DE1616690A1 - Schaltungsanordnung zur verringerung der eigenverluste von induktanzen, insbesondere in einrichtungen von fernsprechvermittlungsanlagen - Google Patents

Description

Siemens & Hal ske ' München 2 -RFEB. 1965

Aktiengesellschaft ■ Wittelsbacherplatz 2

65/206S

Schaltungsanordnung zur Verringerung der Eigenverluste von Induktan- zen, insbesondere in Einrichtungen von Fernsprech-Vermittlungsanragen

Sie in der ElektrosechniiC benntZTen Bauelemente.: welche Induktivität auiv/eiGon. haten in der Hegel -auch sogenannte Eigenverluste, durch die die gerrünschten Eigenschaften dieser Bauelemente verschlechtert '."erden. Zu diesen Baueieisenten gehören s.E. Spulen.und Übertrager5 -ferner unter TJinstanden auch Leitungsabschnitte. Alle.

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diese Bauelemente werden im folgenden als Induktanzen "bezeichnet. Wenn es gelingt, die an sich \~orhandenen Bigenverluste zu verrin-, gern, so ergeben sich dadurch verschiedene Vorteile. Befinden sich die "betreffenden Bauteile nämlich in Reaktanznetzwerkenj so kann man durch Verringerung ihrer Eigenverluste eine wesentlich geringere Grunddämpfung als sonst erzielen. Außerdem kann man im gegebenen Pail auch einen Wesentlich steileren Anstieg und/oder Abfall der Dämpfungskurve erzielen. Ec ist nun bereite bekannt, die Eigenverluste von Induktanzen dadurch zu verringern₅ daß man eine räumlich größere Ausführungsform als sonst vorsieht. Vielfach ist aber der räumlichen Vergrößerung eine Grenze dadurch gesetzt, daß die betreffenden Induktanzen in Geräte einzubauen sind, deren äußere Abmessungen aus Gründen der Handlichkeit oder aus Gründen ihrer inneren Funktionsweise begrenzt sind. Ss besteht daher ein Bedürfnis, die Eigenverluste von Induktanzen zu verringern, ohne daß eine räumliche Vergrößerung ihrer Abmessungen auftritt. Eine solche Verringerung der Sigenverluste erlaubt andererseits _f wenn eine Verringerung der Dämpfung nicht erforderlich ist, anstelle bisher verwendeter Induktanzen solche zu verwenden, die räumlich kleinere jYbm.ecoungemi haben. Vielfach ergibt sich dadurch, daß vorher in zweckmäßiger Weise nicht lösbare technische Aufgaben nunmehr gelöst werden können.

Eine Schaltungsanordnung, welche die Verringerung der Eigenverlustc von Induktanzen ermöglicht, hat gemäß den vorstehenden Ausführungen eine sehr vielseitige Anwendbarkeit, Insbesondere ist sie auch in Ferns.•»rech-Vermittlungsanlagen anwendbar, wofür im folgenden ein T^el angegeben wird, das die Verringerung der räumlichen Abmessungen von Filtern, also von Reaktanznetzwerken, betrifft. So ist

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In Fernsprech-Vermittlungsanlagen mit Zeitmultiplex-Sprechweg zur. Demodulation amplitudenmodulierter Impulse in jeder Teilnehmerschaltung ein Tiefpaßfilter vorgesehen, dem zur Symmetrierung und Anpassung ein "Übertrager vorgeschaltet ist. Da in einer- derartigen Anlage die Laufzeiten der amplitudenmodulierten Impulse nicht unzulässig groß sein dürfen, darf auch die räumliche Ausdehnung einer derartigen Anlage nicht zu groß sein;-! Die Ausdehnung einer Zeitmultiplex-Vermittlungsanlage Ist nun im wesentlichen durch die Anzahl der zugehörigen Teilnehmersehartungen "bestimmt, die im allgemeinen sehr groß (■beispielsweise "bis zu 10 000) ist. Die Abmessungen der Teilnehmerschaltungen sind ihrerseits durch deren Übertrager und Tiefpässe bestimmt. Es kommt daher darauf an, diese Bauelemente möglichst klein zu nächen. Werden aber die Induktanzen lediglich verkleinert,..so ;. steigen dadurch Ihre Eigenverluste an. Infolgedessen hat das Pilter_ im Durclilaßbereich eine größere Verlustdämpfung und zugleich ist der Anstieg der Dämpfung an den Bereichsgrenzen weniger steil als sonst.- ,

Grundsätzlich wäre es möglich, die Verlustdämpfung der zu einem Sprechweg gehörenden Filter durch Zwischenschalten von Verstärkern zu verringern. Xien.n. gleiche Dämpfungen in beiden Übertragungsrichtungen gefordert sind, müssen Zweidrahtverstärker eingesetzt werden. Der Anstieg der Dämpfung an den Bereiehsgrenzen wird dadurch jedoch nicht verbessert, >

Gelingt es bei einer Induktanz, z.B. bei einer Spule die Eigenverluste zu verringern-, so ist damit eine Voraussetzung dafür geschaffen, daß die Induktivität dieser Induktanz erhöht werden kann, ohne daß die ursprünglich vorhandenen Eigenverluste überschritten werden.

