Tämä on lupaava artikkeli.

Magneettivahvistin

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Vuorovaiheinen H-siltakytketty magneettivahvistin, joka ei olisi mahdollinen ilman diodeja. Parittomilla numeroilla merkityt käämit kuuluvat ensimmäiseen magneettisydämeen ja parillisilla numeroilla merkityt kuuluvat toiseen magneettisydämeen. Monissa kyllästyvän kuristimen rakenteissa ohjauskäämit on yhdistetty yhdeksi yhteiseksi ohjauskäämiksi.
Yksinkertaistettu kaaviokuva magneettivahvistimella toteutetun apuregulaattorin toteutuksesta. Piirroksesta on tarkoituksella jätetty pois muuntajan T1 ensiökäämi ja koko hakkuriteholähteen muu elektroniikka. Elektroniikkalohko A1 ohjaa regulaattorin toimintaa päästämällä sopivan määrän demagnetointivirtaa diodin D3 läpi kyllästyvälle kuristimelle L2. Tämä vastaa oleellisilta osin Masayuki Hattorin ja Shigeo Nakamuran patenttia vuodelta 1982.[1]
Vuorovaiheinen magneettiaudiovahvistin, jossa teholähteen tasajännitevälipiiriä hyödynnetään vahvistimen vastajännitelähteenä.
Sarjaan kytketyt kyllästyvät kuristimet, jotka ovat E. F. W. Alexandersonin patentoiman keksinnön ydin.[2] Kuormapiirin vaihtosähkö pyrkii indusoimaan ohjauskäämeihin ja sitä kautta ohjausvirtapiiriin häiritsevän suuren vaihtojännitteen. Käyttämällä kahta sarjaan kytkettyä kyllästyvää kuristinta haitallinen muuntajavaikutus kumoutuu. Tällainen kyllästyvien kuristimien kytkentä itsessään voi muodostaa magneettisen vahvistimen.
Rinnan kytketyt kyllästyvät kuristimet. Käyttämällä kahta rinnan kytkettyä ohjauskäämien osalta vastakkaisvaiheista kuristinta haitallinen muuntajavaikutus kumoutuu. Tällainen kyllästyvien kuristimien kytkentä itsessään voi muodostaa magneettisen vahvistimen.
Yhteen ferromagneettiseen sydämeen rakennettu sarjaan kytketty kyllästyvä kuristin. Ohjauskäämi on keskellä. Työkäämit ovat sen vasemmalla ja oikealla puolella. Tämän rakenteen esitteli Francis B. Crocker vuonna 1904.[3] Tällainen kyllästyvä kuristin itsessään voi olla magneettinen vahvistin.
Muuntajasydämen piiseosteisen magneettiteräksen magnetointikäyrä (1) ja magneettivahvistimen kyllästyvään kuristimeen soveltuvan sydänmateriaalin magnetointikäyrä (2).

Magneettivahvistin[4] tai magneettinen vahvistin[5][6] on sähköisen signaalin vahvistin, jossa vahvistus tapahtuu yhden tai useamman ferromagneettisen magneettisydämen kyllästyvässä kuristimessa. Yksinkertaisimmillaan magneettivahvistin voi olla pelkkä kahden työkäämin kyllästyvä kuristin.[7][8] Yhden työkäämin kyllästyvästä kuristimesta voi myös tehdä magneettivahvistimen, mutta siinä tapauksessa magneettivahvistimeen tarvitaan myös muita virtapiirielementtejä.[9][10] Magneettivahvistimeen voi joka tapauksessa kuulua muita virtapiirielementtejä.[11] Magneettivahvistimen käyttöjännite on aina vaihtojännite. Ennen puolijohdevahvistimia magneettivahvistin haastoi elektroniputket monissa sovelluksissa. Nykyään magneettivahvistimilla on kilpailukykyisiä sovelluksia tehoelektroniikassa, esimerkiksi tietokoneiden hakkuriteholähteiden apuregulaattoreina.[1][12][13][14][15][16] Magneettivahvistimia on käytetty myös audiovahvistimina[17][18], kelpuutettu lentokoneen sähköjärjestelmän sydämeksi[19], ja niitä aiotaan käyttää myös sähköverkon hallintaan Yhdysvalloissa.[20]

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Mekaanisesti säädettäviä kuristimia käytettiin valaistuksen säätöön jo 1800-luvun lopulla, mutta niitä ei mielletty signaalin vahvistimiksi. Kuristimen magneettipiiriä avaamalla saatiin vähennettyä induktanssia, jolloin vaihtovirta kuristimen läpi kasvoi.[21] Charles Frederick Burgess ja Budd Frankenfield keksivät, että ferromagneettisen muuntajasydämen magneettista kyllästymistä voisi käyttää sähkövirran säätämiseen.[22] Francis Crocker keksi miten kahden työkäämin rakenteella voitiin kumota muuntajavaikutus.[3] Amerikanruotsalainen Ernst Alexanderson oivalsi kyllästyvän kuristimen mahdollisuudet ja ryhtyi käyttämään keksimäänsä magneettivahvistinta tehokkaissa radiolähettimissä.[23][24][25][26] Elektroniputkien monipuolistuvan valikoiman ja radiotekniikan kehityksen myötä kiinnostus Amerikassa laimeni. Saksassa mielenkiinto magneettivahvistimiin säilyi, ja niiden kehitys oli nopeaa vuosien 1937–1945 aikana.[27] Vähäisen huollontarpeen ansiosta magneettivahvistimia hyödynnettiin lukuisissa sotilassovelluksissa, kuten taistelulaivojen tykkien vakautusjärjestelmissä, elektronisissa laskimissa, lentokoneiden autopiloteissa ja V-2-raketin vakautus- ja ohjausjärjestelmissä.[28][29] Toisen maailmansodan jälkeen mielenkiinto magneettivahvistimia kohtaan heräsi uudelleen. Silloin havaittiin, että magneettivahvistimen tekniikka oli jo edistynyt pitkälle, mutta kaupalliset sovellukset olivat silti harvinaisia.[30]

