Umsetzer, der einen Kern aus ferromagnetischem Material enthält Die Erfindung betrifft einen Umsetzer, der einen Kern aus ferromagnetischem Material enthält, mit dem eine Arbeitsimpulsquelle über eine Wicklung verkoppelt ist, welche Arbeitsimpulsquelle den Kern in einem Zeitintervall in den einen bestimmten Re manenzzustand bringt, mit einem Verbraucher, der in Serie mit der genannten Wicklung dieses Kernes und der Arbeitsimpulsquelle liegt, mit einer Signal impulsquelle, unter deren Steuerung Impulse einer Wicklung des:
Kernes zugeführt werden können, welche Impulse den Kern während eines anderen Zeitintervalls in den anderen Remanenzzustand brin gen, und mit einer Stromquelle veränderlichen oder festen Potentials, die an der gleichen Wicklung liegt, wie diejenige, welche von der Signalquelle beeinflusst wird.
Bei bekannten Umsetzern dieser Art treten Schwierigkeiten auf, insbesondere wenn die Ge schwindigkeit, mit der sich die Hysteres:isschl-eife des ferromagnetischen Materials des Kernes bewegt, hoch ist (Megahertzbereich), wobei unerwünschte Energie in die Eingangsschaltung gelangen oder falsche Aus gangssignale entstehen können.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Der erfindungsgemässe Umsetzer ist dadurch gekennzeich net, dass zwischen der Stromquelle, die an der glei chen Wicklung liegt, wie diejenige, welche von der Signalimpulsquelle beeinflusst wird, und der vor genannten Wicklung oder der Signalimpulsquelle ein Strom fliesst, je nachdem, ob Signale aus der Signal- Z, zugeführt werden oder nicht.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm einer idealisierten Hysteresisschleife. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel-es der Erfindung.
Fig. 2a stellt Wellenformen der Ausführungsform nach der Fig: 2 dar.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines abgeänderten Ausführungsbeispieles der Erfindung. Fig. 3a zeigt das zugehörige Wellenformenschema. Fig. 4 veranschaulicht einige charakteristische Kurvenformen der Ausgangssignale der Ausführungs form nach der Fig. 3.
Fig. 5 veranschaulicht einige charakteristische Kurvenformen der Arbeitsimpulse der Ausführungs form nach der Fig. 3.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer abgeänderten Eingangsschaltung.
Fig. 6a veranschaulicht ein Wellenformenschema der Ausführungsform nach der Fig. 6.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles.
Fig. 7a stellt das Wellenformenschema der Aus führungsform nach der Fig. 7 dar.
Fig. 8 zeigt wieder eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles.
Fig. 8a stellt dessen Wellenformenschema dar. Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer abgeänderten Ausgangsschaltung.
Fig. 9a stellt ein Wellenformenschema der Aus führungsform nach der Fig. 9 dar.
Fig. 10 zeigt eine weitere schematische Darstel lung einer weiteren Ausgangsschaltung.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausgangsschaltung, Fig. 1 l a deren Wellenformenschema.
Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen beispielsweisen Ausführungsform der Er findung. Fig. 12n stellt ein Wellenformenschema der Aus führungsform nach der Fig. 12 dar.
Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung einer gegenüber der Fig. 12 abgeänderten beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung, Fig. 13a deren Wellenformenschema.
Fig. 14 zeigt die schematische Darstellung einer weiteren Ausgangsschaltung.
Fig. 15 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausgangsschaltung.
Fig. 16 zeigt eine schematische Darstellung eines Frequenzteilers, ebenfalls als Ausführungsbeispiel. Fig. 16a stellt dessen Wellenformenschema dar. Die Fig. 1 veranschaulicht eine idealisierte Hyste- resisschleife eines Stoffes, der als Kern für den zu beschreibenden festen und dauerhaften Signalumset zer verwendet werden kann.
BR bezeichnet die magne tische Induktion der Remanenz und Bs die magne tische Induktion der Sättigung. Als Kernmaterial ist eine grosse Anzahl von Stoffen verwendbar, wozu die verschiedenen Ferritsorten und die verschiedenen Arten von Magnetbändern einschliesslich Orthon'ik und, 4-79 Moly- Permalloy (eingetragene Marke) gehören. Diese Stoffe können durch unterschiedliche Wärmebehandlung abweichende Eigenschaften erhal ten.
Zu der grossen Auswahl der verwendbaren Stoffe kommt ausserdem die Möglichkeit, die Kerne der Signalumsetzerin einer Reihe verschiedener geometri scher Formen zu bauen, wozu sowohl geschlossene als auch offene magnetische Kreise gehören. So sind z. B. Topfkerne, stab- und streifenförmige oder Toor- roidkerne möglich.
Man ist somit nicht auf bestimmte geometrische Kernformen oder bestimmte Kernmaterialien be schränkt. Die angeführten Beispiele dienen lediglich zur Erläuterung. Die einzige Forderung geht dahin, dass der Stoff eine Hysteresisschleife aufweist, die sich der in der Fig. 1 gezeigten idealisierten Hyste- resisschleife möglichst nähert.
