DE1107273B - Schaltungsanordnung zur Breitenmodulierung von Impulsen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Breitenmodulierung von Impulsen

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DE1107273B
DE1107273B DEW23206A DEW0023206A DE1107273B DE 1107273 B DE1107273 B DE 1107273B DE W23206 A DEW23206 A DE W23206A DE W0023206 A DEW0023206 A DE W0023206A DE 1107273 B DE1107273 B DE 1107273B
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Germany
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terminal
voltage source
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DEW23206A
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Richard O Decker
William G Hall
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CBS Corp
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Westinghouse Electric Corp
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schaltungsanordnungen zur Breitenmodulierung von Impulsen. Sie besteht darin, daß der Impulsempfänger (Verbraucher) an die Reihenschaltung aus einer Gleichspannungsquelle, der Arbeitswicklung einer sättigungsfähigen, mit einer gleichstromerregten Steuerwicklung versehenen Drosselspule und eines Schalttransistors angeschlossen ist und daß zur Steuerung des Schalttransistors eine Wechselspannungsquelle mit rechteckiger Wellenform (Schaltspannungsquelle) vorgesehen ist, die in aufeinanderfolgenden Halbwelten den Transistor abwechselnd leitfähig macht und sperrt. Vorzugsweise werden zur Speisung des Impulsempfängers zwei parallele Reihenschaltungen der gekennzeichneten Art mit je einer Drosselspule und je einem Transistor verwendet, wobei die Steuerwicklungen der beiden Drosselspulen in Reihe liegen und die beiden Transistoren von der gleichen Schaltspannungsquelle derart gesteuert sind, daß die beiden Parallelzweige in aufeinanderfolgenden Halbweilen abwechselnd stromführend sind.
In den Fig. 1 bis 4 ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer einfachen Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zur Breitenmodulation von Gleichstromimpulsen;
Fig. 1 a zeigt die Form von Spannungsimpulsen bei der Schaltung nach Fig. 1 für Steuerspannungen verschiedener Beträge;
Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1;
Fig. 2 a und 2 b zeigen die Form von Spannungsimpulsen bei der Schaltung nach Fig. 2 für verschiedene Beträge und Polaritäten der Steuerspannungen;
Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Grundschaltung nach der Erfindung;
Fig. 3 a zeigt die Form von Spannungsimpulsen bei der Schaltung nach Fig. 3 für verschiedene Beträge der Steuerspannungen;
Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 a und 4 b stellen Spannungsimpulse der Schaltung nach Fig. 4 für verschiedene Beträge und Vorzeichen der Steuerspannungen dar.
In Fig. 1 ist ein Breitenmodulator für Impulse gleicher Richtung dargestellt. Die Schaltung umfaßt im wesentlichen eine Gleichstromquelle 51, sättigi::iusfähige Drosselspulen 10 und 20, Schalttransistoren 60, 70, eine Quelle 110 zur Erzeugung einer Schaltspannung mit rechteckförmiger Wellenform, vorzugsweise hoher Frequenz, und einen Verbraucher 59.
Die sättigungsfähige Drosselspule 10 umfaßt einen Schaltungsanordnung zur
Breitenmodulierung von Impulsen
Anmelder:
Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. April 1957
Richard O. Decker, Murrysville, Pa.,
und William G. Hall, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden
magnetischen Kern 11, der mit einer Steuerwicklung 12 und einer Arbeitswicklung 13 induktiv verkettet ist. Die sättigungsfähige Drosselspule 20 umfaßt einen Magnetkern 21 mit einer Steuerwicklung 22 und einer Arbeitswicklung 23. Die Steuerwicklungen 12 und 22 liegen in Reihe zwischen den Klemmen A und B. Die Arbeitswicklung 13 der Drosselspule 10 liegt in Reihe mit dem Emitter 61 und dem Kollektor 62 des Transistors 60 zwischen den Klemmen 5 und 6. Die Arbeitswicklung 23 der Drosselspule 20 liegt in Reihe mit dem Emitter 71 und dem Kollektor 72 des Transistors 70 zwischen den Klemmen 5 und 6. Die Basis 63 des Transistors 60 ist über eine Sekundärwicklung 106 eines Transformators 100 mit einer Klemme 7 verbunden. Die Basis 73 des Transistors 70 ist über die Sekundärwicklung 107 des Transformators 100 mit einer Klemme 8 verbunden. An die Primärwicklung 101 des Transformators 100 ist die Quelle 110 einer rechteckförmigen Schaltspannung angeschlossen. Der Verbraucher 59 und die Gleichspannungsquelle 51 liegen in Reihe zwischen den Klemmen 5 und 6.
