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Anordnung mit einem dielektrischen und einem magnetischen Verstärker
zur Verstärkung bzw. Frequenzvervielfachung An anderer Stelle ist vorgeschlagen
worden, einen Magnetverstärker durch einen dielektrischen Verstärker zu steuern,
um auf diese Weise die aus bestimmten Gründ@:en mit bekannten Mitteln nicht ohne
weiteres zu unterschreitende Mindeststeuerleistung des Magnetverstärkers' herabzusetzen
und zugleich das Anpassungsproblem bei Magnetverstärkern zu lösen, d. h. die Steuerung
von Magnetverstärkern durch Meßwertgeber zu ermöglichen, die verhältnismäßig hochohmig
sind und nur geringe Belastungen vertragen. Magnetverstärker sind bekanntlich hinsichtlich
ihres Eingangswiderstandes verhältnismäßig niederohmig; die in der Steuer- und Regeltechnik
vorkommenden M.eßwertgeber haben jedoch häufig verhältnismäßig große Ausgangswiderstände.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Kombination
aus einem Magnetverstärker und einem dielektrischen Verstärker auch noch in anderer
als der vorgenannten Weise wertvoll sein kann. Bei der Verwendung solcher Verstärker
tritt nämlich die Schwierigkeit auf, daß Magnetverstärker das speisende Wechselstromnetz
induktiv; dielektrische Verstärker dagegen kapazitiv belasten. Die Verstärkereinrichtung
nach der Erfindung ermöglicht dagegen eine phasenrichtige Netzbelastung,
indem
ein magnetischer und ein dielektrischer Verstärker nun nicht, wie oben erwähnt,
in Kaskadenschaltung, sondern in der Weise am speisenden Wechselstrom liegen, daß
beide Verstärker an einem gemeinsamen Verbraucher und vorzugsweise auch an die gleiche
Steuerquelle angeschlossen sind.
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Die beiden Verstärker lassen sich so bemessen, daß im speisenden Wechselstromnetz
annähernd eine Wirkbelastung vorliegt. Es ist jedoch möglich, durch eine andere
Bemessung dafür zu sorgen, daß eine bestimmte induktive oder auch kapazitive Belastung
des Netzes vorliegt. Die Erfindung ermöglicht es ferner, der Blindbelastung eines
Wechselstromnetzes, die durch einen dielektrischen oder einen magnetischen Verstärker
gegeben ist, willkürlich einen bestimmten Wert zu geben, diesen Wert festzuhalten
oder nach bestimmter Maßgabe, beispielsweise mit der Wirkbelastung des Verstärkers,
zu verändern. Derartige Maßnahmen können besonders in der Meßtechnik nützlich sein.
Ein vorteilhaftes Anwendungsgebiet liegt außerdem in der Regelungstechnik vor, vor
allem, wenn es sich darum handelt, Phasenbeziehungen zu regeln.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Verstärkereinrichtung nach
der Erfindung, das besonders vorteilhaft ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der
dielektrische und der magnetische Verstärker je mit innerer Selbstsättigung ausgeführt
sind, so daß die beiden Verstärker-zur Steuerung eines Wechselstromverbrauchers
beispielsweise -je aus zwei steuerbaren Kondensatoren bzw. Drosselspulen in Verbindung
mit je einem elektrischen Ventil bestehen. Die Ausgangsklemmen der beiden Verstärker
werden zueinander parallel und mit dem Verbraucher in Reihe geschaltet. Ein solcher
Verstärker ist schematisch in Fig. i dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
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In Fig. i ist ein dielektrischer Verstärker mit i, ein magnetischer
Verstärker mit 2 bezeichnet. Beide Verstärker sind in sogenannter Wechselstromschaltung
mit innerer Selbstsättigung ausgeführt, d. h., jedem der steuerbaren Kondensatoren
3 und 4 sowie jeder der steuerbaren Drosselspulen 5 und 6 ist ein Ventil zugeordnet.