Die verschiedenen Arten der verwendeten elek trischen Impulse werden in der folgenden Weise be zeichnet: man unterscheidet Taktgeberimpulse und Signalimpulse. Die Signalimpulse tragen Information und werden in bestimmten Kombinationen eingege ben. Dabei hängt es von der zu übertragenden In formation ab, ob Impulse auftreten oder nicht. Im Gegensatz dazu werden die Taktgeberimpulse auto matisch in festen Zeitabständen eingegeben und ent halten keine Informationen. Sie können in Arbeits impulse und Sperrimpulse eingeteilt werden.
Die Arbeitsimpulse liefern gewöhnlich die Energie zum Betrieb des Umsetzers oder öffnen zumindest ein Impulstor, so d'ass eine andere Quelle den Umsetzer betreiben kann. Die Sperrimpulse verhindern die Ein wirkung von Impulsen auf die Schaltung.
In der Zeichnung sind Impulse mit denselben Überweisungszeichen bezeichnet wie die Quellen, von denen sie geliefert werden; ferner sind die Impuls quellen nicht gesondert dargestellt, sondern der Ein fachheit halber mit denjenigen Klemmen der dar- gestellten Schaltungen identifiziert, an die sie an geschlossen sind. Wenn eine Klemme z. B. mit B bezeichnet ist, so bedeutet dies, dass an diese Klemme eine Impulsquelle B angeschlossen ist, die einen Im puls B, das heisst eine Spannung mit der Kurvenform B, liefert.
Die Fig.2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines magnetischen Signalumsetzers. Das Teil C ist ein Kern aus ferromagnetischem Material. Die Wicklung 1 ist die Eingangs- oder Signalwicklung und die Wicklung 2 die Ausgangs- oder Arbeitswick lung. Die Arbeitsweise dieses Signalumsetzers wird unter Bezugnahme auf die idealisierte Hysteresis- schleife der Fig. 1 beschrieben. An die Klemme B der Arbeitswicklung wird eine Spannung der Kurvenform <I>B</I> der Fig. <I>2a</I> angelegt. Ihre positive Hälfte stellt z. B.
während der Zeit t1 bis t., den Arbeitsimpuls dar und ihre negative Hälfte z. B. während der Zeit t., bis t. einen Sperrimpuls, der verhindert, dass in den Signal zeiten t2 bis t. oder<I>t4</I> bis t5 usw. ein Strom der Wick lung 2 durch die Diode D fliesst. Das Signal wird während der Signalzeiten in bestimmter Kombination auf die Klemme A gegeben.
Während der Arbeits- impulszeiten, also während der Zeiten t1 bis t,; t3 bis t4; <I>t5</I> bis t, usw. wird ein Sperrimpuls an die klemme Bi der Signalwicklung gelegt, der die Diode H sperrt und verhindert, dass in der Signalwicklung Strom fliesst. Das hat zur Folge, dass die Diode D nur wäh rend der Arbeitsimpulszeiten leitet und die Diode H nur während der Signalzeiten.
Während der Arbeitsimpulszeiten erzeugt die positive Hälfte der Spannung mit der Kurvenform B einen. Fluss im Kern in Richtung des am unteren Ende des. Kernes angebrachten ausgezogenen Pfeiles und der Kern, der sich zur Zeit t1 im Magnetisierungs- zustand Ba befinden möge, ändert diesen von plus BI> auf plus Bs, das den Bereich niedriger Impedanz dar stellt. Das Ergebnis dieses Vorganges ist ein Aus gangssignal, worauf der Kern in den Zustand plus B;1 zurückkehrt.
Wird während einer der Signalzeiten ein Signal eingegeben, so wird im Kern ein Fluss in Rich tung des am unteren Ende des Kernes angebrachten strichlierten Pfeiles erzeugt, und der Kern ändert seinen Magnetisierungszustand von plus BR auf minus Blz. Der nächstfolgende Arbeitsimpuls lässt den Zu stand des. Kernes nach plus BP zurückkehren, erzeugt aber keinen Ausgangsimpuls. Man sieht leicht, dass diese Anordnung für jeden Arbeitsimpuls einen Aus gangsimpuls liefert, sofern während der vorhergehen den Signalzeit kein Eingangssignal auf die Klemme A gegeben wurde.
Die Anordnung arbeitet deshalb als Komplementbildner, da das gewünschte Ausgangs signal erscheint, wenn kein Eingangssignal eingegeben wird.
Man beachte, dass bei der in der Fig. 2 gezeigten Anordnung wie auch bei anderen im folgenden zu beschreibenden Anordnungen der oder die Verbrau cher mit dem Kern hinsichtlich der Arbeitsimpuls- quelle in Serie geschaltet sind. Die gewünschten Aus gangssignale kommen deshalb in der Regel dadurch zustande, dass der Kern vorübergehend von der posi tiven Remanenz in die positive Sättigung magneti siert wird, wie das für den Fall der Fig. 2 erläutert wurde.