Toimintaperiaate[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Magneettivahvistimen toiminta perustuu ferromagneettisen sydänmateriaalin magneettiseen kyllästymiseen tai permeabiliteetin muutoksiin. Näissä käytetään erityyppisiä magneettisydämen materiaaleja toimintaperiaatteen mukaan.[31] Permeabiliteetin muutoksiin perustuvassa vahvistimessa ei tavoitella magneettisydämen kyllästymistä, vaan hyödynnetään toimintapistettä, jonka ympäristössä permeabiliteetti muuttuu jatkuvasti.[22][32][33] Magneettivahvistimien kyllästyvissä kuristimissa on ohjauskäämit, joiden avulla magneettisydämen magnetointia säädetään ja työkäämit, joiden läpi kuormavirta kulkee.[34]

Magneettisydämen äkilliseen kyllästymiseen perustuvassa magneettivahvistimessa kyllästymishetkeä ja siten myös kuormituspulssin pituutta säädetään magnetoinnilla tai demagnetoinnilla kuormituspulssien välisenä aikana.[35][36][37][38] Näin magneettivahvistin tuottaa jatkuvasta ohjaussignaalista kyllästyvälle kuristimelle ominaisen pulssinleveysmodulaation avulla vahvistetun signaalin kuormaan.[39] Vahvistettava sähköinen signaali ja biasvirta ohjataan erillisiin käämeihin. Niiden avulla magnetoinnin suuruutta magnetoinnin alkupisteessä voidaan ohjata, jolloin kyllästyvän kuristimen magneettisen kyllästymisen ajankohtaa ja siten myös magneettivahvistimen kuorman saaman kuormituspulssin pituutta säädetään. Tällä tavoin magneettivahvistimen toiminta muistuttaa hakkuriteholähteistä ja D-luokan vahvistimista tuttua pulssinleveysmodulaatiota, mutta magneettivahvistimessa sitä varten ei tarvita erillistä ohjainpiiriä.[39][40] Vahvistettu signaali siirtyy kuormaan pulsseina työkäämien kautta.

Toisin kuin elektroniputkiin tai transistoreihin perustuvat vahvistimet, magneettivahvistin vaatii käyttöjännitteekseen vaihtojännitteen, jonka sopiva taajuus ja amplitudi riippuvat kyllästyvän kuristimen sydämen ja työkäämin mitoituksesta.

Magneettivahvistimessa tehovahvistus perustuu siihen, että ohjauskäämissä magneettisydämen magnetointiin kuluva signaalin teho on pienempi kuin työkäämin kautta kuormaan saatavan signaalin teho. Näiden suhteellinen ero määrää tehovahvistuksen. Tehovahvistus määräytyy pääasiassa magneettisydämen laadun ja käämien kierrosmäärien perusteella.[41][42][43] Magneettivahvistimen taajuuskaistaa on mahdollista kasvattaa käyttöjännitteen taajuutta kasvattamalla, mutta ferromagneettisen magneettisydämen ominaisuudet määrittelevät taajuuskaistan ylärajan.

Yksinkertaisimmillaan magneettivahvistin voi olla pelkkä kyllästyvä kuristin, jollaista on käytetty vaihtovirran säätämiseen ainakin 1900-luvun alusta. Burgess ja Frankenfield ratkaisivat kyllästyvän kuristimen muuntajavaikutuksen ylimääräisellä ohjausvirtapiiriin kytketyllä suodatuskuristimella.[22] Crocker ja Alexanderson ratkaisivat ongelman käyttämällä kahta työkäämiä. Crockerin keksintöön kuuluu yksi ohjauskäämi ja kolmihaarainen magneettisydän.[3] Alexandersonin keksintöön kuuluu kaksi keskenään identtistä yksivaiheista muuntajaa muistuttavaa kyllästyvää kuristinta, joiden työkäämit on kytketty joko sarjaan tai rinnakkain ja ohjauskäämit on kytketty keskenään vastakkaisvaiheisesti sarjaan. Ohjauskäämien vastakkaisvaiheisen kytkennän ansiosta kyllästyvän kuristimen toiminta muuntajana estyy, eikä käyttöjännite häiritse ohjausta.[2]

Sovelluksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Magneettivahvistimen toimintaperiaate ja mitoitus poikkeavat suuresti muista vahvistimista, mutta sille on kehitetty lukuisia sovelluksia, jotka ovat suurelta osin päällekkäisiä muuntyyppisten vahvistimien kanssa. Erinomaisen säteilykestävyytensä ansiosta magneettivahvistimia on käytetty ydinreaktoreiden mittausvahvistimissa.[44] Tietokoneiden ferriittirengasmuistit perustuivat magneettivahvistimien myötä kehitettyyn magneettiseen digitaalilogiikkaan. Myös kokonaan magneettilogiikalla toimivia digitaalisia laskimia valmistettiin.[45] Nykyään magneettivahvistimet ovat yleisiä hakkuriteholähteiden matalajännitteisissä apuregulaattoreissa.[13][14]

