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.
Converter which contains a core made of ferromagnetic material The invention relates to a converter which contains a core made of ferromagnetic material, with which a work pulse source is coupled via a winding, which work pulse source brings the core in a certain reference state in a time interval, with a Consumer, which is in series with the mentioned winding of this core and the working pulse source, with a signal pulse source, controlled by pulses of a winding of the:
Core can be supplied, which pulses bring the core into the other remanence state during a different time interval, and with a current source of variable or fixed potential which is on the same winding as that which is influenced by the signal source.
Difficulties arise with known converters of this type, especially when the speed at which the hysteresis: isschl-Eife of the ferromagnetic material of the core moves is high (megahertz range), with unwanted energy entering the input circuit or incorrect output signals .
The invention avoids these disadvantages. The converter according to the invention is characterized in that a current flows between the current source, which is connected to the same winding, as that which is influenced by the signal pulse source, and the aforementioned winding or the signal pulse source, depending on whether signals from the Signal Z, to be supplied or not.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing.
1 shows a diagram of an idealized hysteresis loop. Fig. 2 shows a schematic representation of an embodiment of the invention.
FIG. 2a shows waveforms of the embodiment of FIG.
Fig. 3 shows a schematic representation of a modified embodiment of the invention. Fig. 3a shows the associated waveform scheme. FIG. 4 illustrates some characteristic waveforms of the output signals of the embodiment according to FIG. 3.
FIG. 5 illustrates some characteristic waveforms of the working pulses of the embodiment according to FIG. 3.
6 shows a schematic representation of a modified input circuit.
FIG. 6a illustrates a waveform scheme of the embodiment according to FIG. 6.
7 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment.
Fig. 7a shows the waveform scheme of the imple mentation form according to FIG.
Fig. 8 again shows a schematic representation of an embodiment.
Figure 8a shows its waveform scheme. Figure 9 shows a schematic diagram of a modified output circuit.
Fig. 9a shows a waveform diagram of the imple mentation form of FIG.
Fig. 10 shows a further schematic presen- tation of a further output circuit.
Fig. 11 shows a schematic representation of another output circuit, Fig. 1 la its waveform scheme.
Fig. 12 shows a schematic representation of another exemplary embodiment of the invention. FIG. 12n shows a waveform diagram of the embodiment according to FIG. 12.
FIG. 13 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of the invention that is modified compared with FIG. 12, FIG. 13a shows its waveform diagram.
14 shows the schematic representation of a further output circuit.
15 shows a schematic representation of another output circuit.
16 shows a schematic representation of a frequency divider, also as an exemplary embodiment. FIG. 16a shows its waveform scheme. FIG. 1 illustrates an idealized hysteresis loop of a substance which can be used as the core for the fixed and permanent signal converter to be described.
BR denotes the magnetic induction of remanence and Bs the magnetic induction of saturation. A large number of materials can be used as the core material, including the various types of ferrite and the various types of magnetic tapes including Orthon'ik and, 4-79 Moly-Permalloy (registered trademark). These substances can have different properties due to different heat treatments.
In addition to the wide range of materials that can be used, there is also the option of building the cores of the signal converter in a number of different geometrical shapes, including both closed and open magnetic circles. So are z. B. pot cores, rod-shaped and strip-shaped or toroidal cores possible.
One is therefore not restricted to certain geometric core shapes or certain core materials. The examples given are for explanation purposes only. The only requirement is that the material has a hysteresis loop which approaches the idealized hysteresis loop shown in FIG. 1 as closely as possible.
The different types of electrical pulses used are identified in the following way: a distinction is made between clock pulse pulses and signal pulses. The signal pulses carry information and are entered in certain combinations. It depends on the information to be transmitted whether or not pulses occur. In contrast, the clock pulses are entered automatically at fixed time intervals and do not contain any information. They can be divided into work pulses and blocking pulses.
The work pulses usually provide the energy to operate the converter or at least open a pulse gate so that another source can operate the converter. The blocking impulses prevent impulses from affecting the circuit.