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Die sich dabei ergebende .Induktanz hat dann z.B. bei sonst gleichen räumlichen Abmessungen eine höhere Induktivität als vorher. Bs ist nun bereits eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der mit Hilfe von drei Flächentransistoren die Induktivität einer gegebenen Spule vergrößert wird. Zugleich kann auch die Güte dieser Spule verbessert werden (siehe US-Patent 2 930 996·)-^BeI dieser Schaltungsanordnung ist die betreffende Spule mit einem negativen Widerstand in Reihe geschaltet und diese Reihenschaltung in den Emitterkreis eines Transistors gelegt, der seinerseits in Kollektorschaltung betrieben ist« Der negative Widerstand dient dazu, den Verlustwiderstand der Spule ganz oder teilweise zu kompensieren» Der im Basiskreis gemessene Eingangswiderstand dieses Transistors zeigt dann ebenfalls das .Verhalten einer Reihenschaltung aus einer Spule und einem Widerstand. Sowohl die Induktivität der: im Eßiitterkreis des Transistors liegenden Spule als auch ihr um den Betrag des negativen V/iderstandes verminderter Verlustwiderstand erscheinen gleichsam im Basiskreis und zwar in Reihe geschaltet ntiä um denselben Faktor vervielfacht. Dieser Fak-"tor entspricht etwa dem Quotienten aus Emitterstrom zu Basisström des Transistors. Auf diese Weise kann einerseits die Induktivität der im Emltterteis liegenden Spule vergrößert werden, andererseits könnün auch ihre Verluste durch geeignete Einsteilung des negativen Widerstandes verringert werden* .Bei di'eser "bekannten Schaltung sind die zugehörigen Transistoren derart mit Betriebsspannungen zu versorgen, daß sich diese Schaltung nur dann in zweckmäßiger Weise anwenden laßt, wenn die Spule^r im Querzweig eines Filters liegt, also vorwiegend bei Hoch- oder Bandpässen. Da es mit Hilfe der bekannten Anordnung möglich iet, nicht nur die Verluste einer Spule zu verringern, sondern auch deren InduktixiJfcät wespntLich zu vergrößern, ist sie

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besondersfür/Filter für sehr tiefe Frequenzen (unter 100 Hz) geeignet, wo Induktivitäten von mehreren Henry, "benötigt werden. Die Konstanz der so vergrößerten Induktivität ist jedoch von der Konstanz der Stromverstärkung des betreffenden Transistors abhängig, welche aber ohne besondere Maßnahmen schlecht ist. Außerdem ist, wie bereits erwähnt, auch der Aufwand pro Spule beträchtlich, es ist nämlich ein Flächentransistor und ein z.B. zwei weitere Flächentransistoren enthaltender negativer Widerstand aufzuwenden. In vielen Fällen ist nun eine Vergrößerung der Induktivität nicht erforderlich, dagegen ist eine gute Konstanz dieser Induktivität gefordert, wenn die Eigenverluste der Induktanz verringert werden* ·

Die Erfindung zeigt einen Weg, wie diesmit nur einem als Verstärkerelement wirkenden Flächentransistor und einer zusätzlichen Wicklung auf der ohnehin schon vorhandenen Induktanz zu erreichen ist. Die zusätzliche VTicklung ermöglicht, daß die Erfindung auch mit Vorteil auf die Spulen im "Längszweigeines Filters anwendbar ist, d.h. es

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ist/foureh auch möglich, die Eigenschaften vonTiefpassen zu verbessern. Die Erfindung betrifft also eine Schaltungsanordnung zur Verringerung der Eigenverluste von mindestens je eine· Hauptwicklung aufweisenden Induktahzen, insbesondere von'Induktanzen in Einrichtungen von Fernsprechvermittlungsanlagen. Diese Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß'die betreffende Induktanz eine Zusatzwicklung trägt, die von "einem Verstärker gespeist wird* der über eine Heaktanz d-erart an eine Hauptwicklung der Induktanz angeschaltet ist, daß er über die Zusatzwicklung einen Strom Solcher Phasenlage und Größe treibt, daß in jeder der betreffenden Hauptwicklungen eine ^ induziert wird, die den durch Verluste verursachten Span^'ir

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nungsabfall verringert.

Als Induktanz kann dabei z.B. eine Spule benutzt τ/erden, in deren Hauptwicklung die die Verluste verringernde Spannung induziert wird. In diesen Pail trägt die Spule eine Zusatzwicklung, die von einem Verstärker gespeist wird, der/eine in Reihe zu der Hauptwicklung dieser Spule liegende Reaktanz derart angeschaltet ist-, daß in der Hauptwicklung eine den Spulenstron proportionale Spannung induziert wird, deren Phasenlage gegenüber dem Spulenstrom um 180° verschoben ist.Die Reaktanz, über die der Verstärker angeschaltet ist, kann· dabei ein Kondensator sein, der in Reihe mit dieser Spule liegt.

Als Induktanz kann aber auch ein Übertrager benutzt werden, in dessen beiden .Hauptwicklungen jeweils eine die Verluste verringernde Spannung induslerttwird» Die geeignete Phasenlage der in den Haup~twicklungen induzierten Spannungen kann dabei dadurch erreicht werden, daß eine mit den Streufeld dieses Übertragers verkettete Zusatzwicklung vorgesehen ist, deren in Bezug auf die eine Hauptwicklung gleichsam wirksamer Teil einen Magnetfluß erzeugt, der gegenphasig zu den Magnetfluß ist, der mittels des in Bezug auf die andere Hauptwicklung gleichsam wirksamen Teils erzeugt wird. Dies kann z.B. durch' einen besonderen Aufbau des Übertragers erreicht werden, wenn nämlich als Zusatzwicklung eine aus zwei nebeneinander liegenden Hälften bestehende Zylinderwicklung und als Hauptwicklungen zwei Scheibenwicklung eh benutzt sind. Die für das Streufeld maßgebende Streuung dieses Übertragers kann durch Zusammenwirken eines in dessen Eisenweg befindlichen Luftspalts mit einer zwischen den beiden Hälften der Zylinderwicklung liegenden und die beiden Scheibenwicklungen

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trennenden ferromagnetischen Y/icklungs kammerwand eingestellt werden. Bei einer Schaltungsanordnung, die einen zur Anpassung und/oder Symmetrierung bei einen Tiefpaßfilter vorgesehenen Übertrager .ent-' hält, kann die auf diese V/eise definiert eingestellte Induktivität dieses Übertragers als Längsinduktivität des Tiefpaßfilters mitaus— genutzt werden. Auf diese V/eise kann eine sonst notwendige Spule eingespart Averden.