Die dargestellte Schaltungsanordnung kann bezüglich ihrer Wirkungsweise in zwei abwechselnd arbeitende Stromkreise aufgeteilt werden, was sich dadurch ergibt, daß die Transistoren 60 und 70 abwechselnd leitfähig sind. Die Spannung der Quelle 110 erteilt während ihrer ersten Halbwelle über den
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Transformator 100, dessen Primärwicklung 101 und Sekundärwicklung 107 der Basis 73 des Transistors 70 eine solche Polarität gegenüber dem Emitter 71, daß der Transistor 70 gesperrt wird. Während der gleichen Halbwelle erhält die Basis 63 des Transistors 60 über die Sekundärwicklung 106 eine solche Polarität gegenüber dem Emitter 61, daß der Transistor
60 leitfähig wird. Während der ersten Halbwelle der rechteckförmigen Schaltspannung der Quelle 110 fließt ein Strom von der positiven Klemme der Gleich-Spannungsquelle 51 über die Klemme 5, die Arbeitswicklung 13 der Drosselspule 10, die Klemme 7, den Emitter 61 und den Kollektor 62 des Transistors 60, die Klemme 6 und den Verbraucher 59 zur negativen Klemme der Gleichspannungsquelle 51. Wenn der Kern 11 ungesättigt ist, fließt nur ein sehr kleiner Magnetisierungsstrom.
Die Gleichspannungsquelle 51 ist so bemessen, daß sie während der Leitfähigkeitshalbwelle des Transistors 60 den Drosselkern 11 annähernd in die positive Sättigung treibt, wenn der Fluß im Kern 11 zu Beginn der ersten Halbwelle den negativen Sättigungsbetrag hat. Dies bedeutet, daß die gesamte Spannungszeitfläche (Voltsekundenfläche), die von der Gleichspannungsquelle 51 während der gesamten ersten Halbwelle der Schaltspannungsquelle 110 geliefert wird, für die Ummagnetisierung des Kerns 11 von der negativen zur positiven Sättigung verbraucht wird. Es wird daher keine Ausgangsspannung an dem Verbraucher 59 auftreten.
Während der zweiten Halbwelle der rechteckförmigen Spannung der Quelle 110 wird der Transistor 60, wie oben beschrieben, durch die Umkehrung der Polarität der Sekundärwicklung 106 gesperrt. Gleichzeitig wird der Transistor 70 infolge der Umkehrung der Polarität der Sekundärwicklung 107 leitfähig. Es fließt dann ein Strom von der positiven Klemme der Gleichstromquelle 51 über die Klemme 5, die Arbeitswicklung 23 der Drosselspule 20, die Klemme 8, den Emitter 71 und den Kollektor 73 des Transistors 70, die Klemme 6 und den Verbraucher 59 zur negativen Klemme der Gleichstromquelle 51.
Die Gleichstromquelle 51 ist so bemessen, daß sie während der Leitfähigkeitsperiode des Transistors 70 den Magnetkern 21 in die positive Sättigung überführt. Wenn der Fluß im Kern 21 zu Beginn der zweiten Halbwelle den negativen Sättigungsbetrag hat, wird die gesamte Voltsekundenfläche, die während der zweiten Halbwelle der Spannungsquelle 110 von der Gleichspannungsquelle 51 geliefert wird, für die Ummagnetisierung des Kerns 21 von der negativen bis annähernd zur positiven Sättigung verbraucht, so daß an dem Verbraucher 59 keine Ausgangsspannung auftritt.
Während der dritten Halbwelle der Spannung der Quelle 110 wird wieder der Transistor 60 leitfähig und der Transistor 70 gesperrt, wie oben beschrieben. Es fließt dann wieder ein Strom von der positiven Klemme der Gleichstromquelle 51 über die Klemme 5, die Arbeitswicklung 13, die Klemme 7, den Emitter
61 und Kollektor 62 des Transistors 60, die Klemme 6 und den Verbraucher 59 zur negativen Klemme der Gleichstromquelle 51. Wird die Steuerwicklung 12 auch weiterhin außer Betracht gelassen, so ergibt sich, daß die Arbeitswicklung 13 der Drosselspule 10 im wesentlichen die Impedanz Null hat, da der Kern 11 während der ersten Halbwelle der Quelle 110 in die positive Sättigung gebracht wurde. Es wird daher im wesentlichen die volle Spannung der Gleichstromquelle 51 an dem Verbraucher 59 auftreten.
