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Elektronischer Zähler mit einer Mehrkathoden-Zählröhre Die Erfindung
bezieht sich auf einen elektronischen Zähler mit einer Mehrkathoden-Zählröhre mit
kalten Kathoden als Anzeigeröhre und mit einer Mehrzahl von Kaltkathoden-Auslöseröhren,
von denen je eine mit je einer Kathode der Anzeigeröhre derart verbunden ist, daß
die Anzeigeröhrenkathode, die mit einer stromdurchlässigen Auslöseröhre in Verbindung
steht, glimmt, wobei bei Empfang eines Eingangsimpulses die jeweils stromdurchlässige
Auslöseröhre gelöscht und die nächstfolgende Auslöseröhre gezündet wird.
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Bei einer bekannten Schaltung dieser Art besitzt jede Auslöseröhre
zwei Starterelektroden, und es ist ein verhältnismäßig großer Schaltungsaufwand
an Kondensatoren und Widerständen zur Kopplung der Auslöseröhren mit der Anzeigeröhre
und zur Kopplung der Auslöseröhren untereinander erforderlich.
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Durch die Erfindung soll eine Schaltungsanordnung für elektronische
Zähler der eingangs geschilderten Art angegeben werden, bei der nur Auslöseröhren
mit je einer Starterelektrode erforderlich sind und ein bedeutend geringerer Aufwand
an Schaltelementen für die Kopplung der Auslöseröhren mit der Anzeigeröhre und für
die Kopplung der Auslöseröhren untereinander notwendig ist als bei dem obenerwähnten
bekannten Zähler.
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Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Zähler der eingangs
erwähnten Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeröhre mit längerer
Entionisierungszeit als die Auslöseröhren benutzt wird und jede Kathode der Anzeigeröhre
mit der Auslöseelektrode der der nächsten Kathode der Anzeigeröhre zugeordneten
Auslöseröhre derart gekoppelt ist, daß Spannungsschwankungen, welche an der Anode
der Anzeigeröhre nach Erlöschen der Entladung zwischen ihrer Anode und einer ihrer
Kathoden auftreten, infolge des zu dieser letzteren Kathode noch fließenden Entionisierungsstromes
zur Auslöseelektrode der nächstfolgenden Auslöseröhre übertragen werden.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen
erläutert, in welcher Fig. 1 ein Schaltbild dieser Ausführungsform darstellt und
Fig. 2 und 3 zeitliche Darstellungen des Spannungsverlaufes sind, welche die Wirkungsweise
der Schaltung nach Fig. 1 veranschaulichen sollen.
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Der in Fig. 1 dargestellte Ringzähler enthält eine Mehrkathoden-Anzeigeröhre
1 mit kalten Kathoden, deren Anode 7 über einen Widerstand 8 an eine positive Spannung
Y3 angeschlossen ist. Die Anzeigeröhre besitzt zehn Kathoden gemäß den Ziffern 1
bis 9 und 0. In Fig. 1 sind lediglich die Kathoden gemäß den Ziffern 1, 2, 9 und
0 dargestellt.
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Jede Kathode der Anzeigeröhre ist unmittelbar mit der Anode einer
Kaltkathoden-Auslöseröhre verbunden. Die Fig. 1 zeigt lediglich die Auslöseröhren
2, 3, 4 und 5, die mit den Kathoden gemäß den Ziffern 1, 2, 9 und 0 der Anzeigeröhre
1 verbunden sind.
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Die Auslöseröhrren besitzen alle einen gemeinsamen Kathodenwiderstand
20, dessen unteres Ende an dem negativen Pol Yo der Spannungsquelle liegt. Nur die
Auslöseröhre 5, die mit der Kathode gemäß Ziffer 0 der Anzeigeröhre verbunden ist,
besitzt einen eigenen Kathodenwiderstand 21.
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Die Größe der Spannungsdifferenz zwischen V3 und V, ist so gewählt,
daß eine Glimmentladung zwischen der Anode und einer Kathode der Anzeigeröhre und
zwischen der Anode und der Kathode der zugehörigen Auslöseröhre aufrechterhalten
wird. Der Spannungsabfall (VO -VJ) im Widerstand 8 begrenzt den Entladungsstrom
auf einen solchen Wert, daß die Kathode der Anzeigeröhre, zu welcher der Entladungsstrom
fließt, durch die Glimmentladung ausreichend bedeckt wird. Die Größen der Widerstände
20 und 21 sind so gewählt, daß die Spannungsabfälle an diesen Widerständen klein
im Vergleich zu dem Spannungsabfall am Widerstand 8 sind.