.Die Erfindung kann auch dazu benutzt v/erden, außer den Eigenverlusten der die Zusatzwicklung tragenden Induktanz auch die Verluste vor und/öder nachgeschalteter Impedanzen zu verringern. Es kommen dafür sowohl die Verluste zu d,en betreffenden Reaktanznetzwerk gehörender -sonstiger Induktanzen infrage als auch die Verluste vor- oder nachgeschalteter leitungen,.

Weitere Vorteile, die sich aus der Erfindung ergeben, v/erden anhand von Ausführungsbfeispielen noch erläutert.

In folgenden wird die Erfindung mittels einiger Ausführungsbeispiele anhand mehrerer Piguren in einzelnen erläutert. Es zeigt: " Pig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Verringerung der Eigenverlustc

von Spulen;
Pig. 2a eine ubertrager-Tiefpaßkorabination, wobei auch die Verlust-

v/iderGtände der ZUg₁BhOrIgCn Induktanzen eingezeichnet sind;· Fig. 2b eine Ausgestaltung der "übertrager-Tiefpaßkoinbination gemäß Pig. 2a,; bei der gemäß der Erfindung die Verluste sämtlicher

Induktanzen verringert v/erden;
7Xg^. 3a einen als Induktanz benutzten Übertrager-, dessen Streuinduk-

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tivität gleichzeitig die Längsinduktiv!tat eines Tiefpaßfilters "bildet;

Pig. 3b ein Ausführungsbeispiel für äea Aufbau des Übertragers nach Fig. 3a, dessen Streuinduktivität definiert eingestellt wer den kann?

Fig. 3c ein an'den 'besonderen Aufbau des Übertragers gemäß Fig. 3b angepaßtes Ersatzsehaltbild für diesen Übertrager,

In Fig. 1 ist die Spule L mit ihrer Hauptvfieklung H und. ihrem lustwiderstand Bh dargestellt. Biese Spule trägt außerdem: die satzwicklung Z_%. die von dem Verstärker ¥ gespeist wird, der über die !Reaktanz X>derart an die Hauptwicklung H der Spule I₁ angeselialtet ist_r daß er über di© Zusatzwicklung Z einen Wecnselstrom soloner, pnasenlage und Größe treibt,, daß in der Hauptwieklung Il die Wechselspannung ut iiiduziei^t wird, die den am Terlustwiderstand ßii auftretenden und durcii den Spule'nstrom i hervorgerufenen. Spannungsabfall i'Eli verringert;. Dieser Spannungsabfall ist in Pliase zum StroEi i.· Bier Spannung ut_¥ die den Spannungsabfall i*K zu verringern hat, mußinfolgedessen, gegenpiaasig zum Spulenstrom i in der Hauptv/ioklung H der Spule Is induziert vmrden. Hierzu vfird die in Eeine zur Hauptwicklung H liegende und vom Spulenstrom i dureliflassene Beaktang X-aiiS-genutzt. Bie in der Sauptw3,eklu;iig H induzierte Spannung eilt dem die Zusatzwicklung 2 durchfließenden Strom iv je nach Polung der Susatz- \7icklung um 90° vor oder naeh. Es muß daher die Spannung, die an der Reaktanz X abfällt, ^ιnter der ¥oraussetzung» &^aß ^^er ^en Strom iv liefernde Verstärker ? keine Phasendrehung verursacht, gegenüber .dem SSIi Strom i ebenfalls um 90° vor- oder nacheilen. Baraus folgt, daß die Seaktans J. entweder- durch einen Kondensator oder durch,eine Spule ver·

• körpert werden kann, wobei der gegenseitige Windungssinn vein Haupt- und Zusatzwicklung der Spule L sinngemäß zu wählen ist. Wenn die Reaktanz X ein Kdndensatqr ist, dann ist die in der Hauptwieklung H der Spule L induzierte Spannung ut-unabhängig von der Frequenz. Es 'ist nämlich die an den Kondensator abfaliende Spannung umgekehrt proportional der Frequenz, während die in der Häuptwicklung H der Spule L induzierte Spannung ut nach dem Induktionsgesetz; proportional der zeitlichen Änderung des verursachenden Stromes und daher auch proportional Su dessen !Frequenz"ist. Beide Frequenzabhängigkeiten heben sich daher auf. Ist die Reaktanz X dagegen eine Spule, dann heben sich die betreffenden Frequenzabhängigkeiten nicht auf, es ist also die in der Spule induzierte Spannung von der Frequenz abhängig. Frequenzunabhängige Verluste von Induktanzen, wie z.B. die Kupferverluste der Wicklungen können daher über ein breites Frequenzband verringert v/erden, vrenn als Reaktanz X ein-Kondensator verwendet wird. Wenn als Reaktanz X eine Spule verwendet v/ird, können solche Verluste jedoch'nur in einem schmalen Frequenzband verringert werden.

Es wird nun ein Überblick über die Funktionsweise einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung gegeben. Wie Fig. 1 zeigt, Avird an der Reaktanz X eine dem die Häuptwicklung H der Spule 1 durchfließenden Strom i proportionale Spannung ux abgegriffen und dem regelbaren Verstärker V zugeführt. Dieser Verstärker V treibt einen dieser Span- . nung ux proportionalen Strom iv durch die Zusatzwicklung Z der Spule L. Infolgedessen wird'in der Hauptwicklung H derSpule L-eine Spannung ut induziert, die bei entsprechender Polung derHauptwicklung II in Gegenphase zum Spannungsabfall an dem Verlustwiderstand Rh

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der Spule L liegt. Eo wird daher diener Spannungsabfall, je nach dem v/ie die Verstärkung des Verstärkers V eingeregelt ist, mehr oder weniger kompensiert. Damit werden dann die Eigenverluste der Spule verringert. Außerdem entsteht nach v/ie vor am induktiven Widerstand der Hauptwicklung H, vom Strom i hervorgerufen, ein Spannungsabfall uL, der den Strom i um 90° vorauseilt. Die Spule I hat daher dieselbe Induktivität v/ie vorher, die also unabhängig vom Verstärkungsgrad des Verstärkers V ist. Durch Anwendung der Erfindung wird die Konstanz der Induktivität nicht verschlechtert.

