EP0221324B1

EP0221324B1 - Signal transducer

Info

Publication number: EP0221324B1
Application number: EP86113180A
Authority: EP
Inventors: Paul Zwicky
Original assignee: Studer Revox AG
Current assignee: Harman International Industries Inc
Priority date: 1985-10-07
Filing date: 1986-09-25
Publication date: 1991-05-22
Anticipated expiration: 2006-09-25
Also published as: DE3679373D1; EP0221324A1; US4720665A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wandler zur Umwandlung eines elektrischen Eingangssignales in ein elektrisches oder mechanisches Ausgangssignal mit Hilfe einer Wicklung und mit einer daran angeschlossenen Schaltung zur Erzeugung einer negativen Quellenimpedanz.The invention relates to a converter for converting an electrical input signal into an electrical or mechanical output signal with the aid of a winding and with a circuit connected thereto for generating a negative source impedance.

Je nach Art des Ausgangssignales, das gefordert wird, ergibt sich ein typischer Aufbau fuer einen solchen Wandler. Ist das Ausgangssignal ein elektrisches Signal, so hat der Wandler beispielsweise den Aufbau eines Uebertragers oder Transformators. Das Eingangssignal, das bestimmte Strom/Spannungsverhaeltnisse aufweist, wird darin in ein Ausgangssignal mit anderen Strom/Spannungsverhaeltnissen gewandelt. Ist das Ausgangssignal ein mechanisches Signal, also eine Bewegung oder eine Kraft, so hat der Wandler beispielsweise den Aufbau eines elektrodynamischen Wandlers oder Lautsprechers oder auch den Aufbau eines Elektromotors. In beiden Faellen befindet sich die Wicklung in einem Magnetfeld und der Strom der durch die Wicklung fliesst, also das Eingangssignal, bewirkt eine Bewegung der Wicklung im Magnetfeld. Das kann als Ausgangssignal eine Schwingung oder eine fortlaufende Bewegung ergeben. Dabei spielt es je nach der Anwendung des Wandlers eine Rolle, wie gut das Ausgangssignal dem Eingangssignal folgt.Depending on the type of output signal that is required, there is a typical structure for such a converter. If the output signal is an electrical signal, the converter has, for example, the construction of a transmitter or transformer. The input signal, which has certain current / voltage ratios, is converted into an output signal with other current / voltage ratios. If the output signal is a mechanical signal, that is to say a movement or a force, the converter has, for example, the construction of an electrodynamic converter or loudspeaker or also the construction of an electric motor. In both cases the winding is in a magnetic field and the current flowing through the winding, i.e. the input signal, causes the winding to move in the magnetic field. This can result in an oscillation or a continuous movement as the output signal. Depending on the application of the converter, it matters how well the output signal follows the input signal.

Beispielsweise im Falle eines Lautsprechers ist es erwuenscht, dass die mechanische Schwingung der Membran moeglichst genau der Schwingung des elektrischen Eingangssignales entspricht. Ist das nicht genau der Fall, so klirrt der Lautsprecher. Ein moeglicher Grund dafuer, der in diesem Falle besondere Beachtung verdient, ist der Umstand, dass die stromdurchflossene Wicklung im Magnetfeld, in dem sie sich befindet, mechanische Rueckstellkraefte erfaehrt, die ihre eigene Bewegung stoeren.For example, in the case of a loudspeaker, it is desirable that the mechanical vibration of the membrane corresponds as closely as possible to the vibration of the electrical input signal. If this is not exactly the case, the loudspeaker clinks. A possible reason for this, which deserves special attention in this case, is the fact that the current-carrying winding in the magnetic field in which it is located experiences mechanical restoring forces that interfere with its own movement.

Im Falle eines Uebertragers ist es erwuenscht, dass das elektrische Signal in der Sekundaerwicklung moeglichst genau proportional dem Signal in der Primaerwicklung ist. Dies ist aber nur der Fall, wenn der Uebertrager in einem solchen Bereiche betrieben wird, fuer welchen seine Uebertragungskennlinie linear ist. Die Uebertragungskennlinie ist dann nicht linear, wenn der Magnetisierungsstrom den der Eisenkern benoetigt nicht linear ist.In the case of a transmitter, it is desirable that the electrical signal in the secondary winding is as exactly as possible proportional to the signal in the primary winding. However, this is only the case if the transmitter is operated in areas for which its transmission characteristic is linear. The transfer characteristic is not linear if the magnetizing current required by the iron core is not linear.

Im Falle eines Gleichstrommotors ist es bekannt, dass das Ausgangssignal (Drehgeschwindigkeit) abhaengig ist von der mechanischen Belastung.In the case of a DC motor, it is known that the output signal (rotational speed) is dependent on the mechanical load.

