DE1016305B - Anordnung zur Frequenzteilung periodischer bzw. Zaehlung nichtperiodischer Impulse - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Bei vielen Aufgaben, die mittels elektronischer Verfahren gelöst werden, wird von Möglichkeiten zur Unterteilung der Frequenz von Wechselspannungen Gebrauch gemacht. Dabei tritt oft die Forderung auf, solche Frequenzteilungen mit großem Teilerverhältnis bei hochfrequenter Ausgangswechselspannung mit geringem Aufwand zu realisieren. Ein solcher Fall liegt beispielsweise bei den sogenannten Quarzuhren vor, bei denen aus einer Wechselspannung von zumeist 100 KHz eine solche von 50 Hz, also mit großem Frequenzverhältnis, gewonnen werden muß. Hier geht man häufig so vor, daß aus einer mit 50 Hz und sehr geringer Dämpfung schwingenden Stimmgabel durch Frequenzvervielfachung eine Wechselspannung gewonnen und mit der Schwingung eines 100-Kilohertz-Quarzes verglichen wird. Vorhandene Frequenzabweichungen liefern dann eine Regelspannung, die zur Nachstimmung der Stimmgabel dient. Bei einem solchen Verfahren sind indessen Phasenschwankungen zwischen Ausgangs- und f requenzunterteilten Wechselspannungen nicht vermeidbar. Diese Verfahren sind daher nicht anwendbar, wenn zwischen Ausgangs- und der in der Frequenz geteilten Wechselspannung keine Phasenschwankungen auftreten dürfen, wie dies beispielsweise für die Taktgeber von Fernsehsendern zu fordern ist. Hier verwendet man daher phasenstarr arbeitende Frequenzteilerschaltungen, die meist mit monostabilen Multivibratoren arbeiten. Mit derartigen Frequenzteilern kann man indessen kaum größere Teilerverhältnisse als 5 bis 8:1 erzielen, ohne daß Instabilitäten in der Frequenzteilung auftreten. Man verwendet daher für das hier erforderliche Teilerverhältnis von 625 :1 mehrere hintereinandergeschaltete Teilerstufen. Besondere Probleme treten auf, wenn solche Teilerstufen für sogenannte Untersetzungsaufgaben herangezogen werden, wie sie bei den Impulszählungen in der Anwendung auf kernphysikalische Vorgänge vorliegen. Hier verwendet man daher sogenannte elektronisch arbeitende Zählrohre oder bistabile Multivibratoren. In.beiden.Fällen bedarf es für große Teilerverhältnisse größerer Stufenzahlen, da mit einer Stufe im ersten Falle nur zehnfache Unterteilungen üblich und größere Unterteilungen nur mit erheblichem Aufwand möglich sind, im zweiten sogar nur zweifache. Auch in bezug auf die maximale Zählgeschwindigkeit sind die genannten Verfahren, insbesondere die mit elektronisch arbeitenden Zählröhren, sehr beschränkt und gestatten nur Impulsfolgen zu untersetzen, bei denen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen ein Mindestabstand von einigen Mikrosekunden vorliegt.

Im nachfolgenden wird nun eine neuartige Anordnung beschrieben, mit der es möglich ist, .Frequenzteilerverhältnisse von mehr als 1:100 mit großer Anordnung

zur Frequenzteilung periodischer
bzw. Zählung nichtperiodischer Impulse

Anmelder:

Kieler Howaldtswerke Aktiengesellschaft, Kiel-Dietrichsdorf, Schwentinestraße

Dr. Werner Kroebel, Schellhorn bei Preetz (Holst.),
ist als Erfinder genannt worden