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Die Anode jeder Auslöseröhre ist kapazitiv mit der Auslöseelektrode
der nächstfolgenden Auslöseröhre in der Ringschaltung gekoppelt. Demgemäß
wird
durch einen Kondensator 14 die Anode der Auslöseröhre 2 mit der Auslöseelektrode
der Auslöseröhre 3, durch einen Kondensator 16 die Auslöseelektrode der Auslöseröhre
4 mit der Anode der vorhergehenden Auslflseröhre, durch einen Kondensator 18 die
Anode der Auslöseröhre 4 mit der Auslöseelektrode der Auslöseröhre 5 und durch einen
Kondensator 12 die Anode der Auslöseröhre 5 mit der Auslöseelektrode der Auslöseröhre
2 verbunden. Außerdem ist jede Auslöseelektrode über einen getrennten Widerstand
mit einer Vorspannung V2 verbunden. Diese Widerstände sind in den Auslöseelektrodenzuleitungen
der Auslöseröliren 2, 3, 4 und 5 mit 13, 15, 17 und 19 bezeichnet. Die Größe der
Spannung V2 ist so gewählt, daß das Potential zwischen der Auslöseelektrode und
der Kathode jeder Auslöseröhre normalerweise unterhalb des Zündpotentials dieser
Röhre liegt.
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Wenn das Potential V3 zum erstenmal an die Schaltung angelegt wird,
zündet die Entladungsstrecke zwischen der Anode 7 und einer der Kathoden der Anzeigeröhren
und außerdem die Anodenkathodenstrecke der an dieser Kathode liegenden Auslöseröhre.
Der dabei an der Anode 7 auftretende Potentialabfall begrenzt den in der Anzeigeröhre
zu einer Kathode fließenden Strom. Die Glimmentladung kann dann durch einen der
Klemme 26 zugeführten Eingangsimpuls von einer Kathode der Anzeigeröhre auf die
nächste übergeführt werden.
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Die Klemme 26 ist mit dem Gitter einer Triode 6 verbunden, deren Anode
über einen Widerstand 9 an der Anode 7 der Anzeigeröhre liegt. Die Kathode der Röhre
6 liegt an einer Spannung V1, die so gewählt ist, daß bei einer Spannung V, an der
Klemme 26 die Röhre 6 keinen Strom führt. Wenn jedoch die Spannung an der Klemme
26 auf den Wert V,, steigt, wie es in der Kurve a in Fig. 2 dargestellt ist, beginnt
die Glühkathodenröhre 6 Strom zu führen. Wenn der Eingangsimpuls eine Dauer von
t1 bis t2 besitzt, wie in der Kurve a in Fig. 2 dargestellt ist, verläuft das Potential
an der Anode 7 der Anzeigeröhre 1 gemäß Kurve b in Fig. 2. Man sieht, daß das Anodenpotential
infolge des zusätzlichen Stromes durch die Widerstände 8 und 9 und durch die Anodenkathodenstrecke
der Röhre auf einen Wert V4 abfällt, der so tief unter dem normalen bei Stromlosigkeit
der Röhre 6 vorhandenen Anodenpotential V3' liegt, daß kein Strom durch die Anzeigeröhre
und die mit der vorher glimmenden Kathode der Anzeigeröhre verbundene Auslöseröhre
mehr fließen kann. Der Unterschied zwischen den Spannungen V3' und V4 überschreitet
den normalen Spannungsabfall im Widerstand 20 oder 21, und die Zeitdauer t1 bis
t2 ist länger als die Entionisierungszeit der Auslöseröhren, jedoch kürzer als die
Entionisierungszeit der Anzeigeröhre.
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.Im Zeitpunkt t2 wird die Röhre 6 gesperrt, so daß ihr Anodenpotential
ansteigt. Da in diesem Zeitpunkt keine Auslöseröhre leitet, steigt das Potential
an der Anode 7 auf einen Wert zwischen V3' und V3. Wenn man annimmt, daß die Auslöseröhre
2 anfänglich Strom geführt hat, so besteht noch ein ionisierter Entladungsweg zwischen
der Anode 7 und der mit Ziffer 1 bezeichneten Kathode der Anzeigeröhre 1. Wenn also
das Anodenpotential der Anzeigeröhre ansteigt, fließt ein kleiner Strom zu dieser
Kathode der Anzeigeröhre, was zur Folge hat, daß das Potential dieser Kathode gleichzeitig
mit dem Potential der Anode 7 ansteigt. Diese Potentialänderung an der mit Ziffer
1 bezeichneten Kathode der Anzeigeröhre wird über den Kondensator 14 auf die Auslöseelektrode
der Auslöseröhre 3 übertragen. Da die Zeitkonstante des Kondensators 14 und des
Widerstandes 15 klein gegenüber der Dauer t1 bis t2 ist, verläuft die Spannung am
Widerstand 15 gemäß Kurve c in Fig. 2. Die negative Spitze V5 im Zeitpunkt t1 bleibt
ohne Wirkung, jedoch ist die positive Spitze V6 im Zeitpunkt t2 hoch genug, um die
Auslöseröhre 3 zu zünden, so daß die Hauptentladungsstrecke dieser Auslöseröhre
und die Entladungsstreclte zwischen der Anode 7 und der mit Ziffer 2 bezeichneten
Kathode der Anzeigeröhre ebenfalls zünden. Es wird daher diese Kathode mit Glimmentladung
bedeckt, und das Potential der Anode 7 fällt wieder auf V3 . Der kleine Strom, der
zu der mit Ziffer 1 bezeichneten Kathode fließt, fällt weiter ab, da das Potential
dieser Kathode auf dasjenige der Anode 7 ansteigt.
