DK148069B - Afboejningsforstaerker, isaer til katodestraaleroer - Google Patents

Description

148069 5 Opfindelsen angår en forstærker til fødning af en belastning, hvilken forstærker omfatter en jævnspændingskilde, et strømforsyningskredsløb for små strømstyrker anbragt mellem belastningen og jævnspændingskilden og et strømforsyningskredsløb for store strøm-10 me, hvilken forstærker endvidere er af den i krav l's indledning angivne art.

Anvendelsen af magnetisk afbøjning i mange typer af visningsudstyr med katodestrålerør er velkendt. Grun-15 den til, at magnetisk afbøjning normalt foretrækkes, er de udmærkede egenskaber hvad angår lysstyrke og opløsning. Imidlertid har magnetiske afbøjningskredse et betydeligt større effektforbrug end elektrostatiske kredse. Den strøm, som skal tilføres et af-20 bøjningsåg tilhørende et katodestrålerør, skal normalt kunne varieres fra en negativ værdi (med henblik på afbøjning til den ene side af skærmen), gennem nul (med henblik på at strålen skal ramme midt på skærmen), og til en høj positiv værdi (med henblik 25 på afbøjning til skærmens modsatte side). Da afbøjningen skal stemme overens med det ønskede billede, må den være tilvejebragt ved hjælp af en lineær forstærker, der arbejder med egnede positive og negative spændingskilder. Dersom afbøjningen skal kunne ændres 30 yderst hurtigt, er det nødvendigt at spændingskilderne har en meget høj spænding, så at de kan drive strøm gennem det induktive åg. Når derimod strøm-variationerne i åget er forholdsvis langsomme, skal drivspændingen være forholdsvis lav; af denne årsag 2 148069 1 skal den åg-drivende udgangsforstærker have et betydeligt spændingsfald under en betydelig del af driftstiden, samtidigt med at den leverer en betydelig strøm. Det er dette, der forårsager det store effekt-5 forbrug.

Det er kendt at anvende energibesparende modulerede kraftforsyningsenheder. Disse enheder sparer på energien ved at foretage en arbejdseyklus-modulation af 10 den til belastningen leverede strøm. Sådanne forsyningsenheder er enten helt '’åbne” eller helt "lukkede". Når de er helt "åbne", er de som en sluttet kontakt, der tilvejebringer en forbindelse med en meget lav modstand, så den strøm, der passerer gennem 15 enheden, ikke bevirker noget stort effekttab.

Når enhederne er helt "lukkede", flyder der ingen strøm, hvorfor der heller ikke kan tabes nogen effekt.

Ved at bringe kraftforsyningsenheden til at være "åben" under en passende brøkdel af tiden og med en 20 ret høj koblingstakt eller -frekvens, kan den gennemsnitlige strøm styres med forholdsvis små effekttab inden i selve kraftforsyningsenheden. Imidlertid er der ikke blevet fremskaffet enheder af denne art, som kan styres tilstrækkeligt godt med henblik på en 25 korrekt og lineær gengivelse at et indgangsstyresignal, således som det kræves i visningsudstyr af høj kvalitet med katodestrålerør.

F.eks. fra GB patentskrift 1.187.312 kendes et strøm-30 forsyningskredsløb, hvor store belastningsstrømme afgives af en impedansregulator. Strømforsyningen består af to delkredsløb. Det ene, som kan afgive store strømme, har en stor tidskonstant. Det andet, som kun kan afgive små strømme, har en lille tidskonstant.

3 148069 1 Dette strømforsyningskredsløb har derfor et relativt stort effektforbrug p.g.a. den store tidskonstant i det førstnævnte kredsløb. Faktisk er dette kredsløb slet ikke egnet til at afgive en sumstrøm på baggrund 5 af en hurtigt varierende indgangsspænding. Hvis dette skal fungere efter hensigten, skal begge kredsløb nemlig kunne reagere hurtigt.

Fra US patentskrift nr. 3.801.858 kendes endvidere en 10 energibesparende afbøjningsforstærker, hvor man for at spare effekt anvender tre delforstærkningskredsløb, nemlig en forforstærker, en laveffektforstærker og en højeffektforstærker. Hvis laveffektforstærkeren ikke kan levere den nødvendige strøm, vil højeffektforstærk-15 eren gøre dette p.g.a. et modkoblingskredsløb.

Denne forstærker er ganske indviklet, idet der skal anvendes et modkoblingskredsløb, og idet der anvendes et kompliceret højeffektforstærkertrin.

20 Det er derfor opfindelsens formål at anvise en energibesparende forstærker, der har en god linearitet, og som kan arbejde med stærkt varierende indgangssignaler.