Diodien avulla magneettivahvistimiin on saatu runsaasti lisää erilaisia mahdollisuuksia. Magneettivahvistimia on diodien avulla nopeutettu ja monipuolistettu. H-siltakytketty magneettivahvistin voi vahvistaa signaalin lineaarisesti laajalla alueella nollan molemmin puolin.[46][47] Tämäntyyppisiä magneettivahvistimia voi käyttää esimerkiksi audiovahvistimina, kunhan käyttöjännitteen taajuus on riittävän suuri.[48][49][17][18][50] Audiovahvistimissa ja monissa muissa vahvistimissa ei tarvita signaalin tasakomponentin vahvistusta, jolloin on mahdollista toteuttaa vahvistin yksinkertaisemmilla rakenteilla.[51] Kyllästyvän kuristimen avulla on myös kokeellisesti toteutettu radiovastaanottimia.[52][53]

Ominaisuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vahvuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Magneettivahvistimen kyllästyvän kuristimen magneettisydän ja käämilangat kestävät hyvin neutronisäteilyä.[54] Tästä syystä magneettivahvistimia on käytetty ydinvoimasovelluksissa.[44]
  • Magneettivahvistin kestää korkeita lämpötiloja. Lämpötilan rajoitukset johtuvat tavallisesti käämien eristeistä ja diodeista.[55][56] Magneettisydän ja käämilangan kupari kestävät korkeampia lämpötiloja tuhoutumatta.[57]
  • Sähköinen erotus ja DC-kytkentä toteutuvat magneettivahvistimessa samanaikaisesti tarvitsematta lisätä mitään virtapiirejä.[58][59][60][61]
  • Kulumattomuus. Magneettivahvistimen kyllästyvän kuristimen ominaisuudet eivät huonone käytössä.[62][63][64]
  • Ei tarvitse hehkuvirtaa eikä aiheuta hehkuttamiseen liittyvää hukkalämpöä ja käynnistysviivettä, toisin kuin putkivahvistimet.[62]
  • Sovelluksesta riippuen magneettivahvistimen hyötysuhde voi olla hyvin korkea, teoriassa lähellä 100%.[65][66]
  • Magneettivahvistimella on mahdollista saavuttaa yli 106 tehovahvistus yhdellä vahvistinasteella.[67] Tosin magneettivahvistimilla suuri vahvistus saavutetaan pidentyneen vasteajan kustannuksella.[68] Vertailun vuoksi yhden bipolaaritransistorin vahvistimella yli 105 tehovahvistus on vaikea saavuttaa.[69]

Heikkouksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Vaihtojännitelähde on pakollinen.[66][65]
  • Vuorovaihetyyppisissä magneettivahvistimissa hyvän hyötysuhteen saavuttaminen on vaikeaa.[70][71] Yli 50 % hyötysuhteen saavuttaminen puhtaasti magneettivahvistimen keinoin on saavutettavissa mutta lineaarisuuden kustannuksella.[72] Eräs mahdollisuus tämän ongelman kiertämiseksi on yhdistää magneettivahvistin hakkuriteholähteen kanssa siten että teholähteen tasajännitevälipiiriä käytetään magneettivahvistimen virtapulssien vastajännitteenä.[73][18]
  • Magneettivahvistimelle tyypillinen matala tuloimpedanssi voi rajoittaa soveltuvia käyttökohteita.[66]
  • Magneettivahvistimen taajuusvaste riippuu käyttöjännitteen taajuudesta.[66]
  • Matalataajuisen käyttöjännitteen tapauksessa magneettivahvistimesta tulee suuri, painava ja kallis.[74]
  • Etenemisviive, joka riippuu käyttöjännitteen taajuudesta. Korkealla käyttöjännitteen taajuudella viive on pieni.[65][75]
  • Kyllästyvän kuristimen ferromagneettisen sydänmateriaalin ominaisuudet rajoittavat magneettivahvistimen taajuuskaistaa.[76]

Kyllästyvän kuristimen ja magneettivahvistimen ero[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sekaannuksen välttämiseksi kyllästyvä kuristin ja magneettivahvistin erotellaan toisistaan seuraavasti[77]:

Kyllästyvän kuristimen ja magneettivahvistimen eroa on verrattu elektroniputken ja putkivahvistimen eroon.[78] Vastaava vertaus voidaan ulottaa myös transistoreihin ja transistorivahvistimiin.

Kyllästyvä kuristin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Kyllästyvä kuristin

Kyllästyvä kuristin on välttämätön komponentti kaikissa magneettivahvistimissa. Kyllästyvä kuristin yksinään voi olla magneettivahvistin, jos siinä on kahden työkäämin tasapainotettu rakenne, mutta pelkkä yksinkertainen yhden työkäämin kyllästyvä kuristin ei ole magneettivahvistin ellei siihen lisätä muita virtapiirielementtejä.[9] Kyllästyvää kuristinta voidaan pitää virtapiirin elementtinä, jonka impedanssi on hyvin suuri käyttöjännitteen puolijakson yhden osan aikana ja hyvin matala puolijakson jälkimmäisen osan aikana.[79] Siirtymä näiden tilojen välillä on äkillinen. Vaihekulmaa, jonka kohdalla impedanssi muuttuu korkeasta matalaan, tavallisesti säädellään tasavirralla.[80]

Magneettivahvistimen kyllästyvän kuristimen sydämelle on tyypillistä suuri magnetointivastus, pieni magnetointivirta vuon kyllästymisrajojen sisäpuolella ja äkillinen sydämen magneettinen kyllästyminen rajan ylittyessä.[79][81] Kyllästyneen kuristimen magnetointivastus häviää ja ainoastaan työkäämin resistanssi pysyy, kunnes käyttöjännitteen ja sen myötä työkäämin virran napaisuuden kääntyminen palauttavat kyllästyvän kuristimen sydämen magneettivuon alempaan arvoon.[82]

