DE910671C - Schaltungsanordnung fuer magneitsche Modler, Modulatoren, Relais, Verstaerker usw. - Google Patents

Schaltungsanordnung fuer magneitsche Modler, Modulatoren, Relais, Verstaerker usw.

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DE910671C
DE910671C DEV3742A DEV0003742A DE910671C DE 910671 C DE910671 C DE 910671C DE V3742 A DEV3742 A DE V3742A DE V0003742 A DEV0003742 A DE V0003742A DE 910671 C DE910671 C DE 910671C
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03CMODULATION
    • H03C1/00Amplitude modulation
    • H03C1/08Amplitude modulation by means of variable impedance element
    • H03C1/10Amplitude modulation by means of variable impedance element the element being a current-dependent inductor

Description

  • Schaltungsanordnung für magnetische Modler, Modulatoren, Relais, Verstärker usw. Steuerbare Induktivitäten können durch eine entsprechende Anordnung in einfachen Schaltungen oder auch in komplizierten Netzwerken die verschiedensten Funktionen ausüben und dabei vorteilhaft bisherige Einrichtungen ersetzen. Die magnetische Beeinflussung erfordert nur geringen Leistungsaufwand, und es ergeben sich recht brauchbare Modler, Modulatoren, Relais usw.
  • Modler sind nun Schaltorgane in Wechselstromkreisen. Ein Telegraphiemodler hat beispielsweise die Aufgabe, eine Ton- oder Hochfrequenz im Takt von Telegraphiezeichen zu tasten. Hierbei kommt es im wesentlichen nur auf die Grenzwerte an (keine Wechselspannung, maximale Wechselspamrnung), während der Übergang dazwischen von geringerer Bedeutung ist.
  • Einem Modulator wird dagegen eine ganz bestimmte Kennlinie als Abhängigkeit der gesteuerten Wechselspannung von der Steuerspannung vorgeschrieben.
  • Solche Modler und Modulatoren werden meist mit Sperrschichtzellen als nichtlinearen Elementen aufgebaut, Elektronenröhren werden wegen ihrer begrenzten Lebensdauer und zeitlichen Inkonstanz nach Möglichkeit vermieden.
  • Gegenüber diesen Anordnungen mit steuerbaren Wirkwiderständen haben solche mit steuerbaren Blindwiderständen, insbesondere Induktivitäten mit Eisenkernen, deren Permeäbilität durch Vormagnetisierung verändert werden kann, eine Reihe von Vorteilen. Ihr Aufbau ist sehr einfach, ebenfalls ihr Abgleich. Ihre zeitliche und thermische Konstanz ist sehr groß, und sie sind bis zu den höchsten Frequenzen verwendbar.
  • Eine Besonderheit dieser Anordnungen gegenüber solchen mit gesteuerten Wirkwiderständen liegt darin, daß hier die Ausgangsleistungen ein Vielfaches der Steuerleistungen betragen können: Zur Magnetisierung ist prinzipiell nur ein Strom erforderlich, Leistung wird lediglich in dem Ohmschen Widerstand der Wicklung verbraucht und in einem unter Umständen erforderlichen Vorschaltwiderstand, der dazu dient, den Eingang für den Steuerstrom bis zu einer oberen Grenzfrequenz nahezu reell zu machen.
  • Richtet man die Ausgangsspannung eines Mo.dlers gleich, so erhält -man eine Spannung bzw. einen Strom, der dem Magnetisierungsstrom entspricht. Da bei einem magnetischen Modler die Ausgangsleistung größer sein kann als die Steuerleistung, so kann man diese Anordnung als Relais verwenden.
  • Aus dem-Modulatorwird ebenfalls durch Hinzufügung eines Gleichrichters ein magnetischer Verstärker. Aus dem Verstärker läßt sich durch Anwendung einer Rückkopplung ein Sinus- oder Kipposzillator machen usw.
  • In Fig. i ist als Beispiel eine sehr zweckmäßige Schaltung für einen magnetischen Modler oder Modulator dargestellt.