In the drawing, pulses are denoted by the same referral symbols as the sources from which they are supplied; Furthermore, the pulse sources are not shown separately but, for the sake of simplicity, are identified with those terminals of the circuits shown to which they are connected. If a clamp z. B. is denoted by B, it means that a pulse source B is connected to this terminal, the pulse B, that is, a voltage with the curve B, delivers.
2 shows a simplified schematic representation of a magnetic signal converter. Part C is a core made of ferromagnetic material. The winding 1 is the input or signal winding and the winding 2 is the output or Arbeitswick development. The mode of operation of this signal converter is described with reference to the idealized hysteresis loop of FIG. A voltage of the waveform <I> B </I> of FIG. <I> 2a </I> is applied to terminal B of the main winding. Your positive half represents z. B.
during the time t1 to t., the work pulse and its negative half z. B. during the time t., To t. a blocking pulse which prevents the signal times t2 to t. or <I> t4 </I> to t5 etc. a current of winding 2 flows through diode D. The signal is sent to terminal A in a specific combination during the signal times.
During the work pulse times, ie during times t1 to t; t3 to t4; <I> t5 </I> to t, etc., a blocking pulse is applied to terminal Bi of the signal winding, which blocks diode H and prevents current from flowing in the signal winding. As a result, diode D only conducts during the work pulse times and diode H only during the signal times.
During the working pulse times, the positive half of the voltage with waveform B generates one. Flow in the core in the direction of the solid arrow attached to the lower end of the core and the core, which may be in the magnetization state Ba at time t1, changes this from plus BI> to plus Bs, which represents the area of low impedance. The result of this process is an output signal, whereupon the core returns to the state plus B; 1.
If a signal is entered during one of the signal times, a flux is generated in the core in the direction of the dashed arrow at the lower end of the core, and the core changes its magnetization state from plus BR to minus Blz. The next working pulse allows the state of the core to return to plus BP, but does not generate an output pulse. It is easy to see that this arrangement provides an output pulse for each work pulse, provided that no input signal was given to terminal A during the previous signal time.
The arrangement therefore works as a complementer, since the desired output signal appears when no input signal is entered.
It should be noted that in the arrangement shown in FIG. 2 as well as in other arrangements to be described below, the consumer or consumers are connected in series with the core with regard to the working pulse source. The desired output signals therefore usually come about in that the core is temporarily magnetized from positive remanence to positive saturation, as was explained for the case of FIG.
It should also be mentioned that not only the arrangement of FIG. 2 but each converter, insofar as it is explained in this description, works as a complement generator for pulses which are to be referred to below as reverse pulses. Under the influence of such a reversing pulse, the magnetization state of the core jumps from plus. BR to minus BR or more generally from a position on the loop, which the state of the core has reached as a result of a work pulse, into the exactly opposite one.
The desired output pulse does not appear when a reversing pulse is entered, since the following working pulse then finds the core in the magnetization state minus BR and has to bring it over such an area of the hysteresis loop that a high impedance appears. The consequence of this is that the magnetization state of the core remains at plus BR. The next but one work pulse magnetizes the core of plus. BR over the part of the hysteresis loop with low impedance in the direction of plus B., unless a reversing pulse interfering with the process occurs, and as a result of the missing reversing pulse there is an output signal.
If one wishes to use the arrangement as an amplifier instead of as a complementer, so that the desired output signal is generated as a result of an input signal input, this input signal cannot be used in the form of a reverse pulse. The reverse pulse must be provided by a source other than the signal source and the signal itself must be used; to block the passage of the reversing pulse through the signal winding. A converter can therefore only be converted into an amplifier with the help of a double negation from a complement generator.
It should be noted, however, that the term amplifier, as it has been used up to now and in the following in this description, is not restricted to the case of actual amplification, but is expanded in such a way that it encompasses all arrangements that occur as a result of an input Input signals deliver the desired output signal, regardless of whether the power, current or voltage ratio is greater, equal to or less than one.
FIG. 3 shows a signal converter which illustrates the conversion of the complementing element of FIG. 2 into an amplifier according to the above explanation. The winding 2 of FIG. 3 corresponds completely to the winding 2 of FIG. 2. The conversion of the complement former in .ein amplifier is expressed in the differences between the windings 1 of the two drawings and the electrical pulses applied to them. The electrical pulses applied to the terminal Bi in FIG. 2 act, as explained above, as blocking pulses.