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Der oben beschriebene Vorgang hat zur Folge, daß die Auslöseröhre
2 durch die Auslöseröhre 3 als stromführende Röhre in dem Ringzähler abgelöst wird,
und hat weiterhin zur Folge, daß die Glimmentladung von der Kathode gemäß Ziffer
1 auf die Kathode gemäß Ziffer 2 übergeht. Durch einen weigeren Eingangsimpuls wird
die Glimmentladung auf die Kathode gemäß Ziffer 3 übergeleitet, bis schließlich
die Kathode gemäß Ziffer 0 erreicht ist. Sodann kehrt die Glimmentladung auf die
Kathode gemäß Ziffer 1 zurück.
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Um sicherzustellen, daß beim ersten Eingangsimpuls die Glimmentladung
auf der Kathode gemäß Ziffer 1 ansetzt, ist ein sogenannter Nullschalter 11 vorgesehen.
Der eine Schalterkontakt ist mit der positiven Spannung V3 verbunden und der andere
über einen Widerstand 10 mit der Auslöseelektrode der Auslöseröhre 2. Wenn in der
Anzeigeröhre die Glimmentladung auf einer der Kathoden ruht, muß man einen abgewandelten
Eingangsimpuls zuführen, um die Glimmentladung auf die Kathode gemäß Ziffer 1 zu
leiten und zu verhindern, daß die Glimmentladung auf die Kathode übergeht, welche
auf die vorher glimmende Kathode folgt. Der Verlauf dieses abgewandelten Eingangsimpulses
ist durch die Kurve d in Fig. 2 veranschaulicht, und der Impulsverlauf gemäß Kurve
d unterscheidet sich von dem Impulsverlauf gemäß Kurve a durch eine langsam abfallende
im Gegensatz zu einer senkrecht abfallenden Rückflanke. Ein Impuls gemäß Kurve d
bewirkt einen Potentialverlauf an der Anode 7 gemäß Kurve e. Der dort dargestellte
langsame Anstieg des Anodenpotentials ruft einen entsprechenden langsamen Anstieg
des Potentials der vorher glimmenden Kathode hervor, und die Steilheit dieses Kathodenpotentialverlaufs
ist mit der Zeitkonstante der Schaltelemente 14, 15 (bzw. 16, 17 bzw. 18, 19) so
abgestimmt, daß das Potential der betreffenden Auslöseelektrode nicht hoch genug
ansteigt, um die Entladungsstrecke zwischen ihr und der zugehörigen Kathode zu zünden.
Es wird also sichergestellt, daß die Auslöseröhre 2 zündet, wenn der Nullschalter
11 geschlossen wird und der abgewandelte Eingangsimpuls der Klemme 26 zugeleitet
wird. Der in Fig. 2, f dargestellte Kurvenverlauf zeigt, daß in diesem Fall keine
positive Spitze VB auftritt, welche eine andere Auslöseröhre ungewollt zünden könnte.
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Ein Übertragungsimpuls kann vom Widerstand 21 abgenommen werden, jedoch
würde ein solcher Übertragungsimpuls
einen rechteckigen Kurvenverlauf
haben und eine Dauer gleich dem Abstand zwischen zwei Eingangsimpulsen. Ein solcher
übertragungsimpuls wäre zur Zuführung an den Eingang eines weiteren Zählers der
beschriebenen Art ungeeignet, weil er zu lang wäre, wenn der Zähler mit geringer
Geschwindigkeit betrieben wird, oder zu kurz wäre, wenn die Arbeitsgeschwindigkeit
hoch sein würde. Es wird deshalb eine Differenzdiode 22 mit zwei Widerständen 23
und 25 und einem Kondensator 24 vorgesehen, um einen abgewandelten übertragungsimpuls
an der Ausgangsklemme 27 zu erzeugen. Die dargestellte Schaltung kann so bemessen
werden, daß sie entweder eine Impulsverkürzung oder eine Impulsverlängerung bewirkt.