Wie bereits angedeutet wurde, können mit Hilfe der Erfindung außer dem Eigenverlust einer Induktanz auch die Verluste vor- und/oder nachgeschalteter Impedanzen verringert werden. Im folgenden Λ'/ird ein Beispiel hierfür behandelt, bei' dem als Induktanz wieder eine Spule vorgesehen ist, und bei dem die Verluste eines Übertragers, dessen eine Wicklung in Reihe mit dicj>r Spule liegt, mit verringert v/erden. Bei diesem Beispiel handelt es sich um ein Tiefpaßfilter, dessen ursprüngliche Schaltung, also die Schaltung ohne Anwendung der Erfindung, in der Pig. 2a dargestellt ist. Zweckmäßigerweise v/ird diese Schaltung vor Anwendung der Erfindung etwas umgeformt. Die in Pig.2a gezeigte Schaltungsanordnung besteht aus dem Übertrager U, den beiden Kondensatoren C1 und C2 und der Spule L. In dieser Figur sind die Verlustwiderstände der betreffenden Induktanz getrennt von den jeweiligen Wicklungen dargestellt. Der Widerstand R1 ist der zur Primärtseite des Übertragers II gehörende Verluotwiderstand, der Widerstand R2 der zur Sekundärsoite gehörende Verlustwiderctnnd, während der Widerstand Eh der Verlustwiderstand der Spule L ist. Der Kondensator CI, der auf der Sekundärseitc des Übertragers "TJ liegt,

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kann in -"bekannter V/eise durch einen auf der Primärseite des Übertragers-II liegenden Kondensat or ersetzt werden, der eine nach Maßgabe des i'fcersetsungsverliültniGses dieses Übertragers geänderte Kapazität hat. Dieser Kondensator 1st gestrichelt als Kondensator C3 in die l?ig. 2a eingezeichnet. ITaeh Ersetzung des Kondensators C1 durch den Kondensator C3 lassen sich die drei Verlustwiderstände E1, E2 und Kh. zu eines einzigen Verlustwiderstand zusammenfassen. Dieser Verlustwiderstand ist mit E bezeichnet in die Pig. 2b eingezeichnet, die später betrachtet wird. V

Zunächst sei noch kurz die Eigenart der in Pig. 2a gezeigten Schaltungsanordnung betrachtet. Es handelt sieh hier um ein Tiefpaßfilter, dessen Übertrager U als Anpassungs- und/οder Symmetrierübertrager ausnutzbar ist, !Die Pilterelgenschaften werden durch den Kondensator ^; 02 sowie durch den den. Kondensator Cl vertretenden Kondensator C3 in' Zusammenwirken mit der Spule I bestimmt. Der ursprünglich zwischen der Spule 1 und der damit in Eeihe liegenden Übertragerv/icklung angeschlossene Querkondensator C1 ist also durch den parallel zu der anderen Wicklung des Übertragers liegenden Kondensator 03 ersetzt worden.

In Pig. 2b ist der so/geformte Tiefpaß' dargestellt, bei dem die .Verluste sämtlicher Induktanzen gemäßder Erfindung verringert werden. Auch hier besitzt die Spule L die Zusatzwicklung Z, die von dem Verstärker V gespeist wird',; der^/an dieEeaktanz X. angeschaltet ist. Der Verstärker V besteht dabei aus dem Transistor T in Emitterschaltung, dessen Iriitterwiderstand Ee, dem zur Ankopplung dienenden Konc.sr/fjr c und den V/iderstand r, der den Arbeitspunkt des Transistorr

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festlegt. Der Kollektorkreis des Transistors T ist über die Zusatzwicklung Z mit der Batterie B verbunden. Seine Basis ist über den Yfiderstand r an eine Anzapfung der Batterie B angeschlossen. Über den Kondensator c ist die Basis des .Transistors T: noch mit der Reaktanz X verbunden. Diese Reaktanz XXist über die Sekundärwicklung des Übertragers U an die Hauptwicklung H der Spule L angeschaltet.

Der Emitterwiderstand Re des Transistors T bewirkt eine Stromgegenkopplung. Es ist daher möglich, durch Verändern dieses !Viderstandes das Ausmaß der "Verstärkung des Verstärkers V und damit das Ausmaß der Verringerung der Verluste der vorgesehenen Induktanzen einzustellen. Im Gegensatz zu der Pig. 1 ist in Pig. 2b die Reaktanz X ..nicht direkt an die Hauptwicklung H der Spule L angeschlossen. Dadurch wird erreicht, daß nicht nur die Verluste dieser Spule sondern auch die Verluste des vorgeschalteten Übertragers U verringert werden können. Im übrigen ist die Punktionsweise dieser Schaltungsanordnung im Zusammenhang mit der Verringerung der Verluste analog zu der Punktionsweise der in Pig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung,

Im Vergleich zu den übrigen Verlusten machen sich bei Induktanzen bei .tiefen Frequenzen besonders die Kupferverluste der Wicklungen bemerkbar. Diese Kupferverluste sind mit dem Temperaturkoeffizienten des Kupfers behaftet, d.h. sie wachsen mit steigender Temperatur. Dies läßt sich nun dadurch ausgleichen, daß'die Gegenkopplung des Verstärkers V in Abhängigkeit von der Temperatur verändert wird,· indem bei steigender Temperatur... die Gegenkopplung verringert wird. Dies ist automatisch erreicht, wenn man den Emitterwiderstand Ro als temperaturabhängigen Y/iderstand ausbildet. Man kann hierzu zweck-