Its only task is to prevent a current from flowing through the signal winding during the working pulse times. In contrast to this, the electrical pulses applied to the terminal Bi in FIG. 3 act both as blocking and reversing pulses. During the working pulse times they perform the same task as the blocking pulses applied to terminal B of FIG.
During the signal times, the magnetization state of the core jumps back to minus BR under their influence, as has already been shown. Since these pulses are input in the form of clock pulses, the core state jumps back to minus BR continuously, and therefore the desired output pulse does not occur as long as the pulse valve G allows these reverse pulses to pass. The desired output pulse can only be generated by preventing the reversal pulses from passing through the pulse valve G, and this is done with the help of the signal pulse that is used as a blocking pulse to block the pulse valve.
The desired output pulse is thus created as a result of an input signal pulse. The operating period of Fig. 3 is shown in Fig. 3a.
As long as there is no signal pulse, the core material is operated in a magnetization state that corresponds to the part of the hysteresis loop with the associated high impedance and the output signal generated is small. A characteristic example of this type of output signal is shown by curve X in FIG. Such output signals occur during the working pulse times and are referred to as residual pulses.
If a signal pulse A is entered, the blocking pulse valve prevents the reverse pulses applied to terminal B1 from reaching winding 1. If this occurs, the magnetization state of the core material plus BR, which it reached at the end of the previous work pulse, is retained. The following work pulse will now magnetize the material from plus BR to plus B. This corresponds to the part of the loop with the associated low impedance, which appears in the core as a low series impedance. An output of the type shown in curve Y of FIG. 4 appears at RL.
At the end of the work pulse, the material then returns to the plus BR state. It can then be remagnetized to minus BR by a further reversing pulse at Bi, or the passage of the reversing pulse is prevented and another output pulse is obtained.
The power delivered to the consumer can be a multiple of the required power of the information pulse. You can therefore achieve a power gain with the signal converter. Many factors have an influence on the level of performance achieved. One of the most important is related to the extent to which the unwanted residual pulse shown by curve X in FIG. 4 can be allowed in practice. Another important factor is the ratio of the slope of the steep part of the hysteresis loop between plus.
BR and minus BR to the slope of the flat part of the hysteresis loop between plus BR and plus Bs. For the signal converter, a material with a rectangular hysteresis loop is desirable, but not absolutely necessary.
In FIG. 3a, the curves of the voltages applied to the terminals B and Bi run mirror images of the time axis. However, this condition need not be strictly met. The amplitudes may differ depending on the winding data, and the pulse lengths can differ depending on how far an overlap and thus the blocking are considered necessary or desirable.
During the working pulse time, the voltage applied to Bi should be equal to or greater than the amplitude of the pulse that arises in the signal winding as a result of the passage through the hysteresis loop during the working pulse time, and furthermore the voltage applied to B should have a sufficiently large amplitude during the signal times to block the flow of current in the output winding during the blocking times.
t1; <I> t2; </I> t3 etc. therefore represent the limits of the time segments belonging to the work and signal pulses and in no way indicate the length of these pulses. The time segment between t2 and t ", i.e. a signal time, can be greater or smaller than the time segment between t1 and t2, i.e. a work pulse time. The possibility of choosing the length of the corresponding pulse times allows these signal-controlled To use converter as a memory or as a delay device.
In the previous description, the various working, signal, reverse and blocking voltages were shown with square waves. However, this is not necessary. The different curve shapes only have to meet the following requirements: 1. The blocking voltage must be at least as large as the voltage to be blocked by it.
2. The impulses given to the windings, which have the consequence that the magnetization state of the core runs through parts of the hysteresis loop, must be such that the time integral of their voltage compared to the size of the desired output signal is selected small or large.
If you take into account that the output pulse is taken from a source that can deliver precisely defined curve shapes, it becomes apparent that the output pulses of this amplifier also have uniform curve shapes defined by the working pulse source. The amplifier therefore also serves as a pulse shaper.