25 Dette opnås ved, at et strømmålekredsløb er anbragt mellem jævnspændingskilden og forstærkeren, samt at strømforsyningskredsløbet for store strømstyrker omfatter en induktans, der er forbundet med belastningen, en elektronisk kontakt anbragt mellem jævnspæn-30 dingsforsyningen og den anden ende af induktansen, kontaktstyreorganer, der styret af strømmålekredsløb-et åbner for den elektroniske kontakt, så der ledes strøm til induktansen ved overskridelse af en fastlagt værdi, og lukker nævnte elektroniske kontakt, 4 148069 1 når en fastlagt mindsteværdi underskrides, samt endvidere en strømvej forbundet til den anden ende af induktansen, hvilken strømvej leder strømmen til induktansen, når den elektroniske kontakt er lukket.

Ifølge opfindelsen overvåges eller afføles den for-5 syningsstrøm, som tilføres udgangstrinnet i en belastningsdrivkreds, som f.eks. en reguleret kraftfor-syningsenhed eller en forstærker, og en elektronisk kontakt gøres ledende når strømmen overstiger en fastlagt værdi og gøres ikke-ledende når strømmen falder 10 under en anden og mindre, fastlagt værdi, hvilket sker med henblik på kommutering af strømmen til en stor selvinduktion, der leverer strøm til f.eks. en afbøjningsspole ved et katodestrålerør. Ved tilbagekobling styres strømmen gennem belastningen desuden 15 således, at belastningsdrivkredsen giver lige netop den mængde strøm, som, når den adderes til den kommaterede strøm gennem den store selvinduktion, giver den ønskede belastningsstrøm som "beordret" af indgangsspændingen. Tilbagekoblingen kan være lokal (som i en 20 Darlington-kobling) eller udvendig. De strømfølsomme organer til styring af den elektroniske kobling har en hysteresefunktion, så kontakten lukkes ved en strøm, som er mindre end den strøm, som kræves til at åbne kontakten, hvorved der frembringes en kommutering 25 af strømmen i selvinduktionen med henblik på at spare energi. Det undgås således fuldstændigt at drive forstærkeren i mætning.

Ved at undgå de store strømme i belastningsdrivkredse 30 som f.eks. lineære afbøjningsforstærkere - med undtagelse af i overgangsperioder - bliver effektforbruget i belastningsdrivkredsene væsentligt formindsket. Anvendelsen af arbejdscyklusmodulation af strømmen gennem den store selvinduktion ifølge ON/OPF- 5 148069 1 princippet forhindrer samtidig tilstedeværelse af spænding og strøm i den energibesparende strømforsyningsenhed, hvorved det samlede effektforbrug formindskes med en faktor ti i forhold til de kendte 5 energibesparende forstærkere.

I forhold til de tidligere, som eksempler, nævnte kredsløb er forstærkeren ifølge opfindelsen altså energibesparende og samtidig enklere af opbygning, 10 samtidigt med, at forstærkeren er lige så hurtigt reagerende .

En forstærker ifølge opfindelsen kan, som omhandlet i krav 2, være ejendommelig ved, at strømvejen har 15 et i én retning ledende organ forbundet mellem retursiden af strømforsyningskilden og den anden ende af induktansen, hvilket organ er polet til at lede strøm til induktansen i samme retning som den elektroniske kontakt leder strøm til induktansen.

20

Som omhandlet i krav 3 kan kontaktstyreorganerne omfatte en Schmidt-trigger, og ifølge krav 4 kan kontaktstyreorganerne omfatte en differensstrømfor-stærker, der er styret af strømmålekredsløbet, en 25 spændings-deler og en transistorkontakt, der kontrolleres af differensforstærkeren. Alle disse udførelsesformer er hensigtsmæssige, idet de gør det muligt at opbygge et velfungerende kredsløb med få komponenter, der findes som almindelig handelsvare, 30 og som er pålidelige og driftssikre.

Som omhandlet i krav 5 kan kontaktstyreorganerne desuden omfatte en vikling, der er magnetisk koblet til induktansen og har en sådan viklingsretning, at 6 148069 1 en forøgelse af strømmen gennem induktansen inducerer en jævnspænding i viklingen med en sådan polaritet, at den åbner den elektroniske kontakt, idet viklingen er forbundet til et fællespunkt for målekredsløbet 5 og forstærkeren og til den elektroniske kontakt.

Herved opnås, at en positiv strøm gennem den store selvinduktion medfører en positiv tilbagekobling til kontakten.

10

Endelig omhandler krav 6 også en hensigtsmæssig kredsløb s opbygning.

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere beskrev-15 et under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et forenklet blokdiagram af en uni-polær strømkreds ifølge et første udførelseseksempel, 20 fig. 2 viser strøm- og spændingsforholdene i det i fig. 1 viste udførelseseksempel, fig. 3 viser et udførelseseksempel med en dif-25 ferentiel strømfølekreds, fig. 4 viser et udførelseseksempel med induktiv kobling, og 30 fig. 5 er et forenklet blokdiagram af et udførelseseksempel med lokal tilbagekobling.