Sicherheit zu erreichen. Bei den Schaltungen der Fig. 1, 2, 3 und 4 handelt es sich um Röhrenschaltungen, in denen in Fig. 1 Röhre 1K₁ die Kathode der Röhre bedeutet, g_t das Gitter der Röhre, ^₁ ihr Schirmgitter, b_t ihr Bremsgitter und a_x ihre Anode. Die gleiche Bedeutung haben die analogen Buchstaben mit dem Index 2 bzw. 3 usf. für die übrigen Röhren in den Fig. 1 bis 4. R_Sl, Rg₂ bedeuten Spannungsteiler für die Einstellung der Schirmgitterspannung, Gi₁ eine Glimmröhre für die Konstanthaltung der Schirmgitterspannung der Röhre 1, G_i2 der Röhre 2 usf. R_gl bzw. R_g2 usf. bedeuten Gitterableitwiderstände, R_n, R_a2 usf. Anodenarbeits wider stände, C_K', C_K" usf. Kopplungskondensatoren, Cs₁, C^₁ usf. Blockkondensatoren für die entsprechenden Elektroden der Röhren. Die Anordnung arbeitet derart, daß die am Gitter der Röhre 1 (s. Fig. 1) auftretenden Primärimpulse einer-gegebenen Impulsfolge Stromstöße in der Röhre 1 hervorrufen, durch die der Kondensator C* aufgeladen wird, wenn zunächst einmal angenommen sei, daß die Röhre ohne Steuerung durch die Impulse durch geeignete Wahl der Gittervorspannung stromlos ist. Die Spannung an der Anode O₁ der Röhre 1 fällt infolgedessen mit jedem Impuls um einen bestimmten Betrag ab. Mit Röhre 1 ist die Sekundärelektronen emittierende Prallelektrode P einer Sekundärelektronenröhre 2 verbunden, die ihrerseits ebenfalls durch geeignete Gittervorspannung im Ruhezustand stromlos ist. Fällt nun die Anodenspannung der Röhre 1 unter die Spannung der Leitung B₂, dann fließt durch den Trockengleichrichter Gl, der auch durch eine Hochvakuumröhre—Diode, Triode, Pentode od. dgl.— ersetzt werden kann, ein Strom. Dadurch entsteht über dem Widerstand R_gs, /der gleichzeitig Gitterableitwiderstand der Röhre 3 ist, die zusammen mit Röhre 4 einen nicht selbständig kippenden Multivibrator bildet,

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Claims (6)

1. eine negative Spannung^ der. zufolge der Multivibrator ins Schwingen kommt und hierbei an der Anode a_s der Röhre 3 einen positiven Spannungsimpuls liefert, dessen zeitliche Dauer durch die Bemessung der von Röhre 3 und 4 gebildeten Multivibratorschaltung nahezu beliebig eingestellt werden kann. Durch den von a₃ abgeleiteten, an das Gitter der Röhre 2 übertragenen Steuerimpuls wird "die Röhre 2 stromführend, wobei die Ladung auf C* über die Prallelektrode P zur

   und erlaubt daher mit sehr kleinen Spannungszuwüchsen pro Primärimpuls an C* zu arbeiten, so daß sehr große Teilerverhältnisse auch bei mäßigen Anodenspannungen erreicht werden. Falls die hierbei erforderlichen geringen Gitterströme zur Offenhaltung der Röhre 3 stören, kann man auch das Gitter der im Ruhezustand stromlosen Röhre 4 an die Anode der Röhre 1 anschließen. Es ist verständlich, daß dann die statisch einzustellenden Elektrodenspannungen der

   Anode a₂ der Röhre 2 abgeführt wird. Damit sind die io Multivibratorzuleitungen sinngemäß zu ändern sind.

   Anfangsbedingungen für alle beteiligten Röhren wieder erreicht, von denen bei der angestellten Betrachtung ausgegangen worden ist. Da der Moment des Stromflusses durch den Gleichrichter und damit

   Die dargelegte Schaltung kann man auch als Integrator verwenden, indem man eine fest vorgegebene Impulsgruppe auf das Gitter g_x der Röhre 1 einwirken läßt, mittels eines elektrostatischen Voltmeters V

   der Zeitpunkt der Entladung des Kondensators C* 15 (Fig. 1), die sich ergebende Spannungsänderung über allein von der Ladungsmenge abhängt, die durch die C* mißt und aus dieser und der Größe der Kapazität

   von C* die Ladungsmenge bestimmt, die dort gespeichert wurde. Auf diese Weise kann man z. B. den

   Eingangsimpulse am Gitter der Röhre 1 durch das
   Produkt des hierbei ausgelösten Stromes mit der Zeitdauer der Eingangsimpulse, also durch i_al'At gegeben
   ist, hängt mithin der Zeitpunkt der Entladung direkt 20 sichtlich des Spannungszeitverlaufes der einzelnen von der Anzahl der Eingangsimpulse ab. Impulse unterliegt, wenn sie durch einen Verstärker

