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Schaltungsanordnung zur Erzeugung einmaliger oder periodischer Kippschwingungen
mit einem bistabilen Multivibrator und einem Kippgenerator Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einmaliger oder periodischer Kippschwingungen.
Dazu ist es bereits bekannt, umschaltbare Schaltstufen zu verwenden, welche jeweils
entweder einmalig einen Sägezahnimpuls erzeugen oder periodische Sägezahnschwingungen
liefern. Bei diesen bekannten Anordnungen werden entweder für die Erzeugung der
einmaligen und der periodischen Kippschwingungen getrennte Schaltstufen benutzt,
oder es werden die Röhren eines Multivibrators so umgeschaltet, daß die beiden gewünschten
Betriebsarten in einer Schaltstufe realisiert werden.
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Hier setzt nun der Erfindungsgedanke ein. Gegenüber dem bisher Bekannten
ist die Schaltungsanordnung zur Erzeugung einmaliger oder periodischer Kippschwingungen
mit einem bistabilen Multivibrator und einem Kippgenerator, insbesondere für Kathodenstrahloszillographen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Röhre des bistabilen Multivibrators zur Erzeugung
einmaliger Kippschwingungen umschaltbar mit einer weiteren Röhre verbunden ist und
mit dieser zweiten Röhre einen Kippgenerator zur Erzeugung periodischer Kippschwingungen
bildet, daß Schaltmittel zur Umschaltung des Spannungsteilers für das Gitter der
gemeinsamen Röhre vorgesehen sind, und daß der bistabile Multivibrator mit der Röhre
des Kippgenerators derart verbunden ist, daß bei Auslösung der einmaligen Kippschwingung
durch einen Auslöseimpuls die erste Röhre des bistabilen Multivibrators für die
Dauer der Kippschwingung gesperrt ist.
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Der technische Fortschritt der Erfindung besteht darin, daß bei Auslösung
einer einzelnen Kippschwingung die Schaltung auf eventuelle weitere (Stör-)Impulse
für die Dauer dieser Kippschwingung nicht ansprechen kann. Dies wird dadurch bewirkt,
daß für die Dauer des Hinlaufs die erste Röhre gesperrt ist.
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Ferner ist es dadurch möglich, die Auflösung der einzelnen Kippschwingung
(»echte Triggerung«) nur durch einen bestimmten Impuls einer (auch unregelmäßigen)
Impuisreibe erfolgen zu lassen. Demgegenüber sind die bekannten Schaltungen gegen
jeden eintreffenden Impuls empfindlich.
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Außerdem ergibt die Erfindung eine relative einfache Schaltungsanordnung,
da bei gleichzeitiger Verwendung mindestens eines gemeinsamen Röhrensystems für
beide Betriebsarten alle Anforderungen erfüllt werden, die insbesondere bei Kathodenschalloszillographen
gestellt werden. Dabei erfolgt die Umschaltung von einem Betriebszustand in den
anderen lediglich durch einen Schaltkontakt, welcher das Steuergitter bzw. einen
Spannungsteilerwiderstand im Gitterkreis der zweiten Röhre des bistabilen Multivibrators
zwischen Masse und positiver Betriebs-
spannungsquelle umschaltet. Die Frequenz des
Kippgenerators wird in bekannter Weise durch eine vorzugsweise umschaltbare Kapazität
sowie durch einen regelbaren Widerstand bestimmt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist dieser regelbare Widerstand
durch eine Penthode realisiert, in deren Schirmgitterkreis ein Spannungsteiler geschaltet
ist. Dieser bewirkt durch Veränderung ihrer Schirmgitterspannung eine Änderung der
Frequenz der erzeugten Kippschwingungen. Gleichzeitig wird durch die Röhre eine
Linearisierung des Sägezahns erreicht.
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Bei der Auslösung eines einmaligen Sägezahnimpulses (Triggerung)
wird der Auslöseimpuls dem Gitter der ersten Röhre des bistabilen Multivibrators
zugeführt, während bei der Erzeugung periodischer Sägezahnimpulse die nötigen Synchronisierimpulse
über einen Spannungsteilerwiderstand dem Steuergitter der zweiten Röhre zugeführt
werden.
