DE2355061A1 - Einrichtung zur erregung einer induktiven antenne - Google Patents

Description

LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH. 6 Frankfurt/Ma in 70, ■-.Theo dor-Stern.-Kai 1

HH 73/33 1. November 1973

S a/ro

"Einrichtung zur Erregung einer induktiven Antenne"

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erregung einer induktiven Antenne, die mit einer Serienkapazität auf Resonanz abgestimmt und mit im Sättigungsbetrieb arbeitenden Transistoren betreibbar ist.

Zur Speisung derartiger Antennen dient häufig eine Batterie. In einem solchen Fall muß, insbesondere wenn es sich um eine nichtaufladbare Batterie einer mobilen Anlage handelt, mit einem weiten Bereich der Speisespannung gerechnet werden.

Der Aufbau einer Treiberschaltung für die Schwingkreistransistoren ist jedoch bei stark schwankender Speisespannung mit einem relativ hohen Aufwand und einem schlechten Wirkungsgrad verbunden. Dieser Nachteil kann insbesondere bei mobilen Anlagen von großer Bedeutung sein.

Dieser Nachteil kann in bekannter Weise umgangen werden, wenn die Schwingkreistransistoren durch Übertrager, deren Primärwicklungen in Serie mit dem Schwingkreis liegen, direkt vom Schwingkreis auf die Basis der Transistoren gekoppelt werden. Durch eine entsprechende Wahl des Übersetzungsverhältnisses

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kann erreicht werden, daß die Schwingkreistransistoren in jedem Augenblick mit dem optimalen Basistrom angesteuert werden.

Bei dieser hinsichtlich Aufwand und Wirkungsgrad optimalen L sung handelt es sich jedoch um eine selbsterregende Schaltung, die nicht durch eine extern vorgegebene Frequenz geführt werden kann. Außerdem sind die Schwingkreistransistoren zwangsläufig immer während einer Halbwelle angesteuert, so daß eine Phasenanschnittssteuerung zur Regelung des Schwingkreisstromes nicht möglich ist. In den Fällen, in denen eine Frequenzführung und/oder Phasenschnittsteuerung gefordert werden, scheidet die direkte Kopplung zwischen Schwingkreis und Transistor durch Übertrager aus.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, eine Einrichtung zu schaffen, bei der Frequenzführung und Phasenanschnittsteuerung mit den Vorteilen der Übertragerkopplung zwischen Schwingkreis und Basis der Schwingkreistransistoren verbunden sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Schwingkreis und Transistoren zwei Übertragerkopplungen vorgesehen sind, von denen die eine ein Stromwandler ist, dessen Primärwicklung in Serie mit dem Schwingkreis liegt und dessen Sekundärwicklung den Treiberstrom für die Schwingkreistransistoren über Koppelübertrager liefert, deren Sekundärwicklungen mit Basis und Emitter der Schwingkreistransistoren verbunden sind.

Weiterbildungen der Einrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der wesentliche Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß eine fast ideale Kopplung der Schalttran--

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sistoren erreicht wird, wie sie bisher nur bei eigenerregten, ungeregelten Serienresonanzkreisen möglich war.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung im Prinzip dargestellt.

Figur 1 zeigt den Antennenschwingkreis mit der Erregerschaltung, Figur 2 eine andere Art der Speisung durch eine Batterie, Figur 3 eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung des inversen. Betriebes der Transistoren,

Figuren 4 bis 7 verschiedene Treiberschaltungen und Figur 8 Diagramme für Ströme, Spannungen und Signale.

Mit 1 und 2 sind in Figur 1 die zwei Hälften einer Batterie bezeichnet. Der Serienresonanzkreis besteht aus dem Schwingkreiskondensator 4 und der induktiven Antenne 5» Zur Entnahme der Steuerleistung für die Schwingkreistransistoren 7 und 8 ist" ein Stromwandler 6 mit seiner Primärwicklung l4 in Serie mit dem Resonanzkreis geschaltet. Die Ansteuerung der Schwingkreistransistoren, die im Schaltbetrieb arbeiten, erfolgt durch Koppelübertrager 9 und 10. Die Sekundärwicklungen' 17 dieser Übertrager sind mit den Basen und Emittern der Schwingkreistransistoren 7 und 8 verbunden. Die Einspeisung erfolgt über die Primärwicklung l6 durch eine Treiberschaltung, die anhand von Figuren 4 bis 7 näher erläutert wird.