Ferner sei erwähnt, dass nicht nur die Anordnung der Fig. 2 sondern jeder Umsetzer, soweit er in dieser Beschreibung erläutert wird, als Komplementbildner für Impulse arbeitet, die im folgenden als Umkehr impulse bezeichnet werden sollen. Unter der Ein wirkung eines solchen Umkehrimpulses springt der Magnetisierungszustand des Kernes von plus. BR auf minus BR oder allgemeiner gesagt aus einer Lage auf der Schleife, die der Zustand des Kernes als Folge eines Arbeitsimpulses erreicht hat, in die genau ent gegengesetzte.
Der gewünschte Ausgangsimpuls er scheint nicht, wenn ein Umkehrimpuls eingegeben wird, da dann der folgende Arbeitsimpuls den Kern im Magnetisierungszustand minus BR vorfindet und ihn über einen solchen Bereich der Hysteresisschleife bringen muss, dass eine hohe Impedanz erscheint. Das hat zur Folge, dass der Magnetisierungszustand des Kernes bei plus BR bleibt. Der übernächste Arbeits impuls magnetisiert den Kern von plus. BR über den Teil der Hysteresisschleife mit niedriger Impedanz in Richtung auf plus B., sofern nicht ein den Vorgang störender Umkehrimpuls auftritt, und als Folge des fehlenden Umkehrimpulses ergibt sich ein Ausgangs signal.
Wünscht man die Anordnung als Verstärker statt als Komplementbildner zu verwenden, so dass als Folge eines eingegebenen Eingangssignals das ge wünschte Ausgangssignal erzeugt wird, so kann man dieses Eingangssignal nicht in Form eines Umkehr impulses verwenden. Der Umkehrimpuls, muss von einer Quelle geliefert werden, die nicht die Signal quelle ist, und das Signal selbst muss benutzt werden; um den Durchgang des Umkehrimpulses durch die Signalwicklung zu sperren. Ein Umsetzer kann des halb nur mit Hilfe einer doppelten Negation aus einem Komplementbildner in einen Verstärker ver wandelt werden.
Man beachte jedoch, dass die Bezeichnung Ver stärker , so wie sie bisher und im folgenden in dieser Beschreibung verwendet wird, nicht auf den Fall wirklicher Verstärkung beschränkt ist, sondern in der Weise ausgedehnt wird, dass sie alle Anordnungen umfasst, die als Folge eines eingegebenen Eingangs signals das gewünschte Ausgangssignal liefern, ohne Rücksicht darauf, ob das Leistungs , Strom-, oder Spannungsverhältnis grösser, gleich oder kleiner als eins ist.
Die Fig.3 zeigt einen Signalumsetzer, der die Umwandlung des Komplementbildners der Fig. 2 in einen Verstärker gemäss der obigen Erläuterung ver anschaulicht. Die Wicklung 2 der Fig. 3 entspricht völlig der Wicklung 2 der Fig. 2. Die Umwandlung des Komplementbildners in .einen Verstärker kommt in den Unterschieden der Wicklungen 1 der beiden Zeichnungen und der an sie angelegten elektrischen Impulse zum Ausdruck. Die an die Klemme Bi der Fig.2 angelegten elektrischen Impulse wirken, wie vorstehend erläutert, als Sperrimpulse.
Ihre einzige Aufgabe ist es., zu verhindern, dass während der Ar beitsimpulszeiten ein Strom durch die Signalwicklung fliesst. Im Gegensatz dazu wirken die an die Klemme Bi der Fig. 3 gelegten elektrischen Impulse sowohl als Sperr-, als auch als Umkehrimpulse. Während der Arbeitsimpulszeiten erfüllen sie die gleiche Aufgabe wie die an die Klemme B der Fig. 2 angelegten Sperr impulse.
Während der Signalzeiten springt der Ma- gnetisierungszus:tand des Kernes unter ihrer Einwir kung, wie schon gezeigt wurde, auf minus BR zurück. Da diese Impulse in Form von Taktgeberimpulsen eingegeben werden., erfolgt das Zurückspringen des Kernzustandes auf minus BR dauernd, und daher tritt der gewünschte Ausgangsimpuls nicht auf, solange das Impulsventil G diese Umkehrimpulse durchlässt. Der gewünschte Ausgangsimpuls lässt sich also nur dadurch erzeugen, dass man den Durchtritt der Um kehrimpulse durch das Impulsventil G verhindert, und das geschieht mit Hilfe des Signalimpulses, der als Sperrimpuls zur Sperrung des Impulsventils be nutzt wird.
Der gewünschte Ausgangsimpuls entsteht also als Folge eines eingegebenen Signalimpulses. Die Arbeitsperiode der Fig. 3 ist in der Fig. 3a gezeigt.
Solange ein Signalimpuls fehlt, wird das Kern material in einem Magnetisierungszustand betrieben, der dem Teil der Hysteresisschleife mit zugehöriger hoher Impedanz entspricht und das erzeugte Aus gangssignal ist klein. Ein charakteristisches Beispiel für diese Art von Ausgangssignalen zeigt die Kurve X der Fig.4. Solche Ausgangssignale treten während der Arbeitsimpulszeiten auf und werden als Rest impulse bezeichnet.
