DE916650C

DE916650C - Magnetischer Verstaerker

Info

Publication number: DE916650C
Application number: DEV4834A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-09-18
Filing date: 1951-09-18
Publication date: 1954-08-16

Description

Magnetischer Verstärker Als Nachteil magnetischer Verstärker wurde bisher angesehen, daß sie zur Stromversorgung an Stelle einer Gleichspannungsquelle eine Wechselspannungsquelle höherer Frequenz benötigen, nur zur Verstärkung relativ niedriger Frequenzen geeignet sind, größere nichtlineare Verzerrungen besitzen und sich voneinander schwieriger entkoppeln lassen als Röhrenverstärker.
Das erste Argument verliert an Bedeutung, wenn beispielsweise in einem Verstärkeramt eine Vielzahl von Verstärkern von einem Hochfrequenzgenerator gespeist wird. Der Aufwand für letzteren ist dann beträchtlich kleiner als die Kosten für die Überwachung und den Ersatz der Vielzahl sonst erforderlicher Röhren betragen würden. Die anderen Argumente werden durch Anordnungen gemäß der Erfindung überwunden, wie sie im folgenden näher beschrieben werden sollen. Die Abb. i stellt die Schaltung eines solchen magnetischen Verstärkers dar. Mit i ist der Hochfrequenzgenerator bezeichnet, der die Sammelschiene 2 speist. Aus der Induktivität 3 und der Kapazität q. ist ein auf die Generatorfrequenz abgestimmter Schwingkreis gebildet, der über die Koppelkondensatoren 5 und 6 erregt wird. In Abb. 2 ist das entsprechende Vektorbild gezeichnet. U2 ist Spannung der Sammelschiene, die sich in die Spannungen U5, U, und UB teilt. Bei Abstimmung des Kreises auf Resonanz steht U3 und damit auch U3 senkrecht auf U2.
Die Gleichrichter io und i i in Abb. i richten zwei Spannungen gleich, die den Vektoren Ulo. und Uli in Abb. 2 entsprechen und so in Reihe geschaltet sind, daß an dem Kondensator 1q. im betrachteten Betriebszustand keine Spannung auftritt. Wird jedoch der Kreis in dem einen oder anderen Sinne verstimmt, so bewegen sich die Punkte A und ß (Abb. a) auf den gezeichneten Kreisen, die Spannungen an den Widerständen 1a und 13 sind nicht mehr einander gleich, und es entsteht eine positive oder negative Ausgangsspannung Ua.
Die Verstimmung des Kreises kann nun durch eine Magnetisierung des Eisenkerns erfolgen. Um eine Änderung der Induktivität in beiden Richtungen zu ermöglichen, ist zunächst eine Polarisation des Eisenkernes erforderlich, die mit dem N-S bezeichneten Permanentmagneten erfolgen kann. Eine Wechselmagnetisierung durch die Spule 7 erzeugt dann die gewünschte Änderung der Induktivität. In Reihe mit der Spule liegt noch der Widerstand 8 mit der parallel geschalteten Kapazität g. Diese Elemente dienen dazu, den Eingangswiderstand des Verstärkers bis zu einer oberen Frequenzgrenze reell zu machen, damit auch bei eingeprägter Spannung der Verstärkungsgrad bis zu dieser Grenzfrequenz konstant bleibt. Ist ein Eingangsstrom gegeben, so können diese Elemente in Fortfall kommen.
Die Kennlinie dieses Verstärkers ist schematisch in Abb.3 gegeben. Der Mittelteil ist in hohem Maße linear und der Verlauf völlig symmetrisch, so daß der Klirrfaktor sehr klein ist. Durch Anwendung einer Gegenkopplung kann er, wenn nötig, noch weiter verringert werden. Sehr angenehm ist weiterhin, daß bei der Eingangsspannung Null auch die Ausgangsspannung Null ist. Es ist dadurch möglich, mehrere derartige Stufen nach Belieben als Gleichspannungsverstärker oder als Wechselspannungsverstärker mit Kapazitätskopplung in Kaskade zu schalten. Die symmetrische Anordnung hat noch zwei weitere Vorteile: Schwankungen der Speisespannung durch Lastschwankungen infolge anderer angeschlossener Geräte verursachen keine Arbeitspunktschwankungen und treten deshalb in der Ausgangsspannung nicht nennenswert in Erscheinung. Andererseits ist auch die Aufnahme von Hochfrequenzenergie praktisch unabhängig von der Aussteuerung. Durch diese beiden Eigenschaften ist das Entkopplungsproblem erheblich vereinfacht. In schwierigen Fällen besteht die Möglichkeit, magnetische Spannungsgleichhalter zur Entkopplung und gleichzeitig zur Stabilisierung vorzusehen.
In Abb.4 ist noch eine ähnliche Schaltungsanordnung dargestellt. Sie unterscheidet sich von der in Abb. i im wesentlichen durch die Anordnung der Gleichrichter io und ii mit den Elektrolytkondensatoren 15 und 16. Diese Schaltung hat den besonderen Vorteil, bei geeigneter Dimensionierung Stöße und Modulationen der Speisespannung völlig zu eliminieren. Es erfolgt in dieser Anordnung eine Diodenbegrenzung in ähnlicher Weise wie bei dem bekannten Ratiodetektor der Frequenzmodulation. Die übrigen Eigenschaften sind denen der Anordnung nach Abb. i ähnlich.
Die Wahl der Hochfrequenz richtet sich nach der Güte des Schwingkreises und der Bandbreite des Verstärkers. Rechnet man beispielsweise mit einer Güte von roo und einer Bandbreite von 3ooo Hz für die Modulation, so soll die Hochfrequenz mindestens 300 kHz betragen. Als Kernmittel kommen Ferrite in Frage, die hohe Permeabilitäten mit geringen Verlusten und leichter magnetischer Steuerbarkeit vereinigen. Mit wachsender Hochfrequenz verringern sich die notwendigen Abmessungen für den Kern, es empfiehlt sich aber nicht, wesentlich über i MHz hinauszugehen, da dann die Verluste der Ferrite schnell zunehmen. Der erzielbare Verstärkungsfaktor ist stark von der Magnetisierungskennlinie des Materials abhängig. Wegen der durch die Empfindlichkeit der Phasensteuerung bewirkten Steilheiten der Kennlinien lassen sich für Bandbreiten von 3000 Hz Verstärkungsfaktoren von 30 gut erreichen.
In Abb. 5 ist schließlich noch eine Ausführungsform für die steuerbare Induktivität gezeigt. Der Kern besteht aus den beiden Hälften 18 und ig, auf deren Schenkeln die Schwingspulen 3 angebracht sind. Ihre Anschlüsse sind mit 20, 21 und z3 bezeichnet. Die Magnetisierungswicklung 7 mit den Anschlüssen 23 und 24 umschließt den Mittelschenkel 25, der zur Erzielung der magnetischen Polarisation aus einem magnetisch harten Material, am besten ebenfalls einem Ferrit, bestehen kann. .