Käämit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Magneettivahvistimen kyllästyvässä kuristimessa on erilaisia käämejä eri tehtävissä. Ne kuitenkin jakaantuvat kahteen pääluokkaan: ohjauskäämeihin ja pääkäämeihin.[83]

1. Pääkäämit (engl. Main Windings)
1.1. Työkäämit[84][85] (engl. Output Windings) Teho kuormaan kulkee työkäämien kautta. Tavallisesti magneettivahvistimissa ei ole muita pääkäämien luokkaan kuuluvia käämejä kuin työkäämit, mutta poikkeuksiakin on.
1.2. Tehokäämit (engl. Power Windings) Magneettivahvistimelle teho tulee käyttöjännitteestä tehokäämeille. Tavallisesti tehokäämit ovat myös työkäämejä, ja tällöin käytetään nimitystä työkäämi, mutta magneettivahvistimessa voi olla myös erilliset työkäämit ja tehokäämit.[86]
2. Ohjauskäämit[87][88] (engl. Control Windings)
2.1. Signaalikäämit (engl. Signal Windings) Vahvistettava signaali tuodaan signaalikäämille. Jos useita signaaleja täytyy summata magneettivahvistimessa, ne voidaan tuoda omille signaalikäämeilleen, ja tällaisissa tapauksissa signaalikäämejä voi olla useita.
2.2. Takaisinkytkentäkäämit (engl. Feedback Windings) Kuten vahvistimissa yleensä, erilaisia takaisinkytkentöjä voidaan tuoda eri paikoista. Magneettivahvistimissa takaisinkytkentään voidaan käyttää tarvittaessa useita käämejä.
2.3. Biasointikäämit (engl. Bias Windings) Vahvistimen toimintapisteen säätöön voidaan käyttää biasointikäämejä. Biasointikäämiin johdettu tasavirta siirtää toimintapistettä.