Wird .ein Signalimpuls A eingegeben, so verhin dert das sperrende Impulsventil, d'ass die an die Klemme B1 angelegten Umkehrimpulse die Wicklung 1 erreichen. Tritt dieser Fall ein, so bleibt der Ma gnetisierungszustand des Kernmaterials plus BR, den er am Ende des vorhergehenden Arbeitsimpulses er reicht hatte, erhalten. Der folgende Arbeitsimpuls wird nun das Material von plus BR auf plus B, magnetisieren. Das entspricht dem Teil der Schleife mit zugehöriger geringer Impedanz, die .im Kern als niedrige Serienimpedanz in Erscheinung tritt. An RL erscheint ein Ausgangssignal von der Art des in der Kurve Y der Fig. 4 gezeigten.
Am Ende des Arbeits impulses kehrt dann das Material in den Zustand plus BR zurück. Danach kann es durch einen weiteren Umkehrimpuls an Bi auf minus BR ummagnetisiert werden, oder der Durchtritt des Umkehrimpulses wird verhindert, und man erhält einen weiteren Ausgangs impuls,.
Die an den Verbraucher abgegebene Leistung kann ein Vielfaches der erforderlichen Leistung des Informationsimpulses betragen. Man kann deshalb mit dem Signalumsietzer eine Leistungsverstärkung er zielen. Auf die Grösse der erzielten Leistung haben viele Faktoren Einfluss. Einer der wichtigsten hängt mit dem Ausmass zusammen, in dem der un erwünschte Restimpuls, den die Kurve X der Fig. 4 zeigt, in der Praxis zugelassen werden kann. Einen weiteren wichtigen Faktor stellt das Verhältnis der Steigung des steilen Teiles der Hysteresis.schleife zwi schen plus.
BR und minus BR zu der Steigung des fla chen Teiles der Hysteresisschleife zwischen plus BR und plus Bs dar. Für den S'ignalumsetzer ist ein: Stoff mit einer rechteckigen Hysteresisschleife erwünscht, doch keineswegs unbedingt nötig.
In der Fig. 3a verlaufen die Kurven der an die Klemme B und Bi angelegten Spannungen spiegel bildlich zur Zeitachse. Diese Bedingung braucht je doch nicht streng erfüllt zu sein. Die Amplituden kör, nen je nach Windungsdaten verschieden sein, und die Impulslängen können sich je nachdem, wie weit man ein Überschneiden und damit die Sperrung für not wendig oder wünschenswert hält, unterscheiden.
Während der Arbeitsimpulszeit sollte die an Bi ge legte Spannung gleich oder grösser als die Amplitude des Impulses sein, der in der Signalwicklung infolge des Durchlaufens der Hysteresisschleife während der Arbeitsimpulszeit entsteht, und ferner sollte die an B gelegte Spannung während der Signalzeiten eine ge nügend grosse Amplitude haben, um den Stromfluss in der Ausgangswicklung während der Sperrzeiten zu sperren.
t1; <I>t2;</I> t3 usw. stellen daher die Begrenzungen der zu den Arbeits- und Signalimpulsen gehörenden Zeit abschnitte dar und geben keinesfalls die Länge dieser Impulse an. Der Zeitabschnitt zwischen t2 und t", also eine Signalzeit, kann grösser oder kleiner als der Zeitabschnitt zwischen t1 und t2, also eine Arbeits- impulszeit, sein. Die Möglichkeit, die Länge der ent sprechenden Impulszeiten zu wählen, erlaubt es, die sen signalgesteuerten Umsetzer als Speicher oder als Verzögerungseinrichtung zu benutzen.
In der bisherigen Beschreibung wurden die ver schiedener Arbeits-, Signal-, Umkehr- und Sperr spannungen mit Rechteckschwingungen dargestellt. Das ist jedoch nicht notwendig. Die verschiedenen Kurvenformen müssen lediglich folgenden Forderun gen entsprechen: 1. Die Sperrspannung muss mindestens so gross sein wie die durch sie zu sperrende Spannung.
2. Die auf die Wicklungen gegebenen Impulse, die zur Folge haben, dass der Magnetisierungszustand des Kernes Teile der Hysteresisschleife durch läuft, müssen so beschaffen sein, dass das Zeit integral ihrer Spannung gegenüber der Grösse des gewünschten Ausgangssignals klein oder gross ge wählt wird.
Berücksichtigt man, dass der A.rb:eitsimpuls einer Quelle entnommen wird, die genau festgelegte Kur venformen liefern kann, so zeigt sich, dass die Aus gangsimpulse dieses Verstärkers ebenfalls einheit liche, durch die Arbeitsimpulsquelle festgelegte Kur venformen aufweisen. Der Verstärker dient deshalb auch als Impulsformer.