Der henvises først til fig. 1, som viser en typisk magnetisk afbøjningskreds 10, der omfatter et åg 1>γ 7 148069 1 i serie med en målemodstand Rg, og den over denne modstand Rg opstående spænding føres gennem en tilbagekoblingsmodstand Rp til et summationspunktj hvor den er forbundet med en indgangsmodstand Ry, som 5 modtager en indgangsspænding eller afbøjnings-kommando-spænding V. Pra summationspunktet føres spænding til en lineær forstærker 12 med stor forstærkningsfaktor, som føder en udgangskraftforstærker 14, der fører strøm til åget Ly. I fravær af andet apparatur 10 (således som det der er beskrevet i det følgende), omfatter forstærkerens 14 udgangsstrøm strømmen Ιγ gennem åget Ly, som også udgør strømmen gennem føle-modstanden Rg. Spændingen over målemodstanden Rg er derfor en lineær funktion af strømmen gennem åget Ly.

15 I overensstemmelse med opfindelsen er der tilvejebragt en hjælpekreds i form af et energibesparende strømmodul 16, der omfatter en forholdsvis stor selvinduktion L^, som er forbundet med et knudepunkt så at 20 den fører en strøm Ic til åget Ly og derved formindsker den nødvendige strøm fra forstærkeren 14. Strømmen i den store selvinduktion L^ reguleres ved at modulere den spænding, som fra en spændingskilde +V^ tilføres selvinduktionen, ved hjælp af en elektronisk 25 kontakt, f.eks. en effekttransistor SW1. Transistoren SW1 åbnes eller tændes ved hjælp af et signal på en ledning 18, som forbinder transistorens basis med udgangen på en Schmidt-trigger 20, som åbnes og lukkes i afhængighed af spændingsniveauet på et lednings-30 par 22 fra en strømfølekreds 24, som er indskudt i serie mellem spændingskilden +V^ og forstærkeren 14.

Når forstærkeren 14 begynder at trække strøm ud over en lille forudbestemt værdi, afgiver strømmålekredsen 24 8 148069 1 en spænding, som. er højere end udløsningstærskelspændingen for Sehmidt-triggeren 20, så at der fremkommer et signal på ledningen 18 til at åbne transistoren SW1, hvorved der kan flyde strøm fra spændings-5 kilden +VC ind i den store selvinduktion Lc· Denne strøm adderes til strømmen 1^ fra forstærkeren 14 til dannelse af den fulde åg-strøm Ιγ, som bevirker at en korrekt spænding over målemodstanden Rg udbalancerer den på indgangsmodstanden påtrykte ind-10 gangsspænding. Da en del af strømmen bliver leveret af det energibesparende modul 16, afgiver forstærkeren 14 mindre strøm til åget Ly. Når denne strøm falder (som følge af at der opbygges en strøm i den store selvinduktion Lc)til en tilstrækkeligt lav værdi, så 15 spændingen på ledningsparret 22 falder under Schmidt-triggerens 20 nedre spændingstærskel, lukker Sehmidt-triggeren 20, så signalet på ledningen 18 forsvinder, og transistoren SW1 lukkes eller slukkes (svarende til afbrudt kontakt). Når transistoren SW1 lukkes 20 eller slukkes, opretholdes strømmen gennem den store selvinduktion efter at have flydt gennem åget Ly og målemodstanden Rg til jord, ved nu at flyde opad fra jord gennem en diode 25. Ved at sørge for, at Sehmidt-triggerens 20 lukkespænding er et vist mål 25 mindre end dens åbnespænding, kan transistoren SW1 styres således, at den leverer strøm til den store selvinduktion med en passende størrelse, så forstærkerens 14 udgangsstrøm 1^ kan veksle periodisk mellem en eller anden lav værdi (hvor effekt-3Q forbruget er forholdsvis lille) og i nærheden af nul (når der kræves konstant strøm), således som det er nærmere vist i fig. 2.

