Stromwendeschaltung Das Hauptpatent betrifft eine Stromwendeschaltung mit einer Gleichspannungsquelle und einem Verbrau cher, die in die Eingangs- bzw. Ausgangsdiagonale einer Brücke geschaltet sind, in deren Zweigen steuer bare Elemente liegen, wobei allen steuerbaren Elemen ten je ein gleichartiger Gleichstrom-Steuerkreis derart zugeordnet ist, dass bei einem Wechsel im Zustand der letzteren alle steuerbaren Elemente zugleich gesteuert werden, und zwar so, dass: je zwei diametral gegenüber liegende auf Durchlass bzw. Sperrung und die andern auf Sperrung bzw. Durchlass gesteuert werden.
Diese Stromwendeschaltung erfordert mindestens zwei voneinander vollständig unabhängige Signale zur Beeinflussung der gleichartigen Gleichstrom-Steuerkreise und damit der von ihnen gesteuerten Elemente. In vielen Anwendungsfällen steht jedoch zu diesem Zweck nur ein einziges oft nur äusserst schwaches Signal zur Verfügung. In diesem Falle muss das einzige zur Ver fügung stehende Signal verstärkt, und aus dem ver stärkten Signal müssen die Spannungen zur Speisung der gleichartigen Gleichstrom-Steuerkreise abgeleitet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Strom wendeschaltung mit Mitteln zur Verstärkung eines ein zelnen, die Zustandswechsel der gleichartigen Gleich strom-Steuerkreise beeinflussenden elektrischen Signals und Mitteln zu dieser Beeinflussung.
Die erfindungsgemässe Stromwendeschaltung ist da durch gekennzeichnet, dass bei den. Mitteln eine Modu- lationseinrichtung mit zwei antiparallel geschalteten Verstärkerelementen mit Gleichrichtereigenschaften vor gesehen ist, die mit den Eingangsklemmen für das ein zelne Signal verbunden ist, und dass, an die Modula- tionseinrichtung die Mittel zur Beeinflussung der Zu standswechsel der Gleichstrom-Steuerkreise angeschaltet sind.
Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein Ausführungs beispiel und in Fig. 2 eine Ausführungsvariante der er findungsgemässen Stromwendeschaltung. Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung weist Eingangs klemmen 1 und 2 auf, an welche das verfügbare elek trische Signal angelegt werden kann. Die Klemmen 1 und 2 sind je mit der Basis eines npn-Transistors 3 bzw. 4 verbunden. Die Kollektoren und Emitter der Transistoren 3 und' 4 sind mit der Basis bzw. dem Kol lektor von pnp-Transistoren 5 bzw. 6 verbunden.
Die Transistoren 5 und 6 bilden je einen Zweig eines Brückenverstärkers, der durch eine Spannungsquelle 7 gespeist wird und der mittels eines Potentiometers 8 abgestimmt werden kann.
Der Ausgang des Brückenverstärkers ist mit dem Eingang einer Modulationseinrichtung verbunden. Zwi schen deren Klemmen 9 und 10, sind zwei Transistoren 11 und 12 antiparallel eingeschaltet. Die Transistoren 11 und 12 sind durch Wechselspannungen steuerbar, die in Sekundärwicklungen 13 und 14 des Ausgangs transformators eines Oszillators 15 erzeugt werden. Zu jedem der Transistoren 11 und 12 ist eine Diode 16 bzw. 17 in Serie geschaltet, deren Durchlassrichtung mit derjenigen des zugeordneten Transistors überein stimmt. Die Ausgänge der Modulator-Transistoren 11 und 12 sind mit den Eingängen von Verstärkern 18 bzw. 19 verbunden.
Die Ausgangstransformatoren der Verstärker 18 und 19 gehören einer im übrigen ledig lich schematisch dargestellten Schaltung 20 zur Erzeu gung von vier voneinander galvanisch nicht in Verbin dung stehenden Steuersignalen an.