Die Fig. 5 gibt einige charakteristische, zur Ver wendung geeignete Formen von Arbeitsimpulsen wie der. Fig.5a zeigt eine Sinushalbwelle, Fig.5b eine Dreieckskurve, Fig. 5c einen Impuls mit einer Ampli- tudenspitze am Anfang, einem stark abfallenden und einem nahezu konstanten Teil, dessen Verwendung sich besonders empfiehlt, und Fig.5d zeigt einen trapezförmigen Impuls mit verschieden steilen Flanken.
Die Beschreibung ging bisher dahin, d'ass das Kernmaterial von plus BR auf minus Bi., ummagneti siert werden muss. Die Aussteuerung über den ganzen Bereich BR ist aber in Wirklichkeit nicht nötig. Das Material, kann z. B. von plus BR auf plus 1/3 BR herunter ausgesteuert werden. Diese Aussteuerung über Teile der Hysteresisschle:ife hat eine Leistunsgs- verminderung zur Folge, ohne dass deshalb das betei ligte Kernrnaterialvolumen verringert werden kann.
Ferner ist :es möglich, das Kernmaterial über einen grösseren Bereich als von minus Bp bis plus Bi, auszussteuern.
Im diesem Fall muss das. Zeitintogral der Arbeits- impulsspannung grösser sein als der Wert, der nötig isst, um den Kern von minus Ba auf plus BR um zumagnetisieren. Der Magnetisierungszustand wird sich dann über plus BI" hinaus in Richtung auf B,, zu bewegen. Im andern Falle würden für diesen Vor gang zwei Arbeitsimpulszeiten gebraucht, eine, in der der Kern von minus B,;, auf plus BR ausgesteuert wird., und eine, um seinen Magnetisierungszustand von plus BR auf plus. B4 zu bringen.
Im betrachteten Fall erscheint immer ein Ausgangsimpuls. Seine Dauer hängt davon ab, ob sich der Kernzustand bei minus BR oder bei plus BI, befand:.
Im folgenden werden einige Eingangsschaltungen zum Betrieb dieses Verstärkers sowohl mit Quellen konstanten: Stromes als auch konstanter Spannung erläutert. Eine Quelle konstanten Stromes hat theo retisch den Innenwiderstand unendlich, eine Quelle konstanter Spannung dagegen theoretisch den Innen widerstand Null. Diese Definitionen entstammen Idealisierungen und werd=en lediglich zur Verein fachung dier Theorie der Schaltungen benutzt. Für die Praxis ist die Quelle konstanten Stromes eine Quelle, deren Impedanz im Vergleich zur Belastung verhältnismässig hoch ist, und eine Quelle konstanter Spannung hat eine im Vergleich zur Belastung ver hältnismässig geringe Impedanz.
Die Fig. 6 zeigt eine Anordnung zur Verwendung einer Spannungsquelle niedriger Impedanz für die Impulse der Eingangswicklung. Eine Spannung, wie sie das beigegebene Liniendiagramm der Fig. 6a zeigt, wird einer Spannungsquelle geringer Impedanz ent nommen und an die Klemme Bi gelegt. Die Signal zeit ist in diesem Fall t1 bis t- Wünscht man ein Ausgangssignal, so wird der Klemme A in der dar gestellten Weise ein Signalimpuls zugeführt. Er ver hindert, dass die Quelle Bi den Kern von plus BR auf minus BR ummagnetisiert. Das unterste Diagramm der Fig.6a zeigt einen Arbeitsimpuls.
Der Zeit- abschnitt t.., bis t3 ist die Arbeitsimpulszeit. Es ist ohne weiteres klar, dass die Dioden, der Wickelsinn der Wicklung der Spule 1 und die Polarität der zu geführten Spannung in ähnlicher Weise umgekehrt werden können, wie das im folgenden in Verbindung mit den Fig. 7, 7a, 8 und 8a erläutert wird.
Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei Eingangsschaltun gen, die für die Eingangsgrössen eine Spannungsquelle hoher Impedanz verwenden. Die Spulen 1 und 2 eines Verstärkers, sitzen auf einem Kern C aus feirro- magnetischem Material. Die der Klemme B zu geführte Spannung hat die bekannte und schon be schriebene Kurvenform der wechselnden Arbeits und Sperrimpulse. Im Beispiel der Fig. 7 und 7a er hält die Klemme Bi im Stromkreis der Signalwick lung während des Zeitabschnittes t1 bis t. einen nega tiven Sperrimpuls.
Während des Zeitabschnittes t2 bis t.; wird die Klemme Bi positiv. Der Widerstand R ist genügend hochohmig, um die Quelle Bi vom Ver stärker aus gesehen als Quelle konstanten Stromes erscheinen zu lassen. Die Signaleingangsquelle wird auf positivem Potential gehalten. Wünscht man ein Signal, so wird ein negativer Impuls an die Klemme A gelegt, um ihr Potential auf Null zu verringern. Da durch wird die Stromzuführung der Spule 1 von der Quelle Bi in festgelegter Reihenfolge unterbrochen. In der folgenden Arbeitsimpulszeit entsteht dann ein grosser Ausgangsimpuls.
