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Transistor-Sperrschwingerschaltung Die Erfindung betrifft eine durch
Impulse auslösbare Transistor-Sperrschwingerschaltung zur Erzeugung von Gleichstromimpulsen
mit einer von der Belastung weitgehend unabhängigen Stromstärke.
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Für zahlreiche Anwendungen der Impulstechnik sind Impulsquellen mit
einer von der Belastung weitgehend unabhängigen Stromstärke erforderlich. Derartige
Impulsquellen werden beispielsweise zum Betrieb von Magnetkernspeichern benötigt,
da einerseits die Auswahl eines bestimmten Kernes oder einer bestimmten Kerngruppe
im allgemeinen durch die überlagerung zweier »Halbstromimpulse« erfolgt, die gemeinsam
den betreffenden Kern mit Sicherheit umschalten, die aber für sich allein mit Sicherheit
keine Umschaltung bewirken, und da andererseits die bei der Zuführung eines Impulses
auftretende Gegenspannung außer von der Anzahl der von der Leitung durchsetzten
Kerne weitgehend auch vom Schaltzustand dieser Kerne abhängig ist.
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Bei den bisher bekanntgewordenen Transistor-Sperrschwingerschaltungen
wurde der Transistor in den Sättigungsbereich der Kennlinie ausgesteuert. Da der
innere Widerstand eines Transistor-Ausgangskreises im linearen Kennlinienbereich
zwar sehr hoch, im Sättigungsbereich dagegen sehr klein ist, mußte der im Ausgang
auftretende Strom durch Einschalten eines Widerstandes begrenzt werden. Auf diese
Weise konnte aber eine Unabhängigkeit der Stromstärke von der jeweiligen Belastung
nur angenähert erreicht werden, da der Begrenzungswiderstand aus Gründen der Wirtschaftlichkeit
eine bestimmte Größe nicht überschreiten darf.
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In der USA.-Patentschrift 2 810 080 wird eine durch Impulse auslösbare
Transistor-Sperrschwingerschaltung zur Erzeugung von Gleichstromimpulsen angegeben,
die mit positiver Rückkopplung arbeitet und den Transistor in das Sättigungsgebiet
steuert. Da irgendwelche auf wechselnde Belastungen abzielende Stabilisierungsmaßnahmen
jedoch nicht angegeben sind, eignen sich derartige Transistor-Sperrschwingerschaltungen
nicht für die oben angegebenen Zwecke.
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In der deutschen Auslegeschrift 1023 082 und in der Zeitschrift »Wireless
World« vom Dezember 1955, S. 582 bis 586, werden selbstschwingende Transistor-Sperrschwingerschaltungen
angegeben. Dabei soll die Spannung der erzeugten Gleichstromimpulse stabilisiert
und unabhängig von der Belastung und allenfalls auch von wechselnden Transistoreigenschaften
und Speisespannungsschwankungen gemacht werden. Der durch die Belastung fließende
Strom ist dann je nach der Größe der Belastung veränderlich. Die Spannungsstabilisierung
wird dabei mit Mitteln erreicht, die sich von den beim Erfindungsgegenstand verwendeten
unterscheiden. So wird gemäß der genannten Auslegeschrift mit Gegenkopplung, also
negativer Rückkopplung gearbeitet, die nach überschreiten eines Schwellwertes die
Selbsterregung der Schaltung beeinflußt. Bei den Schaltungen nach den F i g. 7 und
8 von »Wireless World« wird die Ausgangsspannung nach überschreiten einer Bezugsspannung
zur Aufladung der Speisebatterie oder zur Durchführung eines Gegenkopplungsvorganges
herangezogen und damit im Ergebnis abgesenkt. Auch die beiden zuletzt genannten
Literaturstellen beziehen sich nicht auf Transistor-Sperrschwingerschaltungen zur
Erzeugung von Gleichstromimpulsen mit einer von der Belastung weitgehend unabhängigen
Stromstärke.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Nachteile
zu vermeiden und eine Transistor-Sperrschwingerschaltung zur Erzeugung von Gleichstromimpulsen
anzugeben, deren Stromstärke weitgehend von der Belastung unabhängig ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine durch Impulse auslösbare Transistor-Sperrschwingerschaltung
zur Erzeugung von Gleichstromimpulsen mit einer von der Belastung weitgehend unabhängigen
Stromstärke gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß im Ausgangskreis ein übertrager
zur positiven Rückkopplung der Impulse in den Eingangskreis angeordnet ist und daß
der übertrager so ausgelegt und mit derartigen spannungsbegrenzenden Mitteln verbunden
ist, daß der Transistor durch den rückgekoppelten Strom nur außerhalb des Sättigungsbereichs
gesteuert wird.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß als spannungsbegrenzendes Mittel eine einer übertragerwicklung
parallelgeschaltete Zenerdiode vorgesehen ist.