Der Treiberstrom X₁ für die Schwingkreistransistoren wird von der Sekundärwicklung 15 des Stromwandlers 6 in die Treiberschaltung eingespeist.

Am Ende der aus dem Schwingkreiskondensator 4, der induktiven Antenne 5 und dem Stromwandler 6 bestehende Serienschaltung

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liegt an einer Mittelanzapfung der aus den beiden Hälften 1 und 2 bestehenden Batterie. Das andere Ende wird durch die Schwingkreistransistoren 7 und 8 periodisch auf den positiven bzw. negativen Ausgang der Batterie geschaltet.

In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 erfolgt die Speisung durch die Batterie 3» die ohne Mittelanzapfung ausgeführt ist. Der Schwingkreiskondensator ist hierin in zwei gleiche Hälften 12 und 13 aufgeteilt.

Der Speisestrom besteht aus gleichgerichteten Sinushalbwellen. Der darin enthaltene Wechselstromanteil wird zu einem Teil von dem Kondensator 11 kurzgeschlossen.

Wenn bei Anwendung der Phasenanschnittsteuerung beide Transistoren gleichzeitig gesperrt sind, wird bei positivem (negativem) Schwingkreisstrom i der Transistor 8 (7) invers betrieben. Auch wenn bei fremdgeführter Frequenz das Umschalten der Schwingkreistransistoren nicht im Nu
kommt ein inverser Betrieb zustande«

Schwingkreistransistoren nicht im Nulldurchgang von i erfolgt,

Da der invers betriebene Transistor eine hohe Sperrverzögerungs■ zeit aufweist, kommt es beim Übergang des Stromes auf den gegenüberliegenden Transistor zu schädlichen Stromspikes.

Nach Figur 3 dienen zur Vermeidung des inversen Betriebes die Freilaufdioden k5 und 46. Mit diesen allein ist der inverse Betrieb jedoch noch nicht vollständig unterbunden, da die Transistoren 7 und 8 nicht während der gesamten Zeit, in welcher innerhalb einer Periode ein inverser Betrieb möglich ist, durch eine positive Basis-Emitterspannung vorgespannt sind.

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Es ist daher üblich, In einem solchen Fall durch je eine Diode im KollektorStromkreis die inverse Stromrichtung zu; blockieren. Damit fallen aber zusätzliche "Dioäen-Flußverluste an, die dadurch annähernd auf 10% reduziert werden können, daß anstelle der Verwendung Von Kollektordioden eine Diode 4? parallel zu einem Kondensator 48 ±n Serie mit der Sekundärwicklung 17 der Koppelübertrager 9 und 10 verwendet wird, wodurch eine negative Basis-Vorspannung von etwa 0,4 Volt bis 1 Volt aufgebaut wird, welche ausreicht, um den inversen Betrieb vollständig zu unterbinden.

In diesem Zusammenhang sollen die an sich bekannten Möglichkeiten zur Ausführung des Serienresonanzkreises erwähnt werden:

Der Resonanzkreis, kann auch in einer Brückenschaltung mit vier diagonal angesteuerten Transistoren angeordnet werden. Zwischen dem Resonanzkreis und den Schwingkreistransistoren kann ein Anpassungsübertrager angeordnet sein.

Die Primärwicklung des Änpassungsübertragers kann in einer Brückenschaltung angeordnet sein«

Der Anpassungsübertrager kann auch in Gegentaktschaltung betrieben werden. In diesem Fall sind nur zwei Schwingkreistran-sistoren erforderlich.

Die in den Figuren 4 bis 7 dargestellten Treib er schal tungen» sind für jede der vorstehenden Ausführungsformen des. Antennenschwingkreises mit Erregerschaltung geeignet.

In der Treiberschaltung nach Figur 4 wird der Sekundärstrom I. des Stromwandlers 6 über das Treibertransistor-Paar 18/19 perio-

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disch auf die Koppelübertrager 9 und 20 geschaltet bzw. über das Kurzschlußtraiisistor-Paar 20/21 kurzgeschlossen. Die Kollektordioden 22, 23, 24 und 25 vei'hindern einen inversen Betrieb. Beide Transistoren eines Paares werden gleichzeitig ausgesteuert bzw. gesperrt. Die Sperrphasen beider Paare dürfen nicht überlappen, damit der SekundärStromkreis des Stromwandlers geschlossen bleibt. Welcher der beiden Koppelübertrager 9 oder 10 bei ausgesteuertem Treibertransistor-Paar Strom führt, richtet sich nach der Polarität des Stromes i^.