Bei Magnetverstärkern ist diese Wechselstromschaltung auch unter dem Namen Doublerschaltung
bekannt. Die Ventile sind sämtlich mit 7 bezeichnet. Es werden Trockengleichrichter,
insbesondere auf Germanium- oder Sili.ziumbasis, wegen der guten Eigenschaften dieser
Ventile bevorzugt. Während die den Drosselspulen jeweils zugeordneten Ventile mit
diesen gegensinnig in Reihe liegen, sind die Ventile, die den Kondensatoren zugeordnet
sind, diesen gegensinnig parallel geschaltet. Durch die gegensinnige Schaltung der
Ventile wird jeweils das eine der Reaktanzelemente der beiden Verstärker nur durch
die positive und das andere nur durch die negative Halbwelle des an den Leitern
R und S zugeführten Wechselstromes beansprucht. Die Ausgangsanschlüsse 8, 9 bzw.
io, i i der beiden Verstärker i und 2 liegen parallel zueinander und gleichzeitig
in Reihe mit einem Verbraucher 12 an sich beliebiger Art zwischen den Netzleitern
R und S. Die Kondensatoren 3 und q. des dielektrischen Verstärkers sind schematisch
mit besonderen Elektroden 13 versehen, denen die Steuerspannung über die Klemmen
1q. aus einer nicht dargestellten Steuerstromquelle zugeführt wird. Diese Darstellung
wurde der Einfachheit halber gewählt und geht auf einen an anderer Stelle gemachten
Vorschlag zurück, der besagt, für Steuer- und Arbeitskreis eines dielektrischen
Verstärkers je besondere, getrennte Elektroden zu verwenden. Die Anordnung der verschiedenen
Elektroden muß natürlich so erfolgen, daß das elektrische Feld des Arbeitsstromkreises
von dem zwischen den Steuerelektroden liegenden Steuerfeld durchsetzt wird. Man
wird in Wirklichkeit beispielsweise die Steuerelektroden und die Arbeitselektroden,
durch eine Isolierschicht voneinander getrennt, übereinander anordnen. An sich können
auch andere bekannte Ausführungen von dielektrischen Verstärkern verwendet werden,
jedoch wird: eine Ausführung mit getrennten Steuerelektroden für die Zwecke der
vorliegenden Erfindung bevorzugt. An die Klemmen 1q. der Steuerstromquelle sind
gleichzeitig auch die Steuerwicklungen 15, 16 des Magnetverstärkers 2 angeschlossen.
Während diese in an sich bekannter Weise gegensinnig in Reihe in bezug auf die Arbeitswicklungen
5, 6 geschaltet sind, sind die Steuerelektroden 13 der Kondensatoren 3 und gegensinnig
parallel zu deren Arbeitselektroden angeschlossen. Durch die gegensinnige Schaltung
wird in jedem Fall eine Rückwirkung des Arbeitswechselstromes auf den gemeinsamen
Steuerkreis vermieden.
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Fig. 2 a zeigt die bei der Steuerung des Verstärkers nach Fig. i vorliegenden
Verhältnisse, unter der Annahme, daß der dielektrische Verstärker i eine ideale,
-d. h. praktisch rechteckförmigeVerschiebungs(D)- bzw.Ladungs(Q)-Feldstärke(E)-Kennlinie
und der Magnetverstärker 2 eine ebensolche Induktions(B)- bzw.Fluß(0)-Feldstärke(H)-Kennlinie
aufweist. Diese beiden idealisierten Kennlinien sind in Fig. 3 für den, Magnetverstärker
und in Fig. q. für den dielektrischen Verstärker dargestellt. Fig. 5 zeigt die Ausgangsstrom(TA)-Steuerstrom-(Ist)-Kennlinie
des magnetischen Verstärkers 2 nach Fig. i und 6 die Ausgangsstrom (JA) -Steuerspannungs
(Ust) -Kennlinie des dielektrischen Verstärkers i nach Fig. i. Beide Kennlinien
sind entsprechend der Kennlinien nach Fig. 3 und q. ebenfalls idealisiert dargestellt.
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Des weiteren ist in FinG. 7 die bei einem Magnetverstärker mit Selbstsättigu.ng
vorliegende Anschnittssteuerung der Arbeitsstromhalbwellen dargestellt. Die äußere,
gestrichelte, sinnsförmige Kurve stellt die Netzspannung u sowie denjenigen Verlauf
des Magnetvenstärkenstromes i dar, dien dieser bei vollges,äfitigten magnetischen
Kernen haben würde. Bei einer ergibt sich eine s genannte Sättigwngswinkelsteuerung
dieser Stromhalbwelle, die der bei gittergesteuerten
Entladungsgefäßen
gleicht. Der Strom ist 'hierbei (vgl. die aasgezogene Kurve) zunächst praktisch
Nüll. Es muß zunächst eine bestimmte Spannungszeitfläche F"=,d0- f acdt durchlaufen
werden. Im Zeitpunkt t1 ist dies erreicht, so d@aß der Strom i plötzlich auf dien
durch den Außenwiderstand begrenzten Wert springt und dann der sinusförmigen Kurve
bi(s zum Nullpunkt folgt, in dem der Strom infolge der Umkehr der Stromrichtung
unterbrochen wird. In der folgenden negativen Halbweille ist zunächst ebenfalls
kein Strom vorhanden, bis daß auch hier der plötzliche Stromanstieg erfolgt.