   Je nach der eingestellten Impulsstromstärke, die
   durch einen Gitterspannungsimpuls in der Röhre 1
   hervorgerufen wird, und der Zeitdauer dieses Impulses
   kann man erreichen, daß an der Anode a_z der Röhre 3 25
   jeweils erst nach einem η-ten Eingangsimpuls ein
   Entladungsimpuls auftritt. Die Folgefrequenz der
   Entladungsimpulse steht.somit in einem fest einstellbaren Zahlenverhältnis zur Folgefrequenz der primär
   am Gitter der Röhre 1 auftretenden Spannungsstöße. 30 werk für elektronische Rechenmaschinen verwenden. Die Anordnung stellt mithin eine Schaltungsanord- Denn bei der geschilderten Anordnung ist die hinnung zur Frequenzteilung dar. Bei der Frequenz- sichtlich ihrer Frequenz unterteilte primäre Wechselteilung von sinusförmigen Wechsel spannungen kann spannung durch die Spannungsimpulsfolge gegeben, man zweckmäßig diese zuerst in vorzugsweise zeitlich die an einer der Anoden der Multivibratorröhren oder rechteckförmig verlaufende Spannungsimpulse um- 35 der Anode der Sekundärelektronenröhre abgegeben wandeln. werden kann. Benötigt man eine hinsichtlich der

   Das Teilungsverhäitnis kann auf verschiedene spannungsmäßigen Festlegung des Einsatzpunktes für Weise weitgehend beliebig eingestellt werden. So die Entladung der an der Anode von Röhre 1 intebeispielsweise durch Regeln des Widerstandes Rg_x, grierten Ladungsmenge noch genauere Fixierung, durch Änderung der Kapazität des Kondensators C*, 40 dann kann man noch eine Verstärkerröhre zwischen der im Grenzfall auf die schädliche Kapazität der Ge- der Anodenleitung der Röhre 1 und dem Gitter der

   Einfluß messen, den eine gegebene Impulsfolge hin-

   oder Filter oder über eine Kabelstrecke hinweggeschickt wird. Durch den Anschluß einer oder mehrerer gleicher Anordnungen an den Kopplungskondensator C^' oder C₁/' oder C^" kann man die Frequenzteilung weitgehend beliebig vervielfachen und durch entsprechenden Einbau weiterer elektrostatischer Voltmeter oder anderer, statische Spannungen anzeigender Vorrichtungen die Anordnung als Zähl- und Anzeige-

   samtanordnung zusammenschrumpfen kann, oder auch durch geeignete Bemessung des Produktes i_al'At da-

   Multivibratorröhre 3 bzw. 4 einschalten oder auch einen vollständigen, für relativ hohe Spannungen empfindlichen Gleichspannungsverstärker benutzen.

   Für die richtige Funktionsweise der Anordnung ist es unerheblich, ob die Erzeugung eines Entladeimpulses, wie er mit der Multivibratorröhrenschaltung der Röhren 3 und 4 in Fig. 1 produziert wird, erfolgt oder mit Hilfe anderer Kippgeräteanordnungen, wie

   durch z. B., daß die Amplitude oder Zeitdauer des Primärimpulses passend gewählt wird.

   Grundsätzlich können auch die Gitter g_t und g₂ der Röhren 1 und 2 miteinander vertauscht werden. In diesem Falle würde der Primärimpulsstrom auf das Gitter der Röhre 2 gelangen, womit ein Steigen der

   Spannung an der Prallelektrode P bzw. der Anode der 50 Thyratron, Sperrschwinger, mechanische Relais u. dgl.

   Röhre 1 verknüpft wäre. Man braucht dann nur den Die Erfindung ist daher nicht allein auf die an Hand

   Gleichrichter umzupolen und die Elektrodenspannun- von Fig. 1 und 2 beschriebenen Schaltungsanordnungen

   gen der Röhren 3 und 4 sinngemäß zu verschieben und beschränkt. Im einfachsten Falle kann man z. B. auch

   nunmehr einen Entladeimpuls auf das Gitter ^₁ der eine Schaltung gemäß-Fig. 3 oder 4 zur Anwendung

   Röhre 1 leiten, durch den die Anodenspannung U₁ der 55 bringen. Im Falle der Fig. 3 erfolgt die öffnung der