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Um einen sicheren Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
sicherzustellen ist es nötig, die Synchronisierimpulse bzw. Auslöseimpulse steilflankig
auszubilden. Diesem Zweck dient eine vorgeschaltete zweistufige Impulsformerstufe.
Die Auslöseimpulse und die Synchronisierimpulse werden von der Anode der zweiten
Röhre der genannten Impulsformerstufe
(Schmidt-Trigger) abgenommen
und über entsprechend gepolte Richtleiter der Kippstufe zugeführt.
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Der Anodenwiderstand ist als Spannungsteiler ausgeführt, von dem die
Synchronisierimpulse mit einstellbarer Stärke abgenommen werden.
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In vielen Fällen ist es zweckmäßig, einen Impulsverstärker vor die
Impulsformerstufe zu schalten.
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Zwischen Kathode und Anode ist ein Potentiometer geschaltet, von welchem
die verstärkten Auslöse- bzw.
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Synchronimpulse abgenommen werden. Durch geeignete Stellung des Potentiometers
ist es möglich die Polarität der Impulse und das Spannungsniveau, auf welches die
Impulsformerstufe ansprechen soll, beliebig einzustellen.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung liefert außer den einmaligen
oder periodischen Kippspannungen noch zusätzliche Impulse, die an der Anode der
Röhre des Kippgenerators abgenommen werden und zur Rücklaufverdunkelung ausgenützt
werden können.
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Ebenso können vom Gitter der zweiten Röhre des bistabilen Multivibrators
Impulse zur Vorlaufaufhellung bei einmaligen Sägezahnimpulsen abgenommen werden.
Bei der Umschaltung der Betriebsart wird die den Rücklauf bestimmende Zeitkonstante
derart umgeschaltet, daß bei Erzeugung eines einmaligen Sägezahnimpulses durch Überbrückung
einer Teilkapazität die Rücklaufzeit verkleinert wird. Das genannte Potentiometer
im Anodenkreis der zweiten Impulsformerstufe dient dazu, die Stärke der Synchronisation
bei Erzeugung periodischer Sägezahnschwingungen beliebig einzustellen.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. An den Eingang 1 der Schaltungsanordnung werden über einen Kondensator
2 dem Gitter 3 einer Röhre 4 die notwendigen Impulse zugeführt. Dabei können diese
Impulse aus periodischen Synchronisierimpulsen bestehen bzw. durch völlig unregelmäßig
oder zufällig oder willkürlich auftretende Auslöseimpulse dargestellt sein. In der
folgenden Röhre 9 werden die ankommenden Impulse soweit verstärkt, daß eine nachfolgende
Impulsformerstufe, welche aus den Röhren 5 und 6 besteht, einwandfrei ansprechen
kann. Durch ein Potentiometer 7, welches zwischen Anode 8 und Kathode 8' der Röhre
4 geschaltet ist, kann, in Abhängigkeit von der Polarität der ankommenden Impulse,
die für die Impulsformerstufe notwendige Polarität eingestellt werden. Außerdem
wird durch die damit verbundene Verstärkungsregelung, das Spannungsniveau bestimmt,
bei welchem die nachfolgende Kippstufe synchronisiert bzw. ausgelöst wird. Das bringt
den Vorteil mit sich, daß bei einer zusammengesetzten Impulsfolge die Auslösung
bzw. Synchronisierung bei einem ganz bestimmten Teil der Impulsfolge, in Abhängigkeit
von der Amplitude der Einzelimpulse eingestellt werden kann.
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Bei den bekannten Schaltungsanordnungen erfolgt die Synchronisierung
bzw. Auslösung meistens auf die maximale Amplitude. Das so verstärkte Signal wird
in der zweiten Röhre 9 der Verstärkerstufe weiter verstärkt und dem Gitter 10 der
ersten Röhre 5 der Impulsformerstufe zugeführt. Das Gitter 10 ist mit Hilfe eines
aus den Widerständen 11, 12 und 13 bestehenden Spannungsteilers vorgespannt. Dabei
kann der Spannungsteilerwiderstand 12 durch einen Schaltkontakt 14 wahlweise überbrückt
werden. Die Bedeutung dieses Schaltkontaktes wird später näher erläutert.