Aus der europaeischen Patentanmeldung 0 041 472 ist eine Schaltungsanordnung, insbesondere mit elektromagnetischem oder -mechanischem Wandler, bekannt. Diese Schaltungsanordnung erlaubt es, die Verzerrungen, die ein Signal in einem solchen Wandler erfaehrt, weil der Eisenkern nichtlineare Eigenschaften aufweist, zu kompensieren. Dazu wird der Spannungsabfall am Kupferwiderstand der Induktivitaet ermittelt und durch Anlegen einer Zusatzspannung kompensiert.A circuit arrangement, in particular with an electromagnetic or mechanical converter, is known from European patent application 0 041 472. This circuit arrangement makes it possible to compensate for the distortions which a signal experiences in such a converter because the iron core has non-linear properties. For this purpose, the voltage drop across the copper resistance of the inductance is determined and compensated for by applying an additional voltage.

Diese Zusatzspannung wird an einem Widerstand erzeugt, der in Serie zur Wicklung oder zu dessen Kupfer-Ersatzwiderstand geschaltet ist. Die Anordnung eines solchen Widerstandes kann aber in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten bereiten, die oft dazu fuehren, dass ein solcher Widerstand gar nicht vorgesehen werden kann. Um seine Funktion optimal zu erfuellen, muss dieser Widerstand beispielsweise aus dem gleichen Material bestehen und die gleiche Temperatur aufweisen wie die Wicklung. Dies fuehrt praktisch dazu, dass dieser Widerstand oertlich gesehen moeglichst nahe an der Wicklung angeordnet sein muss. Dies ist aber oftmals nicht moeglich. In einem dynamischen Lautsprecher zum Beispiel kann ein solcher Widerstand nicht nahe genug an der Schwingspule angeordnet werden, weil kein Raum dazu vorhanden ist.This additional voltage is generated at a resistor that is connected in series to the winding or its copper equivalent resistor. However, the arrangement of such a resistor can cause considerable difficulties in practice, which often lead to the fact that such a resistor cannot be provided at all. In order to optimally perform its function, this resistor must, for example, be made of the same material and have the same temperature as the winding. In practical terms, this means that this resistor must be located as close to the winding as possible. However, this is often not possible. In a dynamic speaker, for example, such a resistor cannot be placed close enough to the voice coil because there is no room for it.

Die Erfindung, wie sie in den Anspruechen gekennzeichnet ist, loest die Aufgabe einen Wandler zu schaffen, bei dem die Signalverzerrungen, die an der Wicklung entstehen, genau kompensiert werden koennen. Insbesondere soll durch die Erfindung eine genaue Kontrolle der an der Wicklung uebertragenen elektromotorischen Kraft ermoeglicht werden.The invention, as characterized in the claims, solves the problem of creating a converter in which the signal distortions that arise on the winding can be exactly compensated. In particular, the invention is intended to enable precise control of the electromotive force transmitted to the winding.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass der Ausgleich der Verzerrungen auch in jenen Faellen vorgesehen werden kann, in denen kein Raum fuer die Anordnung eines Widerstandes vorhanden ist, durch den eine Zusatzspannung erzeugt wird. Ein separater, passiver Fuehlwiderstand muss nicht vorgesehen werden. Dadurch entfallen Anschluesse fuer diesen Fuehlwiderstand, und er erzeugt auch keine zusaetzliche Verlustleistung.The advantages achieved by the invention are essentially to be seen in the fact that the distortion compensation can also be provided in those cases in which there is no space for the arrangement of a resistor by which an additional voltage is generated. A separate, passive sensor resistance does not have to be provided. This eliminates connections for this sensor resistor and it does not generate any additional power loss.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausfuehrungsweg darstellenden Zeichnungen naeher erlaeutert.
Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Schaltung zur Ansteuerung eines elektromechanischen Wandlers mit einer negativen Quellenimpedanz,
Figur 2 eine weitere Ausfuehrung einer solchen Schaltung mit einem elektromagnetischen Wandler,
Figur 3 eine weitere Ausfuehrung einer solchen Schaltung,
Figur 4 einen erfindungsgemaessen Wandler im Schnitt,
Figur 5 einen Teil eines weiteren erfindungsgemaessen Wandlers,
Figur 6 zeigt einen erfindungsgemaessen elektromechanischen Wandler mit einer Schaltung zur Erzeugung einer negativen Quellenimpedanz und
Figur 7 zeigt einen Teil des Wandlers gemaess Figur 6.

In the following, the invention will be explained in more detail with the aid of drawings showing only one embodiment.
Show it

FIG. 1 shows a schematic representation of a circuit for controlling an electromechanical converter with a negative source impedance,
FIG. 2 shows a further embodiment of such a circuit with an electromagnetic converter,
FIG. 3 shows a further embodiment of such a circuit,
FIG. 4 shows a converter according to the invention in section,
FIG. 5 shows part of a further converter according to the invention,
FIG. 6 shows an electromechanical converter according to the invention with a circuit for generating a negative source impedance and
FIG. 7 shows part of the converter according to FIG. 6.