Diese spezielle Wahl der Polungen sichert, dass der Verstärker einen positiven Ausgangsimpuls liefert, wenn er im Eingang einen negativen Impuls erhält. Die Polarität des Eingangs signals lässt sich durch Umpolen der Dioden H1 und H@, Änderung des Wickelsinnes der Spulenwicklung, Vertauschung der Polarität der der Klemme Bi zu geführten Impulse und Verschieben des Signalspan nungsniveaus umkehren oder die des Ausgangssignals durch Umpolen der Diode D und Vertauschen der Polaritäten der auf B gegebenen Impulse.
Die Anord nung zur Umkehrung der Polung des Eingangs signals wird in der Fig. 8 im Zusammenhang mit der Fig. 8a dargestellt. Diese Anordnung liefert ein posi tives Ausgangssignal, wenn dem Eingang ein positiver Impuls zugeführt wird. Die Arbeitsimpulszeit ist t1 bis t., und t3 bis t4 stellt wie in der Fig. 7a die Signal zeit dar.
Der Wickelsinn der Spule 1 der Fig. 8 ist jedoch gegenüber dem der Spule 1 der Fig. 7 um gekehrt und die Polarität der an die Klemmen Bi und A gelegten Spannungen vertauscht. Wird ein Aus gangssignal gewünscht, so muss der Klemme A ein positiver Impuls zugeführt werden, um das Poten tial der Klemme A im Zeitabschnitt t2 bis t3 auf Null zu bringen, wie das die Fig. 8a zeigt. Der Verstärker hat dann sowohl positive Eingangs- als auch Aus gangssignale.
Die bereits im einzelnen dargestellte Gleichheit verschiedener Spannungen gilt nur für den Fall, dass das Windungsverhältnis von Arbeits- zu Eingangs wicklung eins ist. Sind die Windungszah'len verschie den, was vorkommen kann, so gilt die Gleichheit nur, wenn eine Spannung mit dem Windungsverhältnis multipliziert wird. Ferner liegt der Beschreibung die ses Verstärkers eine bestimmte Festsetzung der Im pulspolungen zugrunde.
Durch Ändern des Wickel sinnes können entweder die Signalpolung oder die Polung des Arbeitsimpulses oder beide umgekehrt werden.
In Verbindung mit dem vorbeschriebenen Ver stärker ist die Beseitigung der Restausgangssignale oder Restimpulse von Interesse. Die Fig. 9 zeigt eine Schaltung zu ihrer Unterdrückung. Die Wicklung 2 stellt die Ausgangsspule eines magnetischen Verstär kers dar. An die Klemme B wird ein positiver Arbeits impuls gelegt, und gleichzeitig wird der Klemme L ein negativer Impuls zugeführt, wie dies Fig. 9a zeigt. Der negative Impuls ist so gross, dass der Punkt E auf Nullpotential liegt, wenn vom Verstärker kein Impuls ankommt.
Die Spannung des Punktes L wird reit anderen Worten gleich dem Spannungsabfall des Reststromes, über dem Widerstand R gemacht. Bei einem erwünschten Ausgangssignal nimmt der Punkt E ein positives Potential von der Kurvenform der an die Klemme B angelegten Spannung an. Eine weitere Möglichkeit zur Unterdrückung :eines Restimpulses besteht darin, eine positive Gleichspannungsquelle mit dem Punkt T d'er Verbraucherimpedanz zu ver binden, anstatt der Klemme L einen negativen Im- puls zuzuführen. In der Fig. 9 ist dieser Fall durch punktierte- Linien dargestellt.
Die Fig. 10 zeigt ein Verfahren mit einem nicht linearen Siliziumkarbidwidierstand, bei dem anstelle der in der Fig.9 dargestellten Diode ein Silizium karbidwiderstand verwendet wird. Das durchkreuzte Widerstandssymbol bezeichnet einen S.iliziumkarbid- widerstand. Sein Widerstand ist für die niedrige Span nung des Restimpulses sehr hoch, wogegen er für Spannungen von der Grössenordnung des Ausgangs impulses einen sehr kleinen Widerstand bildet.
Die Fig. 11 und lla veranschaulichen eine wei tere Form einer Schaltung zur Unterdrückung von Restimpulsen. Die Spule 2 ist die Ausgangsspule eines magnetischen Verstärkers. Der Klemme B werden, wie die Fig. 11a zeigt, Arbeits- und Sperrspannungen zugeführt. Der Strom durch den Widerstand R ist gleich dem Restimpulsstrom, der von Erde über die Diode M und den Widerstand R zur Quelle minus E fliesst.
Besteht der Ausgangsimpuls des Verstärkers nur aus. dem Restimpuls, so fliesst der Restimpuls- strom über die Serienschaltung der Diode D mit dem Widerstand R und die Ausgangsspannung bleibt an nähernd Null. Tritt jedoch der gewünschte Ausgangs impuls auf, so unterbricht die Diode M den Strom kreis, und die Ausgangsspannung springt auf den Wert des Arbeitsimpulses. Der Arbeitsimpuls führt der Schaltung zur Unterdrückung des Restimpulses, das heisst der Verbindung von R mit minus E in die sem Fall eine Leistung zu.