Eine andere vorteilhafte
Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsbegrenzendes
Mittel ein besonderer Begrenzerkreis mit Begrenzerdiode vorgesehen ist. Dabei hat
es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Begrenzerkreis mit einer besonderen
Wicklung eines den Ausgangskreis und den Eingangskreis koppelnden Übertragers zu
verbinden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist ferner dadurch
gekennzeichnet, daß die Speisespannung als Bezugspotential für den Begrenzerkreis
verwendet wird.
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Der Kern des den Ausgangskreis mit dem Eingangskreis und gegebenenfalls
den Begrenzerkreis koppelnden Übertragers kann aus einem eine rechteckige Hystereseschleife
aufweisenden Material bestehen. Es ist aber auch möglich, den Kern aus weichmagnetischem
Material herzustellen und den Flußhub durch eine variable Vormagnetisierung zur
Definierung der Impulsdauer einstellbar zu machen.
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Eine andere besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß der übertragerkern aus einem Material mit ausgeprägter
Sättigung besteht. Das Verhältnis des Flußhubes zur Begrenzerspannung wird durch
die Bemessung der Vormagnetisierungsspannung derart konstant gehalten, daß die Impulslänge
unabhängig von Schwankungen der Begrenzerspannung ist. Die Impulslänge kann auch
durch eine die Änderung der Induktivität bewirkende Änderung des Kernluftspaltes
eingestellt werden.
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Die Erfindung wird anschließend an Hand der Figuren näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 eine Transistor-Sperrschwingerschaltung, deren Ausgang mit einem
an sich bekannten Magnetkern-Schiebespeicher verbunden ist, F i g. 2 die graphische
Darstellung der Magnetisierungskennlinie des übertragerkernmaterials der Anordnung
gemäß F i g. 1, F i g. 3 die graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der
vom Kollektorstrom hervorgerufenen Durchflutung des übertragerkerns, F i g. 4 Durchflutungsverläufe,
hervorgerufen durch die Rückkopplungs- und Begrenzerwicklungen. Der in F i g. 1
mit 1 bezeichnete Transistorsperrschwinger besteht aus dem PNP-Transistor 2, dessen
Basis mit der +12-Volt-Klemme einer Stromquelle verbunden ist.
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Der Kollektor des Transistors 2 ist über die Wicklung I des Übertragers
T und über die Leitung 27 mit der --12-Volt-Klemme der Stromquelle verbunden. Die
Impuls-Auslösesignale werden über die Klemme 4 und den Magnetkern 5 in den Emitterkreis
6 eingespeist, der die +12-Volt-Klemme über eine Diode D1, einen Widerstand R1 mit
dem Emitter 7 des Transistors 2 verbindet. Das in den Emitterkreis eingegebene Signal
erzeugt am Kollektor 8 einen Stromstoß, der über den Übertrager T, dessen Wicklungen
I und II das Übersetzungsverhältnis 2: 1 haben, und über den Einpräg-Widerstand
R2 an den Emitter 7 gelangt. Somit steht an der übertragerwicklung II der doppelte
Strom der Wicklung I zur Verfügung. Bedingt durch das Übersetzungsverhältnis des
Übertragers wird in den Eingangskreis ein zeitlich ansteigender Strom übertragen,
der ohne besondere Maß- i nahmen den Transistor 2 bis in die Sättigung steuern würde.