Die Umschaltfrequenz der elektronischen Schalter kann sowohl extern vorgegeben (fremdgeführt) als auch mit der Eigenfreqenz des aus der induktiven Antenne und der Serienkapazität gebildeten Schwingkreises synchronisiert (selbstgeführt) werden.

Zur Aufnahme des induktiven Abschaltstroines in der Primärwicklung l6 des KoppelÜbertragers dient die Diode 26 und die Zenerdiode 27.

Es ist auch möglich, die Frequenzführung und/oder Phasenanschnittsteuerung nur durch Steuerung einer Halbwelle des Schwingkreisstromes i₀ zu bewerkstelligen. Steuert man z.B. nur die positive Halbwelle, bleibt der Schwingkreistransistor 8 während der gesamten negativen Halbwelle ausgesteuert und es können dann der Transistor 20, die Diode 2k und die aus Diode 26 und Zenerdiode 27 bestehende Beschaltung des Übertragers 10 entfallen. Der Transistor l8 wird durch einen Kurzschluß (Kollektor-Emitter) ersetzt.

Die Treiberschaltung gemäß Figur 5 ist dahingehend abgewandelt, daß der Sekundärstrom i. des Stromwandlers von der Diodenbrücke 31-33 gleichgerichtet wird. Infolgedessen ist hier im Gegensatz

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zum Ausführungsbeispiel nach Figur k die Aussteuerung der Schwingkreistransistoren nicht mehr fest der Stromrichtung von i__t sondern den Treibertransistoren 37, 3^ zugeordnet. Die Aussteuerung dieser Treibertransistoren hat daher antivalent über einen Stromflußwinkel von max. l8o zu erfolgen. _

Während beide Treibertransistoren gesperrt sind, fließt der eingeprägte, gleichgerichtete Sekundärstrom in die Spannungsquelle 36. Gegenüber dem im Beispiel nach Figur 4 angewandten Verfahren, den Sekundärstrom kurzzuschließen, hat diese Maßnahme folgende Vorteile: -

Der Aufwand für die Kurzschlußschaltung entfällte Der geschlossene Stromkreis ist nicht vom richtigen Schalten des Kürzschlußtransistors abhängig.

Auch weniwdie Leistung für die Schwingkreistransistoren dem Schwingkreis entnommen wird, ist für die Aussteuerung der Treibertransistoren eine Speisespannungsquelle geringer Leistung erforderlich. Diese kann die Funktion der Spannungsquelle 36 übernehmen.

Der Anwarfwiderstand 35 liefert den zum Anfachen des Schwingkreises erforderlichen Strom. Hierzu genügen etwa 1 - 5 % des im normalen Betrieb fließenden Sekundärstromes i».

In der Treiberschaltung gemäß Figur 6 ist, wie im Beispiel nach Figur 4t, die Ansteuerung der Schwingkreistransistoren fest der , Stromrichtung von i_ zugeordnet. Während der gemeinsamen Sperr·» phase beider Schwingkreistransistoren fließt der Sekundärstrom des Stromwandlers über die Spannungsquelle 36. Die Beschaltung der Koppelübertrager sind in den Beispielen nach Figur 5 und Figur 6 identische

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Die Treiberschaltungen gemäß Figuren k und 6 sind nicht ohne weiteres zum Anfachen des Schwingkreises geeignet. Ferner können alle bisher beschriebenen Treiberschaltungen nur im unipolaren Betrieb der Koppelübertrager arbeiten. Daher kann von diesen nur ca. 20 bis 30 % ihrer Spannungs-Zeitfläche ausgenützt werden, was bei vorgegebener Übertragerleistung zu relativ großen Typenabmessüngen führte Da außerdem ein Übertragerkern mit gescherter Hysteresesehleife verwendet werden muß, ist der Anteil des Magnetisierungsstromes verhältnismäßig hoch.