   Röhre 1 auf den Wert-jeweils zurückgebracht wird, Röhre 1 der Fig. 1 über ein Thyratron 77t in dergleichen

   von dem aus die Impulse durch die Röhre 2 gezählt Weise wie bei Fig. 1 mit der Röhre 3- Die Entladung

   werden. erfolgt beim Erreichen der Zündbedingung für das

   Die Anordnung der Fig. 1 kann hinsichtlich des Thyratron, an dessen Stelle auch eine andere Kipp-Einsatzpunktes für die Einleitung des Entlade- 60 anordnung treten kann. Eine andere Ausführungsform impulses durch den Multivibrator gemäß Fig. 2 zeigt Fig. 4. In dieser wird C* über die Sekundärwesentlich empfindlicher gemacht werden. Fig. 2 elektronenröhre 1 aufgeladen und nach Erreichung stellt einen Ausschnitt aus ,Fig. 1 bezüglich der einer Spannung, größer als der Kathodenvorspannung Röhren I₁ 2 und 3 der Fig. 1 dar. Hier wird dies da- der Diode 2 entspricht, infolge Erreichens der Zünddurch erreicht, daß der Gleichrichter in Fortfall kommt .65 Bedingung für das Thyratron Th wieder entladen. und durch den Widerstand R*g₃ die Röhre 3 so lange

   geöffnet bleibt, bis -die Spannung an der Anode der ■ Patentansprüche:

   Röhre 1 unter den Punkt sinkt, von dem ab der Elek- 1. Anordnung zur Frequenzteilung periodischer

   tronenstrom durch die Röhre-3· sieh vermindert. Dieser bzw. Zählung nichtperiodischer Impulse, gekenn-

   Punkt ist spannungsmäßig auf etwa 1 mV definierbar 7° zeichnet durch eine Schaltung, bestehend aus einer

   gleichspannungsmäßig normalerweise gesperrten Pentode, deren Anode mit der Prallelektrode einer ebenfalls normalerweise gleichspannungsmäßig gesperrten Sekundärelektronenröhre galvanisch verbunden ist, wobei die in der Frequenz zu teilenden Impulsfolgen oder die zu zählenden Impulse mittelbar oder unmittelbar eine impulsartige Entsperrung entweder der Pentode oder der Sekundärelektronenröhre derart bewirken, daß eine stufenweise Entladung eines an die Pentodenanode bzw. die Prallelektrode angeschlossenen Speicherkondensators, der im Grenzfall der sogenannte schädliche Anodenkondensator sein kann, so lange erfolgt, bis nach Unterschreiten einer bestimmten Vorspannung eines galvanisch an die Anode der Pentode bzw. an die Prallelektrode angeschlossenen Gleichrichters eine Torschaltung betätigt wird, die entweder die Sekundärelektronenröhre oder die Pentode kurzzeitig so entsperrt, daß der Speicherkondensator wieder auf sein vor der Impulszuführung vorhandenes Anfangspotential gebracht wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der angesammelten Kondensatorladungen durch ein statisches Voltmeter oder andere statische elektrische Spannungen anzeigende Vorrichtungen gemessen bzw. registriert wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Speicherfähigkeit durch Anschaltung passend gewählter Ladekondensatoren an den Anodenkreis nach Bedarf erweitert wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzunterteilte Impulsfolge an einer der Anoden der den Entladeimpuls liefernden Torschaltungsröhren, beispielsweise einer Multivibratorröhre, oder an der Anode der Sekundärelektronenröhre abgenommen wird.
5. 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzunterteilte Impulsfolge ihrerseits für eine oder mehrere weitere, den erwähnten gleichartige Anordnungen als Primärimpulsfolge derart verwendet wird, daß ein Vielfaches der mit einer Teilerstufe möglichen Frequenzteilung erzielt wird.
6. 6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Frequenzteilung von sinus- oder sonst nicht impulsartig gegebenen Wechselspannungen aus diesen zunächst eine Spannungsimpulsfolge gleicher Frequenz erzeugt wird, die als Eingangsimpulsfolge für die erwähnten Teileranordnungen dient.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   B. Chance u. a.: »Waveforms«, McGraw Hill Book

   Comp., New York 1949, S. 577, 580;
   Elektrotechn. Zeitschr., 64. Jahrgang, Dezember

   1943, S. 653 bis 656;
   britische Patentschrift Nr. 633 099.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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