Herrscht an den Eingangsklemmen 1 und 2 kein Spannungsunterschied, so befindet sich der Brücken verstärker im Gleichgewicht und liefert an ihren Aus gangsklemmen 9, 10 ebenfalls keinen Spannungsunter schied. In den Modulator-Transistoren 11 und 12 fliesst daher überhaupt kein Strom, so dass keine Modulation stattfindet und auch am Ausgang der Verstärker 18 und 19 keine Spannung auftritt.
Die Schaltung ist völlig symmetrisch, so dass eventuelle durch kapazitive Effekte an die Verstärkereingänge übertragene Wechsel spannungen: gleiche Amplitude aufweisen, so dass auch an den Ausgängen der Verstärker 18 und 19 gleiche Amplituden herrschen und daher die Schaltung 20 keine Differenzsignale abgibt. Herrscht an den Ein gangsklemmen 1 und 2 ein Spannungsunterschied, so führen die Transistoren 3 und 4 unterschiedliche Ströme, so dass auch in den Transistoren 5 und 6 unter schiedliche Ströme fliessen. Der Brückenverstärker ist daher verstimmt, und es tritt auch an seinen Ausgangs klemmen bzw. an den Eingangsklemmen 9 und 10 der Modulatorschaltung eine Spannungsdifferenz auf.
Ist beispielsweise die Eingangsklemme 9 positiv bezüglich der Eingangsklemme 10, so wird ein Strom von der Klemme 9 über den Transistor 12, dessen Belastungs widerstand und die Diode 17 zu Klemme 10 fliessen. Der Transistor 12 wirkt dabei als Modulator, so dass am Eingang des Verstärkers 19 eine Wechselspannung auftritt. Die verstärkte, am Ausgang des Verstärkers 19 erscheinende Wechselspannung erzeugt in der Schaltung 20 Differenzsignale zur Steuerung der Strom wendebrücke. Zu diesem Zwecke weisen die Ausgangs transformatoren der Verstärker 18 und 19 beispiels weise je vier unabhängige Sekundärwicklungen auf, von welchen jede auf einen Doppelweggleichrichter arbeitet.
Die Ausgänge je zweier von verschiedenen Ausgangs transformatoren gespiesenen Doppelweggleichrichter sind gegeneinander geschaltet, so dass in diesen Ver bindungsleitern Differenzsignale auftreten, deren Rich tung davon abhängt, in welchem der Verstärker 18 oder 19 eine modulierte Wechselspannung verstärkt wird. Unter der oben erwähnten.
Annahme, dass die Klemme 9 positiv sei gegenüber der Klemme 10, liegen sowohl die Diode 16 als auch der damit in Serie ge schaltete Modulationstransistor 11 in Sperrichtung des angelegten Potentials, so dass in diesen Elementen kein Strom fliesst und damit im Transistor 11 keine Modula tion stattfindet. Beim Auftreten einer Spannungsdiffe renz umgekehrter Polarität an den Klemmen 9 und 10 wird umgekehrt der Transistor 11 Strom führen und der Transistor 12 stromlos sein, so dass nun der Ver stärker 18 eine Wechselspannung verstärkt und in der Schaltung 20 Steuersignale umgekehrter Polarität er zeugt, so dass in der im Hauptpatent beschriebenen Weise die Stromrichtung am Ausgang der Stromwende brücke geändert wird.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung weist eine aussorordentliche Empfindlich keit bei hervorragender Stabilität auf. Die Eingangs leistung liegt bei 0,1 nA bzw. 1 Mikrovolt, wobei Ausgangsleistungen an der Stromwendebrücke bis 500 Watt erreicht werden. können.
Es ist dabei von Vorteil, in der Stromwendebrücke in jeden Zweig zwei Tran sistoren unterschiedlichen Leitungstyps entsprechend den Transistoren 3 und 5 in Fig. 1 zu verwenden, wobei solche Transistorschaltungen in allen Brücken zweigen vorgesehen sind und wobei die Steuersignale je zwischen der Basis und dem Emitter des npn-Transistors angelegt werden.
