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Schaltungsanordnung zur Erzeugung getasteter Oszillatorschwingungen
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2. Impulsdauer und Impulsfolge des Tastimpulses sind nicht beschränkt.
3. Der Übergang von einer Oszillatorfrequenz auf eine andere erfolgt mit einer sehr einfachen Um- schaltung. Zum Beispiel wird bei einer Umschaltung der Oszillatorfrequenz von 100 Hz auf 100 MHz nur der Oszillatorkreis mit zwei Umschaltkontakten aus der Gesamtschalung herausgelöst bzw. eingefügt. i 4. Die Frequenzkonstanz des Oszillators ist hoch, da erfindungsgemäss Kreise hoher Güte verwendet werden und der Rückkopplungsfaktor nur wenig grösser als eins ist.
5. Die Schaltung lässt sich so auslegen, dass die Oszillatoramplitude schon in ihrer ersten Halbwelle die volle Grösse erreicht, während der ganzen Einschaltdauer konstant bleibt und danach spontan abge- schaltet wird, d. h. im Bruchteil einer Oszillatorperiode den Wert Null erreicht.
6. Die bei weniger steilen Flanken der Tastimpulse auftretenden Tastverzögerungen sind konstant.
7. Die Verzögerung der ersten Halbwelle der erzeugten Oszillatorschwingung gegenüber der Flanke des Tastimpulses kann beliebig klein gehalten werden.
8. Die Tastung sehr hoher Oszillatorfrequenzen wie z. B. 1000 MHz.
9. Die Schaltungsanordnung liefert bei überschwingfreiem Rechteck-Tastimpuls einen entsprechend überschwingfreien Ausgangsimpuls, dem die amplitudenkonstanten Oszillatorschwingungen überlagert sind.
Die Zusammenstellung dieser sehr vorteilhaften Eigenschaften unter 1-9 lässt erkennen, dass die
Hauptanwendung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung auf dem Gebiet der Nanosekunden-Mess- technik liegt.
An Hand eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnungen soll im folgenden der Gegenstand der Er- findung näher beschrieben werden.
Es zeigen Fig. 1 die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung zur Erzeugung getasteter Oszillator- schwingungen als Zeitmarkengenerator in einem Impulsoszillographen ; Fig. 2a einen Tastimpuls, wie er am Eingang der Schaltungsanordnung verwendbar ist ; Fig. 2b einen Impuls an der Anode der Schaltröhre 4 ohne Berücksichtigung des schwingenden Oszillators ; Fig. 2c denimpulsverlauf an der Anode der Oszillator- röhre 6 bei schwingendem Oszillator ; Fig. 2d den Impulsverlauf an der Anode der Endröhre 13 bei schwin- gendem Oszillator.
Für dieSchaltungsanordnung gemäss Fig. 1 dient als Tastimpuls ein positiver Rechteckimpuls, wie er z. B. in Fig. 2a dargestellt ist, der vom Zeitablenkteil des Impulsoszillographen geliefert wird.
Dielmpulsdauer des Tastimpulses entspricht der Anstiegszeit der Zeitablenkspannung. Gemäss Fig. 1 gelangt dieser Tastimpuls über einen kapazitiv überbrückten frequenzunabhängigen Spannungsteiler, be- stehend aus den Widerständen 1 und 3, dem Kondensator 2 und der nicht gezeichneten Röhreneingangs- kapazität, an das Steuergitter einer Schaltröhre 4. Um die Verzögerungszeit vom Beginn der Zeitablen- kung bis zur Auslösung der Zeitmarken klein zu halten, soll die Gittervorspannung der Schaltröhre 4 so eingestellt sein, dass am Fusspunkt des Tastimpulses die Schaltröhre 4 gerade gesperrt ist, und ausserdem soll die Amplitude des Tastimpulses so gross sein, dass nur ein Teil der Impulsflanke durchlaufen werden muss, bis in der Schaltröhre 4 Gitterstrombegrenzung einsetzt.