Während der vierten Halbwelle der Spannungsquelle 110 wird der Transistor 70 wieder leitfähig und der Transistor 60 gesperrt, wie oben beschrieben. Es fließt dann wieder ein Strom von der positiven Klemme der Gleichstromquelle 51 über die Klemme 5, die Arbeitswicklung 23 der Drosselspule 20, die Klemme 8, Emitter 71 und Kollektor 72 des Transistors 70, die Klemme 6 und den Verbraucher 59 zur negativen Klemme der Gleichstromquelle 51. Der Magnetkern 21 ist von der zweiten Halbwelle der Quelle 110 her immer noch positiv gesättigt. Die Arbeitswicklung 23 der Drosselspule 20 hat daher im wesentlichen die Impedanz Null, so daß praktisch die volle Spannung der Gleichstromquelle 51 an dem Verbraucher 59 auftritt.
Berücksichtigt man weiterhin die Steuerwicklungen 12 und 22, so gelten die vorstehenden Erläuterungen für den Fall, daß das Steuersignal an den Klemmen A und B gleich Null ist. Das heißt, daß nach den zwei anfänglichen Halbwellen der Rechteckspannung der Quelle 110 die am Verbraucher 59 auftretende Ausgangsspannung eine Folge von verstärkten rechteckförmigen Impulsen gleicher Richtung darstellt. Diese Form der Ausgangsspannung bei der Steuerspannung Null ist als Kurve X in Fig. 1 a dargestellt. In diesem Fall bildet die Kurve X eine gerade Linie. Die dargestellten Absenkungen der Spannung sind dadurch verursacht, daß es praktisch unmöglich ist, eine vollständige Sättigung zu erzielen und daß die Transistoren eine endliche Schaltzeit haben.
Wenn an den Klemmen A und B eine Steuerspannung vorgegebener Polarität aufgeprägt wird, die ausreicht, die Magnetkerne 11 und 21 zur Hälfte von der positiven in die negative Sättigung zu überführen, ergibt sich eine Wirkungsweise folgender Art. Die Klemmet möge gegenüber B positiv sein. Dann fließt ein Strom von der Klemme A über die Steuerwicklung 12 des Kerns 10 und die Steuerwicklung 22 des Kerns 20 zur Klemme B. Es sei ferner angenommen, daß der stationäre Zustand gemäß Kurve X nach Fig. 1 a erreicht ist.
Während einer ersten Halbwelle der rechteckförmigen Schaltspannung der Quelle 110 ist der Transistor 60 leitfähig und der Transistor 70 gesperrt, wie oben beschrieben. Es fließt dann ein Strom von der positiven Klemme der Gleichstromquelle 51 über die Klemme 5, die Arbeitswicklung 13, die Klemme 7, Emitter 61 und Kollektor 62 des Transistors 60, die Klemme 6 und den Verbraucher 59 zur negativen Klemme der Gleichstromquelle 51. Der Magnetkern 11 befindet sich seit der vorhergehenden Halbwelle, in der der Transistor 60 gesperrt war, in der Mitte zwischen der positiven und der negativen Sättigung. Während der nunmehr betrachteten Halbwelle der Schaltspannung der Quelle 110 wird daher die Voltsekundenfläche der Gleichstromquelle 51 teilweise dadurch verbraucht, daß der Kern 11 in die positive Sättigung getrieben wird. Sobald der Kern 11 die positive Sättigung erreicht, geht die Impedanz der Arbeitswicklung 12 im wesentlichen auf Null zurück, so daß die Spannung der Gleichstromquelle 51 für den Rest dieser Halbwelle an dem Verbraucher 59 auftritt.
In der nächsten Halbwelle der rechteckförmigen Schaltspannung der Quelle 110 ist der Transistor 70 leitfähig und der Transistor 60 gesperrt. Es fließt
dann ein Strom von der positiven Klemme der Gleichstromquelle 51 über die Klemme S, die Arbeitswicklung 23, die Klemme 8, Emitter 71 und Kollektor 72 des Transistors 70, die Klemme 6 und den Verbraucher 59 zur negativen Klemme der Gleichstromquelle 51. Infolge der Wirkung des Gleichspannungs-Steuersignals zwischen den Klemmen A und B war der Magnetkern 21 während der vorhergehenden Halbwelle bei gesperrtem Transistor 70 auf die Mitte zwischen positiver und negativer Sättigung rückgestellt worden. Während der nunmehr betrachteten Halbwelle wird daher die Voltsekundenfläche der Gleichstromquelle 51 nur teilweise dadurch verbraucht, daß der Kern 21 in die positive Sättigung getrieben wird. Sobald der Kern 21 die positive Sättigung erreicht, geht die Impedanz der Arbeitswicklung 22 im wesentlichen auf Null zurück, so daß die Ausgangsspannung der Gleichstromquelle 51 für den Rest der Halbwelle an dem Verbraucher 59 auftritt.