9 148069 1 I fig. 2 viser kurven (a) et eksempel på en afbøjningskommandospænding V , og kurven (b) viser tilnærmelsesvis den åg-strøm , som fremkommer som følge af den nævnte spænding. I hovedsagen er åg-strømmen 5 Ιγ en tro gengivelse af V , fraset yderst hurtige ændringer i V som - afhængigt af apparatets maksimalspænding - åget muligvis ikke kan følge helt nøjagtigt. Kurven (c) viser forstærkerudgangsstrømmen Ιβ. Når V . begynder at stige fra nul, stiger for-10 stærkerudgangsstrømmen svarende hertil. Når forstærkerstrømmen imidlertid når op på en tærskelværdi 26, åbner strømmålekredsen 24 sehmidt-triggeren 20, som igen tænder eller åbner transistoren SW1, hvad der medfører at spændingskilden +Y^, bliver for-15 bundet med den store selvinduktion L^, så der begynder at flyde strøm i denne. Dersom de indbyrdes forhold mellem energitilførslen (spændingskilden +Vq), den store selvinduktion Lc, og V's stigningstid tillader, at strømmen i den store selvinduktion L^, kan 20 stige ligeså hurtigt som det kræves af V , så vil strømmen i den store selvinduktion helt enkelt slæbe efter ågets strømbehov, og ved hjælp af forstærkeren 14 vil der blive tilvejebragt en stabil tilstand (efter punktet 26). Så snart V bliver 25 konstant (som ved punktet 28 i kurven (a)), vil strømmen gennem den store selvinduktion efterhånden stige til værdien af den strøm Ιγ, som er ågets behov for strøm. Dette medfører en formindskelse af den strøm, som leveres fra forstærkeren 14, så at dennes belast-30 ning af spændingskilden +VC bliver mindre. Denne tilstand afføles af strømmålekredsen 24, som bringer Schmidt-triggeren 20 til at lukke, så transistoren SW1 slukkes eller lukkes. Af denne grund begynder strømmen gennem den store selvinduktion Lc at falde, 10 148069 1 som vist ved punktet 30 i kurven (d) i fig. 2. Dette medfører, at strømmen i forstærkeren stiger for at opretholde en konstant gennemsnitlig strøm ly (kurven (b)); dersom imidlertid strømmen ly stiger, vil den 5 igen nå op på den værdi, hvor Sehmidt-triggeren 20 åbner og derved tænder eller åbner transistoren SW1, hvorved spændingskilden +V^ forbindes med den store selvinduktion L^. Som følge heraf begynder strømmen gennem Lc igen at bygges op, så strømmen gennem åget 10 Ly omfatter en større og stadig stigende andel bestående af strømmen 1^, hvorved forstærkerens l4 udgangsstrøm igen kan formindskes. Kredsløbene vil fortsætte i denne cyklus, så længe strømbehovet, således som dette kommer til udtryk i afbøjningskommandospæn-15 dingen V, forbliver konstant.

Dersom V nu skulle falde meget hurtigt, således ,som det er vist ved punktet 3^ i kurven (a) i fig. 2, kan det ske, at forstærkeren 14 ikke kan følge denne kom-20 mando, og den resulterende ændring i åg-strømmen Ιγ kan slæbe noget efter indgangsspændingen V, som vist ved punktet 36 i kurven (b). Da strømmen i den store selvinduktion (regnet i den positive retning af Ic og ly) kun vil falde langsomt, er det nød-25 vendigt at forstærkeren 14 leverer en stor negativ strøm -I^ til forbindelsespunktet, så at den samlede strøm ly gennem åget Ly vil falde hurtigt til nul, som vist ved punktet 38 i kurve (b). Så snart denne negative strøm begynder at flyde med en værdi, 30 som er større end tærskelværdien, kunne det være ønskeligt at have mulighed for at påtrykke en stor negativ spænding på den store selvinduktion L^, for at påvirke strømmen gennem denne mere i negativ retning og i modsætning til den positive strøm gennem 11 148069 1 den, så at strømmen gennem selvinduktion Lc hurtigere ville bringes ned på nul. Med henblik herpå er nærværende opfindelse på en mere praktisk måde virkeliggjort i bipolær form, således som det er tilfældet 5 med de på fig. 3 og 4 viste udførelseseksempler, spm skal omtales i det følgende.