  • i und 2 bezeichnen die Wechselspannungsquelle und ihren Innenwiderstand, 6 den Verbraucherwiderstand. Der Modler selbst besteht im wesentlichen aus einem Brücken-T-Glied, das aus der Induktivität 3. der Kapazität 4. und dem Widerstand 5 gebildet wird. Durch Einstellen der Werte von 4 und 5. kann man nun immer erreichen, daß die Ausgangsspannung des Modlers exakt Null wird. Zur Veranschaulichung dient das Vektorbild Fig. i b. Die Eingangsspannung UE, teilt sich in Ui und U3. U2 ist gleich U3 und entgegengesetztgerichtet, so daß U" gleich Null wird.
  • Wird durch einen Magnetisierungsstrofn durch die Wicklung 7 die Resonanz gestört, so entsteht sofort eine Ausgangsspannung entsprechend dem Vektorbild Fig. i c. Da es sich hier um eine Phasensteuerung handelt, ist die Empfindlichkeit sehr groß; es genügen schon sehr kleine Magnetisierungen, um das Phasengleichgewicht zu stören.
  • Um die Ausgangsspannung bei wachsendem Magnetisierungsstrom möglichst stark anwachsen zu lassen, kann der Kondensator io vorgesehen werden, der bei einer bestimmten Vormagnetisierung in Resonanz reit der Induktivität 3 kommt. Die Ausgangsspannung U" wird dann größer als die Eingangsspannung U, Die Kennlinie dieser Anordnung ist in Fig. 2 a dargestellt. Die Rundung der Kurve bei i = o ist durch die Mägnetisierungskurve des Kernmaterials bedingt.
  • Verlagert man den Arbeitspunkt durch einen Gleichstrom über die Magnetisierungswicklung oder durch einen Permanentmagneten in den geradlinigen Teil der Kennlinie, so erhält man einen magnetischen Modulator. Die abgegebene Hochfrequenzspannung ist über einen bestimmten Bereich dem Magnetisierungsstrom proportional. Da die Magnetisierungswicklung einen vorwiegend induktiven Widerstand hat, steigt die Modulationsspannung linear mit der Frequenz an. Steht nicht ein Modulationsstrom, sondern eine Modulationsspannung zur Verfügung, so würde ohne besondere Maßnahmen der Modulationsgrad ebenfalls wegen des induktiven Eingangswiderstandes mit der Modulationsfrequenz abfallen. Um dies zu vermeiden, ist in Reihe mit der Magnetisierungswicklung ein Widerstand 8 geschaltet, der für die höchsten Frequenzen durch den Kondensator 9 überbrückt ist. Man kann sich diese Schaltung auch als Tiefpaßglied mit der Längsinduktivität 7, der Querkapazität 9 und dem Ohmschen Abschluß 8 vorstellen. Bei konstanter Eingangsspannung ist der Strom durch die Wicklung 7 bis zu einer oberen Grenzfrequenz nahezu konstant und fällt dann schnell ab, der Ein-' gangswiderstand ist bis zur Grenzfrequenz nahezu reell.
  • Wird das Brückengleichgewicht erst bei einem bestimmten Magnetisierungsstrom i2 erreicht, so entsteht die Kennlinie nach Fig. 2b. Wählt man auf dieser Kennlinie den Arbeitspunkt zu -L- i2 oder -i..., so erhält man bei Schwankungen des Steuerstromes um diesen Punkt herum eine Gegentaktmodulation mit unterdrücktem Träger, wie sie beispielsweise ein Ringmodulator liefert. Die Wirkungsweise ist bei Betrachtung der Fig. i c leicht zu übersehen. Gegenüber dem Ringmodulator, der mindestens zwei übertrager erfordert, ist dieser magnetische Modulator überraschend einfach, auch der Abgleich ist sehr bequem, man kompensiert den Träger am Ausgang mit dem Kondensator q. und dem Widerstand 5 nach Betrag und Phase.