Infolge der beschriebenen Vorgänge stellt die am Verbraucher 59 auftretende Ausgangsspannung der Anordnung in aufeinanderfolgenden Halbwellen der Schaltspannungsquelle 110 eine Kette von Gleichstromimpulsen dar, deren Breite gegenüber den Impulsen nach der Kurve X der Fig. 1 a durch Aufprägung eines Gleichspannungs-Steuersignals an den Klemmen A und B moduliert ist. Die so entstehende Wellenform ist in Fig. 1 a als Kurve Y dargestellt.
Wenn das Gleichspannungs-Steuersignal an den Klemmen A und B so weit erhöht wird, daß es die Kerne 11 und 21 in negativer Richtung annähernd sättigt, ergibt sich die folgende Wirkungsweise. In der ersten Halbwelle der Schaltspannungsquelle 110 ist der Transistor 60 leitfähig und der Transistor 70 gesperrt. Es fließt dann ein Strom von der negativen Klemme der Gleichstromquelle 51 über die Klemme 5, die Arbeitswicklung 13 der Drossel 10, die Klemme 7, Emitter 61 und Kollektor 62 des Transistors 60, die Klemme 6 und den Verbraucher 59 zur negativen Klemme der Gleichstromquelle 51. Während der vorhergehenden Halbwelle, in der der Transistor 60 gesperrt war, ist jedoch der Kern 11 durch die Spannungszeitfläche des Steuersignals in die negative Sättigung gebracht worden. Während der vorstehend betrachteten Halbwelle, also während der vollen Leitfähigkeitsperiode des Transistors 60, wird demnach die von der Gleichstromquelle 51 gelieferte Spannungszeitfläche vollständig dadurch verbraucht, daß der Kern 11 bis zur positiven Sättigung rückmagnetisiert wird, so daß an dem Verbraucher 59 keine Ausgangsspannung erscheint.
In entsprechender Weise ist während der nächsten Halbwelle der Steuerspannungsquelle 110 der Transistor 70 leitfähig und der Transistor 60 gesperrt. Auch in dieser Halbwelle tritt keine Ausgangsspannung an dem Verbraucher 59 auf, da die gesamte Spannungszeitfläche, die von der Gleichstromquelle 51 geliefert wird, durch die Rückmagnetisierung des Kerns 21 von der negativen zur positiven Sättigung verbraucht wird. Während aufeinanderfolgender, abwechselnder Sperrperioden der Transistoren 60 und 70 werden die Drosselspulen 10 bzw. 20 durch das Gleichspannungs-Steuersignal vollständig bis zur negativen Sättigung rückmagnetisiert. Während aufeinanderfolgender, abwechselnder Leitfähigkeitsperioden der Transistoren 60 und 70 werden die sättigungsfähigen Drosselspulen 10 bzw. 20 nur gerade bis zur positiven Sättigung gebracht, so daß am Verbraucher 59 keine Ausgangsspannung erscheint. Für diesen Zustand voller Aussteuerung ist der Spannungsverlauf am Verbraucher 59 durch die Kurve Z der Fig. 1 a gegeben.
Aus der vorstehenden Erläuterung ergibt sich, daß durch Wahl eines geeigneten Betrages der Gleichstromsteuerspannung an den Klemmen A und B jede gewünschte Modulation der Impulsbreite erreicht werden kann. Die gewünschte Verstärkung wird durch Veränderung der Bemessung der Gleichstromquelle 51 erreicht. Die Impulsfrequenz läßt sich durch Frequenzänderung der Schaltspannungsquelle 110 beeinflussen.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei in den Fig. 1 und 2 entsprechende Komponenten die gleichen Hinweiszeichen erhalten haben. Der Hauptunterschied zwischen den Schaltungsanordnungen nach den Fig. 1 und 2 ist der, daß in Fig. 2 ein weiterer Ausgangskreis hinzugefügt ist, so daß sich ein Gegencaktsystem mit Ausgangs-Gleichspannungsimpulsen umkehrbaren Vorzeichens ergibt. Der hinzugefügte Teilkreis umfaßt die sättigungsfähigen Drosselspulen 30 und 40 und die Transistoren 80 und 90. Statt nur einer Gleichspannungsquelle 51 sind zwei Gleichspannungsquellen 54 und 55 verwendet. Außerdem haben die sättigungsfähigen Drosselspulen 10, 20, 30 und 40 Vormagnetisierungswicklungen 14, 24, 34 und 44 erhalten.
Die sättigungsfähigen Drosselspulen umfassen folgende Teile:
Drosselspule 10:
Kern 11, Steuerwicklung 12, Arbeitswicklung 13, Vormagnetisierungswicklung 14. Drosselspule 20:
Kern 21, Steuerwicklung 22, Arbeitswicklung 23, Vormagnetisierungswicklung 24. Drosselspule 30:
Kern 31, Steuerwicklung 32, Arbeitswicklung 33, Vormagnetisierungswicklung 34. Drosselspule 40:
Kern 41, Steuerwicklung 42, Arbeitswicklung 43, Vormagnetisierungswicklung 44. Die Steuerwicklungen 12, 22, 32 und 42 liegen in Reihe zwischen den Klemmen A und B. Die Vormagnetisierungswicklungen 14, 24, 34 und 44 liegen in Reihe zwischen den Klemmen C und D.