Fig. 5 gives some characteristic forms of working pulses suitable for use like the. FIG. 5a shows a sine half-wave, FIG. 5b a triangular curve, FIG. 5c a pulse with an amplitude peak at the beginning, a sharply falling and a nearly constant part, the use of which is particularly recommended, and FIG. 5d shows a trapezoidal pulse different steep slopes.
The description so far has been that the core material has to be magnetized from plus BR to minus Bi. Control over the entire BR area is not actually necessary. The material can e.g. B. be controlled down from plus BR to plus 1/3 BR. This modulation via parts of the hysteresis loop results in a reduction in performance without the core material volume involved being able to be reduced.
Furthermore: it is possible to control the core material over a larger range than from minus Bp to plus Bi.
In this case, the time integral of the working pulse voltage must be greater than the value that is necessary to re-magnetize the core from minus Ba to plus BR. The magnetization state will then move beyond plus BI "in the direction of B ,,. Otherwise, two working pulse times would be needed for this process, one in which the core is driven from minus B,;, to plus BR., and one to bring its magnetization state from plus BR to plus. B4.
In the case under consideration, an output pulse always appears. Its duration depends on whether the core state was at minus BR or at plus BI :.
In the following some input circuits for operating this amplifier with sources of constant current as well as constant voltage are explained. A source of constant current theoretically has an internal resistance of infinite, whereas a source of constant voltage theoretically has an internal resistance of zero. These definitions come from idealizations and are only used to simplify the theory of circuits. In practice, the source of constant current is a source whose impedance is relatively high compared to the load, and a source of constant voltage has a relatively low impedance compared to the load.
Figure 6 shows an arrangement for using a low impedance voltage source for the input winding pulses. A voltage as shown in the attached line diagram in FIG. 6a is taken from a voltage source of low impedance and applied to the terminal Bi. The signal time in this case is t1 to t- If you want an output signal, a signal pulse is fed to terminal A in the manner provided. It prevents the source Bi from magnetizing the core from plus BR to minus BR. The bottom diagram in FIG. 6a shows a work pulse.
The time segment t .. to t3 is the work pulse time. It is readily clear that the diodes, the winding direction of the winding of the coil 1 and the polarity of the voltage to be carried can be reversed in a similar manner, as will be explained below in connection with FIGS. 7, 7a, 8 and 8a .
7 and 8 show two input circuits which use a high-impedance voltage source for the input variables. The coils 1 and 2 of an amplifier sit on a core C made of a ferromagnetic material. The voltage fed to terminal B has the well-known and already described curve shape of the alternating work and blocking pulses. In the example of FIGS. 7 and 7a he holds the terminal Bi in the circuit of the Signalwick development during the period t1 to t. a negative blocking pulse.
During the time period t2 to t .; the terminal Bi becomes positive. The resistance R is high enough to make the source Bi appear from the Ver stronger as a source of constant current. The signal input source is held at positive potential. If a signal is desired, a negative pulse is applied to terminal A in order to reduce its potential to zero. Since the power supply of the coil 1 is interrupted by the source Bi in a fixed order. A large output pulse then arises in the following work pulse time.
This special choice of polarity ensures that the amplifier delivers a positive output pulse if it receives a negative pulse in the input. The polarity of the input signal can be reversed by reversing the polarity of the diodes H1 and H @, changing the winding direction of the coil winding, reversing the polarity of the pulses fed to terminal Bi and shifting the signal voltage level, or by reversing the polarity of the output signal by reversing the polarity of diode D and reversing the Polarities of the impulses given to B.
The arrangement for reversing the polarity of the input signal is shown in FIG. 8 in conjunction with FIG. 8a. This arrangement provides a positive output signal when a positive pulse is applied to the input. The working pulse time is t1 to t., And t3 to t4 represents the signal time as in Fig. 7a.
However, the winding direction of the coil 1 of FIG. 8 is reversed compared to that of the coil 1 of FIG. 7 and the polarity of the voltages applied to the terminals Bi and A is reversed. If an output signal is desired, a positive pulse must be supplied to terminal A in order to bring the potential of terminal A to zero in the time interval t2 to t3, as FIG. 8a shows. The amplifier then has both positive input and output signals.