Vaikka edellä pääkäämit ja ohjauskäämit jaettiin erillisiin pääluokkiin, on olemassa myös magneettivahvistimen sovelluksia, joissa kyllästyvässä kuristimessa on vain yksi käämi. Hakkuriteholähteen apuregulaattorissa yksi käämi riittää. Tämän yhden käämin tehtävät työkääminä ja ohjauskääminä erotellaan diodeilla.[1][12][13][14][16] Tästä poikkeuksellisesta mutta lukumääräisesti yleisestä sovelluksesta on olemassa myös poikkeuksen poikkeus, jossa hyödynnetään kahta käämiä.[15]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Attura, George M.: Magnetic Amplifier Engineering. New York, New York: McGraw-Hill, 1959. Library of Congress Catalog Card Number: 58-12988. (englanniksi)
  • Austrin, Lars: On Magnetic Amplifiers in Aircraft Applications. Lisensiaattityö. Stockholm, Sweden: Royal Institute of Technology, 2007. ISBN 978-91-7178-664-7. Teoksen verkkoversio (PDF) (viitattu 27.12.2015). (englanniksi)
  • Brockmann, Cai: Vollverstärker AcousticPlan MagAmp. Image hifi, Januar/Februar 2010, nro 91, s. 66–73. Artikkelin verkkoversio (PDF). Viitattu 20.12.2015. (saksaksi)
  • Crow, Leonard R.: Saturating Core Devices – Operating Principles and Applications. Vincennes, Indiana: Edwards Brothers, 1949. (englanniksi)
  • Electronics Design & Development Division: Magnetic Amplifiers. Washington, D.C.: Bureau of Ships, Department of the Navy, 1954. Navships 900,172. (englanniksi)
  • Ettinger, George M.: Magnetic Amplifiers. London, United Kingdom: Methuen & Co, 1957. Second Edition. (englanniksi)
  • Frost-Smith, E. H.: The Theory and Design of Magnetic Amplifiers. London, United Kingdom: Chapman & Hall, 1958. (englanniksi)
  • Geyger, William A.: Magnetic-amplifier Circuits. New York, New York: McGraw-Hill, 1957. Second Edition. (englanniksi)
  • Góral, Arkadiusz: Nonparametric Magnetic Amplifiers. Warszawa, Poland: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1970. (englanniksi)
  • Kemp, Barron: Fundamentals of Magnetic Amplifiers. Indianapolis, Indiana: Howard W. Sams & Co, 1962. Library of Congress Catalog Card Number: 62-19650. (englanniksi)
  • Lafuze, David L.: Magnetic Amplifier Analysis. New York, New York: John Wiley & Sons, 1962. Library of Congress Catalog Card Number: 62-8777. (englanniksi)
  • Lynn, Gordon E. & Pula, Thaddeus J. & Ringelman, John F. & Timmel, Frederick G.: Self-Saturating Magnetic Amplifiers. New York, New York: McGraw-Hill, 1960. Library of Congress Catalog Card Number: 60-6979. (englanniksi)
  • Milnes, A. G.: Transductors and Magnetic Amplifiers. London, United Kingdom: MacMillan & Co, 1957. (englanniksi)
  • Paavola, Martti: ”Siirtokuristimet”, Sähkötekniikan oppikirja, s. 363–365. 8. painos. Porvoo: WSOY, 1964.
  • Paavola, Martti: ”Magneettivahvistimet”, Sähkötekniikan oppikirja, s. 388–397. 13. painos. Porvoo: WSOY, 1979. ISBN 951-0-09265-7.
  • Platt, Sidney: Magnetic Amplifiers – Theory and Application. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, 1958. Library of Congress Catalog Card Number: 58-11838. (englanniksi)
  • Reyner, J. H.: The Magnetic Amplifier. London, United Kingdom: Stuart & Richards, 1950. (englanniksi)
  • Say, M. G.: Magnetic Amplifiers and Saturable Reactors. London, United Kingdom: George Newnes, 1954. (englanniksi)
  • Sha, Zhanyou; Wang, Xiaojun; Wang, Yanpeng; Ma, Hongtao: Optimal design of switching power supply. Singapore: John Wiley & Sons Singapore, 2015. ISBN 978-1-118-79090-8. (englanniksi)
  • Storm, Herbert Frederick: Magnetic Amplifiers. New York, New York: John Wiley & Sons, 1955. Library of Congress Catalog Card Number: 55-6432. (englanniksi)
  • Torkkola, Erkki: ”Transduktorit eli viertokuristimet”, Tekninen sähköoppi 1 – Elektroniikka, s. 233–237. Helsinki: Tammi, 1977. ISBN 951-30-4091-7.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. ↑ a b c Patentti US 4,460,955 Masayuki Hattori & Shigeo Nakamura: "Stabilizing power supply apparatus". PDF, viitattu 2015-12-22.
  2. ↑ a b United States Patent, Controlling Alternating Currents. (Ernst F. W. Alexanderson). 1206643, December 17, 1912, (November 28, 1916). 4 sivua. PDF, viitattu 2010-10-05. (englanniksi)
  3. ↑ a b c Patentti US 891,797 Francis B. Crocker: "Method of automatic regulation of rectifiers and rotary converters". viitattu 2016-01-06.
  4. ↑ Paavola, 1979. s. 389–397.
  5. ↑ Paavola, 1964. s. 363–364. Lainaus: "Siirtokuristimia käytetään kuitenkin yleensä kuvasta 448 poikkeavissa kytkennöissä, joissa niiden säätökyky on paljon suurempi, niin että ohjauskäämin virran ja tehon muutokset tuntuvat monikymmen- jopa monisatakertaisina säädettävässä virtapiirissä. Tästä johtuu niiden toinen nimi magneettinen vahvistin."
  6. ↑ Torkkola, s. 234. Lainaus: "Laite toimii magneettisena vahvistimena, jolloin pienellä ohjauspiirin teholla (virta) voidaan ohjata huomattavan suuria työpiirin tehoja."
  7. ↑ Crow, s. 272. Lainaus: "Consider the saturable core reactor or simple magnetic amplifier circuit given in Figure 11-3." Piirroksessa esitetään kolmihaaraiseen magneettisydämeen tehty sarjaankytketty kyllästyvä kuristin, jonka ohjauskäämi on magneettisydämen keskimmäisessä haarassa ja työkäämit kahdessa muussa haarassa.
  8. ↑ Paavola, 1979. s. 389. Lainaus: "Kaksi kuvan 484 mukaan yhteistoimintaan kytkettyä kyllästyvää kuristinta muodostaa magneettivahvistimen (transduktorin)."
  9. ↑ a b Góral, s. 94. Lainaus: "It has been shown elsewhere that the single-core saturable reactor with resistive control circuit impedance and resistive load is not an amplifier for any ratio of control-to-output circuit resistances. It would appear that a necessary and sufficient condition for power gain in a circuit with a nonlinear magnetic core is that the control and output circuits be effectively decoupled or, in other words, that the ordinary transformer action of the core be eliminated."
  10. ↑ Electronics Design & Development Division, s. 5. Tässä esitetään, miten pelkästä yksinkertaisesta kyllästyvästä kuristimesta (Fig. 2) tehdään magneettivahvistin yhden kuormavirtapiiriin kytketyn diodin (Fig. 3) avulla.