Die Arbeitswicklung 13 der Drosselspule 10 liegt in Reihe mit dem Emitter 61 und dem Kollektor 62 des Transistors 60 zwischen den Klemmen 5 und 6. Die Arbeitswicklung 23 der Drosselspule 20 liegt in Reihe mit dem Emitter 71 und dem Kollektor 72 des Transistors 70 zwischen den Klemmen 5 und 6. Die Basis 63 des Transistors 60 ist über die Sekundärwicklung 106 des Transformators 100 an die Klemme 7 angeschlossen. Die Basis 73 des Transistors 70 ist über die Sekundärwicklung 107 des Transformators 100 an die Klemme 8 angeschlossen. Die Gleichspannungsquelle 54 liegt zwischen den Klemmen 5 und 1. Die Arbeitswicklung 33 der Drosselspule 30 liegt in Reihe mit dem Kollektor 82 und dem Emitter 81 des Transistors 80 zwischen den Klemmen 5 und 6. Die Arbeitswicklung 43 der Drosselspule 40 liegt in Reihe mit dem Kollektor 92 und dem Emitter 91 des Transistors 90 zwischen den Klemmen 5 und 6. Die Basis 83 des Transistors 80 ist über die Sekundärwicklung 108 des Transformators 100 an eine Klemme 3 angeschlossen. Die Basis 93 des Transistors 90 ist über die Sekundärwicklung 109 des Transformators
100 an die Klemme 3 angeschlossen. Die Gleichstromquelle 55 liegt zwischen den Klemmen 4 und 1.
Der Verbraucher ist an die Klemmen 1 und 6 angeschlossen. An der Sekundärwicklung 101 des Transformators 100 liegt eine Quelle 110 einer rechteckförmigen Schaltspannung. Die Klemme C ist ständig positiv gegenüber der Klemme D; zwischen C und D liegt eine Spannung, deren Betrag ausreicht, die Kerne 11, 21, 31 und 41 durch Erregung der Vormagnetisierungswicklungen 14, 24, 34 bzw. 44 negativ zu sättigen.
Die beiden Teilschaltungen 150 (mit den sättigungsfähigen Drosselspulen 10 und 20, der Gleichstromquelle 51 und den Transistoren 60 und 70) und 200 (mit den sättigungsfähigen Drosselspulen 30 und 40, der Gleichspannungsquelle 55 und den Transistoren 80 und 90) speisen den Verbraucher 59 im Gegentakt.
Wenn die Steuerklemme A gegenüber der Steuerklemme B positiv ist, wirkt die Flußänderung in den Kernen 11 und 21 infolge Erregung der Steuerwicklungen 12 bzw. 22 der Flußänderung in den gleichen Kernen entgegen, die durch die Vormagnetisierungswicklungen 14 bzw. 24 verursacht ist. Die Flußänderung in den Kernen 11 und 21 infolge Erregung der Vormagnetisierungswicklungen 14 bzw. 24 wirkt stets derjenigen Flußänderung entgegen, die durch die Arbeitswicklungen 13 und 23 in den gleichen Kernen verursacht wird. Dies bedeutet, daß bei positivem Potential von A gegenüber B die Steuerwicklungen 12 und 22 und die Vormagnetisierungswicklungen 14 und 24 der Kerne 10 und 11 innerhalb der Teilschaltung 150 derart zusammenwirken, daß der Verbraucher 59 eine Ausgangsspannung erhält.
Wenn die Steuerklemme A gegenüber der Klemme B positiv ist, so hat die Flußänderung in den Magnetkernen 31 und 41 infolge Erregung der Steuerwicklungen 32 bzw. 42 stets die gleiche Richtung wie diejenige Flußänderung, die durch die Vormagnetisierungswicklungen 34 bzw. 44 verursacht wird. Die Flußänderungen infolge Erregung der Vormagnetisierungswicklungen 34 und 44 ist jedoch stets entgegengesetzt der Fiußänderung, die durch die Arbeitswicklungen 33 bzw. 43 verursacht wird. Dies bedeutet, daß bei positivem Potential von A gegenüber B die Steuerwicklungen 32 und 42 und die Vormagnetisierungswicklungen 34 und 44 der Drosselspulen 30 und 40 innerhalb der Teilschaltung 200 derart zusammenwirken, daß der Verbraucher 59 keine Ausgangsspannung erhält.
