ausgang des Operationsverstärkers OP2 hat folgenden Wert: R 2 1 = zu3(1 + -) u R -u3(1 R R1) R C p (20) Der über die Wicklung L3 fliegende Strom i2 2 errechnet sich zu: i2 = u3 (1 + R2) 1 (21) R1 R RE C p Mit den folgenden Werten: A = 1 , (22) L1 = L3 = L4 = M13 =M14 =M34 (23) ergibt sich die effektive Verstärkung As zu: Die zweite Wicklung L2 kann als Sekundärwicklung zur Übertragung beliebiger Signale dienenAt the output of the operational amplifier OP1 there is a voltage u4 which has the following value: R 2 u4 = u3 (1 + R2. (19) R1 The voltage u5 at the output of the operational amplifier OP2 has the following value: R 2 1 = zu3 (1 + -) u R -u3 (1 R R1) RC p (20) The current i2 2 flowing through the winding L3 is calculated as follows: i2 = u3 (1 + R2) 1 (21) R1 R RE C p with the following values : A = 1, (22) L1 = L3 = L4 = M13 = M14 = M34 (23) the effective gain As results as: The second winding L2 can serve as a secondary winding for transmitting any signals
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| DE19833323651 DE3323651A1 (en) | 1983-07-01 | 1983-07-01 | Circuit arrangement for increasing the shunt inductance of a transformer |
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