På det diagram over det andet udførelseseksempel på opfindelsen, som er vist i fig. 3, er de dele, som 10 har modstykke i fig. 1, betegnet med de samme henvisninger. I dette udførelseseksempel omfatter en differentialstrømforstærker 40 et par NPN-transistor-er 41, 42, der er koblet med fælles emitter. En lille modstand 44 (som kan være af størrelsesordenen J ohm) 15 er forbundet i serie mellem forstærkeren 14 og spændingskilden +Vq for at tjene som strømføler. Spændingsfaldet over denne modstand påtrykkes gennem en modstand 46 på basis i transistoren 4l og en jordforbunden modstand 49. En tilsvarende spænding på-20 trykkes basis i transistoren 42 ved hjælp af en modstand 48 i serie med en jordforburiden modstand 50, idet forbindelsespunktet.er forbundet med basis i transistoren 42. Normalt er transistoren 41 ledende (åben) og transistoren 42 ikke-ledende (lukket), idet 25 åbningsniveauet for transistoren 4l fremkommer ved spændingsdelingen i modstandene 44, 46 og 49, og for transistoren 42 ved spændingsdelingen i modstandene 48 og 50. Så snart strømmen imidlertid begynder at flyde gennem modstanden 44, opstår der et ualmindeligt 30 stort spændingsfald over den, så at spændingen ved basis i transistoren 4l falder, hvorved der flyder mindre emitterstrøm gennem den fælles emittermodstand 52 og emitterne bliver mere negative, mens basis i 146069 12 1 transistoren 42 forbliver på tilnærmelsesvis det samme potentiale. Ifette har den samme virkning, som hvis basis bliver mere positiv, så transistoren 42 begynder at lede og bevirker derved et betydeligt 5 spændingsfald over dens kollektormodstand 54. Dette gør basis i en PNP-transistorkontakt 56 mere negativ end dens emitter, så kontakten 56 åbner, hvorved der leveres mere strøm til modstanden 50 gennem en tilbagekoblingsmodstand 58, så basis i transistoren 42 10 bliver endnu mere positiv og fører denne til mætning og herefter fører transistor-kontakten 56 til mætning på selvforstærkende måde. Når nu transistorkontakten 56 er fuldt åben (maksimalt ledende), påtrykkes en positiv spænding på basis i transistoren SW1, hvorved 15 denne tændes eller åbnes og forbinder spændingskilden +VC direkte med den store selvinduktion L^, hvorved strømmen vil begynde at vokse i denne. Strømmen i den store selvinduktion Lc adderes til åg-strømmen, så behovet for levering af strøm fra forstærkeren l4 20 til åget bliver formindsket. Der er således en tilsvarende formindskelse af strømmen fra spændingskilden +Vg gennem modstanden 44, hvorfor spændingen ved basis i transistoren 4l vil begynde at stige. På grund af tilbagekoblingen gennem tilbagekoblingsmod-25 standen 58 er transistoren 42 imidlertid mættet, så der er en høj positiv spænding ved det fælles emit-terpunkt på grund af den strøm, der flyder gennem den fælles emittermodstand 52. Derfor skal strømmen gennem modstanden 44 falde til en værdi, som er 30 lavere end den værdi, hvor denne strøm tændte eller åbnede transistoren 42, før den kan begynde at slukke eller lukke denne transistor. Når imidlertid strømmen gennem modstanden 44 er næsten nul, er spændingen ved basis i transistoren 41 tilstrækkeligt positiv til, 13 148069 1 at denne transistors ledningsevne giver tilstrækkelig strøm til den fælles emittermodstand 52, til at emit-terne "løftes" og derved væsentligt formindsker transistorens 42 ledningsevne, hvad der bevirker en væsent-5 lig stigning i dets kollektorspænding, som igen slukker eller lukker PNP-transistorkontakten 56, så den positive tilbagekobling til tilbagekoblingsmodstanden 58 fjernes, hvorved transistorens 42 ledningsevne falder til en meget lav værdi. Da transistorkontakten 10 56 nu er lukket, er transistoren SW1 ligeledes lukket eller slukket, og der flyder strøm opad fra jord gennem en negativ spændingskilde -Vq gennem dioden 25 til retursiden af den store selvinduktion Lc· Når strømmen gennem den store selvinduktion nu begyn-15 der at falde, bliver mere og mere af strømmen til åget leveret fra forstærkeren l4, hvorfor strømmen gennem følemodstanden 44 stiger, indtil det tidspunkt hvor transistorens 4l basisspænding igen falder til det punkt, hvor transistorens ledningsevne er væsent-20 ligt formindsket, hvorved emitterforspændingen på transistoren 42 ændres, så at denne transistor får en høj ledningsevne, således som det er beskrevet ovenfor.

25 Således vil differentialstrømforstærkeren 40 sammen med transistorkontakten 56 frembringe en cyklisk proces på samme måde som beskrevet ovenfor under henvisning til det i fig. 1 viste udførelseseksempel.

30 Pig. 3 viser en yderligere strømføler, der omfatter målemodstanden 60, som er forbundet mellem kraftforstærkeren 40 og den negative spændingskilde -V^. Denne følemodstand 60 styrer differentialstrømforstærkeren 62, som arbejder på samme måde som differentialstrøm- 14 148069 1 forstærkeren 40, og som styrer transistorkobleren 64, som i samvirke med tilbagekoblingsmodstanden 66 bringer strømforstærkeren 62 til på selvforstærkende måde at indtage den fuldt åbne eller fuldt lukkede 5 tilstand, således som beskrevet under- henvisning til strømforstærkeren 40, hvorfor strømforstærkeren 62 styrer en hovedtransistorkobler S¥2, hvis returledningsvej udgøres af en diode 68. Den tosidige udformning i fig. 3 er ikke alene nyttig med henblik 10 på at tillade strømme af en modsat polaritet (-Ιγ) gennem åget Ly, men er også nyttig med hensyn til at tvinge strømmen ly ned på nul hurtigere end i den ensidige udformning i fig. 1, hvor strømmen blot aftager passivt. Af fig. 2 vil det kunne ses, at for 15 at bringe det i fig. 3 viste apparat til at følge faldet i indgangsspændingen (punktet 34) så tæt som muligt, gøres forstærkerstrømmen IA (kurven (c)) kraftigt negativ ved at hovedtransistorkontakten SW1 åbnes eller tændes, og når dette sker, forøges induk-20 torstrømmens 1^ fald (kurven (d)) væsentligt, så strømmen gennem den store selvinduktion Lc falder til nul hurtigere (punktet 72) end dens naturlige fald-hastighed (vist i afbrudt streg ved punktet 74). Når nu strømmen til induktoren nærmer sig nul, formindskes 25 den negative strøm, som kræves fra forstærkeren l4 til at bringe åg-strømmen ned på nul, indtil begge disse strømme igen er på nul.