Anstelle des Brückenverstärkers gemäss Fig. 1 könnte zur Erzielung noch höherer Eingangsimpedanz die Röhrenschaltung nach Fig. 2 verwendet werden. Die ebenfalls mit 1 und 2 bezeichneten Eingangsklem men sind in den Gitterkreis einer Röhre 21 geschal tet, deren Kathode positiv vorgespannt ist, um praktisch jeden Gitterstrom zu vermeiden. Die Anode der Röhre 21 ist direkt mit dem Gitter einer Röhre 22 gekoppelt. Die eine Ausgangsklemme der Schaltung ist mit der Kathode der Röhre 22 verbunden. Das Gitter einer der Röhre 22 entsprechenden Röhre 23 wird auf einem durch ein Potentiometer 24 einstellbaren festen Potential gehalten. Die andere Ausgangsklemme der Schaltung ist mit der Kathode der Röhre 23 verbunden.
Zur Eichung der Schaltung nach Fig. 2 wird bei kurzgeschlossenen Klemmen 1 und 2 das Potentiometer 24 so eingestellt, dass an den Ausgangsklemmen bzw. an den Kathoden der Röhren 22 und 23 keine Span nungsdifferenz mehr auftritt. Tritt während der Messung eine Spannungsdifferenz an den Klemmen 1 und 2 auf, so ändert der Strom in der Röhre 21 und damit die Spannung am Gitter der Röhre 23.
Es fliesst daher auch in der Röhre 22 ein anderer Strome als in der Röhre 23, so dass an den Ausgangsklemmen eine Spannungsdifferenz auftritt, deren Richtung von der Polarität der Spannungsdifferenz an den Klemmen 1 und 2 abhängig ist. Die Anodenbasissehaltung der Röhren 22 und, 23 dient zur Impedanzanpassung an die nachfolgenden transistorisierten Modulatorschaltun- gen gemäss Fig. 1.
Commutation circuit The main patent relates to a commutation circuit with a DC voltage source and a consumer, which are connected to the input or output diagonal of a bridge, in the branches of which there are controllable elements, with all controllable elements each being assigned a similar direct current control circuit, that in the event of a change in the state of the latter, all controllable elements are controlled at the same time, namely in such a way that: two diametrically opposite ones are controlled for passage or blocking and the others for blocking or passage.
This commutation circuit requires at least two signals that are completely independent of one another in order to influence the similar direct current control circuits and thus the elements they control. In many applications, however, only a single, often extremely weak signal is available for this purpose. In this case the only signal available must be amplified, and the voltages for feeding the similar DC control circuits must be derived from the amplified signal.
The present invention relates to a current reversing circuit with means for amplifying an individual, the change of state of the similar direct current control circuits influencing electrical signal and means for influencing this.
The current reversing circuit according to the invention is characterized in that the. Means a modulation device with two anti-parallel connected amplifier elements with rectifier properties is provided, which is connected to the input terminals for the individual signal, and that the means for influencing the state change of the DC control circuits are connected to the modulation device.
The drawing shows in Fig. 1 an embodiment example and in Fig. 2 an embodiment of the current reversing circuit according to the invention. The circuit shown in Fig. 1 has input terminals 1 and 2, to which the available electrical signal can be applied. Terminals 1 and 2 are each connected to the base of an npn transistor 3 and 4, respectively. The collectors and emitters of transistors 3 and '4 are connected to the base and the Kol lector of pnp transistors 5 and 6, respectively.
The transistors 5 and 6 each form a branch of a bridge amplifier which is fed by a voltage source 7 and which can be tuned by means of a potentiometer 8.
The output of the bridge amplifier is connected to the input of a modulation device. Between their terminals 9 and 10, two transistors 11 and 12 are turned on in antiparallel. The transistors 11 and 12 can be controlled by alternating voltages which are generated in secondary windings 13 and 14 of the output transformer of an oscillator 15. A diode 16 or 17 is connected in series with each of the transistors 11 and 12, the forward direction of which corresponds to that of the assigned transistor. The outputs of the modulator transistors 11 and 12 are connected to the inputs of amplifiers 18 and 19, respectively.