Die Schaltröhre 4 hat in der erfindungsge- mässen Schaltungsanordnung gleichzeitig zwei Aufgaben zu erfüllen : erstens die Anstiegsflanke des Tastimpulses zu verteilern und zweitens mit dieser versteilerten Flanke den Oszillator einzuschalten. Die Flankenversteilerung in der Schaltröhre 4 erfolgt nach folgenden bekannten Prinzip : während der Impulspause ist die Schaltröhre 4 gesperrt. Die in Fig. 1 nicht gezeichnete Kapazität Ca, die von der Anode der Schaltröhre 4 nach ihrer Kathode bzw. nach Masse liegend zu denken ist und zum grössten Teil aus der Röhrenausgangskapazität der Schaltröhre 4 besteht, ist über einen Widerstand 5 auf die Spannung +U2 aufgeladen.
Mit der positiven Flanke des Tastimpulses fliesst ein Anodenstrom Ia durch die Schaltröhre 4, der Ca entlädt und dadurch an der Anode eine negative Impulsflanke mit der Flankensteilheit la/Ca erzeugt.
Der Anodenstrom und damit die Flankensteilheit sind am grössten, wenn gerade die Gitterstrombegrenzung in der Schaltröhre 4 einsetzt. Beim Einsetzen der Gitterstrombegrenzung ist die negative Gittervorspannung am kleinsten und damit der Anodenstrom am grössten, vorausgesetzt, dass die Anodenspannung nicht zu klein geworden ist infolge der Entladung von Ca. Mit der Schaltröhre 4 werden somit so grosse Flankensteilheiten erzeugt, dass z. B. noch Oszillatorschwingungen über 100 MHz einwandfrei getastet werden können. Für die Tastung noch höherer Oszillatorfrequenzen, z. B. 1000 MHz, ist es zweckmässig, der Schaltröhre 4 eine zusätzliche Flankenversteilerungsröhre parallelzuschalten, die mit dem differenzierten Tastimpuls gesteuert wird.
Der von dieser zusätzlichen Flankenversteilerungsröhre gelieferte sehr steile Nadelimpuls überlagert sich der von der Schaltröhre 4 erzeugten negativen Impulsflanke, so dass eine extrem steile Flanke entsteht. Mit der versteilerten negativen Impulsflanke des Anodenspannungsimpulses der Schaltröhre 4 (vgl. Fig. 2b) wird nun die Oszillatorröhre 6 eingeschaltet bzw. getastet. Ihr
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Kathodenpotential, das während der Impulspause auf +U2 lag, wird mit der versteilerten Impulsflanke nach negativeren Werten gerissen und erreicht das über einen Spannungsteiler mit den Widerständen 12,
8 und 7 eingestellte Gitterpotential. Dieses Gitterpotential ist so festgelegt, dass das Einschalten der Oszillatorröhre i mit dem steilsten Teil der von der Schaltröhre 4 gelieferten negativen Impulsflanke er- folgt.
DieOszillatorröhre 6 hat nun die Aufgabe, diesen steiLten Teil der Impulsflanke zu übertragen und damit einen Schwingkreis anzustossen, mit einem relativ kleinen Rückkopplungsfaktor die Oszillator- schwingung während der Dauer des Tastimpulses aufrecht zu erhalten und am Ende des Tastimpulses mit . Hilfe einer Doppeldiode 10 die Oszillatorschwingungen sofort zu unterdrücken.
Diese Funktionen der Oszillatorröhre 6 sollen nun näher erläutert werden. Es ist bekannt, dass man in einem Schwingkreis, der ein grosses L/C-Verhältnis aufweist, mit wenig Energie eine grosse Schwingam- plitude anstossen bzw. leicht wieder unterdrücken kann. Aus diesem Grunde wurde für die Erzeugung hoher
Oszillatorfrequenzen als Oszillatorkreis ein 11" - Kreis gewählt, weil mit ihm die kleinstmöglichen Krciska- pazitäten erreichbar sind. Hiebei entfällt die zusätzliche, zur Induktivität 26 parallelgeschaltete Kapa- zität 27 und als Kreiskapazität wirken nur die äusseren unvermeidlichen Schaltkapazitäten und die inneren
Röhrenkapazitäten der Oszillatorröhre 6 ; es sind die Kapazitäten von Anode nach Kathode und vom
Steuergitter nach Kathode.
Ferner ist bekannt, dass für eine gute Frequenzkonstanz eines Oszillators unter anderem eine hohe
Kreisgüte und ein kleiner Rückkopplungsfaktor erforderlich sind. Es wurde deshalb ein Kreis hoher Güte vorgesehen. Die Widerstände 7,8, 11,14 und 16 wurden so gross gewählt und der Widerstand 12 an eine solche Anzapfung der Kreisspule 26 gelegt, dass dadurch die Bedämpfung des Oszillatorkreises klein bleibt.