  11. ↑ Storm, s. 62. Lainaus: "The term magnetic amplifier was introduced by Dr. E. F. W. Alexanderson in 1916 or earlier, and this term has been proposed for a device using saturable reactors either alone or in combination with other circuit elements to secure amplification or control."
  12. ↑ a b Mammano, Bob: Magnetic Amplifier Control for Simple, Low-Cost, Secondary Regulation (PDF) (Seminar 500 Topic 7) www.ti.com. 2001. Texas Instruments. Viitattu 22.12.2015. (englanniksi) Figure 7 esittää magneettivahvistimella toteutetun apuregulaattorin rakennetta ja toimintaperiaatetta.
  13. ↑ a b c Horowitz, Paul; Hill, Winfield: ”6.19 Switching regulators and dc-dc converters”, The Art of Electronics, s. 363, 366. Second Edition. Cambridge, New York: Cambridge University Press, 1989. ISBN 978-0-521-37095-0. (englanniksi) Lainaus: "For the +12 volt supply they used the +5 volt output as a reference for error amplifier Q2, which controls a "magnetic amplifier". The latter consists of series saturable reactor L3, provided with an opposing "reset current" via Q1. The reset current determines how many volt-seconds the inductor will block before reaching the state of magnetic saturation, in which it acts as a good conductor. A magnetic amplifier deserves its name, because a small control current modifies a large output current. Mag-amp controllers are available as complete integrated circuits, for example the UC3838 from Unitrode."
  14. ↑ a b c Jamerson, Cliff; Barker, Mark (1991). "Magamp Design with Ferrite Core Saturable Reactors". Applied Power Electronics Conference and Exposition. Lake Mary, Florida: IEEE. s. 359–364. Lainaus: "It became obvious to commercial power supply designers that magamps were needed in order to increase the power density of multiple-output PWM supplies."
  15. ↑ a b Attwood, Brian E.; Peterson, Allan L. (1994). "Highly Efficient, 1 Megahertz Magnetic Amplifier Requires Low Cost, Non-Square Loop Material". APEC '94. Conference Proceedings 1994. Applied Power Electronics Conference and Exposition, Orlando, FL. IEEE. pp. 179–184. doi:10.1109/APEC.1994.316402. ISBN 0-7803-1456-5.
  16. ↑ a b Sha et al. s. 241. Figure 7.6 Voltage regulator circuit of 3.3-V magnetic circuit in PC SMPS
  17. ↑ a b MagAmp (Now, after having manufactured high qualitiy transformers in his own company for almost 40 years, Mr. Lundahl has managed to realize an old dream - combining his knowledge of tube (valve) amplifiers and transformers to build a hifi magnetic amplifier.) Saksa: AcousticPlan. Arkistoitu 3.10.2011. Viitattu 16.12.2011. (englanniksi)
  18. ↑ a b c Kraft, Roland: Lars Lundahl MagAmp. Image hifi, 1996, heinäkuu, nro 10, s. 74–80. Artikkelin verkkoversio (PDF). Viitattu 17.12.2011. (saksaksi)
  19. ↑ Austrin, 2007. s. 38–41. PDF-dokumentin sivuilla 48–51. Ruotsalaisen JAS39 Gripen hävittäjälentokoneen sähköjärjestelmän ytimeksi suunniteltiin magneettivahvistin.
  20. ↑ Magnetic Amplifier for Power Flow Control (Potential impact) arpa-e.energy.gov. 29.9.2011. Washington, DC: Advanced Research Projects Agency. Arkistoitu 23.12.2015. Viitattu 22.12.2015. (englanniksi) Lainaus: "If successful, ORNL's magnetic amplifier could offer low-cost regulation of power flow within the electric grid. Complete control over power flow would reduce wasted energy, save consumers money, and balance the supply and demand for energy."
  21. ↑ Kemp, s. 7. Lainaus: "The use of magnetic forces for amplification is not new; a survey of its history shows that although the device was not known as a magnetic amplifier at that time, it was used in electrical machinery as early as 1885."
  22. ↑ a b c United States Patent, Regulation of Electric Circuits. (Charles F. Burgess & Budd Frankenfield). 720884, June 12, 1901, (February 17, 1903). 6 sivua. PDF, viitattu 2010-10-05. (englanniksi)
  23. ↑ Ettinger, s. 1.
  24. ↑ Geyger, s. 7. Lainaus: "Very important development started in the period 1912 to 1918 when E. F. W. Alexanderson devised a method of modulating high-frequency alternating currents from one of his alternators so that its current could be used for transatlantic radio telephony."
  25. ↑ Kemp, s. 7. Lainaus: "The first person to realize the application of electromagnets (reactors) as amplifying elements was an American engineer, E. F. W. Alexanderson, generally acknowledged to be the father of magnetic amplifiers. In 1916, he used magnetic amplifier to modulate current from a high-frequency alternator which was used for transmitting radiotelephone signals."
  26. ↑ Austrin, s. 17. Mukana Alexandersonin radiolähettimen kytkentäkaavio.
  27. ↑ Geyger, s. 10. Lainaus: "The extensive development of magnetic-amplifier techniques in Germany during the period from 1937 to 1945 was based upon the fact that there are certain military applications for amplifiers of electric signals which require that these amplifiers possess unusual durability, simplicity, and reliability."
  28. ↑ Electronics Design & Development Division, s. 2–3.
  29. ↑ Geyger, s. 11. Lainaus: "One reason for the increased interest in magnetic amplifiers in this country was the successful German development work for various military applications, especially for naval fire-control systems, as used on the German heavy cruiser "Prinz Eugen.""
  30. ↑ Fitzgerald, Alan S.: Magnetic Amplifier Circuits, Neutral Type. ("Considering the resourcefulness and diligence which have been applied to these efforts, it is remarkable how few of these ingenious schemes have found a permanent place in general engineering practice. With the exception of a few large theatre stage-lighting control systems, there is no application of saturating reactors in common use with regard to which information can readily be found in technical literature.") Journal of The Franklin Institute, October 1947, 244. vsk, nro 4, s. 249. (englanniksi)
  31. ↑ Attura, s. 53–55. Tässä on esitetty esimerkkeinä kaksi erityyppistä sydänmateriaalia: Deltamax ja Supermalloy.
  32. ↑ Platt, s. 60–62
  33. ↑ Ettinger, s. 4–6