The output transformers of the amplifiers 18 and 19 belong to a circuit 20, otherwise only shown schematically, for generating four control signals which are not galvanically connected to one another.
If there is no voltage difference at the input terminals 1 and 2, the bridge amplifier is in equilibrium and also supplies no voltage difference at its output terminals 9, 10. In the modulator transistors 11 and 12 therefore no current flows at all, so that no modulation takes place and no voltage occurs at the output of the amplifiers 18 and 19 either.
The circuit is completely symmetrical so that any alternating voltages transmitted to the amplifier inputs due to capacitive effects: have the same amplitude, so that the same amplitudes also prevail at the outputs of the amplifiers 18 and 19 and therefore the circuit 20 does not emit any differential signals. If there is a voltage difference at input terminals 1 and 2, transistors 3 and 4 carry different currents, so that different currents also flow in transistors 5 and 6. The bridge amplifier is therefore detuned, and there is also a voltage difference at its output terminals or at the input terminals 9 and 10 of the modulator circuit.
For example, if the input terminal 9 is positive with respect to the input terminal 10, then a current will flow from the terminal 9 via the transistor 12, its load resistance and the diode 17 to terminal 10. The transistor 12 acts as a modulator, so that an alternating voltage occurs at the input of the amplifier 19. The amplified alternating voltage appearing at the output of the amplifier 19 generates differential signals in the circuit 20 for controlling the current reversing bridge. For this purpose, the output transformers of the amplifiers 18 and 19, for example, each have four independent secondary windings, each of which works on a full-wave rectifier.
The outputs of two full-wave rectifiers fed by different output transformers are connected to one another so that differential signals occur in these connecting conductors, the direction of which depends on in which amplifier 18 or 19 a modulated alternating voltage is amplified. Under the above mentioned.
Assuming that terminal 9 is positive compared to terminal 10, both the diode 16 and the modulation transistor 11 connected in series with it are in the reverse direction of the applied potential, so that no current flows in these elements and thus no modulation in transistor 11 takes place. When a voltage difference of opposite polarity occurs at the terminals 9 and 10, the transistor 11 will, conversely, carry current and the transistor 12 will be de-energized, so that the amplifier 18 now amplifies an alternating voltage and generates control signals of opposite polarity in the circuit 20 so that in the manner described in the main patent, the current direction at the output of the Stromwende bridge is changed.
The circuit shown in Fig. 1 has an extraordinary sensitivity with excellent stability. The input power is 0.1 nA or 1 microvolt, with output powers of up to 500 watts at the commutator bridge. can.
It is advantageous to use two transistors of different conductivity types corresponding to the transistors 3 and 5 in Fig. 1 in the commutation bridge in each branch, such transistor circuits being provided in all branches of the bridge and the control signals between the base and the emitter of the npn transistor.
Instead of the bridge amplifier according to FIG. 1, the tube circuit according to FIG. 2 could be used to achieve an even higher input impedance. The input terminals, also designated 1 and 2, are switched into the grid circle of a tube 21, the cathode of which is positively biased in order to avoid virtually any grid current. The anode of the tube 21 is coupled directly to the grid of a tube 22. One output terminal of the circuit is connected to the cathode of the tube 22. The grid of a tube 23 corresponding to tube 22 is kept at a fixed potential which can be set by means of a potentiometer 24. The other output terminal of the circuit is connected to the cathode of the tube 23.
To calibrate the circuit according to FIG. 2, when the terminals 1 and 2 are short-circuited, the potentiometer 24 is set so that no voltage difference occurs at the output terminals or at the cathodes of the tubes 22 and 23. If a voltage difference occurs at terminals 1 and 2 during the measurement, the current in tube 21 changes and with it the voltage at the grid of tube 23.
A different current therefore also flows in tube 22 than in tube 23, so that a voltage difference occurs at the output terminals, the direction of which depends on the polarity of the voltage difference at terminals 1 and 2. The anode base position of the tubes 22 and 23 serves to match the impedance to the subsequent transistorized modulator circuits according to FIG. 1.