The equality of different voltages already shown in detail only applies in the event that the turns ratio of working to input winding is one. If the number of turns are different, which can occur, equality only applies if a voltage is multiplied by the turns ratio. Furthermore, the description of this amplifier is based on a specific definition of the pulse polarity.
By changing the winding sense, either the signal polarity or the polarity of the working pulse or both can be reversed.
In connection with the above-described Ver stronger, the elimination of the residual output signals or residual pulses is of interest. Fig. 9 shows a circuit for suppressing them. The winding 2 represents the output coil of a magnetic amplifier. A positive work pulse is applied to the terminal B, and at the same time the terminal L is supplied with a negative pulse, as shown in FIG. 9a. The negative pulse is so large that point E is at zero potential if no pulse is received from the amplifier.
In other words, the voltage at point L is equal to the voltage drop of the residual current across resistor R. With a desired output signal, point E assumes a positive potential from the waveform of the voltage applied to terminal B. Another possibility for suppressing a residual pulse is to connect a positive DC voltage source to the point T of the consumer impedance, instead of applying a negative pulse to the L terminal. In Fig. 9, this case is shown by dotted lines.
FIG. 10 shows a method with a non-linear silicon carbide resistor, in which a silicon carbide resistor is used instead of the diode shown in FIG. The crossed resistance symbol denotes a silicon carbide resistor. Its resistance is very high for the low voltage of the residual pulse, whereas it forms a very small resistance for voltages of the order of magnitude of the output pulse.
11 and 11a illustrate a further form of a circuit for suppressing residual pulses. The coil 2 is the output coil of a magnetic amplifier. As FIG. 11a shows, the terminal B is supplied with operating and blocking voltages. The current through the resistor R is equal to the residual pulse current that flows from earth via the diode M and the resistor R to the source minus E.
If the output pulse of the amplifier only consists of. the residual pulse, the residual pulse current flows via the series connection of diode D with resistor R and the output voltage remains close to zero. However, if the desired output pulse occurs, the diode M interrupts the circuit and the output voltage jumps to the value of the working pulse. The working pulse leads the circuit to suppress the residual pulse, i.e. the connection of R with minus E in this case to a power.
It should also be noted that when the amplifier is used to feed pulse valve circuits, the resistor R can accept all currents that the amplifier has to deliver. An amplifier can also be built using just a coil and an associated core of ferromagnetic material. The advantage of this type of amplifier is that it is easier to manufacture than an amplifier with two coils. It finds its limitation in the fact that this type of amplifier shows current but no voltage gain.
In this respect it is similar to the cathode amplifier used in tube technology.
Fig. 12 shows a. schematic representation of a magnetic amplifier with only one coil. A single coil sits on a core C made of a ferromagnetic material. The terminal B is supplied with a voltage having the waveform shown in the diagram of FIG. 12a, while the terminal Bi is held at zero potential.
In the time section t1 to t2, terminal <I> B </I> is positive, and a current flows from terminal B to earth via the amplifier winding, diode D1 and resistor RL.
With regard to the hysteresis loop of FIG. 1, this means a reversal of magnetization of the core from minus Ba to plus BR- In the time segment t2 to t3, the terminal <I> B </I> is negative to earth, and the current flows from the terminal Bi across the resistor stood R ,, the diode Dz and the amplifier winding to the terminal B. Note that Ra and RL differ in general, and that Rs will usually be larger.
The positive and negative voltage half-waves supplied to terminal B therefore do not necessarily have to be of the same size.
If the amplifier is operated under these conditions, no output signals are obtained. In order to generate the desired output signals in a certain order, a voltage with the curve shape shown in FIG. 12a is applied to terminal A. This voltage is negative and equal to or greater than that applied to terminal B during the time period t2 to t3 negative voltage. It blocks the diode Dz and prevents the magnetization of the core from plus BR to minus BR.
The following positive pulse appearing at terminal B then finds a low impedance at the core material, and a large output pulse is generated. Since R, is generally chosen to be greater than RL, the amplifier shows a current gain. The most important property of the D2; Rs and terminal A of the part of the circuit results from the fact that the branch serves as a means for blocking the negative reverse magnetization pulse fed to the coil. Other methods of accomplishing this task are described below.