Claims

PATENTANSPROCHE: i. Magnetischer Verstärker mit einer durch Vormagnetisierung des ferromagnetischen Kerns steuerbaren Induktivität, gekennzeichnet durch eine symmetrische Anordnung mit zwei Gleichrichtern, an denen Spannungen entstehen, die im Ruhezustand einander gleich sind und gegeneinander geschaltet sein können. z. Magnetischer Verstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktivität eine Kapazität parallel geschaltet ist, so daß ein Schwingungskreis entsteht, der sich im Ruhezustand in Resonanz mit der angelegten Hochfrequenzspannung befindet. 3. Magnetischer Verstärker nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß die Aaskopplung der Hochfrequenzspannung an den Kreis derart erfolgt, daß im ungesteuerten Zustand die Hochfrequenzspannung am Kreis eine Phasenverschiebung von go° gegenüber der speisenden Hochfrequenzspannung aufweist. 4. Magnetischer Verstärker nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung des Frequenzganges in Reihe mit der Magnetisierungsspule ein Widerstand und evtl. dazu parallel ein Kondensator geschaltet ist. 5. Magnetischer Verstärker nach Anspruch i bis 4, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Gegenkopplungen. 6. Magnetischer Verstärker nach Anspruch i bis 5, gekennzeichnet durch eine Kaskaden-, Schaltung mehrerer derartiger Stufen, wobei die Kopplung galvanisch, kapazitiv oder induktiv sein kann. 7. Magnetischer Verstärker nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB zur Entkopplung und Stabilisierung der speisenden Hochfrequenz magnetische Spannungsgleichschalter vorgesehen sind. B. Magnetischer Verstärker nach Anspruch i bis 7, gekennzeichnet durch eine Gleichrichteranordnung, die gegenüber Änderungen der speisenden Hochfrequenzspannung dämpfend wirkt. g. Magnetischer Verstärker nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für . die Induktivitäten E-Kerne verwendet werden, deren Mittelschenkel ganz oder zum Teil aus magnetisch hartem Material bestehen, daß die Hochfrequenzspulen symmetrisch auf den Außenschenkeln und die Magnetisierungsspule auf dem Mittelschenkel angeordnet sind.