  • Es soll nun zunächst auf Ausführungsmöglichkeiten magnetisch steuerbarer Induktivitäten eingegangen werden. Der Aufbau soll im allgemeinen immer so erfolgen, daß die Magnetisierungswicklung die Hochfrequenzspüle nicht dämpft. Man bildet deshalb meist aus beiden Spulen eine magnetische oder elektrische Brücke. Als Material für den Kern sind außer speziellen Eisenlegierungen die Ferrite besonders geeignet. Sie sind billig, besitzen höhe Permeabilitäten bei geringen Verlusten, sind bis zu hohen Frequenzen verwendbar und wegen ihrer niederen Sättigungsfeldstärken magnetisch leicht zu steuern.
  • Für die Bauform einer magnetisch steuerbaren Induktivität ist ein Beispiel in Fig. 3 dargestellt. Der Kern besteht aus den beiden Hälften i i und 12. Die Hochfrequenzwicklung besteht aus zwei Teilen und befindet sich auf den Außenschenkeln, ihre Anschlüsse sind mit 13, 14 und 15 bezeichnet. Der Windungssinn ist so, daß der Fluß $i entsteht, der den Mittelschenkel nicht durchsetzt. Die Magnetisierungsspule 7 mit den Anschlüssen 16 und 17 ist auf diesen Mittelschenkel aufgebracht und erzeugt den Fluß 02. Der Mittelschenkel enthält einen Spalt 18, der mit einem magnetisch harten Material gefüllt werden kann, wenn eine magnetische Vorspannung erforderlich ist. Hierzu kann ebenfalls ein Ferrit verwendet werden. Man vermeidet dann auch hier Wirbelstromverluste in einfachster Weise und kann hohe Modulationsfrequenzen zulassen.
  • Ein Beispiel einer anderen Bauform ist in Fig. q. gezeichnet. Die Hochfrequenzspule mit .den Anschlüssen 13, 1q. und 15 wird ebenso wie die Magnetisierungsspule mit den Anschlüssen 16 und 17 von einem Topf aus Ferrit umgeben, der aus den Scheiben 18, 20 und 22, aus den Ringen i9 und 21 und den Stiften 23 und 24 besteht. Der Windungssinn ist so, daß sie sich wieder gegenseitig nicht dämpfen; die Wicklungen bilden gewissermaßen eine elektrische Brücke. Die Kernteile werden zusammengehalten durch zwei eiserne Druckplatten 25 und 26 und die Schraubbolzen 28 aus unmagnetischem Material. Zur Erzeugung der magnetischen Polarisation dienen die zwei an gegenüberliegenden Ecken eingelegten Magnetstäbe 27. Es können aber auch hier Teile des Ferrittopfes, beispielsweise die Ringe, aus magnetisch hartem Material bestehen. Statt der Magnetstäbe können an den Ecken dann Stiftschrauben als magnetische Nebenschlüsse angeordnet werden, um den magnetischen Arbeitspunkt bequem einstellen zu können.
  • Die von einem Modler abgegebene Leistung kann, wie schon erwähnt, erheblich größer sein als die für die Magnetisierung erforderliche Steuerleistung. Man erhält demnach ein magnetisches Relais ohne mechanische Kontakte und bewegliche Teile, wenn man die von dem Modler abgegebene Spannung beispielsweise mit einer Sperrschichtzelle gleichrichtet. Die Kennlinie entspricht der in Fig. 2 a gezeichneten. Durch die gleichen Maßnahmen, wie sie bei mechanischen Relais üblich sind, kann man auch hier beliebige Ansprech- und Abfallverzögerungen erzielen. Die Arbeitsgeschwindigkeit kann jedoch durch Wahl einer geeigneten Hochfrequenzspannung erheblich größer sein.
  • In Fig.5 ist ein einfaches magnetisches Relais dargestellt. Die Hochfrequenzenergie wird von einer zentralen Quelle 28 an die Sammelschiene 29 geliefert, an die eine große Zahl von Relais und anderen magnetischen Apparaten angeschlossen ist. Der Hochfrequenzgenerator wird im allgemeinen ein Röhrensender sein, seine Überwachung macht aber keine Schwierigkeiten, da er ja nur einmal vorhanden zu sein braucht. Die Vielzahl der angeschlossenen magnetischen Apparate ist dafür röhrenlos und erfordert keine Überwachung.