Figur 1 zeigt eine Schaltung zur Ansteuerung eines elektromechanischen Wandlers mit einer negativen Quellenimpedanz. Diese weist Anschluesse 1 und 2 auf, zwischen denen eine Eingangsspannung Ue auftritt. Der Anschluss 1 ist ueber Widerstaende R1 und R2' sowie eine Leitung 4 mit der Erde verbunden. Der Anschluss 2 ist ueber Widerstaende R3 und R4' sowie eine Leitung 3 ebenfalls mit der Erde verbunden. Ein Knoten 5 zwischen den Widerstaenden R3 und R4' ist ueber eine Leitung 7 mit dem nicht invertierenden Eingang 9 eines Operationsverstaerkers 8 verbunden. Ein Knoten 6 zwischen den Widerstaenden R1 und R2' ist ueber eine Leitung 11 mit dem invertierenden Eingang 10 des Operationsverstaerkers 8 verbunden. Der Ausgang 12 des Operationsverstaerkers 8 ist einerseits ueber eine Leitung 13 und einen Widerstand R4 mit mit dem Knoten 5 und andererseits mit einer Wicklung 14 verbunden. Dabei bildet der Widerstand R4 mit den Leitungen 7 und 13 eine positive Rueckkopplung auf den nicht invertierenden Eingang 9 des Operationsverstaerkers 8. Die Wicklung 14 besteht aus einem ersten Teil 15 und aus einem zweiten Teil 16. Dazwischen ist ein Abgriff 17 fuer eine Leitung 18 vorgesehen, welche ueber einen Widerstand R2 die Wicklung 14 mit dem Knoten 6 verbindet. Die Leitung 18, der Widerstand R2 sowie die Leitung 11 bilden eine negative Rueckkopplung auf den invertierenden Eingang 10 des Operationsverstaerkers 8. Zwischen dem Ausgang 12 des Operationsverstaerkers 8 und dem ersten Teil 15 der Wicklung 14 ist ein Ersatzwiderstand 19 angeordnet. Dieser ist vorgesehen, um einen Unterschied zwischen dem ohm'schen Widerstand der beiden Teile 15 und 16 der Wicklung 14 anzudeuten. Er bedeutet, dass der erste Teil 15 einen hoeheren ohm'schen Widerstand aufweist als der zweite Teil 16. Der zweite Teil 16 ist auch mit der Erde verbunden. Die Wicklung 14 kann zum Beispiel als Schwingspule eines dynamischen Lautsprechers oder als Spule oder Ankerwicklung eines Gleichstrommotors aufgefasst werden. Die Widerstaende R1, R2, R2' mit den Leitungen 4, 11, 18 bilden ein Widerstandsnetzwerk A. Die Widerstaende R3, R4, R4' mit den Leitungen 3, 7, 13 bilden ein Widerstandsnetzwerk B.Figure 1 shows a circuit for driving an electromechanical converter with a negative source impedance. This has connections 1 and 2, between which an input voltage Ue occurs. The connection 1 is connected to the earth via resistors R1 and R2 'and a line 4. The connection 2 is also connected to earth via resistors R3 and R4 'and a line 3. A node 5 between the resistors R3 and R4 'is connected via a line 7 to the non-inverting input 9 of an operational amplifier 8. A node 6 between the resistors R1 and R2 'is connected via a line 11 to the inverting input 10 of the operational amplifier 8. The output 12 of the operational amplifier 8 is connected on the one hand via a line 13 and a resistor R4 to the node 5 and on the other hand to a winding 14. The resistor R4 with the lines 7 and 13 forms a positive feedback to the non-inverting input 9 of the operational amplifier 8. The winding 14 consists of a first part 15 and a second part 16. In between, a tap 17 is provided for a line 18 which connects the winding 14 to the node 6 via a resistor R2. The line 18, the resistor R2 and the line 11 form a negative feedback to the inverting input 10 of the operational amplifier 8. An equivalent resistor 19 is arranged between the output 12 of the operational amplifier 8 and the first part 15 of the winding 14. This is provided to indicate a difference between the ohmic resistance of the two parts 15 and 16 of the winding 14. It means that the first part 15 has a higher ohmic resistance than the second part 16. The second part 16 is also connected to the earth. The winding 14 can be understood, for example, as a voice coil of a dynamic loudspeaker or as a coil or armature winding of a DC motor. The resistors R1, R2, R2 'with lines 4, 11, 18 form a resistance network A. Resistors R3, R4, R4' with lines 3, 7, 13 form a resistance network B.