Ferner ist, wenn die Steuerklemme B gegenüber der Steuerklemme A positiv ist, die Flußänderung der Kerne 11, 21, 31 und 41 infolge Erregung der Steuerwicklungen 12, 22, 32 und 42 entgegengesetzt derjenigen Flußänderung, die bei positiver Klemme ,4 (gegenüber B) auftritt. Es ist ersichtlich, daß durch diese Umkehr des Flusses die Teilschaltung 200 so umgestellt wird, daß sie ein Ausgangssignal an den Verbraucher 59 liefert, und daß gleichzeitig die Teilschaltung 150 so umgestellt wird, daß sie kein Ausgangssignal an den Verbraucher 59 liefert.
Die Teilschaltung 150 (mit den Drosselspulen 10 und 20) kann bezüglich ihrer Wirkungsweise bei der Speisung des Verbrauchers 59 wieder in zwei abwechselnd wirksame Schaltungen aufgeteilt werden, die ähnlich arbeiten wie die Stromkreise der Schaltung nach Fig. 1 bei abwechselnder Leitfähigkeit der Transistoren 60 und 70. Die Wirkungsweise der Drosselspulen 10 und 20 ist, im ganzen gesehen, die gleiche, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist, jedoch mit den folgenden Unterschieden. Die Vormagnetisierungswicklungen 14 und 24 sind so auf die Kerne 11 bzw. 21 gewickelt, daß die von ihnen verursachte Flußänderung der Kerne 11 und 21 zu jeder Zeit derjenigen Flußänderung entgegengesetzt ist, die durch die Arbeitswicklungen 13 und 23 in den gleichen Kernen verursacht wird. Die
xo Steuerwicklungen 12 und 22 sind derart auf die Kerne 11 bzw. 21 gewickelt, daß die von ihnen verursachte Flußänderung in den Kernen 11 und 21 diejenige Flußänderung unterstützt, die von den Arbeitswicklungen 13 und 23 in den gleichen Kernen verursacht wird.
Während der ersten Halbwelle der rechteckförmigen Schaltspannung der Quelle 110, in der der Transistor 60 leitfähig und der Transistor 70 gesperrt ist, treibt demnach die Arbeitswicklung 13 den Magnetkern 11 in die Richtung der positiven Sättigung. Die Vormagnetisierungswicklung 14 treibt den Kern 11 in die Richtung der negativen Sättigung.
Während der nächsten Halbwelle der rechteckförmigen Schaltspannung der Quelle 110, in der der Transistor 70 leitfähig und der Transistor 60 gesperrt ist, treibt die Arbeitswicklung 23 den Kern 21 in Richtung auf die positive Sättigung. Die Vormagnetisierungswicklung 24 treibt der Kern 11 in Richtung auf die negative Sättigung. Während dieser beiden und der folgenden Halbwellen ist daher die Ausgangsspannung am Verbraucher 59 gleich Null, wenn das an der Klemme A aufgeprägte Steuersignal gleich Null ist. Die Ausgangsspannung der Teilschaltung 150 für die Steuerspannung Null ist in Fig. 2 a als Kurve X dargestellt.
Wird jedoch an der Klemme A ein positives Steuersignal aufgeprägt, das ausreicht, die Kerne 11 und 21 etwa auf die Mitte zwischen negativer und positiver Sättigung einzustellen, so wirkt die Steuererregung der Wicklungen 12 und 22 im gleichen Sinne wie die Erregung der Arbeitswicklungen 13 bzw. 23; die Summe dieser Erregungen übertrifft die Erregung der Vormagnetisierungswicklungen 14 und 24, so daß die Teilschaltung 150 an dem Verbraucher 59 eine Ausgangsspannung entstehen läßt. Die Ausgangsspannung für halbe Aussteuerung ist in Fig. 2 a als Kurve Y dargestellt.
Wenn die Steuerspannung an der Klemme A ausreicht, die Kerne 11 und 21 durch Erregung der Steuerwicklungen 12 und 22 in positiver Richtung annähernd zu sättigen, so ergibt sich ein Ausgang der Teilschaltung 150 für volle Aussteuerung, der in Fig. 2 a als Kurve Z dargestellt ist.
Die sättigungsfähigen Drosselspulen 30 und 40 der Teilschaltung 200 haben zur Speisung des Verbrauchers 59 während der oben beschriebenen Vorgänge bei positivem Potential der Klemme A gegenüber B nichts beigetragen. Bei Umkehrung der Polarität des Steuersignals (Klemme B positiv gegenüber A) wird die Teilschaltung 150 (mit den Drosselspulen 10 und 20) stillgelegt, während die Teilschaltung 209 nunmehr für die Speisung des Verbrauchers 59 wirksam wird. Die Speisung des Verbrauchers 59 wird dann von den Schaltvorgängen der Transistoren 80 und 90 abhängig. Während der ersten Halbwelle der rechteckförmigen Schaltspannung der Quelle 110 ist der Transistor 80 leitfähig, da die Quelle 110 über den Transformator 100 seiner Basis 83 ein entsprechen-
des Potential gegenüber seinem Emitter 81 aufprägt. In der gleichen Halbwelle der Spannung der Quelle 110 ist der Transistor 90 gesperrt.