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inäßigerwelse einen Kaltleiter mit geeigneteiä leBperatiirfcoeffizIenten vor seilen und. eaätiält dann über einen großen Temperaturbereich eine !constante Verringerung der EIgenverlUste>

Bei den in Piig. 2a dargestellteil lief paß kann die Spule L· eingespart werden, wenn der Übertrager U so ausgebildet wird, daß seine Streuinduktivität.ebensogroßist wie die Induktivität der Spule Ij* \7ie aus "bekannten Ersatzsciialfbildern 'eines feertragers ersiehtlicli ist, vertritt.dann die Streuinduktivität des Übertragers TJ die Induktivität E der Sp'ule L, so daß diese Spule entfalier| kann,« Im folgenden rflrd die Eigenart eines hierzu geeigneten tibertragers "be<schriebenV Dieser muß eine ZusatzvTieklung tragen, die; von. einem Yerstärker gespeist vn.rd, der über eine Reaktanz derart an eine Hauptwjf "wicklung des· tibertragers angesehaltet ist, daß er über· die Zusatzwicklung ein^ii Strom geeigneter Phasenlage uaä Öiloße, treibt~_r Zweekmäßigerweise wird hier in jeder Haupt^lcklung des Übertragers eine Spannung induSiiert,; die den durch die Wlcklüngsverlus^ ten Spannungsabfall verringert. Die geeignete Phaaehiage der In äen. Hauptv^Icklungön^induzierten Spannungen wird hier/durch Ausnutzen seiner Streuung ersielt. Dies läßt sich dann^ erreichen, vrenrx die . Zusatzwicklung einen auf die eine Haüptwicklung glelchsatf wirksamen Teil aufweist"»; der einen. Magnetfluß erzeugt, der gegenphasig zu demjenigen Magnetfluß ist], de$ Vpiittelö/äesi inr Bezug:;ajäf^dle andere Hauptwickluhg^gleichsaEi wirksaiiieti Ϊο;ΙΪ4ε ⁼ äeir.. ^tiaalizwIeiElixög erzeugt ■■ wird. Alle diese Mnktiönert des Überträgerä lassen isicli am besten erkennen, wenn anhand einibiAusf^^ äex

auf diesen tlbertrager befindlichen verschiedenen^Wicklungen, im'einzelnen beschrieben: worden ist* -"■-"-·"-■. ■■*"""';^: -'

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In Pig, 2b ist ein derartiger Übertrager im Längsschnitt dargestellt. Er bestellt auö den beiden aus ferromagnetischem-Material bestehenden Kernhälften Kl und K2 sowie aus dem Spulenkörper Sk, der vier V/i eiclungen trägt, nämlich die Hauptwicklung I, die Hauptwicklung II und die Teilwicklungen ZI und ZII der Zusatzwicklung. Bei den Kernhälf-■ ten kann es sich z.B. um rotationssymmetrische Topfkernschalen oder um Kernschalen rechteckigen Querschnitts handeln. Im Mittelteil der Kerrihälften ist der Luftspalt S vorgesehen. In der Umgebung dieses Luftspaltes befindet sich auf dem Spulenkörper Sk zwischen den Hauptwicklungen I und II bzw. den Teil\7icklungen ZI und ZII die V/lcklungskammerwand V7, die vorzugsweise ebenfalls aus ferromagnetischem Material besteht. Diese Wicklungskammerwand V/^r ist dazu vorgesehen, den Streufluß des Übertragers aufzunehmen, d.h. den Pluß, der gegebenenfalls von der einen HauptwickluAg des Übertragers erzeugt wird, aber die andere Hauptwicklung nicht durchsetzt. Es ist offensichtlich, daß man durch geeignete Dimensionierung dieser Wicklungskammerviand Tf und des Luftspaltes S den magnetischen Nebenschluß zu dem beide Kernhälften durchsetzenden Hauptfluß und dadurch das Verhältnis des Streuflusses sum Hauptfluß verändern kann. Auf diese Yieise ist es ζ.·Β. möglich, bei .gegebener Hauptinduktivi.tät des Übertragers dessen Streuinduktivität in weiten Grenzen einzustellen« V/ährend die magnetische Kopplung der Hauptwicklung I des Übertragers .U mit seiner Hauptwicklung II. wegen des Streuweges durch die V/icklungskammerwand nicht sehr eng ist, ist die Teilwicklung :ZI mit der unmittelbar über ihr liegenden Hauptwicklung I und ebenso die T_eilwicklung ZII mit der Hauptv/icklung II sehr eng gekoppelt. Dagegen ist. die Kopplung der Teilwicklung ZI mit der jenseits der Y/icklungskammerwand Y/ liegenden Hauptwicklung II und ebenso die Kopplung der Teilwicklung ZII mit

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' der liauptwlcklung I nicht go eng. Schickt man daher- auf die in Pig. 3d mit Hilfe der Strompfeilprojektionen ρ angegebenen Weise, durch, die beiden zu einer Zylinderwicklung gegensinnig hintereinander geschalteten. Teilwicklungen ZI und 211 der Zusatzwicklung einen Wechsel strom, dann sind die links und rechts von der ;,Wicklungskanimerwand auftretenden Magnetflüsse gegenphasig. In der Hauptwicklung I überwiegt die Spannung, die durch das Magnetfeld der Teilwicklung ZI induziert wird, da sie mit dieser Teilwicklung enger als mit der Teilwicklung SII gekoppelt ist. In der Hauptwicklung II dagegen überwiegt diejenige Spannung, die durch das Magnetfeld der Teilwicklung ZII induziert wird, da diese Hauptwicklung mit der Teilwicklung ZII am engsten gekoppelt ist. Es entstehen also in den Hauptwicklungen I und II des "Übertragers U zwei zueinande-r gegejiphasige Spannungen.