  34. ↑ Geyger, s. 26. Lainaus: "The performance of magnetically controlled saturable-reactor devices depends to a considerable extent on the arrangement of the various windings operating as load windings, control windings, bias windings, feedback windings, or as additional windings for special purposes."
  35. ↑ Ettinger, s. 17–19
  36. ↑ Storm, s. 66–67
  37. ↑ Storm, s. 70
  38. ↑ Geyger, s. 178. Tässä on kyseessä magneettivahvistin, jossa diodin avulla erotetaan toisistaan kuormituspuolijakso ja demagnetoinnin (reset) puolijakso. Lainaus: "By this means the control voltage waveform (a continuous series of half sinusoids) is made the same as that of the a-c supply to the control circuit and 180° out of phase with it during the reset half cycle."
  39. ↑ a b Levy, A.: The use of magnetic amplifier pulse width modulator in high frequency DC-DC converters. (Abstract) Power Electronics Specialists Conference, 1976 IEEE, 8–10 June 1976, s. 223–232. Cleveland, Ohio: IEEE. doi:10.1109/PESC.1976.7072921. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 18.12.2015. (englanniksi) Lainaus: "The magnetic amplifier PWM is found here to have superior electrical, mechanical and reliability parameters when compared to its semiconductor equivalent network. The use of mag amp PWM in high frequency power conditioning is advocated."
  40. ↑ Sha et al. s. 241. Lainaus: "Therefore, the magnetic amplifier can be equivalent to a pulse width modulator, which realizes the precise regulation by finely adjusting the pulse width. This is the regulation principle of magnetic amplifier."
  41. ↑ Ettinger, s. 41
  42. ↑ Storm, s. 107
  43. ↑ Geyger, s. 293. Erityisesti yhtälössä 18.22.
  44. ↑ a b Gilmore, Ken: Magnetic Amplifiers – how they work and what they do. Popular Electronics, July 1960, 13. vsk, nro 1, s. 71–75, 109. New York, New York: Ziff-Davis Publishing Company. Popular Electronics July 1960 (PDF). Viitattu 30.9.2014. (englanniksi) Lainaus: "The electronic watchdogs that keep the Triton's powerful nuclear plant operating without a hitch are magnetic amplifiers – almost hundred of them are used for this critical job."
  45. ↑ Boslaugh, David L.: ”MAGSTEC and TRANSTEC”, When Computers Went to Sea : The Digitalization of the United States Navy, s. 113–114. Los Alamitos, California: IEEE Computer Society, 1999. Library of Congress Catalog Card Number 99-24731. ISBN 0-471-47220-4. (englanniksi) Lainaus: "While Philco was developing SOLO for the National Security Agency, the U.S. Air Force encouraged ERA, under an independent research and development (IR&D) agreement, to develop an experimental computer similar to BOGART but without solid state diodes. Magnetic amplifier logic circuits were to be used throughout, so ERA named the resulting computer MAGSTEC. When ERA's successor, Univac Division of Sperry Rand Corp. completed the machine in 1956, they found it to be faster and more reliable than an equivalent vacuum tube computer, however, it was suspected that magnetic amplifier circuits were probably slower than the speeds that might be obtained with transistors."
  46. ↑ Lufcy, C. W. & Woodson, H. H.: Design Considerations of the Half-Wave Bridge Magnetic Amplifier. AIEE Transactions, July, 1954, 73. vsk, nro I, s. 220–226. (englanniksi)
  47. ↑ Góral, s. 124
  48. ↑ Suozzi, J. J. & Hooper, E. T.: An All-Magnetic Audio Amplifier System. AIEE Transactions, July, 1955, 74. vsk, nro I, s. 297–301. (englanniksi)
  49. ↑ Horiuchi, T. & Yamaguchi, M. & Murakami, K.: Operating Characteristics of a Trial Audio-Frequency-Range Magnetic Amplifier System Using Amorphous Magnetic Cores. IEEE Translation Journal on Magnetics in Japan, August, 1985, TJMJ-1. vsk, nro 5, s. 618–619. (englanniksi)
  50. ↑ Brockmann, 2010.
  51. ↑ Vincent, A. M.: Magnetic Audio Frequency Fundamentals. Audio Engineering, September, 1952, s. 42, 44, 46, 73. New York: Audio Engineering Society. (englanniksi)
  52. ↑ A Saturable Core Polyakov Mixer on 80m QRP.GR. 14.12.2011. Kreikka. Viitattu 29.10.2014. (englanniksi)
  53. ↑ VLF Receiver Using Saturable Ferrite Mixer QRP.GR. 2009. Kreikka. Viitattu 29.10.2014. (englanniksi)
  54. ↑ Lynn, Pula, Ringelman, Timmel. s. 37. Lainaus: "The nature of ferromagnetic materials results in far less damage from nuclear radiation than is done to demiconductor materials."
  55. ↑ Kemp, s. 44. Lainaus: "The advantages in the use of silicon rectifiers lie in the maximum temperature to which they may be operated. For most types the upper operating level is +200 °C."
  56. ↑ Frost-Smith, s. 138. Lainaus: "The maximum power output is usually limited by heating of the windings, this is also a function of the core and coil geometry..."
  57. ↑ Attura, s. 46. Lainaus: "At certain temperature, called the Curie point, the energy of thermal molecular agitation is high enough to destroy the orderly arrangement of the atoms in their crystal lattices, and all ferromagnetic properties cease. As the temperature is lowered, the ferromagnetic effects reappear."
  58. ↑ Lynn, Pula, Ringelman, Timmel. s. 196. Advantages, 5: "Isolation is possible between input and output circuits and signals of different voltage levels can be summed in any required proportions by the use of multiple signal windings."
  59. ↑ Reyner, s. 99. Main advantages, 6: "Inputs at various levels and potentials can easily be added together while the output and input circuits can be completely isolated."
  60. ↑ Geyger, s. 279. Lainaus: "The fact that complete isolation is possible between input and output of magnetic-amplifier circuits represents an important advantage for many applications, particularly in the field of instrumentation problems."
  61. ↑ Geyger, s. 279. Lainaus: "Magnetic amplifiers offer the possibility of mixing several (d-c or a-c) control signals at different voltage levels; and they can be used to convert d-c quantities to corresponding a-c or d-c quantities at higher level."
  62. ↑ a b Electronics Design & Development Division, s. 44.