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Fig. 8 zeigt analog die Verhältnisse bei einem dielektri(schen Verstärker
mit Selbstsättigung. An Stelle der Spannungszeitfläche beim Magnetverstärk-er m.uß
hier zunächst eine Stromzentfläche Fi = 40 ^- f idt durchlaufen werden. Infolgedessen
erfolgt bei einem dielektri!schen Verstärker die Sättigungswinkelsteurerung der
Stromhalbwellen in umgekehrter Weise. Der Arbeitsstrom des dielektrischen Verstärkers
mit Selbstsättiigung folgt zunächst der treibenden Wechselspannung u, d. ih., der
Arbeitsstrom i ist zunächst nur durch den äußeren Belastungswi@&rstand begrenzt.
Im 7,eitpun'kt t2 springt plötzlich der Widerstand des dielektrischen Verstärkers
auf einen sehr geringen Wert, so daß der Strom fast verschwindet, bis dann in der
negativen Halbwelle der gleiche Vorgang durch den zugehörigen zweiten Kondensator
mit Selbstsättigung für die entgegengesetzte Wechselstromhalbwelle wiederholt wird.
Durch Zusammenlegen der Fig. 7 und 8 ergibt sich die zuerst genannte graphische
Darstellung nach Fig. 2 a, die den Gesamtstromverlauf des Verbrauchers 12 der Fig.
i darstellt. Die durch die Schraffierung angedeut@ten Flächen werden um so größer,
je größer die Aussteuerung des Verstärkers nach Fig. i ist. Die unter Fig. 2 a 'dargestellte
Fig. 21) zeigt die Vethältnnsse bei Vollaussteuerung.
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Durch die erfindungsgemäße Kombination aus dielektrischen und magnebischen
Verstärkern liegt, wie in Fig.9 gezeigt, für den Strom des Verbrauchers 12 (Fig.
i) neben der an sich bekannten Sättigun gswinkelzündung zugleich eine Sätt'igungswinkellöschung
vor. Ein Wechselstrom wird also in ein und derselben Strom'halbwelle gelöscht und
wieder gezündet. Dies kann vorteilhaft für verschiedene Zwecke, insbesondere für
Frequenzverv ielfachungszwecke, ausgenutzt werden. An dem Widerstand 12 in Fig.
i, der beispielsweise ein Transformator sein kann, kann ein Strom dreifacher Frequenz
entnommen werden. Dies ergibt sich aus Fig. 2 a ohne weiteres, wenn die punktiert
eingezeichnete Kurve betrachtet wird. Zur Frequenzverdreifachung wird man zweckmäßig
die Aussteuerung der Verstärker i und 2 so groß machen, d@aß d!ie zwischen den schraffierten
Flächen Iliegende Lücke die gleiche Breite hat wie jede der schraffierten Flächen.
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Fig. 9 zeigt eine Abänderung der Fig. i und dient ebenfalls zur Frequenzverv
ielfachung, insbesondere zur Frequenzverdoppelung. Der dielektrische Verstärker
i und der Magnetverstärker :2 bilden mit zwei Hilfswiderständen 21 und 22 eine Brückenschaltung,
deren eine Diagonale an die Netzleiter R, S angeschlossen ist und mit Wechselstrom
gespeist wird und deren andere, den Nullzweig bildende Diagonale. einen Verbraucher
23 enthält, der vom Strom der vervielfachten Frequenz gespeist wird. Für eine Frequenzverdoppelung
ist, wie Fig. io zeigt, je eine Had.baussteuerung der beiden Verstärker i und 2.vorteillhaft.
Die Stromhadbwellen der Verstärker sind einander entgegengerichtet. Die mit Plus
(-+-) bezeichneten schraffierten Flächen stellen .die Stromzeitintegrale des dielektrisdhen
Verstärkers i, die unteren, mit Minus (-) bezelichneten die des magnetischen Verstärkers
2 dar. Bei geringerer Aussteuerung der beiden Verstärker als Halbaussteuerung lassen
sich, was leicht ersichtlich ist, auch höhere als zweifache Frequenzverviedfachungen
mit der Einrichtung nach Fig. 9 erzielen.
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Die Erfindung ist im übrigem nicht auf die in dem Fig. i und 9 dargestellten
Sdhaltuingsbenspiele beschränkt, vielmehr können die Verstärker i und 2 auch für
Gleichstromabgabe, etwa in BrückenschaItung, eingerichtet sein. Es sind ferner auch
mehrphasige Schaltungen möglich.