Bezüglich der \7irkung der'Zusatzwicklung kann daher der vorstehend beschriebene "Übertrager als aus zwei Übertragern bestehend aufgefaßt werden. Biese beiden Übertrager sind jedoch durch den die beiden Hauptwicklungeii 1 und II"verkettenden Hauptfluß ihrerseits miteinander gekoppelt. Die beiden Übertrager sind in der Pig. 3c gezeigt und nit UI und U2 bezeichnet und bilden zusammen den Übertrager US. Die Yficklung I des Übertragers UT entspricht der Hauptwicklung I, siehe Pig. 5b, die Wicklung II des Übertragers U2 entspricht der 'Ilauptv/icj-rlung. II, siehe ebenfalls Pig-. 3b. -Wie bereits "beschrieben, überwiegt in der Hauptwicklung I die durch das Jvlagnetfeld der Teilwicklung 21 induzierte Spannung. Die beiden Teilwicklungen ZI und ZII sind bezüglich der Wirkung der zu ihnen.gehörenden Magnetfelder auf die Kauptwicklung I durch die zum Übertrager U1 gehörende Wiclclung Δ7Λ verTreten. In der Hauptwicklung II überv/iegt dagegen diejenige

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;, die durch, das Magnetfeld der Teilwicklung ZII induziert

wird. Bezüglich der Wirkung der su ihnen gehörenden Magnetfelder auf die Haiaptwieklung II werden die !beiden Tei!wicklungen SI und ZII durch die Wicklung 4ZII des Übertragers TJ2 vertreten. 3)a der Windungssima der Wicklung A ZII umgekehrt ist wie derjenige der Haupt-. wicklung II, derjenige der Wicklung ^ZI dagegen gleich ist wie derjenige der Hauptwicklung I, hat der die Wicklungen Δ ZI und Δ ZII durchfließende Strom it zur Folge, daß in der Wicklung II des Übertragers ¥2. eine Spannung auftritt, die gegenphasig zu der in der Wicklung I des Übertragers TJI auftretenden Spannung ist. Außerdem sind die an den beiden Wicklungen I und II auftretenden Spannungen gleich, groß wie .die, die an den Hauptwicklungen I und II des in Pig. 31b dargestellten Übertragers auftreten. Anhand der 3?ig. 3c ist also .ebenfalls die Wirkung eines Wechselstromes, der durch die aus den beiden gegensinnig hintereinander geschalteten Scheibenwicklungen ZI und 211 bestehende Zusatzwicklung fließt, auf die beiden Hauptwicklungen·I und II des Übertragers TJl erkennbar.

liachdeö nun der Aufbau und die Wirkungsweise dieses Übertragers dargelegt SiM, soll anhand der Pig. 3a gezeigt v/erden, wie ein derartiger Übertrager verwendet werden kann, damit in seinen beiden HauptwicklTiffigen jeweils eine die Verluste verringernde Spannung in einer Schaltungsanordnung induziert wird, die einen zur Symmetrierung bei einem Tiefpaßfilter vorgesehenen Übertrager enthält, wobei durch die Streuinöuktivität dieses Übertragers die längsinduktivität des Tiefpaßfilters gebildet ist« Zur Vereinfachung ist angenommen, daß der dort dargestellte Übertrager TJl ein übersetzungsverhältnis von 1:1 besitzt, d.h. daß beide Hmiptwicklungen dieselbe Windungszahl haben.

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Die Anordnung nach Pig. 3a ist wie die.nach Pig. 2b aufgebaut; die Spule L ist jedoch weggefallen. Die Pilterwirkung dieser Anordnung beruht jetzt auf dem. Kondensator C2, den beiden Hälften Is und Ils der Streuinduktivität des Übertragers III und dem den Kondensator C1 _-, ■ siehe'Pig. 2a, ersetzenden Kondensator G3. Der. im Zusammenhang mit Pig. 2b bereits erwähnte Verstärker;tr6ibt über die beiden Teilwieklungen 211 und ZI der Zusatzwicklung des Übertragers UL den Strom iv, durch den, wie bereits anhand der Pig.. 3b beschrieben, in den beiden Wicklungen I und II die Spannungen ul und'ull induziert werden, wobei die Polarität dieser beiden Spannungen verschieden ist; Die beiden Spannungen ul und ull werden -nun dazu ausgenutzt, Um die beiden, an den Verlustwiderständen RI und RII des Übertragers Uli auftretenden Spannungsabfälle i»RI und i·RII zu verringern, die durch den den Tiefpaß z.B. von links nach rechts durchfließenden Strom i hervorgerufen werden. Dies ist dann möglich, wenn SOWohl die an der Hauptwicklung I des Übertragers auftretende Spännung ul gegenphasig zu dem Spannungsabfall i.RI als auch die an der Hauptwieklung II auf- ■ tretende Spannung ull gegenphasig zu dem Spannungsabfall i'RII ist. Um dies zu erreichen, ist der Verstärker V analog zu Bild 2b über eine Reaktanz X an die Hauptwicklung II des Überträgers DX angeschlossen. Ifenn der Strom den Tiefpaß in umgekehrter Richtung durchfließt, kehren auch die Spannung an der Reaktanz/und damit die Spannungen ul und ull ihre Phasenlage tiia und es tritt ebenfalls eine Verringerung der Verluste auf. Die Schaltungsanordnung kann.also auch in einen zv/eidrahtmäßig betriebenen Verbinaungsv/eg eingefügt v/eiden.

Die Punktionen der Anordnung nach Pig. 3a laufen, im Zusammenhang gesehen, wie folgt-ab: - .; . . -· .