Der henvises nu til fig. 2’s højre side, hvor en ord-30 re til en negativ afbøjning afgives ved hjælp af en negativ indgangsspænding V (punktet j6), så der fremkommer en som helhed mere og mere negativ strøm ly, som vist ved punktet 78. Denne tilvejebringes i begyndelsen af forstærkeren 14, som vist ved punk- 15 148069 1 tet 80, men så snart forstærkeren når målemodstandens 60 tærskelstrøm (fig. 3)j hvad der indtræder ved punktet 82, så bliver den negative del af den energibesparende strømforsyning (fig. 3's nedre halvdel) 5 virksom ved at levere negativ strøm (-1^) for tilførsel til afbøjningsåget Ly. Hovedtransistorkontakten SW2 åbnes eller tændes og lukkes eller slukkes i afhængighed af stigninger og fald i strømmen gennem følemodstanden 60, således som det er blevet beskrevet 10 ovenfor under henvisning til den positive strøm.

Et enklere udførelseseksempel for opfindelsen er vist i fig. hvor komponenterne har de samme henvisningsbetegnelser som i de foregående figurer. I 15 det i fig. 4 viste udførelseseksempel behøver hver halvdel af den energibesparende strømforsyning kun målemodstanden, kontakten og returdioden, tillige med en vikling 90, -91* som er magnetisk koblet til den store selvinduktion Lq. Viklingerne 90 og 91 er 20 polrettet som vist med prikker, så en stigning i positiv strøm i den med Ic viste retning i fig. 4 vil medføre, at en negativ spænding induceres ved basis i transistoren SW1, og stigende negativ strøm (modsat hvad der er vist som 1^ i fig. 4) vil medføre at en 25 positiv spænding forbindes med basis i hovedtransis-torkobleren SW2. På denne måde vil en af transistorkoblerne SVT1 og SW2, så snart den tilhørende målemodstand 44 henholdsvis 60 har konstateret tilstrækkelig strøm, begynder at føre strøm gennem den store 30 selvinduktion Lc, og denne opbygning af strøm vil inducere en tilbagekoblingsspænding til basis i den pågældende transistorkontakt SW1 henholdsvis SW2, så at den bliver fuldt ledende eller åben ("tændt”).

Herved tilvejebringes den hysteresevirkning, 16 148069 1 som er nødvendig for at sikre, at kontakterne SW1 og SW2 er fuldt åbne eller fuldt lukkede på ethvert tidspunkt. Transistorkontakterne SW1 og SW2 kan omfatte en 2N3716 henholdsvis en 2N3792, hvis base/emitter-5 åbningsspænding er af størrelsesordenen 0,7 volt, og som vil være mættet ved omtrent 0,8 volt. Således kræves der forholdsvis lidt kobling og en forholdsvis lille strømændring i den store selvinduktion Lq - så snart målemodstanden 44 har lagt omtrent 0,7 volt på 10 basis i kontakten SW1 - til at drive transistorkontakten SW1 kraftigt ind i mætningsområdet. På lignende måde vil transistorkontakten SW1 ikke begynde at lukke eller slukke, førend strømmen gennem følemodstanden 44 falder under den værdi, som sammen med spændingen 15 fra viklingen, ville give 0,7 volt ved basis i kontakten SW1. Det bør erindres, at så længe som spændingskilden +VC er forbundet gennem kontakten SW1 til den store selvinduktion Lc, vil strømmen i denne blive ved med at stige (inden for en hvilken som helst rimelig ar-20 bejdscyklus). Således vil der fra viklingen 90 altid blive påtrykt negativ spænding på basis i transistorkontakten SW1, selv lige inden denne lukkes eller slukkes, som følge af at forsyningsstrømmen til forstærkeren 14 gennem målemodstanden 44 aftager. Imidlertid vil, 25 så snart kontakten SW1 faktisk begynder at lukke som følge af en meget svag strøm gennem målemodstanden 44, faldet i strømmen til den store selvinduktion L„ iridu- w cere en positiv spænding gennem viklingen 90 til basis i kontakten SW1, som derved næsten momentant drives 30 til lukning.