Figur 2 zeigt einen Wandler 20 der an eine Schaltung zu dessen Ansteuerung mit einer negativen Quellenimpedanz aehnlich zu Figur 1 angeschlossen ist. Diese weist ebenfalls Anschluesse 1 und 2 auf, zwischen denen eine Eingangsspannung Ue aber mit umgekehrter Polaritaet auftritt. Dem Anschluss 1 sind ebenfalls Widerstaende R1, R2, R2' und Leitungen 4, 11, 18 zugeordnet, die aber an den invertierenden Eingang 10 des Operationsverstaerkers 8 angeschlossen sind. Diese bilden zusammen ein Widerstandsnetzwerk A. Dem Anschluss 2 sind ebenfalls Widerstaende R3, R4, R4' und Leitungen 3, 7, 13 zugeordnet, die aber an den nicht invertierenden Eingang 9 des Operationsverstaerkers 8 angeschlossen sind. Diese bilden zusammen ein Widerstandsnetzwerk B. Der erste Teil 15 der Wicklung 14 ist einerseits mit dem Ausgang 12 des Operationsverstaerkers 8 und andererseits ueber den Abgriff 17 mit der Leitung 13 verbunden. Der zweite Teil 16 liegt zwischen dem Abgriff 17 und dem Ersatzwiderstand 19, der hier bedeutet, dass der zweite Teil 16 der Wicklung 14 einen hoeheren ohm'schen Widerstand aufweist. Der Ersatzwiderstand 19 ist auch mit der Erde verbunden. In diesem Beispiel ist die Wicklung 14 als Teil eines Uebertragers oder Wandlers 20, insbesondere als Primaerwicklung aufgefasst. Ein Kern 21 und eine Sekundaerwicklung 22 sind ebenfalls vorgesehen. Diese weist Anschluesse 23 und 24 auf, zwischen denen eine Ausgangsspannung Ua auftritt. Dieser Wandler 20 ist somit in der Lage eine Eingangsspannung Ue in eine Ausgangsspannung Ua zu wandeln.FIG. 2 shows a converter 20 which is connected to a circuit for driving it with a negative source impedance similar to FIG. 1. This also has connections 1 and 2, between which an input voltage Ue occurs with the opposite polarity. Resistors R1, R2, R2 'and lines 4, 11, 18 are also assigned to terminal 1, but are connected to inverting input 10 of operational amplifier 8. Together, these form a resistance network A. Resistors R3, R4, R4 'and lines 3, 7, 13 are also assigned to connection 2, but are connected to non-inverting input 9 of operational amplifier 8. Together they form a resistance network B. The first part 15 of the winding 14 is connected on the one hand to the output 12 of the operational amplifier 8 and on the other hand via the tap 17 to the line 13. The second part 16 lies between the tap 17 and the equivalent resistor 19, which means here that the second part 16 of the winding 14 has a higher ohmic resistance. The equivalent resistor 19 is also connected to the earth. In this example, the winding 14 is understood as part of a transmitter or converter 20, in particular as a primary winding. A core 21 and a secondary winding 22 are also provided. This has connections 23 and 24, between which an output voltage Ua occurs. This converter 20 is thus able to convert an input voltage Ue into an output voltage Ua.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausfuehrung einer Schaltung zur Erzeugung einer negativen Quellenimpedanz mit einem Wandler und entsprechend mit einer Wicklung 25 die einen ersten Teil 26 und einen zweiten Teil 27 aufweist. Beide Teile 26 und 27 sind ueber einen Abgriff 28 miteinander verbunden. Ein Ersatzwiderstand 29 ist dem ersten Teil 26 zugeordnet. Der erste Teil 26 ist an einen Ausgang 30 eines ersten Operationsverstaerkers 31 angeschlossen. Dieser weist einen invertierenden Eingang 32 auf, der ueber eine Leitung 33, einen Knoten 34 und einen Widerstand R3 mit einem Eingang 35 verbunden ist. Der nicht invertierende Eingang 36 des Operationsverstaerkers 31 ist mit der Erde verbunden. Ein Widerstand R6 und eine Leitung 37 bilden eine Rueckkopplung des Ausganges 30 auf den invertierenden Eingang 32. Eine weitere Rueckkopplung vom Abgriff 28 auf den invertierenden Eingang 32 wird durch einen Widerstand R7 und eine Leitung 38 gebildet. Der zweite Teil 27 der Wicklung 25 ist an einen Ausgang 39 eines zweiten Operationsverstaerkers 40 angeschlossen. Dessen nicht invertierender Eingang 41 ist mit der Erde verbunden. Dessen invertierender Eingang 42 ist ueber eine Leitung 43 und einen Widerstand R8 mit dem Ausgang 39 verbunden, was eine negative Rueckkopplung ergibt. Die Leitungen 43 und 37 sind ueber eine weitere Leitung 44 und einen Widerstand R9 miteinander verbunden, so dass die invertierenden Eingaenge 32 und 42 ueber die Widerstaende R6 und R9 sowie die Leitungen 37 und 44 miteinander verbunden sind. Diese Anordnung entspricht einer Gegentaktendstufe fuer einen dynamischen Lautsprecher.FIG. 3 shows a further embodiment of a circuit for generating a negative source impedance with a converter and accordingly with a winding 25 which has a first part 26 and a second part 27. Both parts 26 and 27 are connected to one another via a tap 28. An equivalent resistor 29 is assigned to the first part 26. The first part 26 is at an output 30 of a first operational amplifier 31 connected. This has an inverting input 32 which is connected to an input 35 via a line 33, a node 34 and a resistor R3. The non-inverting input 36 of the operational amplifier 31 is connected to the earth. A resistor R6 and a line 37 form a feedback of the output 30 to the inverting input 32. A further feedback from the tap 28 to the inverting input 32 is formed by a resistor R7 and a line 38. The second part 27 of the winding 25 is connected to an output 39 of a second operational amplifier 40. Its non-inverting input 41 is connected to earth. Its inverting input 42 is connected via a line 43 and a resistor R8 to the output 39, which results in a negative feedback. The lines 43 and 37 are connected to one another via a further line 44 and a resistor R9, so that the inverting inputs 32 and 42 are connected to one another via the resistors R6 and R9 and the lines 37 and 44. This arrangement corresponds to a push-pull output stage for a dynamic loudspeaker.