  • Die Grundschaltung des Relais ist wieder die der Fig. i. Hinzugekommen ist lediglich der Gleichrichter 30 und der Glättungskondensator 31. Die Gleichrichterschaltung kann natürlich noch in mancherlei Weise abgewandelt werden, um besonderen Anforderungen gerecht zu werden; es würde aber zu weit führen, auf alle diese Variationen näher einzugehen.
  • Von dieser Relaisschaltung ist nur ein kleiner Schritt zum magnetischen Verstärker, wenn man annimmt, daß die Magnetisierungsspule 7 der Fig. 5 von dem niederfrequenten Sprechstrom durchflossen wird und am Ausgang des Gleichrichters der verstärkte Niederfrequenzstrom auftritt. Es würde dann eine weitere Stufe folgen und von dem verstärkten Strom wiederum die nächste Spule 7 gespeist werden und so fort.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltungsanordnung für magnetische Modler, Modulatoren, Relais, Verstärker usw., dadurch gekennzeichnet, daß eine durch Vormagnetisierung ihres ferromagnetischen Kerns steuerbare Induktivität mit einer Kapazität und einem Ohmschen Widerstand ein Brücken-T-Glied bildet. z. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (io) vorgesehen wird, der bei einer bestimmten Vormagnetisierung in Resonanz mit der Induktivität kommt. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Frequenzganges des steuernden Stromes in Reihe mit der Magnetisierungswicklung ein Widerstand (8) geschaltet wird. q.. Anordnung nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Widerstand ebenfalls zur Beeinflussung des Frequenzganges mit einer Kapazität überbrückt ist. 5. Anordnung nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt durch einen Gleichstrom über die Magnetisierungswicklung bzw. über eine Hilfswicklung oder mit Hilfe eines Permanentmagneten verlagert bzw. eingestellt wird. 6. Anordnung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt so eingestellt wird, daß der Modulator eine Gegentaktmodulation mit unterdrücktem Träger liefert. 7. Anordnung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Brückengleichgewicht nicht für den Magnetisierungsstrom Null, sondern für einen bestimmten Wert eingestellt wird. B. Anordnung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kerne Ferrite verwendet werden. 9. Anordnung nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität mit geteiltem Kern ausgeführt ist, wobei die Hochfrequenzwicklung aus zwei Teilen besteht und die Anordnung so getroffen ist, daß die Hochfrequenzspulen durch die Magnetisierungswicklung nicht gedämpft wird. io. Anordnung nach Anspruch i bis 9; dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Kerns aus magnetisch hartem Material besteht, das es ermöglicht, eine magnetische Vorspannung einzubringen. i i. Anordnung nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch außen angebrachte Magnetstäbe die erforderliche Ma- , gnetisierung erreicht wird. 12. Anordnung nach Anspruch i bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß durch magnetische ebenschlüsse, z. B. in Form von Schrauben, I die Vormagnetisierung einstellbar ist. 13. Anordnung nach Anspruch i bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für magnetische Relais oder Verstärker ein Gleichrichter an den Ausgang geschaltet wird. 14. Anordnung nach Anspruch i bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie in größerer Anzahl an eine gemeinsame Hochfrequenzquelle angeschlossen ist. Angezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 904 655 ; deutsche Patentschriften Nr. 6o9 872, 8o6 i5o.
DEV3742A 1951-09-18 1951-09-18 Schaltungsanordnung fuer magneitsche Modler, Modulatoren, Relais, Verstaerker usw. Expired DE910671C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1047240B (de) * 1954-08-06 1958-12-24 Standard Elektrik Lorenz Ag Anordnung zur Ausloesung elektrischer Signale durch Beeinflussung eines magnetischen Kreises
DE1135960B (de) * 1957-12-14 1962-09-06 Wolfgang Assmann G M B H Magnetischer Verstaerker nach dem Prinzip der Frequenzverdoppelung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE609872C (de) * 1932-08-21 1935-02-26 Siemens & Halske Akt Ges Magnetischer Modulator
FR904655A (fr) * 1943-05-29 1945-11-13 Philips Nv Montage destiné à la modulation en phase des oscillations électriques
DE806150C (de) * 1948-02-13 1951-06-11 Philips Nv Elektromagnetische Vorrichtung

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