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Der Strom i A?ird auf einer Seite dec Tiefpasses zugeführt und verursacht auf der Primär- und Sekundärseite des Übertragers UL an.dessen /erlustwiderstünden RI und RII, wie z.B. Wicklungswiderständen, je 2inen Spannungsabfall, der jeweils in Phase zu diesem Strom i ist, so daß zunächst die Ausgangspannung dec Tiefpasses kleiner als die Jl Uingangöspannung wird. Es sind dies die Spannungsabfälle i«Rl und i»RII. Außerdem fließt dieser Strom i auch durch die Reaktanz X und /erursacht dort einen'Spannungsabfall, der in seiner Phase dem Strom j am 90° nacheilt. Der Verstärker V treibt einen diesem Spannungsabfall proportionalen Strom iv durch die beiden Teilwieklungen ZII und ZI ler Zusatzwicklung, wodurch in den beiden Hauptwicklungen I und II les Übertragers zwei Spannungen induziert werden/ Die eine dieser _ Spannungen, nämlich diejenige, die in der dem jeweiligen Eingang des liefpasses zugekehrten Wicklung induziert wird, ist in Gegenphase zur Eingangsspannung. Die andere dieser Spannungen, nämlich diejenige, iie in der dem .jeweiligen Ausgang zugekehrten Wicklung induziert vird, ist in Phase zur Ausgangsspannung. Dadurch-verringern diese oeiden induzierten Spannungen die durch die Verlustwiderstände des Übertragers UL bedingten Spannungsabfälle und der Übertrager eri scheint nach außen hin verlustärmer.

Zu der Schaltungsanordnung gemäß Pig. 3a sei noch folgendes bemerkt:

Die Induktivität der Spule L und damit die.Streuinduktivitäten Is und Ils des Übertragers UL müssen klein gegenüber den Hauptinduktivitäten dec Übertragers UL sein, damit ein Nebenschluß für tiefe Frequenzen vermieden wird. Es folgt daraus, daß das Streufeld des Jicxtro^crc UI- auch in ciru::;-Katei'iol ge ringer jVriiienbiiit^i z.l:.

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in XuXt verlaufen muß, obwohl nein Hauptfeld überwiegend in einem nochpenaeablen f erroiaagnetischen Material verläuft. Infolgedessen verhält sich die Streuinduktivität des Übertragers TTL im wesentli-, chen so, öle gehöre sie zu einer luftspule:.

Die Güte, d.h. der Quotient aus dem induktiven Widerstand und dem Verlustrrlüerstand ist bekanntlich bei tiefen Frequensen "bei einer luftspule in Vergleich zu einer Spüle mit f erromagnctisehem EeriMaaterial sehr ge-ring.-- Andererseits werden,' wie "bereits erwähnt, "bei .Verwendung von Spulen geringer Güte inFiltern auch deren Eigenschaften wie Däsipfung in Durchlaß-Dereich und Dämpfungsanstieg "beim Übergang in den Sperrhereich verschlechtert. Infolgedessen ist eine gleichzeitige Ausnutzung der Streuinduktivität eines Übertragers als rilterspule nur dann sinnvoll, nenn gleichzeitig die Verluste des lifter trager s, dessen Streuinduktivität ausgenutzt vrird, verringert v?erden. Dies ist aber bei der Schaltungsanordnung geiaäß Fig. 3a der Tall, die daher mit großem Vorteil anwendbar ist.

Der bei dieser Schaltungsanordnung "benutzte Übertrager ist derart auf gebaut, daß in seinen beiden Hauptv/ieklungen jeweils eine die Verluste verringernde Spännung induziert-.wird.- Für die Art und Weise wie die Wicklungen des Übertragern anzuordnen sind, damit diese Spac nungen induziert werden, ist anhand der Fig. 3 ein Ausführungsljei^- cpiel beschrieben worden. Diese Spannungen können aber auch induziert werden, wenn die wicklungen anders als dort angeordnet sind. Sind die V/icklungen, so angeordnet, daß nur in einer der vorgesehener! Hauptwicklungen eine die Verluste verringernde Spannung induziert --■ird, so ergibt aieh ebenfalls eine Verbesserung der Betriebseigen-

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schäften dieses Übertragers, *\7ie "bereits erwähnt, können durch Anwendung der Erfindung nicht nur die Betriebseigenschaften eines "Übertragers verbessert werden, sondern es können auch die Verluste vor- und/oder nachgesehalteter Impedanzen verringert werden. Dies kommt z.B. im Zusammenhang mit der Schaltungsanordnung Pig. 5a dann zustande, wenn mindestens einer der zum Tiefpaßfilter gehörenden Querkondensatoren derart angeschlossen ist, daß zumindest ein Teil der Übertragungsleitung, in welche das Tiefpaßfilter eingefügt ist, zwischen dem betreffenden Querkondensator und dem übrigen Teil des Tiefpaßfilters liegt. .Es ergibt sich dann auch eine Verringerung der diesem Teil der Übertragungsleitung zugehörenden Verluste. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Pig. 3a wurden in diesem Fall die Verlustwiderstände RI und RII außer den Wieklungswiders "bänden des Übertragers UL noch die Verlustwiderstände der betreffenden Teile der Übertragungsleitung mit umfassen.

20 Patentansprüche
6 Piguren

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Claims (1)

1. PA 9/420/2441 - - 21 -

   ■ Paten t a η s ρ r ü e h e

   ^; * 161669Ü

   _k 1. Schaltungsanordnung zur Verringerung der Eigenverluste; von ralnde-rstens je eine Hauptv/icklung aufv;e is enden Induktaiizen wie Spulen und Übertrager, insbesondere vonrlndulcfeanzen in Mnriclitungen von Fernsprecli-Vermittlungsanlagen, dadürcn gekennzeichnet, daß die "bettefrende Induktanz (Ii hzxr. U) eine Zusatzvaelclung (Z Ijzvr. ZI, ZII) trägt, die von einen Yerstärker (V) gespeist i7ird, der über eine Reaktanz (X) derart an eine Hauptwicklung (K bzw. II) der Induktanz angeschaltet ist, 'daß er über die Zusatzv/ieklung einen Stroni (iv-) solcher Phasenlage und Größe treibt,- daßi in jeder betreffenden Hauptv/icfclung eine Spannung induziert v/ird, die den durch Terluste verursachten Spannungsabfall (i'R.bzw. i-HI, i«RIl) ■ verringert. · " "V

   2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz (XV über die der Verstärker (V) angeschaltet ist, in Reihe zu einer Hauptwicklung (H bzv/. II») der^ Induktanz (I bz>7. UI) und parallel zu den" beiden Eingangsklemniea des Verstärkers liegt.