Figur 4 zeigt einen Wandler, der als dynamischer Lautsprecher 45 ausgebildet ist. Dabei erkennt man einen Magnetkreis 46 mit Polstuecken 47 und 48 zwischen denen ein Magnetfeld 49 erzeugt wird. In diesem Magnetfeld 49 ist (als Wicklung 14) eine Schwingspule 50 parallel zu einer Achse 51 des Wandlers bewegbar angeordnet. Sie ist in bekannter Art mit einer bewegbaren Membran 52 fest verbunden. Die Schwingspule 50 ist in einen ersten Teil 53 mit Anschluessen 54 und 55 und einen zweiten Teil 56 mit Anschluessen 57 und 58 aufgeteilt. Die Anschluesse 55 und 57 treffen sich in einem Abgriff 59 der, wie auch der Anschluss 54 an eine Schaltung 60 zur Erzeugung einer negativen Quellenimpedanz angeschlossen ist. Dabei ist zu beachten, dass durch diese Anordnung die Windungen des ersten Teiles 53 der Schwingspule 50 einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Windungen des zweiten Teiles 56. Zusaetzlich ist zu erkennen, dass die Windungen des zweiten Teiles 56 einen kleineren Drahtquerschnitt aufweisen als die Windungen des ersten Teiles 53. Obwohl beide Teile 53 und 56 gleichviele Windungen aufweisen ist der ohm'sche Widerstand in beiden Teilen 53 und 56 unterschiedlich gross.FIG. 4 shows a converter which is designed as a dynamic loudspeaker 45. One can see a magnetic circuit 46 with pole pieces 47 and 48 between which a magnetic field 49 is generated. In this magnetic field 49, a voice coil 50 (as winding 14) is arranged to be movable parallel to an axis 51 of the transducer. It is firmly connected to a movable membrane 52 in a known manner. The voice coil 50 is divided into a first part 53 with connections 54 and 55 and a second part 56 with connections 57 and 58. The connections 55 and 57 meet in a tap 59 which, like the connection 54, is connected to a circuit 60 for generating a negative source impedance. It should be noted that this arrangement means that the turns of the first part 53 of the voice coil 50 have a smaller diameter than the turns of the second part 56. In addition, it can be seen that the turns of the second Part 56 have a smaller wire cross-section than the turns of the first part 53. Although both parts 53 and 56 have the same number of turns, the ohmic resistance in both parts 53 and 56 is different.

Figur 5 zeigt beispielsweise eine rotationssymmetrisch aufgebaute Wicklung eines Uebertragers 61 mit Primaerwicklungen 62 und 63 und dazwischen angeordneter Sekundaerwicklung 64. Auch durch diese Anordnung ist gewaehrleistet, dass der ohm'sche Widerstand in den Primaerwicklungen 62 und 63 nicht gleich gross ist, dass aber die elektromotorische Kraft oder die magnetische Induktion die jede Primaerwicklung 62 und 63 erzeugt, wenn sie von einem Strom durchflossen ist, gleich gross ist.FIG. 5 shows, for example, a rotationally symmetrical winding of a transmitter 61 with primary windings 62 and 63 and a secondary winding 64 arranged between them. This arrangement also ensures that the ohmic resistance in the primary windings 62 and 63 is not the same, but that the electromotive Force or the magnetic induction that each primary winding 62 and 63 generates when a current flows through it, is the same size.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schaltung zur Erzeugung einer negativen Quellenimpedanz zusammen mit einem Wandler erlaeutert. Bei der Anordnung gemaess Figur 1 sollen zuerst die Verhaeltnisse im Leerlauf-Betrieb beschrieben werden. Es sei angenommen, dass ein sinusfoermiges Eingangssignal zwischen den Anschluessen 1 und 2 eine sinusfoermige Eingangsspannung Ue bewirkt. Diese Eingangsspannung Ue wird an die Widerstandsnetzwerke A und B angelegt und bewirkt am Ausgang 12 des Operationsverstaerkers 8 eine ebenfalls sinusfoermige Spannung Uo. Die Spannung Uo wird durch die positive Rueckkopplung 13, R4, 5, 7 positiv und durch die negative Rueckkopplung 19, 15, 17, 18, R2, 6, 11 negativ beeinflusst. Welcher Effekt ueberwiegt, haengt von den Widerstaenden R4 und R2 ab. Da in der Schaltung praktisch kein Strom fliesst, erzeugt die Wicklung 14 auch nur ein schwaches elektrisches Feld. Ein solcher Leerlauf-Betrieb ist beispielsweise dann moeglich, wenn der Wandler aus einem Gleichstrommotor besteht. Dann kann der Gleichstrommotor kein Drehmoment erzeugen. Ist der Wandler aber ein dynamischer Lautsprecher, so ist dabei das Magnetfeld, in dem die Schwingspule und somit die Wicklung 14 liegt, ausgeschaltet. Ist der Wandler ein Uebertrager 20, so erzeugt die Sekundaerwicklung 22 im Leerlauf-Betrieb kein Magnetfeld, da zwischen den Anschluessen 23 und 24 kein Strom fliesst. Die Primaerwicklung 14 ist dann auch unbelastet.In the following, the mode of operation of the circuit for generating a negative source impedance is explained together with a converter. In the arrangement according to FIG. 1, the conditions in idle mode are to be described first. It is assumed that a sinusoidal input signal between terminals 1 and 2 produces a sinusoidal input voltage Ue. This input voltage Ue is applied to the resistor networks A and B and causes a likewise sinusoidal voltage Uo at the output 12 of the operational amplifier 8. The voltage Uo is positively influenced by the positive feedback 13, R4, 5, 7 and negatively by the negative feedback 19, 15, 17, 18, R2, 6, 11. Which effect predominates depends on the resistances R4 and R2. Since practically no current flows in the circuit, the winding 14 also generates only a weak electric field. Such idle operation is possible, for example, if the converter consists of a DC motor. Then the DC motor cannot generate torque. However, if the transducer is a dynamic loudspeaker, the magnetic field in which the voice coil and thus the winding 14 is located is switched off. If the converter is a transmitter 20, the secondary winding 22 does not generate a magnetic field in idle mode, since between the connections 23 and 24 no electricity flows. The primary winding 14 is then also unloaded.