FIG. 13 shows a modified embodiment of the magnetic amplifier with only one coil compared to FIG. 12. The operation of the core is the same as that described for FIG. 12 be. If you do not want an output pulse, the core material is operated between the states minus BR and plus BR. If an output pulse should appear, the operation takes place between plus Ba and plus B. The resistor R has a high impedance compared to RL and the terminals B and Bi are supplied with voltages of the waveforms shown in FIG. 13a.
The voltage applied to terminal <I> B </I> between A1 and Az is sufficient to drive a current which is equal to the magnetization current required for core C in the coil.
From t2 to t3, terminal <I> B </I> becomes negative and Bi positive. ' The potential difference between B and Bi is sufficient for a renewed remagnetization. The point E then lies at zero potential during the time segment in which the core state jumps from plus BP to minus Ba.
Therefore, an input voltage is only required at terminal A via diode D3 that is equal to or greater than the negative voltage applied to terminal B in order to prevent this reversal of magnetization. The voltage blocks the diode D2. Of course, the <I> A </I> terminal only receives a signal if you want an output signal.
In the magnetic amplifiers described so far, a continuous output signal is sometimes desired when pulses are supplied to the input. This can be achieved by using a rectifier, suitable filter or integration circuits in the output.
14 gives an example of a circuit for providing a continuous output signal. It ent holds the output coil 2 of a magnetic amplifier Ver. As shown in the arrangement of FIG. The output pulses charge the capacitor F, which slowly discharges during the signal pulse times and thus supplies a continuous output signal. If you want to make the continuous output signal to zero, you remove the input pulses from the amplifier.
The complete disappearance of the charges on the capacitor F can take some pulse times. If a faster discharge is required, a pulse can be sent to the output, which quickly brings the output signal to zero.
Another circuit for achieving a continuous output signal is shown in FIG. 15, in which a conventional delay path with capacitances Fi, FZ and F3 and inductances L1 and L2 is used as a pulse extender.
The circuit shown with the at different points of the delay line feeding diodes Dl; D2 and D3 represent the usual design of a pulse lengthener. It uses the transit time between different points of the delay line and the output to lengthen the pulses. Only two diodes are required for an amplifier that is operated with a test ratio of 1, i.e. that works with signal and work tents of equal length. The delay time between the two diodes is then equal to the signal or working time.
At the point in time at which the output pulse, which is fed to the output-side end of the delay section, has disappeared, the pulse from the diode, which works on the delay section at a certain distance, arrives at the output. It is delayed by a time equal to the size of the work impulse time and lasts a period equal to the signal time. A continuous output signal is therefore obtained if: The delay line is supplied with pulses.
A circuit of this type has the advantage of a much faster fall time than the capacitor shown in FIG. 14, and in general no feedback pulse is required in circuits of this type.
Are the pulse times different, e.g. B. if the signal time is longer than the working time, you can of course use circuits of the same type. However, the use of more than two diodes is then required. The circuit of Fig. 15 shows three diodes. This arrangement can be used for any signal times up to twice the length of the working time. It is easy to see how this principle can be extended to signal times of any duration.
16 shows a complement generator which operates as a frequency divider. The diagram in FIG. 16a serves to explain its mode of operation. No input signal is applied to terminal Bi of the input winding, but only a blocking pulse via a diode D1. If a work pulse is fed into terminal B at time t1, let the magnetization state of the core plus Ba.
An output pulse then arises which not only reaches the output terminal via the diode D., but also the input of a delay device A, which can consist of an amplifier, a delay line or a low-pass filter.
The delayed pulse generated in this way is fed to winding 1 at time t .. as a reversing pulse in order to re-magnetize the core to minus BIS. If the next working pulse arrives at time t3, the complementing device will not generate a desired output signal if the core is magnetized from minus Ba to plus Ba, and the delay device does not feed a pulse to winding 1 at time t4. This process begins when the next work impulse arrives at time t. repeat in the same order.
The complement generator works as a frequency divider.