Die Rückkopplung stellt sich über die inneren Röhrenkapazitäten der Oszillatorröhre 6 ein (Kapazität von Anode nach Kathode und Kapazität vom Steuergitter nach Kathode) und kann nötigenfalls durch Zuschalten äusserer Kapazitäten verändert werden. Der Spannungsteiler zum Einstellen des Gitterpotentials für die Oszillatorröhre besteht aus den Widerständen 7,8 und 12. Der Widerstand 8 ist mit einer so bemessenen Kapazität 9 überbrückt, dass der Rückkopplungsweg vom Oszillatorkreis nach dem Steuergitter der Oszillatorröhre frequenzunabhängig wird und bei Frequenzwechsel nicht mit umgeschaltet werden braucht. Während der Impulspausen fliesst unter anderem ein Strom von +U3 über den Widerstand 11 und die beiden Diodenstrecken der Röhre 10 nach +U2. Durch die leitenden Diodenstrecken wird der Oszillatorkreis aperiodisch bedämpft.
Der von der Schaltröhre 4 gelieferte und von der Oszillatorröhre 6 übertragene Rechteck-Tastimpuls mit der steilen negativen Vorderflanke erscheint am Widerstand 12 wieder als negativer Impuls, der eine sofortige Sperrung der beiden Diodenstrecken in der Röhre 10 bewirkt, so dass die konstante Bedämpfung des Oszillatorkreises durch diese Dioden während der Impulsdauer entfällt. Gleich- zeitig stösst die steile Flanke den Oszillatorkreis an, so dass die Oszillatorschwingung an der Anode der Oszillatorröhre 6 mit einer negativen Halbwelle und am Steuergitter der Oszillatorröhre entsprechend den Rückkopplungsbedingungen mit einer positiven Halbwelle eingeleitet wird.
Bei der erfindungsgemässen Ausführung der Schaltung wird schon in der ersten Halbwelle der Oszillatorschwingungen der Amplitudenendwert erreicht, auf den alle nachfolgenden Schwingungen durch die Röhre 10 begrenzt werden (vgl. hiezu Fig. 2c). Der Wert, auf den die Oszillatoramplitude begrenzt wird, ergibt sich aus dem Anodenstrom der Oszillatorröhre 6, der einen entsprechenden Spannungsabfall am Widerstand 12 erzeugt und damit die beiden Diodenstrecken der Röhre 10 negativ vorspannt. Am Ende des Tastimpulses wird die Oszillatorröhre 6 gesperrt. Die negative Vorspannung der beiden Diodenstrecken verschwindet mit dem Anodenstrom der Oszillatorröhre. Der Strom von +U3 über den Widerstand 11 und die Diodenstrecken nach +U2 macht die Diodenstrecken wieder leitend.
Der Oszillatorkreis wird dadurch aperiodisch bedämpft, so dass die Oszillatorschwingungen im Bruchteil einer Periode unterdrückt werden und nicht als gedämpfte Schwingung abklingen (Fig. 2c). Die konstante Diodendämpfung schaltet sich also mit dem Anodenstrom der Oszillatorröhre automatisch während der Dauer des Tastimpulses aus und am Ende des Tastimpulses wieder ein. Mit der Amplitudenbegrenzung durch die Diodenstrecken wird erreicht, dass die Amplitude für alle Oszillatorschwingungen konstant ist und ein allmählicher Amplitudenanstieg entsprechend der Steuergitterzeitkonstanten verhindert wird.
Durch die Diodenbegrenzung entsteht eine Kurvenverformung, die für das vorliegende Schaltungsbeispiel als Zeitmarkengenerator durchaus erwünscht ist. Um sauber begrenzte Zeitmarken mit gleichmässiger Strichstärke zu erhalten, muss die Kathodenstrahlröhre 20 z. B. am Steuergitter mit einer einseitig verzerrten, d. h. einseitig abgeflachten Sinuskurve gesteuert werden. Diese gewünschte Kurvenverformung liefert eine in bekannter C-Einstellung betriebene Endröhre 13 (Fig. 2d). An ihr Steuergitter gelangen über einen kapazitiv überbrückten ohmschen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 14 und 16, dem Kondensator 15 und der nicht gezeichneten Eingangskapazität der Endröhre 13, von der Anode der
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