Ferner sei bemerkt, dass der Widerstand R bei der Verwendung des Verstär kers zur Speisung von Impulsventilschaltungen alle Ströme übernehmen kann, die der Verstärker zu lie fern hat. Ein Verstärker kann auch unter Verwendung nur einer Spule und eines damit verbundenen Kernes aus ferromagnetischem Material gebaut werden. Der Vor teil dieser Art von Verstärkern liegt in der einfache ren Herstellung gegenüber einem Verstärker mit zwei Spulen. Seine Begrenzung findet er darin, dass dieser Verstärkertyp zwar Strom-, aber keine Spannungs verstärkung zeigt.
In dieser Beziehung ähnelt er dem Kathodenverstärker der Röhrentechnik.
Die Fig. 12 zeigt eine. schematische Darstellung eines magnetischen Verstärkers mit nur einer Spule. Eine einzige Spule sitzt auf einem Kern C aus ferro- magnetischem Material. Der Klemme B wird eine Spannung mit der im Diagramm der Fig. 12a dar gestellten Kurvenform zugeführt, während die Klemme Bi auf Nullpotential gehalten wird.
Im Zeit abschnitt t1 bis t2 ist die Klemme<I>B</I> positiv, und es fliesst ein Strom von dler Klemme B über die Ver- stärkerwicklung, die Diode D1 und den Widerstand RL nach Erde.
In bezug auf die Hysteresisschleife der Fig. 1 bedeutet dies eine Ummagnetisierung des Kernes von minus Ba auf plus BR- Im Zeitabschnitt t2 bis t3 ist die Klemme<I>B</I> negativ gegen Erde, und der Strom fliesst von der Klemme Bi über den Wider stand R,, die Diode Dz und die Verstärkerwicklung zur Klemme B. Man beachte, dass sich Ra und RL im allgemeinen unterscheiden, und zwar wird Rs mei stens grösser sein.
Die der Klemme B zugeführten positiven und negativen Spannungshalbwellen brau chen deshalb nicht unbedingt die gleiche Grösse zu haben.
Betreibt man den Verstärker unter diesen Bedin gungen, so erhält man keine Ausgangssignale. Um die in bestimmter Reihenfolge gewünschten Aus gangssignale zu erzeugen, gibt man eine Spannung mit der in der Fig. 12a dargestellten Kurvenform auf die Klemme A. Diese Spannung ist negativ und gleich oder grösser als die während des Zeitabschnittes t2 bis t3 an die Klemme B gelegte negative Spannung. Sie sperrt die Diode Dz und verhindert die Um magnetisierung des Kernes von plus BR auf minus BR.
Der folgende an der Klemme B erscheinende positive Impuls findet dann am Kernmaterial geringe Impedanz vor, und,es entsteht ein grosser Ausgangs impuls. Da R, im allgemeinen grösser als RL gewählt wird, zeigt der Verstärker eine Stromverstärkung. Die wichtigste Eigenschaft des aus D2; Rs und der Klemme A bestehenden Teiles der Schaltung ergibt sich daraus, dass der Zweig als Mittel zur Sperrung des der Spule zugeführten negativen Rückmagneti- sierungsimpulses dient. Andere Verfahren zur Durch führung dieser Aufgabe werden noch beschrieben.
Die Fig. 13 zeigt eine abgeänderte Ausführungs form des magnetischen Verstärkers mit nur einer Spule gegenüber der Fig. 12. Die Wirkungsweise des Kernes ist die gleiche, wie sie für die Fig. 12 be schrieben wurde. Wünscht man keinen Ausgangs impuls, so wird, das Kernmaterial zwischen dien Zu ständen minus BR und plus BR, betrieben. Soll ein Ausgangsimpuls erscheinen, so erfolgt der Betrieb zwischen plus Ba und plus B. Der Widerstand R hat gegenüber RL eine hohe Impedanz und den Klem men B und Bi werden Spannungen der in der Fig. 13a gezeigten Kurvenformen zugeführt.
Die zwischen A1 und Az an die Klemme<I>B</I> gelegte Spannung reicht aus, um einen Strom zu treiben, der gleich dem für den Kern C in der Spule erforderlichen Magnet'isie- rungsstram ist.
Von t2 bis t3 wird die Klemme<I>B</I> ne gativ und Bi positiv.' Der Potentialunterschied zwi schen B und Bi reicht zum neuerlichen Ummagneti- sieren. Der Punkt E liegt dann während des Zeit abschnittes, in dem der Kernzustand von plus BP auf minus Ba springt, auf Nullpotential.
Daher ist ledig lich an der Klemme A über die Diode D3 eine Ein gangsspannung erforderlich, die gleich oder grösser als die an dlie Klemme B angelegte negative Span nung ist, um dieses Ummagnetisieren zu verhindern. Die Spannung sperrt die Diode D2. Die Klemme<I>A</I> erhält natürlich nur dann ein Signal, wenn man ein Ausgangssignal wünscht.