   3. Schaltungsanordnung nach Ähspruch 2, dadurqh gekennzeichnet, daß als Reaktanz (X) ein Kondensator bisnutzt ist.

   4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktanz (X) eine Spule benutzt ist.

   5. Schaltungsanordnung nach einen der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärker ein Transistor (ϊ) in Emltter-

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   schaltung benutzt ist,-in dessen Kollektorkreis die Zusatzwicklung (Z bzw* ZI, ZII) eingefügt ist.

   6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der Verringerung der Eigenverluste mit Hilfe eines am Transistor (I¹) angeschlossenen 'Emitterwiderstandes (Re) bestimmt ist.

   7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturabhängiger Emit,terwiderstand (Re) vorgesehen ist, der einen derartigen Teraperaturkoeffizienten hat, daß über· einen hinreichend großen Temperaturbereich eine konstante Verringerung der Eigenverluste bewirkt ist.

   8. Schaltungsanordnung nach einen der vorhergehenden'Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß -als Induktanz eine Spule (I) benutzt ist, in. 'deren Hauptwicklung (K) die die Verluste verringernde Sp'annung (ut) induziert wird.

   9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch- gekennzeichnet, daß als Induktanz ein Übertrager (UI) benutzt ist, in dessen bei"d:en Hauptwicklu-ngcn (T und II) jeweils" eine die Verluste verringernde Spannung (ul und ull) induziert wird.

   0. Schaltungsanordnung nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Induktanz ein. Übertrager benutzt ist und daß in einer von dessen Hauptwicklungen die die Verluste verrin-e· gernde Spannung induziert wird.

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   T1_f Schaltungsan.ordnung nacli Anspruch--"9>: dadurch, gekennzeichnet, daß -ein Übertrager ;(UL) benutzt 1st, und daß durch Ausnutzung der Streuung dieses -Übertragers die geeigneten Phasenlagen der in de_n Hauptwick}.ungen (I, II) induzierten Spannungen (ul, ull) erzielt werden. -^: , ... .

   12. Schal tungsanordnungnacli Ansprucli 11 ,dadurch gekennzeichnet, daß axt 1:el,s- des in Bezug auf die eine:"Hauptwielclung (I) gleiclisam vfirksainen Teils der Zusat?A7icklüng (ZI) ein Magnetfluß erzeugt v/ird, der gegenpiiasig au demjenigen Magnetfluß ist, der mittels des in /Bezug auf die andere Häuptwicklung (II) gleichsam v/irksamen Teils der Zusatz\7icklung (ZII) erzeugt wird. ;

   13» Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnei;, daß als Zusatzwicklung eine aus zwei nebeneinander liegenden Hälften (ZI und ZII) bestehende Zylinderwicklung "und als Iiauptwicklungen (I und II) zvrei Scheibenvricklungen benutZt sind. -

   14. SchaltungsanOrdnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der vorgesehenen Streuung ein im Eisenweg quer liegender !Luftspalt- (S) vorgesehen ist.

   15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen den/beiden Hälften :(ZI: und ZII) der Zylinderwicklung liegende und die beiden Scheibenwicklungen (I und II) trennende ferroraagnetische \7icklungskammerwand (\7) eingefügt ist.

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   16. Schaltungsanordnung nach einen der Ansprüche 10 bis 15, die einen zur Anpassung und/oder Syinmetrierung "bei einem Tiefpaßfilter vorgesehenen Übertrager (UL) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Streuinduktivität (Is und Ils) dieses Übertragers (Ul) die längsinduktivität des Tiefpaßfilters· gebildet ist. - . . - -

   17. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Eigenverlust (Rh) der Induktanz (L-) die Verluste (RI und R2) vor- und/oder nachgcschalteter Impedanzen (U) verringert werden.

   18. Schaltungsanordnung" nach Anspruch 17, die als Induktanz eine Spule (L) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Verluste eines Übertragers (U), dessen eine Wicklung (W2) in Reihe mit der Spule (L) liegt, mit verringert werden.

   19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16 oder 18, bei der der Übertrager ein sowieso vorhandener Anpassung^- und/oder Symmetrierübertrager (U lazvT. UL) eines Tiefpaßfilters ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Tiefpaßfilter gehörende, zwischen der Spule und der damit in Reihe liegenden Übertragerwicklung (V/2 bzw. II) angeschlossene. Querkondensator (CI in Pig. 2a) durch einen parallel zu der anderen Wicklung des Übertragers (V/1 bzw. I) liegenden Kondensator (03 in Pig. 2a) ersetzt ist.

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   ΡΛ 9/420/3441 ^; - 25 -

   20, SehLaltungsanördrmng nacJi Aiiöprucll. 1 (3 -oder: 19; für/eine ".._■

   ii"beirtraguBgsleitiing, öadurcii gekennEpichnet^ daß mindestens einei der aura !Tiefpaßfilter geliörenden QuerkGndensa^Qreri; (0-5 oder C2) ■

   :"■■' derart ahgesciilosgen!'ist, daß züraindeöt eiü"'leii der Übertragungs leitung zviischen den_t)etreffendQn, ■QuerKondeasä.torvürid-'d.eni"". übri-·- gen Teil de& iieipaßfiliierö liegt,, v/otorch aucK einerVerringerimg der diesen O?e:fJ-d£ryifo^
   : luste ermöglicht A^irdi.-v ; V' - ": ^:;-- V..,

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