Die Differenzdiode 22 kann beispielsweise eine Diode des Typs Hivac XC 20 sein,
jedoch hängt die Wahl der richtigen Diode in jedem einzelnen Fall von der gewünschten
Arbeitsweise ab. Auf alle Fälle soll jedoch die Entionisierungszeit der Diode kürzer
als die Länge der kürzesten Impulse am Widersand 21 sein. In der nachfolgenden Beschreibung
wird angenommen, d'aß die Arbeitsgeschwindigkeit des Zählers verhältnismäßig klein
ist, so daß der Impuls am Widerstand 21 zu lang ist.
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Wenn die Auslöseröhre 5 nicht leitet, fließt ein geringer Strom von
beispielsweise 100 Mikroampere durch den Widerstand 23, die Diode 22 und den Widerstand
21 hindurch. Das Potential an der Diode 22 ist dann gleich der Brennspannung für
die betreffende Diode. Der Spannungsabfall am Widerstand 21 ist durch die Spannung
V8 in Kurve a der Fig. 3 gegeben, und das Anodenpotential der Diode 22 ist daher
gleich der Spannung V8 zuzüglich der Brennspannung der Diode. Diese Spannung ist
in Kurve b in Fig. 3 mit Vio bezeichnet. Im Ruhezustand befindet sich die Ausgangsklemme
27 auf Erdpotential, so daß der Kondensator 24 auf die Spannung Vlo aufgeladen ist.
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Es sei angenommen, daß die Auslöseröhre V5 im Zeitpunkt t3 stromdurchlässig
wird, was zur Folge hat, daß der Spannungsabfall am Widerstand 21 auf V9 ansteigt,
wie in Kurve a in Fig. 3 angedeutet ist. Die Potentialdifferenz Vlo - V9 liegt unterhalb
der Brennspannung der Diode, und somit wird diese Diode gesperrt. Das Anodenpotential
der Diode steigt auf V11, wobei sich diese Anodenspannung durch den Spannungsabfall
am Widerstand 25 infolge des durch die Widerstände 23 und 25 fließenden Stromes
bei der Spannung V3- Vlo bestimmt. Dieser Spannungsabfall am Widerstand 25 ist in
Kurve c der Fig. 3 mit V14 angegeben.
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Der Strom durch die Widerstände 23 und 25 lädt den Kondensator 24
auf, so daß das Anodenpotential der Diode 22 praktisch linear von V11 auf V12 ansteigt,
wie in Kurve b veranschaulicht. Während der Aufladung des Kondensators ist der Strom
durch den Widerstand 25 praktisch konstant, so daß das Potential des Übertragungsimpulses
gemäß Kurve c ebenfalls konstant ist.
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Wenn das Potential der Diodenanode im Zeitpunkt t4 den Wert V12 erreicht,
wird die Potentialdifferenz zwischen der Anode und der Kathode der Diode groß genug,
um diese Diode zu zünden, so daß dann das Anodenpotential schnell auf V13 abfällt.
Die Potentialdifferenz V13- Vio ist gleich der Potentialdifferenz Vo-V8, so daß
die Spannung an der Diode ebenso wie unter den anfänglichen Bedingungen gleich der
Brennspannung ist. Der schnelle Abfall des Anodenpotentials der Diode wird über
den Kondensator 24 auf die Ausgangsklemme 27 übertragen, so daß die Rückflanke des
Übertragungsimpulses praktisch senkrecht verläuft. Der Kondensator 24 wird sodann
aufgeladen, bis seine Spannung den Wert Vio erreicht hat, mit dem Ergebnis, daß
das Potential der Klemme 27 auf VO zurückkehrt. Der Übertragungsimpuls in Kurve
c eignet sich insbesondere als Eingangsimpuls für einen weiteren Zähler der beschriebenen
Art, weil die steile Rückflanke eine zuverlässige Zündung der nächsten Auslöseröhre
bewirkt.
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Es sei noch bemerkt, daß die Schaltung nach Fig.1 innerhalb des Erfindungsgedankens
in vielfacher Weise abgewandelt werden kann. Insbesondere kann man die Auslöseröhren
so anordnen, daß für einen dekadischen Zähler weniger als zehn Auslöseröhren erforderlich
sind. Bei einer derartigen Ausführungsform sind z. B. nur fünf Auslöserähren vorhanden.
Die Anzeigeröhre hat zwei Anoden, und jede der fünf Auslöseröhren ist zwei Kathoden
der Anzeigeröhre zugeordnet. Es sind dabei geeignete Schaltmittel vorhanden, welche
die Umschaltung von einer Anode mit ihren zugehörigen Kathoden auf die andere Anode
mit ihren Kathoden bewirken. Man kann außerdem eine Mehrzahl von Anzeigeröhren mit
kalten Kathoden statt der in Fig. 1 dargestellten einzigen Anzeigeröhre mit mehreren
Kathoden verwenden. Es ist nämlich nicht erforderlich, alle Entladungswege zu den
Anzeigekathoden in einem einzigen Entladungsgefäß unterzubringen.