In den bisher beschriebenen magnetischen Ver stärkern wird manchmal ein Dauerausgangssngnal ge wünscht, wenn dem Eingang Impulse zugeführt wer den. Das lässt sich unter Verwendung eines Gleich richters, geeigneter Filter oder von Integrierschaltun- gen im Ausgang erreichen.
Die Fig. 14 gibt ein Beispiel für eine Schaltung zur Lieferung eines Dauerausgangssignals. Sie ent hält die Ausgangsspule 2 eines magnetischen Ver stärkers., wie ihn die Anordnung der Fig. 3 zeigt. Die Ausgangsimpulse laden den Kondensator F auf, der sich während der Signalimpulszeiten langsam ent lädt und so ein Dauerausgangss'ignal liefert. Wünscht man das Dauerausgangssignal zu Null zu machen, so nimmt man die Eingangsimpulse des Verstärkers weg.
Das völlige Verschwinden der Ladungen dies Kon- densators F kann einige Impulszeiten in Anspruch nehmen. Verlangt man eine schnellere Entladung, so kann man einen Impuls auf den Ausgang geben, der das Ausgangssignal schnell auf Null bringt.
Eine weitere Schaltung zur Erzielung eines Dauer- ausgangss!ignals zeigt die Fig. 15, in der eine gewöhn liche Verzögerungsstrecke mit Kapazitäten Fi, FZ und F3 und Induktivitäten L1 und L2 als Impulsverlänge- rer Verwendung findet.
Die gezeigte Schaltung mit den an verschiedenen Punkten der Verzögerungs strecke einspeisenden Dioden Dl; D2 und D3 stellt die übliche Ausführung eines Impulsverlängerers dar. Sie nutzt die Laufzeit zwischen verschiedenen Punk ten der Verzögerungsstrecke und dem Ausgang zur Verlängerung der Impulse aus. Für einen Verstärker, der mit einem Testverhältnis von 1 betrieben wird, das heisst der mit gleich langen Signal- und Arbeits zelten arbeitet, sind nur zwei Dioden erforderlich. Die Verzögerungszeit zwischen den beiden Dioden ist dann gleich der Signal- oder der Arbeitszeit.
Zu dem Zeitpunkt, an dem der Ausgangsimpuls, der an dem ausgangsseitigen Ende der Verzögerungsstrecke zu-, geführt wird, verschwunden ,ist, trifft der Impuls von der Diode, die in gewisser Entfernung auf die Ver- zögerungsstrecke arbeitet, am Ausgang ein. Er ist um eine Zeit von der Grösse der Arbeitsimpulszeit ver zögert und dauert einen Zeitraum, der gleich der Signalzeit ist. Man erhält deshalb ein Dauerausgangs signal, wenn: man der Verzögerungsstrecke Impulse zuführt.
Eine Schaltung dieser Art hat gegenüber dem in der Fig. 14 gezeigten Kondensator den Vor teil einer viel schnelleren Abfallzeit, und im allgemei nen ist bei Schaltungen dieser Art kein Rückführ- impuls erforderlich.
Sind die Impulszeiten verschieden, z. B. wenn die Signalzeit länger ist als die Arbeitszeit, so kann man natürlich Schaltungen der gleichen Art verwenden. Allerdings ist dann die Anwendung von mehr als zwei Dioden erforderlich. Die Schaltung der Fig. 15 zeigt drei Dioden. Diese Anordnung kann für befie- bige Signalzeiten bis zur Länge der doppelten Ar beitszeit verwendet werden. Man erkennt ohne wei teres, wie dieses Prinzip auf Signalzeiten beliebiger Dauer ausgedehnt werden kann.
Die Fig. 16 zeigt einen Komplementbildner, der als Frequenzteiler arbeitet. Zur Erläuterung seiner Wirkungsweise dient das Diagramm der Fig. 16a. An die Klemme Bi der Eingangswicklung wird kein Eingangssignal, sondern nur über eine Diode D1 ein Sperrimpuls angelegt. Wenn an der Klemme B zur Zeit t1 ein Arbeitsimpuls eingespeist wird, sei der Magnetisierungszustand des Kernes plus Ba.
Dann entsteht ein Ausgangsimpuls, der nicht nur über die Diode D., an die Ausgangsklemme gelangt, sondern auch in den Eingang einer Verzögerungseinrichtung A, die aus einem Verstärker, einer Verzögerungs strecke oder einem Tiefpass bestehen kann.
Der so erzeugte verzögerte Impuls wird der Wicklung 1 zur Zeit t.. als Umkehrimpuls zugeführt, um den Kern auf minus BIS umzumagnetis.ieren. Trifft zur Zeit t3 der nächste Arbeitsimpuls ein, so wird der Komple- mentbildner kein erwünschtes Ausgangssignal erzeu gen, wenn der Kern von minus Ba auf plus Ba um magnetisiert wird', und die Verzögerungseinrichtung führt der Wicklung 1 zur Zeit t4 keinen Impuls zu. Dieser Vorgang beginnt sich beim Eintreffen des nächsten Arbeitsimpulses zur Zeit t. in der gleichen Reihenfolge zu wiederholen.
Der Komplementbild'- ner arbeitet also als Frequenzteiler.