Diese aufgezeigten Mängel können nun dadurch behoben werden, daß der eingeprägte₈ gleichgerichtet® Sekundärstrom des Stromwandlers geglättet und über j© ein® Rückmagnetisierungswicklung der Koppelübertrager geführt wird. Eine solche Schaltungsanordnung ist in Figur 7 dargestellt. Gegenüber der Ausführung nach Figur 5 besitzt sie zwei Koppelübertrager 28, 29 mit einer zu-, sätzlichen Rückmagnetisierungswicklung 42₉ welche etwa 5 bis 10 % der Windungen der Primärwicklung l6 aufweist. Die Rück τ magnetisierungswicklungen beider Übertrager sind mit der Glättungsdrossel 43 in Reihe geschaltet und nehmen den Gleichstromanteil des Sekundärstromes auf. Der WechselstromanteiX fließt du & ti gen über den Kondensator 44. Dieser liegt parallel zu einer aus einer Drossel 43 und den Rückmagnetisierungswicklungen 42 gebildeten Serienschaltung.

Im Schaubild nach Figur 8 bedeuten:

i i Schwingkreisstrom

A ; Austastsignal (L = beide Schwingkreistransistoren

gesperrt)

CE8 t KoIlektor-Emitterspannung von Transistor 8

- 9 "509820/0,4.94

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±_c ,η : Kollektorstrom von Transistor 7/8 bei parallelen

Freilauf dioden Summe von Kollektor und Diodenstrom

^UEB' ^: Basis-Emitterspannung des Transistors i.

Das Aus tasi: signal A kann beispielsweise von einem Regler geliefert werden, welcher den Schwingkreisstrom i_Q oder -die Schwingkreisspannung regelt. Wenn die Frequenz des Austastsignales A nicht mit der Resonanzfrequenz übereinstimmt, liegt es unsymmetrisch zum Nulldurchgang von i_n>

Eine Frequenzführung ist bei Treiberschaltungen gemäß den Figuren k und 6 nur durch ein Austastsignal möglich. Bei Treiberschaltungen gemäß den Figuren 5 und 7 ist dagegen eine Führung auch ohne Austastsignal denkbar.

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Claims (8)

HH 73/33 PATENTANSPRÜCHE

1./Einrichtung zur Erregung einer induktiven Antenne, die mit ^v- einer Serienkapazität auf Resonanz abgestimmt und mit im Sättigungsbetrieb arbeitenden Transistoren betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schwingkreis (4, 5) und Transistoren (7, 8) zwei Übertragerkopplungen (9, IO) vorgesehen sind, von denen die eine ein Stromwandler (6)ist, dessen Primärwicklung (l4) in Serie mit dem Schwingkreis (4, 5) liegt und dessen Sekundärwicklung (15) den Treiberstrom für die Schwingkreistransistoren (7» 8) über Koppelübertrager (9, 10) liefert, deren Sekundärwicklungen (l?) mit Basis und Emitter der Schwingkreistransistoren (7, 8) verbunden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des Treiberstromes vom Stromwandler (6) auf den Koppelübertrager (9, 10) für die positive bzw. negative Halbwelle mit Hilfe eines elektronischen Schalters erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Serienschaltung an der Mittelanzapfung einer aus zwei Hälften bestehenden Gleichspannungsquelle liegt, während das andere Ende periodisch auf den positiven bzw. negativen Ausgang.der Gleichspannungsquelle geschaltet wird.

k. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei ungeteilter Gleichspannungsquelle der Schwingkreiskondensator aus zwei gleichen Hälften (12, 13) besteht (Fig. 2).

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung eines inversen Betriebes der Transistoren (7, 8) in Serie mit der Steuerwicklung eine Parallelschaltung aus einer Diode (47) und einem Kondensator (48) gelegt ist. (Fig. 3)

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6. Einrichtung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß der eingeprägte _s .gleichgerichtete Sekundär st rom Ci₁.) des Stromwandlers (6) über eine Drossel (4"3) geglättet und über je eirte Rückmagnetisierungswicklung (42) der Koppelübertrager (28, 29) geführt ist. (Fig. 7)

7· Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromanteil des Sekundärstromes über einen Kondensator (44) fließt, der. parallel- zu einer, aus einer DrοsseIspule (43) und den Rückma gneti sierungswickrungen (42) gebildeten Serienschaltung liegt (Figo 7)

8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet₉ daß der elektronische Schalter mit einer Umschal.tfrequenz arbeitet, die sowohl extern vorgegeben (fremdgeführt) als auch mit der Eigenfrequenz des - aus induktiver Antenne: (5) und Serienkäpazität. (4) gebildeten Schwingkreises synchronisiert (selbstgeführt) ist.

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