Während der ersten Halbwelle der rechteckförmigen Schaltspannung fließt daher ein Strom durch die Arbeitswicklung 33, der den Kern 31 in Richtung auf die positive Sättigung zu treiben sucht. Der in der Vormagnetisierungswicklung 34 fließende Strom ist dagegen bestrebt, den Kern 31 in Richtung auf die negative Sättigung zu treiben.
Während der nächsten Halbwelle der rechteckförmigen Schaltspannung der Quelle 110 ist der Transistor 90 leitfähig und der Transistor 80 gesperrt. Es fließt dann ein Strom von der Gleichstromquelle 55 über die Arbeitswicklung 43. Die Vormagnetisierungswicklung 24 ist bestrebt, den Kern 41 in Richtung auf die negative Sättigung zu treiben. Während dieser beiden und der folgenden Halbwellen ist daher die Ausgangsspannung am Verbraucher 59 gleich Null, solange die Steuerspannung zwischen den Klemmen A und B gleich Null ist. Die Ausgangsspannung der Teilschaltung 200 für die Aussteuerung Null ist in Fig. 2 b als Kurve X wiedergegeben.
Wenn an der Klemme B ein positives Steuerpotential gegenüber A aufgeprägt wird, das ausreicht, durch die Erregung der Steuerwicklungen 32 und 42 die Magnetkerne 31 und 41 etwa auf die Mitte zwischen negativer und positiver Sättigung einzustellen, so liefert die Teilschaltung 200 eine Ausgangsspannung an den Verbraucher 59. Diese Ausgangsspannung bei halber Aussteuerung ist in Fig. 2 b als Kurve Y dargestellt.
Wenn das positive Steuersignal an der Klemme B groß genug ist, die Magnetkerne 31 und 41 infolge Erregung der Steuerwicklungen 32 und 42 in die positive Sättigung zu bringen, so übertrifft die Summe der Flußänderungen, die durch die Steuerwicklungen 32 bzw. 42 und die Arbeitswicklungen 33 bzw. 43 verursacht sind, die Flußänderungen infolge der Erregungen der Vormagnetisierungswicklungen 34 bzw. 44. Für volle Aussteuerung ergibt sich daher ein Ausgang der Teilschaltung 200, der in Fig. 2 b als Kurve Z dargestellt ist.
Ein Vergleich der Fig. 2 a und 2 b zeigt, daß die Ausgangsspannungen der Teilschaltung 200 (Fig. 2 b) den Ausgangsspannungen der Teilschaltung 150 (Fig. 2 a) entgegengesetzt sind. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Gleichstromquellen 54 und 55 in den Teilschaltungen 150 bzw. 200 mit entgegengesetzten Vorzeichen angeordnet sind. Statt der beiden Gleichstromquellen 54 und 55 kann auch eine einzige Gleichstromquelle mit Mittelanzapfung verwendet werden, wobei die Mittelanzapfung an die eine Verbraucherklemme und die Endanschlüsse über die beschriebenen Schaltungsanordnungen an die andere Verbraucherklemme angeschlossen sind.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei entsprechende Komponenten der Fig. 1 und 3 die gleichen Hinweiszeichen erhalten haben. Der Hauptunterschied zwischen den Schaltungsanordnungen nach den Fig. 1 und 3 ist der, daß in Fig. 3 zwei Gleichstromquellen 52 und 53 an Stelle der Gleichstromquelle 51 eingeführt sind. Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 3 ist im wesentlichen die gleiche wie bei der Schaltung nach Fig. 1. Es ergibt sich jedoch eine andere Ausgangsspannung am Verbraucher 59. Da die Gleichstromquellen 52 und 53 mit Klemmen entgegengesetzter Polarität an die gleiche Verbraucherklemme angeschlossen sind, treten am Verbraucher 59 Impulse abwechselnder Richtung auf. Diese Ausgangsspannungen sind in Fig. 3 a als Kurven X, Y und Z dargestellt. Die Kurve X entspricht der Steuerspannung Null zwischen den Klemmen A und B, die Kurve Y der halben und die Kurve Z der vollen Aussteuerung.