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Von der Anode 15 derRöhre 5 wird der umgeformte Impuls der zweiten
Röhre 6 der Impulsformerstufe
über das Gitter 16 zugeführt. In der genannten Impulsformerstufe
werden aus den am Eingang 1 auftreffenden und verstärkten Impulsen Rechteckspannungen
erzeugt, sodann über ein RC-Glied differenziert und die Rückflankenimpulse durch
die Richtleiter 17 bzw. 18 unterdrückt. Die Impulsformerstufe macht aus jeder heliebigen,
dem Eingang 1 angebotenen Schwingungsform (sinus-, rechteck-, dreieck-, sägezahn-,
parabelförmig usw.), einen exakten Rechteckimpuls mit extrem steilen Flanken, wobei
die Impulslänge durch die Größe der angelegten Spannungsform gegeben ist. Die Abnahme
der Impulse erfolgt an der Anode 24 der Röhre 6. Die Auslöseimpulse zur Erzeugung
einmaliger Sägezahnimpulse werden dabei über einen Schalter 25, das aus der Kapazität
19 und dem Widerstand 20 bestehende Differenzierglied und den Richtleiter 17 dem
Gitter 26 der ersten Röhre 27 des bistabilen Multivibrators zugeführt. Der Arbeitswiderstand
23 der Röhre 6 ist als Spannungsteiler ausgeführt und liefert nach der Differentiation
durch die Kapazität 21 in Verbindung mit dem Widerstand 22 Impulse mit veränderbarer
Amplitude für lose und feste Synchronisation. Durch die Richtleiter 17 bzw. 18 wird
der positive bzw. negative Anteil der differenzierten Impulse abgeschnitten, so
daß die Auslöse- bzw; Synchronisierimpulse in der benötigten Polarität an der monostabilen
Kippstufe zur Verfügung stehen.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Erzeugung der einmaligen
oder periodischen Sägezahnimpulse besteht aus dem bistabilen Multivibrator, mit
den Röhren 26 und 28, und der Kippröhre 29. Der Schalter 30 dient zur Einstellung
der jeweils gewünschten Betriebsart. Durch die Verbindung der Röhren 27 und 28 mit
der Röhre 29 ist die Röhre 27 immer geöffnet. Durch einen negativen Auslöseimpuls
am Gitter 26 der Röhre 27 wird diese Röhre gesperrt und die Röhre 28 in bekannter
Weise geöffnet.
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Dadurch wird das Gitter 31 der Röhre 29 negativer als die Kathode
32, und diese Röhre wird somit gesperrt. Der Kondensator 33 wird über ein Potentiometer
nach einer e-Funktion entladen. Ist nun die Spannung an Kondensator 33 soweit abgesunken,
daß die Röhre 29 wieder Strom führt, wird die Röhre 28 durch den Spannungsabfall
am Außenwiderstand 34 der Röhre 29 gesperrt, und die Kapazität 33 ladet sich wieder
in kurzer Zeit (Rücklaufzeit) auf ihren vollen Wert auf. Da durch den während des
Rücklaufes entstehenden Impuls die Röhre 28 gesperrt wird, wird gleichzeitig die
Röhre 27 geöffnet. Dieser an der Anode 35 der Röhre 29 entstehende negative Impuls
kann beispielsweise zur Rücklaufverdunkelung eines nachgeschalteten Kathodenstrahloszillographen
ausgenutzt werden. Die Schaltungsanordnung verbleibt dann im zuletzt genannten Zustand
bis wieder ein neuer Auslöseimpuls am Gitter 26 der Röhre 27 auftritt. Durch den
Wert der Kapazität 33 und des Potentiometers wird die Zeit eines Kippschwingung
bestimmt. An der Kathode 32 der Röhre 29 kann der erzeugte Sägezahnimpuls abgenommen
werden. Das Gitter 36 der Röhre 28 erhält über die Spannungsteilerwiderstände 37,
38 und 39 seine geeignete Vorspannung. An der Anode der Röhre 27 kann ein Impuls
abgenommen werden, welcher der Dauer der Sägezahnschwingung entspricht und rechteckförmig
ausgebildet ist. Dieser Impuls kann beispielsweise zur Vorlaufaufhellung ausgenutzt
werden. An die Stelle des beschriebenen Potentiometers kann, wie in der Zeichnung
dargestellt, eine Pentode 40 treten. An der Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung
ändert
sich dadurch nichts wesentliches. Die Kapazität 33 entlädt
sich dabei linear über den Innenwiderstand der Röhre 40. Wird der Schalter 30 in
die strichliert gezeichnete Stellung gebracht, dann wird der Gitterableitwiderstand
37 der Röhre 28 an die positive Betriebsspannungsquelle angeschlossen. Die Röhre
28 bleibt dann unabhängig von der Röhre 27 geöffnet.