Wird die Wicklung 14 belastet, so fliesst mehr Strom in der Wicklung 14. Der Spannungsabfall ueber der Wicklung 14 steigt. Bei der Schaltung gemaess Figur 1 bedeutet dies, dass die Spannung am Abgriff 17 sinkt, denn der ohm'sche Widerstand zwischen dem Ausgang 12 und dem Abgriff 17 ist groesser als zwischen dem Abgriff 17 und der Erde. Dies weil der erste Teil 15 der Wicklung 14 einen um den Ersatzwiderstand 19 hoeheren Widerstand aufweist. Da somit der Widerstand in der negativen Rueckkopplung steigt, steigt auch die Spannung zwischen den Eingaengen 9 und 10 des Operationsverstaerkers 8. Das hat zur Folge, dass dieser seine Verstaerkung erhoeht. Bei der Schaltung gemaess Figur 2 bewirkt die Belastung der Wicklung 14, dass die Spannung am Abgriff 17 steigt, denn der ohm'sche Widerstand zwischen der Erde und dem Abgriff 17 ist groesser als der Widerstand zwischen dem Abgriff 17 und dem Ausgang 12. Dies weil in dieser Ausfuehrung der zweite Teil 16 der Wicklung 14 einen um den Ersatzwiderstand 19 hoeheren Widerstand aufweist. Da somit der Widerstand in der positiven Rueckkopplung sinkt, steigt die Spannung zwischen den Eingaengen 9 und 10 des Operationsverstaerkers 8. Das hat zur Folge, dass dieser seine Verstaerkung erhoeht. In beiden Faellen reagiert die Schaltung mit dem Wandler auf eine Laststromerhoehung mit einem Ansteigen der Klemmenspannung Uo am Ausgang 12. Dies entspricht der negativen Quellenimpedanz.If the winding 14 is loaded, more current flows in the winding 14. The voltage drop across the winding 14 increases. In the circuit according to FIG. 1, this means that the voltage at the tap 17 drops, since the ohmic resistance between the output 12 and the tap 17 is greater than between the tap 17 and the earth. This is because the first part 15 of the winding 14 has a higher resistance than the equivalent resistor 19. As the resistance in the negative feedback thus increases, the voltage between the inputs 9 and 10 of the operational amplifier 8 also increases. This has the consequence that the amplifier is increased. In the circuit according to FIG. 2, the load on the winding 14 causes the voltage at the tap 17 to increase, since the ohmic resistance between the earth and the tap 17 is greater than the resistance between the tap 17 and the output 12. This is because in this embodiment the second part 16 of the winding 14 has a resistance which is higher by the equivalent resistor 19. Since the resistance in the positive feedback thus drops, the voltage between the inputs 9 and 10 of the operational amplifier 8 rises. This has the consequence that the amplifier is increased. In both cases, the circuit with the converter responds to a load current increase with an increase in the terminal voltage Uo at the output 12. This corresponds to the negative source impedance.