Das weitere Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist ähnlich ausgebildet wie die Schaltungsanordnung nach Fig. 2, wobei entsprechende Komponenten die gleichen Hinweiszeichen erhalten haben. Der Hauptunterschied zwischen den Fig. 2 und 4 ist der, daß in Fig. 4 die Polaritäten der Steuerwicklungen 22 und 32 gegenüber Fig. 2 umgekehrt sind und daß die Polaritäten der Sekundärwicklungen 108 und 109, die mit den Basen 83 und 93 verbunden sind, ebenfalls umgekehrt sind. Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 ist ähnlich wie die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2, mit dem Unterschied, daß die Schaltperioden der Transistoren 80 und 90 nunmehr eine Ausgangsspannung an dem Verbraucher 59 erzeugen, die aus einer Reihe von Impulsen wechselnder Richtung besteht.
Wenn die Klemmest positiv gegenüber B ist, so ergibt sich für die Ausgangsspannung bei verschiedenen Beträgen der Steuerspannungen die in Fig. 4 a dargestellte Kurvenschar. Die Kurve X entspricht der Steuerspannung Null, die Kurve Y der halben und die Kurve Z der vollen Aussteuerung.
Wenn die Klemme B positiv gegenüber A ist, ergibt sich für die Ausgangsspannung bei verschiedenen Steuerspannungen die in Fig. 4 b dargestellte Kurvenschar. Die Kurve X entspricht der Steuerspannung Null, die Kurve Y der halben und die Kurve Z der vollen Aussteuerung.
Die dargestellten Schaltungsanordnungen haben eine Reihe von Vorteilen. Sie erzeugen steuerbare Impulse großer Flankensteilheit, da eine Schaltspannungsquelle mit rechteckförmiger Wellenform verwendet wird. Diese Impulse sind vorzüglich geeignet, andere Transistorschaltungen zu steuern. Die Anordnung kann durch eine Gleichstromquelle gespeist werden, wobei er entweder Gleich- oder Wechselstromimpulse hoher Frequenz liefert und wobei die Hochfrequenz-Schaltspannungsquelle nur einen geringen Betrag an Schaltleistung zu liefern hat. Diese Anordnung kann mit einer Frequenz arbeiten, die wesentlich höher liegt als die Frequenz üblicher Wechselstromnetze. Magnetverstärker, die durch Quellen mit niedriger Frequenz gespeist werden, wie z. B. 60 Hz, erfordern große Kerne mit einer großen Windungszahl. Die gleiche Leistung kann auch mit den Schaltungsanordnungen nach der vorliegenden Erfindung gesteuert werden; wenn jedoch die Wechselspeisespannung gleichgerichtet und ein hochfrequentes Schaltsignal verwendet ist, kann die Größe der erforderlichen Kerne wesentlich herabgesetzt werden. Außerdem ist die Ansprechzeit der Anordnung wesentlich vermindert.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Schaltungsanordnung zur Breitenmodulierung von Impulsen, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsempfänger (Verbraucher) an die Reihenschaltung aus einer Gleichspannungsquelle, der Arbeitswicklung einer sättigungsfähigen, mit
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einer gleichstromerregten Steuerwicklung versehenen Drosselspule und eines Schalttransistors angeschlossen ist und daß zur Steuerung des Schalttransistors eine Wechselspannungsquelle mit rechteckiger Wellenform (Schaltspannungsquelle) vorgesehen ist, die in aufeinanderfolgenden Halbwellen den Transistor abwechselnd leitfähig macht und sperrt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsempfänger an zwei parallele Reihenschaltungen mit je einer Drosselspule und je einem Transistor angeschlossen ist und daß die Steuerwicklungen der beiden Drosselspulen in Reihe liegen und die beiden Transistoren von der gleichen Schaltspannungsquelle derart gesteuert sind, daß die beiden Parallelzweige in aufeinanderfolgenden Halbwellen abwechselnd stromführend sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelzweige eine gemeinsame Gleichspannungsquelle aufweisen.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Parallelzweige getrennte Gleichspannungsquellen entgegengesetzter Polarität aufweisen.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei Teilschaltungen mit je zwei parallelen Zweigen, deren vier Drosselkerne in Reihe liegende Steuerwicklungen aufweisen und durch ebenfalls in Reihe liegende, konstant erregte Vormagnetisierungswicklungen auf einen Sättigungsknick ihrer Kennlinien eingestellt sind, und daß in der einen Teilschaltung Steuer- und Vormagnetisierungswicklungen im gleichen, in der anderen im entgegengesetzten Sinn gewickelt sind, derart, daß die beiden Teilschaltungen je nach dem Vorzeichen des Steuerstromes im Gegentakt arbeiten.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zum Betrieb mit einer Wechselspannung üblicher Netzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichspannungsquelle die gleichgerichtete Wechselspannung dient und daß die Frequenz der Schaltspannungsquelle groß ist gegen die Netzfrequenz.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 882 722, 905 617.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 109 608/292 5.61
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