De i fig. 1, 3 og 4 viste udførelseseksempler på strømforsyningskredsløb er energibesparende, fordi 17 148069 1 den strøm, som tilføres gennem den store selvinduktion Lc, føres gennem kontakten SW1 eller SW2, når denne er i fuld mætning, så effektforbruget svarer til produktet af strømmen og transistorens mætningsspæn-5 ding, som er ganske lille. Når der på den anden side er et stort spændingsfald mellem strømforsyningen og den store selvinduktion Lc, skyldes dette, at kontakterne SW1 og SW2 er lukkede (afbrudt kredsløb), så at der i kontakterne ikke går nogen strøm, og derfor hel-10 ler ikke forbruges nogen effekt. Dette står i modsætning til de lineære forstærkere, hvori hele forsyningsspændingen skal udgøre et spændingsfald ved den strøm, som leveres over hele forsyningsspændingsintervallet, afhængigt af det øjeblikkelige strømbe-15 hov og den til dettes opfyldelse nødvendige spænding.

I det i fig. 1 viste enkle udførelseseksempel er hystereeen tilvejebragt inden i selve Schmidt-trig-geren, hvis åbningstærskelspænding er højere end dens 20 lukketærskelspænding. I det i fig. 3 viste udførelseseksempel er hysteresen tilvejebragt ved hjælp af den positive tilbagekobling gennem tilbagekoblingsmodstandene 58 og 66, der som reaktion på en begyndende åbning eller tænding af en af transistorkoblerne 56 og 25 64 vil give tilbagekoblingssignal til udgangstran sistoren i differentialstrømforstærkeren 40, 62 for at bevirke mætning af transistorkontakterne 56, 64. På lignende måde vil begyndende lukning eller slukning af transistorkontakterne 56, 64 medføre en tilbage-30 kobling, som fører dem helt til lukning. I det i fig.

4 viste udførelseseksempel tilvejebringes hysteresen ved hjælp af viklingerne 90, 91, som forklaret ovenfor.

18 148069 1 I det i fig. 3 viste udførelseseksempel kan transistorkontakten SWi være en 2N3716, og kontakten SW2 kan være en 2N3792. Basis i begge kontakter er forbundet med hinanden for derved at forhindre, at beg-5 ge kontakter åbner eller tænder på samme tid, hvad der ellers ville kortslutte strømforsyningerne. I fig.

4- er disse kontakter ikke forbundet i en fælles-emit-ter-kobling, så det er ikke muligt at forbinde deres basiselektroder med hinanden for at forhindre, at de 10 tændes eller åbnes på samme tid. Det er derfor nødvendigt at gøre målemodstandene 44, 60 så små, at der er en sikker margin ved lukning eller slukning af den éne transistorkontakt (på grund af faldende strøm af én polaritet) inden den anden transistorkontakt åbner 15 eller tænder (på grund af stigende strøm af den anden polaritet). Dersom målemodstandene i fig. 3 udgør 1/2 ohm, kan de være 1/4 ohm eller deromkring i fig. 4.

Det bør være indlysende, at det må ligge godt inden for en fagmands normale virkefelt at finde frem til 20 de enkelte komponentværdier eller parametre, ud fra hvad der er blevet forklaret heri.

Selv om de i fig. 1, 3 og 4 viste udførelseseksempler omfatter en særlig, udvendig tilbagekobling, kan op-25 findelsen også anvendes med forstærkertrin med lokal tilbagekobling, således som det er vist i fig. 5. Et sammensat emitterfølgertrin 94, f.eks. af den art, der i almindelighed betegnes som en Darlington-forstærker, har lokal tilbagekobling som følge af transistorkon-30 takten (94), hvorved en tilførsel af yderligere strøm til emitterpunktet 95 fra den store selvinduktion har den samme virkning i forstærker/belastning-kom-binationen 10a (fig. 5) som i afbøjningskredsen 10 i de tidligere omtalte udførelseseksempler. Bemærk, 19 148069 1 at det energibesparende modul 16 i fig. 5 er udformet på nøjagtigt samme måde som det, der er beskrevet under henvisning til fig. 1.

5 Det skal her bemærkes, at selv om de viste udførelseseksempler først og fremmest er blevet beskrevet under henvisning til lineære afbøjningsforstærkere, så kan en energibesparende forstærker af den heri beskrevne art også anvendes i forbindelse med andre formål eller 10 andre udgangstrin (som f.eks. udgangs-trinnet i en reguleret strømforsyningsenhed eller i en konstantstrømkilde), så der opnås en tilsvarende besparelse i energiforbruget.

15 Det vil kunne indses, at en del af energibesparelsen tilvejebringes ved, at den elektroniske kontakt SW1 enten er helt åben, mens den fører strøm, og derfor kun har et ganske lille forspændingsfald i strømretningen og dermed et ringe effektforbrug, eller den er 20 helt lukket, så der ingen strøm flyder gennem den.