Durch die erfindungsgemaesse Anordnung und Auslegung der Wicklung 14, die darin besteht, dass das Verhaeltnis der ohm'schen Widerstaende in den beiden Teilen 15 und 16 nicht dem Verhaeltnis der induzierten elektromotorischen Kraft in den Teilen 15 und 16 entspricht, wird der Strom, der durch die Wicklung 14 fliesst, gemessen. Er ist proportional dem Spannungsabfall ueber dem Ersatzwiderstand 19. Der Ersatzwiderstand 19 wird aber nicht als solcher eingebaut, sondern er aeussert sich zum Beispiel darin, dass der Querschnitt eines Drahtes, der den Teil 15 bildet, verschieden ist vom Querschnitt des Drahtes, der den Teil 16 der Wicklung 14 bildet. Dies bei gleicher Windungszahl fuer die beiden Teile 15 und 16. Eine weitere Moeglichkeit besteht darin, die Laenge des Drahtes fuer eine Windung des einen Teiles der Wicklung 14 groesser zu machen als fuer den anderen Teil der Wicklung 14. Dies wird durch die Anordnungen der Wicklung 14 wie sie in den Figuren 4 und 5 gezeigt werden erreicht. Der Ersatzwiderstand 19 kann aber auch durch Windungen erreicht werden, deren Materialien fuer jeden der beiden Teile 15, 16 der Wicklung 14 eine andere elektrische Leitfaehigkeit aufweist.The arrangement and design of the winding 14 according to the invention, which consists in the fact that the ratio of the ohmic resistances in the two parts 15 and 16 does not correspond to the ratio of the induced electromotive force in the parts 15 and 16, the current through the winding 14 flows, measured. It is proportional to the voltage drop across the equivalent resistor 19. However, the equivalent resistor 19 is not installed as such, but is expressed, for example, in that the cross section of a wire which forms the part 15 is different from the cross section of the wire that forms part 16 of winding 14. This with the same number of turns for the two parts 15 and 16. Another possibility is to make the length of the wire larger for one turn of one part of the winding 14 than for the other part of the winding 14. This is due to the arrangements of the winding 14 as shown in Figures 4 and 5 are achieved. The equivalent resistor 19 can also be achieved by turns, the materials of which have a different electrical conductivity for each of the two parts 15, 16 of the winding 14.

Die Schaltung gemaess Figur 3 zeigt eine Gegentaktendstufe fuer einen Lautsprecher. Dabei bildet die Wicklung 25 die Schwingspule. An den Ausgaengen 30 und 39 sollen immer entgegengesetzt gerichtete aber dem Betrag nach gleiche Spannungen auftreten. Zur Messung des Stromes in der Wicklung 25 ist dem Teil 26 deshalb in nun bekannter Weise ein Ersatzwiderstand 29 zugeordnet. Bei dieser Anordnung betraegt aber die Spannung im Abgriff 28 nicht mehr Null, wie wenn die beiden Teile 26 und 27 der Wicklung 25 gleiche Widerstaende haetten. Durch die negative Rueckkopplung R7, 38 auf den Eingang 32 des ersten Operationsverstaerkers 31 wird die Verstaerkung des ersten Operationsverstaerkers 31 gegenueber der Verstaerkung des zweiten Operationsverstaerkers 40 derart veraendert, dass am Abgriff 28 wieder die Spannung Null auftritt und gehalten wird.The circuit according to FIG. 3 shows a push-pull output stage for a loudspeaker. The winding 25 forms the voice coil. At the outputs 30 and 39 there should always be oppositely directed but equal amounts of tension. To measure the current in the winding 25, the part 26 is therefore assigned an equivalent resistor 29 in a known manner. With this arrangement, however, the voltage in the tap 28 is no longer zero, as if the two parts 26 and 27 of the winding 25 had the same resistances. Due to the negative feedback R7, 38 to the input 32 of the first operational amplifier 31, the amplification of the first operational amplifier 31 is changed compared to the amplification of the second operational amplifier 40 such that the voltage zero occurs again at the tap 28 and is held.