Um die mit der Aussteuerung des Transistors bis in den Sättigungsbereich verbundenen
Nachteile zu vermeiden, ist der die übertragerwicklung III und die Diode D2 enthaltende
Begrenzerkreis 9 vorgesehen, der die während der Impulsdauer am Übertrager auftretende
Spannung begrenzt. Die Begrenzungsspannung beträgt 12 Volt, so daß die Wicklung
des Übertragers T klein gehalten und die Diode D2 mit einer relativ niedrigen maximalen
Sperrspannung gewählt werden kann. Um die Last in möglichst weiten Grenzen variieren
zu können, wird für den Kollektorkreis eine Spannung von 24 Volt gewählt.
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Die Rückkopplungsspannung wurde auf 6 Volt festgelegt, um den Einfluß
der Exemplarstreuungen des Eingangswiderstandes auf den Emitterstrom möglichst klein
zu halten. Zur Erzielung einer genügend steilen Anstiegsflanke wurde das Übersetzungsverhältnis
des Übertragers wj : wjj = 2 : 1 gewählt. Damit steht an der Wicklung Wn der doppelte
Strom wie an WI zur Verfügung, bis die Spannung und damit der Emitterstrom begrenzt
wird. Dieser höhere Strom ist vor allem deshalb notwendig, da zu Beginn des Impulses
ein wesentlich höherer Strom aus der Basis fließt, als dies dem Stromverstärkungsfaktor
a entspricht. Der überschüssige Strom fließt dann in den Begrenzungskreis. Beim
Eintritt in das Sättigungsgebiet des Übertragers nimmt der Magnetisierungsstrom
rasch zu, bis kein überschußstrom mehr vorhanden ist und die Diode D2 sperrt. Der
weitere Anstieg des Magnetisierungsstromes verkleinert nun auch den Emitterstrom,
und der Sperrschwinger wird über die Rückkopplung rasch abgeschaltet.
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Die Vorgänge am Übertrager I sind aus den F i g. 3 und 4 ersichtlich.
In F i g. 3 stellt die Kurve i, - nj den zeitlichen Verlauf der Durchflutung
der übertragerwicklung I dar, die durch einen Auslöseimpuls am Eingang des Sperrschwingers
verursacht wird und wobei i. der Kollektorstrom und n die Windungszahl ist.
Die Kurve i, - nj stellt den Verlauf der Magnetisierungsdurchflutung dar, wobei
i" der Magnetisierungsstrom ist.
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In F i g. 4 ist (i,-iu) - nj die Differenz der beiden in F
i g. 3 dargestellten Kurven und stellt die übertragbare Durchflutung dar. Die Kurve
i, - njj stellt die Durchflutung der Rückkopplungswindung II dar, wobei i,
der durch die Rückkopplung erzielte Emitterstrom ist. Mit id # njjj wird der zeitliche
Verlauf der Durchflutung der Begrenzerwicklung III bezeichnet, wobei id der Begrenzerstrom
ist.
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Aus F i g. 4 geht hervor, daß sich der Strom i, aus der Differenz
der Durchflutungen (i,-Q - nj und id - n111 unter der Berücksichtigung der
Windungszahl nn ergibt. Dieser Strom steuert den Transistor in eindeutiger Weise,
und zwar derart, daß die Sättigung nicht erreicht wird. Aus den F i g. 3 und 4 ist
ersichtlich, daß der Transistor bei Verschwinden des Emitterstromes gesperrt wird.
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Während der Impulsdauer liegt entsprechend dem Übersetzungsverhältnis
an der Wicklung I eine Spannung von 12 Volt. Wenn man für die Kollektor-Basis-Spannung
einen Minimalwert von 2 Volt zuläßt, so stehen für den Lastkreis noch 10 Volt zur
Verfügung. Bei einem Kollektorstrom von 300 mA kann somit der zulässige Lastwiderstand
zwischen 0 und 33 9 schwanken.
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Die Auslösung des Sperrschwingers erfolgt parallel zu dem Rückkopplungszweig.
Um die Signalspannung nur wenig zu belasten, wurde sie über einen hochohmigen Widerstand
R, angelegt. Dieser hoehohmige Widerstand verhindert gleichzeitig eine
zu
hohe Bedämpfung der Entladespannung. Die Eingangsdiode Dl dient außer der Abriegelung
des Signalkreises während der Impulsdauer noch dazu, die negativen Rückstellsignale
des Triggerkernes von dem Übertrager fernzuhalten, da ein anschließendes Rückschwingen
des Übertragers in positive Richtung den Sperrschwinger triggern würde.