Besparelsen tilvejebringes desuden ved, at når den elektroniske kontakt er lukket (afbrudt), vil den store selvinduktion Lc enten levere strøm til den belastning, som skal drives (som f.eks. eller 25 belastningen 96), eller til den drivende strømforsyningsenhed eller heraf drevne kredse.

Dersom den drivende strømforsyningsenhed har en kapacitiv udgang, kan energien føres tilbage til 30 strømforsyningsenhedens udgangskondensator. I andre tilfælde kan den store selvinduktion levere energi til andre kredse, så effektbelastningen af strømforsyningsenheden formindskes.

20 148069 1 Således er der i de forskellige udførelseseksempler på opfindelsen opnået en energibesparelse ved af-føling af strømme i et belastningsdrivtrin og ved tilvejebringelse af kommuteret strøm ved hjælp af 5 hysterese i et knudepunkt, der modtager strøm fra drivtrinet, samt tilbagekobling (af lokal eller anden art) til modsvarende formindskelse af strømmen fra belastningsdrivtrinet (i de fleste tilfælde), hvorfor den samlede strøm fra belastnings-10 drivtrinet og fra det energibesparende modul vil udgøre den ønskede samlede strøm.

Claims (5)

148069

1. Forstærker til fødning af en belastning, hvilken forstærker omfatter en jævnspændingskilde, et strømforsyningskredsløb (10) for små strømstyrker anbragt mellem belastningen (Ly) og jævnspændingskilden (+VC) og et strømforsyningskredsløb (16) for store strømme, 10 der er parallelforbundet med førstnævnte strømforsyningskredsløb, og hvor strømforsyningskredsløbet (10) for små strømstyrker omfatter en forstærker (14) forbundet mellem jævnspændingskilden (+VC) og belastningen (Ly), hvilken forstærker på indgangen tilføres 15 et indgangssignal (V) og et tilbagekoblingssignal, der er en funktion af den strøm, der ledes til belastningen (Ly), kendetegnet ved, at et strøm-målekredsløb (24) er anbragt mellem jævnspændings-kilden (+Vp) og forstærkeren (14), samt at strømfor-20 syningskredsløbet (16) for store strømstyrker omfatter en induktans (L^,), der er forbundet med belastningen (Ly), en elektronisk kontakt (SW1) anbragt mellem jævnspændingsforsyningen (+VC) og den anden ende af induktansen (L^), kontaktstyreorganer 25 (20, 22), der styret af strømmålekredsløbet (24) slutter den elektroniske kontakt (SW1), så der ledes strøm til induktansen (L^), når måleværdien overskrider en fastlagt værdi, og afbryder nævnte elektroniske kontakt (SW1), når en fastlagt mindste-30 værdi underskrides, samt endvidere en strømvej (25) forbundet til den anden ende af induktansen (Lq), hvilken strømvej leder strømmen til induktansen (Lc), når den elektroniske kontakt (SW1) er lukket. 148069

2. Forstærker ifølge krav 1, kendetegnet ved, at strømvejen (25) har et i én retning ledende organ forbundet mellem rétursiden af strømforsyningskilden (+VC) og den anden ende af induktansen (L·^), 5 hvilket organ er polet til at lede strøm til induktansen (Lq) i samme retning som den elektroniske kontakt (SW1) leder strøm til induktansen.

3. Forstærker ifølge krav 1 eller 2, kende - 10 tegnet ved, at nævnte kontaktstyreorganer (20) omfatter en Schmidt-trigger.

4. Forstærker ifølge krav 1 eller 2, kende -tegnet ved, at nævnte kontaktstyreorganer (20) 15 omfatter en differens-strømforstærker (40), der er styret af strømmålekredsløbet (44), en spændingsdeler (48, 50) forbundet til jævnspændingsforsyningen (+VC), samt en transistorkontakt (56) styret af nævnte differens-forstærker (40), idet udgangssignalet fra tran- 20 sistorkontakten (56) styrer den elektroniske kontakt (SW1), og frembringer et tilbagekoblingssignal til differens-strømforstærkeren (40).

5. Forstærker ifølge krav 1 eller 2, k e n d e- 25 tegnet ved, at kontaktstyreorganerne (20) omfatter en vikling (90), der er magnetisk koblet til induktansen (L^) og har en sådan viklingsretning, at en forøgelse af strømmen gennem induktansen inducerer en jævnspænding i viklingen med en sådan polaritet, 30 at den åbner den elektroniske kontakt (SW1), hvorhos viklingen (90) er forbundet mellem på den ene side et fællespunkt for strømmålekredsløbet (44) og forstærkeren (14) og på den anden side den elektroniske kontakt (SW1).