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Dadurch bilden die Röhre 28 und die Röhre 29 einen freischwingenden
Multivibrator. An der Kathode 32 der Röhre 29 kann dann ein periodischer Sägezahnimpuls
abgenommen werden. An der Anode 35 entsteht ein negativer Impuls, der zur Rücklaufverdunklung
geeignet ist. Die Röhre 29 ist zunächst gesperrt, bis die Kapazität 33 über den
Innenwiderstand der Röhre 40 entladen ist. Dadurch wird dann die Röhre 29 geöffnet.
Es steht an ihrer Anode der genannte negative Impuls, welcher die Röhre 28 sperrt.
Ein Kondensator 41 entlädt sich über den Widerstand 37, dadurch öffnet sich die
Röhre 28 wieder, und der geschilderte Vorgang beginnt von neuem. Durch den Stromfluß
in der Röhre 29 während der Rücklaufzeit wird die Kapazität 33 wieder aufgeladen.
In der Reihe mit der Kapazität 41 liegt eine weitere Kapazität 42. Diese ist im
Betriebszustand zur Erzeugung einer einmaligen Sägezahnschwingung wirksam. Der Schalter
43 ist dabei also geöffnet. Dadurch wird die Zeitkonstante verkleinert und der Rücklaufimpuls
verkürzt. Bei der Umschaltung des Schalters 30 zur Veränderung des Betriebszustandes
werden gleichzeitig die Schalter 25, 43, 44 und 14 mit umgeschaltet. Dazu sind zweckmäßig
die genannten Schaltkontakte zu einem gemeinsamen Schalter konstruktiv vereinigt.
Dadurch wird entweder ein Auslöseiinpuls an das Gitter 26 der Röhre 27 oder ein
Synchronisierimpuls an das Gitter 36 der Röhre 28 geschaltet. Die Synchronisation
kann in Abänderung der dargestellten Schaltungsanordnung auch an der Anode 35 der
Röhre 29 oder an der Anode der Röhre 27 erfolgen. Der Schalter 14 dient zur Unterscheidung
für positive oder negative Impulse. Ist der Schalter 14 geöffnet, so spricht die
Impulsformerstufe auf positive Spannungen am Gitter 10 an. Es werden dadurch an
der Anode der Röhre 6 positive Rechtecke erzielt. Ist der Schalter 14 geschlossen,
so spricht die Impulsformerstufe auf negative Spannungen an, und es werden an der
Anode der Röhre 6 negative Rechtecke erzielt. Für die Auslösung einmaliger Impulse
wird die Rechteckspannung über die Schalter 25 abgenommen. Dabei ist der Schalter
44 geöffnet. Bei der Betriebsart zur Erzeugung periodischer Schwingungen ist der
Schalter 44 geschlossen, während der Schalter 25 geöffnet ist. Dadurch werden die
Synchronisierimpulse der weiteren Stufe zugeführt. Die Frequenz bzw. die Dauer der
Kippschwingungen wird mit Hilfe eines Potentiometers 45, von welchem die Schirmgitterspannung
der Röhre 40 abgenommen wird, fein eingestellt. Zur Eichung der Dauer der Kippschwingungen
durch genaue Festlegung des Arbeitspunktes der Röhren 40 und 29 dient ein veränderbarer
Kaffiodenwiderstand 46.