  63. ↑ Say, s. 127–128. Lainaus: "Saturable reactors are static devices and contain no parts that have a necessarily limited life. In construction they resemble transformers, and the reliability, ruggedness, and long life associated with well-designed transformer can be expected. In many applications the saturable reactor is chosen because these considerations outweigh the cost and other limitations that might be avoided by fitting less-reliable apparatus."
  64. ↑ Geyger, s. 279. Lainaus: "Magnetic amplifiers, having no moving parts and not requiring servicing and replacement, are of rugged construction. They can be so designed as to be practically everlasting and can be hermetically sealed."
  65. ↑ a b c Reyner, s. 99.
  66. ↑ a b c d Lynn, Pula, Ringelman, Timmel. s. 196.
  67. ↑ Platt, s. 212. Lainaus: "The use of regenerative feedback in the magnetic amplifier makes it possible to obtain extremely high gains in a single unit. Power gains in the order of magnitude of 106 or 107 can be reached in one device. Larger gains can be obtained by cascading."
  68. ↑ Say, s. 2. Lainaus: "Amplifications of several million have been quoted for units in which the time of response has been unimportant ; amplifications of several thousands are possible with response within one cycle of the energizing frequency."
  69. ↑ Kuhn, Kenneth A.: Power Gain of Single Stage BJT Amplifiers (PDF) www.kennethkuhn.com. 16.9.2008. Viitattu 20.12.2015. (englanniksi) Lainaus: "Since the beta of a typical transistor is in the 150 range and it is possible to make RL be in the range of over three hundred times re then the ultimate power gain of the common-emitter amplifier is in the 50,000 range or about 47 dB. Under extreme conditions it might be possible to obtain a power gain over 50 dB."
  70. ↑ Frost-Smith, s. 274. Lainaus: "When considering the power actually wasted in the two circuits, however, it immediately becomes evident that in this respect the push-pull circuit is far less efficient than the single unit."
  71. ↑ Milnes, s. 170. Lainaus: "With a single load (or load-coil) output and series- or tee-summing networks the efficiency theoretically possible is 17 %, but a push-pull bridge network with a possible efficiency of 50 % is shown in Fig. 75."
  72. ↑ Lafuze, s. 108
  73. ↑ Brockmann, 2010. s. 69. Lainaus: "Das verstärkende Element in einem magnetischen Verstärker ist die Reihenschaltung einer Diode und einer Spule. Die Spule besteht aus einem anamorphen Kern, der leicht zu magnetisieren ist und daher auch leicht in Sättigung gerät. Darüber hinaus ermöglicht hier die Anwendung der Pulsweitenmodulation, Verstärker mit extrem hohem Wirkungsgrad zu realisieren..."
  74. ↑ Electronics Design & Development Division, s. 47.
  75. ↑ Electronics Design & Development Division, s. 45.
  76. ↑ Say, s. 176. Lainaus: "It is of interest to note that one of the earliest applications of saturable reactors was to modulate high-frequency carrier. This was achieved thirty years ago with the only core material then available. With modern methods and materials it should be possible to make appreciable progress in this field particularly with the further developments in high-frequency core materials and germanium rectifiers that can be expected."
  77. ↑ Platt, s. 54. Lainaus: "The terms saturable reactor and magnetic amplifier are used frequently in today's literature in a confusing and contradictory manner. To prevent such confusion in this text, the devices are described as follows: a magnetic amplifier is a circuit device consisting of combinations of saturable reactors, rectifiers, resistors, and conventional transformers used to secure control and amplification; a saturable reactor (or transductor) is the reactor alone regardless of how it is used."
  78. ↑ Frost-Smith, s. 17. Lainaus: "The transductor is the basic amplifying element in a magnetic amplifier just as the valve is the amplifying element in an electronic amplifier."
  79. ↑ a b Storm, s. 62. Lainaus: "... the SR is viewed as an impedance which, during steady-state operation, is very high throughout one part of the half-cycle of the supply voltage and very low throughout of the rest of the half-cycle. The change from one impedance level to the other is rapid."
  80. ↑ Storm, s. 62–67
  81. ↑ Kemp, s. 77. Lainaus: "For materials such as Deltamax in which the flux-current loop has nearly vertical sides, the exciting current, shown in Fig. 5-8A, will be constant when the core flux-density is less than the saturation flux-density, and will rise sharply when the core flux-density exceeds the saturation flux-density."
  82. ↑ Attura, s. 67–68 Lainaus: "At θf the flux density reaches Bs , the reactor saturates, and by Lenz's law, its terminal voltage becomes zero. Now all the line voltage must appear across the limiting resistor, and the current increases to an instantaneous value equal to i = e / Z where e is the instantaneous value of line voltage, and Z is the total residual impedance in the circuit. A well-designed reactor contributes little to Z when saturated, and for the remainder of the half-cycle the current is set by the line voltage and is sinusoidal. As the line voltage reverses, the flux changes in the opposite direction, and low magnetizing current flows until saturation is reached at π + θf "
  83. ↑ Say, s. 4.
  84. ↑ Paavola, 1964. s. 363. Lainaus: "Työkäämi 1 kuuluu vaihtovirtapiiriin, jossa kulkee vaihtovirta I."
  85. ↑ Paavola, 1979. s. 388. Lainaus: "Työkäämi 1 kuuluu vaihtovirtapiiriin."
  86. ↑ Say, s. 4. Lainaus: "The power windings are those to which power is supplied by a local source. Commonly, the functions of the output and power windings are combined in one winding, which is then termed the output winding."
  87. ↑ Paavola, 1964. s. 363. Lainaus: "Oletetaan ohjauskäämin 2 aluksi olevan virraton."
  88. ↑ Paavola, 1979. s. 388. Lainaus: "Vaihtovirran synnyttämä mmv, joka vaihtelee +iαN1:n ja -iαN1:n välillä, synnyttää +φα:n ja -φα:n välillä vaihtelevan magneettivuon (kuva 482), jos ohjauskäämi 2 on virraton."
Noudettu kohteesta ”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Magneettivahvistin&oldid=21679083”