In Figur 6 ist als Wandler ein Gleichstrommotor 65 vereinfacht dargestellt. Daran angeschlossen ist eine Schaltung zur Erzeugung einer negativen Quellenimpedanz 66. Der Gleichstrommotor 65 weist einen Rotor 67 mit mindestens je einem permanentmagnetischen Nordpol N und Suedpol S auf. Der Rotor 67 ist in an sich bekannter und demzufolge hier nicht naeher dargestellter Weise drehbar in einem Stator 68 gelagert, der beispielsweise drei Pole 69, 70 und 71 mit Wicklungen 72, 73 und 74 aufweist. Ein Kommutationssensor 75 ist in der Naehe des Rotors 67 angeordnet. Die Wicklungen 72, 73 und 74 sind nochmals schematisch in der Schaltung 66 dargestellt. Sie weisen erfindungsgemaess je zwei Teile 72 a und b, 73 a und b sowie 74 a und b auf, die jeweils durch einen Abgriff 76, 77 und 78 voneinander getrennt sind. Diese sind ueber Leitungen 79, 80 und 81 mit einem Umschalter 106 verbunden. Das eine Ende 82, 83 und 84 der Wicklungen 72, 73 und 74 ist jeweils ueber eine Leitung 85, 86 und 87 mit einem weiteren Umschalter 88 verbunden. Das andere Ende 89, 90 und 91 ist ueber einen nun in seiner Bedeutung bekannten Ersatzwiderstand 92, 93 und 94 mit der Erde verbunden. Die Umschalter 106 und 88 weisen je ein drehbares Schaltelement 95 und 96 auf, das periodisch mit den Leitungen 85, 86, 87 bzw 79, 80, 81 Kontakt aufnehmen und wieder abbrechen kann. Die Bewegung der drehbaren Schaltelemente 95 und 96 wird vom Kommutationssensor 75 in an sich bekannter Weise gesteuert, wobei Steuerbefehle ueber eine Leitung 97 uebermittelt werden. Die Schaltelemente 95 und 96 sind ueber Leitungen 98 und 99 elektrisch mit je einem Widerstandsnetzwerk A und B verbunden, die ueber Leitungen 100 und 101 weiter mit einem Operationsverstaerker 102 verbunden sind. Dessen Ausgang 103 ist zudem mit der Leitung 98 verbunden. Die Widerstandsnetzwerke A und B weisen je einen Eingang 104 und 105 auf.In FIG. 6, a DC motor 65 is shown in simplified form as a converter. A circuit for generating a negative source impedance 66 is connected to it. The direct current motor 65 has a rotor 67 with at least one permanent magnetic north pole N and south pole S each. The rotor 67 is rotatably mounted in a stator 68, which is known per se and is therefore not shown here in more detail, which has, for example, three poles 69, 70 and 71 with windings 72, 73 and 74. A commutation sensor 75 is arranged in the vicinity of the rotor 67. The windings 72, 73 and 74 are again shown schematically in the circuit 66. they According to the invention, each have two parts 72 a and b, 73 a and b and 74 a and b, which are each separated by a tap 76, 77 and 78. These are connected to a changeover switch 106 via lines 79, 80 and 81. One end 82, 83 and 84 of the windings 72, 73 and 74 are each connected to a further changeover switch 88 via a line 85, 86 and 87. The other end 89, 90 and 91 is connected to earth via an equivalent resistor 92, 93 and 94, which is now known in its meaning. The changeover switches 106 and 88 each have a rotatable switching element 95 and 96 which can periodically make contact with the lines 85, 86, 87 and 79, 80, 81 and break them off again. The movement of the rotatable switching elements 95 and 96 is controlled by the commutation sensor 75 in a manner known per se, control commands being transmitted via a line 97. The switching elements 95 and 96 are electrically connected via lines 98 and 99 to a resistance network A and B, which are further connected to an operational amplifier 102 via lines 100 and 101. Its output 103 is also connected to line 98. Resistor networks A and B each have an input 104 and 105.

Die Wirkungsweise der Schaltung 66 entspricht derjenigen von Figur 2. Mit dem Unterschied, dass je nach Stellung des Rotors 67 die Schaltelemente 95 und 96 die Leitungen 98 und 99 mit den Wicklungen 72, 73 oder 74 verbinden.The mode of operation of the circuit 66 corresponds to that of FIG. 2. With the difference that, depending on the position of the rotor 67, the switching elements 95 and 96 connect the lines 98 and 99 to the windings 72, 73 or 74.

Figur 7 zeigt einen Schnitt gemaess Linie 107 durch den Pol 71 und die Wicklung 74. Man erkennt dabei die beiden Teile 74 a und 74b. Der Teil 74b weist dabei pro Windung eine groessere Drahtlaenge auf, was einen erhoehten ohm'schen Widerstand ergibt. Dies ist in Figur 6 durch den Ersatzwiderstand 94 angedeutet. Die beiden Teile 74a und 74b weisen dieselbe Anzahl Windungen auf.FIG. 7 shows a section along line 107 through the pole 71 and the winding 74. The two parts 74 a and 74 b can be seen here. The part 74b has a larger wire length per turn, which results in an increased ohmic resistance. This is indicated in FIG. 6 by the equivalent resistor 94. The two parts 74a and 74b have the same number of turns.

Claims

A transducer (20) for converting an electric input signal (U_e) into an electric or mechanical output (U_a) comprising a winding (14) and a circuit (A, B) for producing a negative source impedance connected thereto, characterised by a tap (17) separating the winding (14) into two winding parts (15, 16) and connected to said circuit for producing a negative source impedance, said separating being such that the ratio of the induced electromotive force developed across the first part to the induced electromotive force developed across the second part differing from the ratio of the ohmic resistance of the first part to the ohmic resistance of the second part.
A transducer according to claim 1, characterised in that two parts (74a, 74b) of the winding (74) have wire turns, the turns of one of the two parts having greater curve lengths than the turns of the other part.
A transducer according to claim 1, characterised in that the two parts (53, 56) have turns made from wire whose cross-sectional area for the turns of the first part (53) differs from the cross-sectional area for the turns of the second part (56).
A transducer according to claim 1, characterised in that both parts (53, 56) of the winding constitute the moving coil (50) of a loudspeaker.
A transducer according to claim 1, characterised in that both parts (15, 16) of the winding (14) constitute the primary winding of a transformer (20).
A transducer according to claim 1, characterised in that both parts of the winding constitute windings (72, 73, 74) of a direct current motor.
A transducer according to claim 1, characterised in that both parts (26, 27) of winding (25) constitute the primary winding of a transformer for a push-pull circuit.
A transducer according to claim 1, characterised in that both parts (15, 16; 53, 56) have windings of a material having a first electrical conductivity for the windings of the first part (15, 53) and a different second electrical conductivity for the windings of the second part (16, 56).