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Umkehrbare Zählschaltung mit Fortschaltröhren mit kalten Katoden Die
Erfindung betrifft eine umkehrbare Zählschaltung mit Fortschaltröhren mit kalten
Katoden und bezweckt, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, welche diese Schaltung
in einer von zwei Richtungen zählen lassen kann, so daß sie addieren oder subtrahieren
kann.
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Die Bezeichnung »Fortschaltröhre mit kalter Katode« bedeutet hierin
eine stufenweise arbeitende Röhre mit einer Zentralelektrode, die von einer nahezu
kreisförmigen Reihe äußerer Elektroden umgeben wird, welche Hauptelektroden enthalten,
wobei die Entladung von einer Hauptelektrode auf die andere übergeht, wenn die Röhre
arbeitet, und wobei benachbarte Elektroden durch zwei oder mehr Führungselektroden
voneinander getrennt sind, welche Führungselektroden im Betrieb zu dem Übergang
der Entladung von einer Hauptelektrode auf die andere beitragen.
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Bei solchen Röhren ist die Zentralelektrode gewöhnlich kreisförmig
und als Anode wirksam, während die äußeren Elektroden als Katoden wirksam sind.
Es wird hierin die übliche Benennung benutzt für die Führungselektroden; gibt es
zwei Führungselektroden zwischen benachbarten Hauptkatoden, so wird die Führungskatode
neben der Hauptkatode in einer bestimmten Richtung, gewöhnlich in der Uhrzeigerrichtung
um das Elektrodengebilde, »die erste Führungselektrode« und die nächste Katode in
der gleichen Richtung »die zweite Führungselektrode« genannt. In einer solchen Röhre
sind die ersten Führungselektroden gewöhnlich miteinander verbunden innerhalb des
Röhrenkolbens, während auch die zweiten Führungselektroden im Innern des Kolbens
miteinander verbunden sind. Bei einer Dekadenröhre wird die letzte Hauptkatode gewöhnlich
die neunte Katode und die nächstfolgende Hauptkatode die Nullkatode genannt.
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Es sind bereits solche Schaltungen mit Kaltkatodenröhren bekanntgeworden,
aber diese erforderten bisher die Verwendung mindestens zweier Impulszwischenverstärkerröhren
sowie großer Zählrichtungsschalter.
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Die Erfindung schafft eine verbesserte, umkehrbare Zählschaltung mit
einer Fortschaltröhre.
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Die Erfindung geht aus von einer umkehrbaren Zählschaltung mit Kaltkatodenröhren
mit einer Reihe von Röhrenschaltstufen, wobei jede Fortschaltröhre von der nächstfolgenden
Fortschaltröhre durch eine impulsverstärkerstufe getrennt wird, und ist dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen jeder Impulsverstärkerstufe und der vorhergehenden
Fortschaltröhre ein erstes Schaltmittel vorgesehen ist, um zu wählen, von welcher
von zwei Hauptkatoden der Fortschaltröhre ein übertragungsimpuls der Verstärkerstufe
zugeführt wird, und daß zwischen der Impulsverstärkerstufe und der nächstfolgenden
Fortschaltröhre ein zweites Schaltmittel vorgesehen ist, um die Fortschaltrichtung
der betreffenden nächstfolgenden Röhre zu bestimmen.
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Es ist vorteilhaft, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zwischen
jeder Impulsverstärkerstufe und der vorhergehenden Fortschaltröhre ein erstes Paar
Widerstände anzubringen, daß die Wahl der erwähnten Hauptkatode abhängt von dem
Verhältnis zwischen den Widerstandswerten der Widerstände und daß die effektiven
Werte der Widerstände und somit deren Verhältnis von dem Zustand des ersten Schaltmittels
abhängen.
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Zwischen jeder Impulsverstärkerstufe und der nächstfolgenden Fortschaltröhre
kann ein zweites Paar Widerstände angebracht werden, wobei die Fort-
Schaltrichtung
der betreffenden, nächstfolgenden Röhre abhängt von dem Verhältnis zwischen den
Werten dieses zweiten Widerstandspaares. Die effektiven Werte dieses zweiten Paares
und somit das Verhältnis hängen von dem Zustand des zweiten Schaltmittels ab.
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Die für eine oder für beide vorerwähnten Arbeitsweisen erforderliche
Schaltvorrichtung kann durch photoleitende Widerstände gebildet werden, die gruppenweise
derart belichtet werden, daß sie den Schaltvorgang ausführen. Es ist vorteilhaft,
die erforderliche Belichtung durch eine Glimmentladungsröhre mit kalter Katode durchzuführen,
wobei die photoleitenden Widerstände oder einige derselben im Innern des Kolbens
einer solchen Röhre untergebracht werden. Es können die photoleitenden Widerstände
aber auch rings um die Außenseite des Glaskolbens einer Glühlampe angebracht werden.
Gewünschtenfalls jedoch kann der Schaltvorgang durch Relaiskontakte oder durch einen
von Hand betätigten, mechanischen Schalter erfolgen.
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Weiter unten werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der
schematischen Zeichnungen näher erläutert, in denen F i g. 1 und 2 Impulsumformungsnetzwerke,
F i g. 3 regenerierte Impulse, F i g. 4 ein symmetrisches Impulsumformungsnetzwerk,
F i g. 5 eine Abart dieses Netzwerkes, F i g. 6 ein Katodenschaltnetzwerk, F i g.
7 eine Abart eines Katodenschaltnetzwerkes, F i g. 8 Wellenformen und F i g. 9 einen
Teil eines vollständigen Systems zeigen, Von den F i g. 1, 2 und 3 der Zeichnung
zeigt F i g. 1 ein an sich bekanntes Impulsumformungsnetzwerk, durch welches von
einem negativen Schaltwert zwei in Phase verschobene negative Impulse zum Betreiben
der ersten und der zweiten Führungselektroden einer Kaltkatodenröhre mit zwei Führungselektroden
abgeleitet werden. Bei einer bekannten Schaltung ist es zum Fortschalten einer solchen
Röhre notwendig, einen negativen Impuls der ersten Führungselektrode zuzuführen,
um eine Entladung von der Katode auf die benachbarte, erste Führungselektrode übergehen
zu lassen, und einen zweiten negativen Impuls der zweiten Führungselektrode zuzuführen,
um die Entladung von der ersten Führungselektrode auf die zweite Führungselektrode
übergehen zu lassen; am Ende des zweiten Impulses ist die Entladung geneigt zu erlöschen,
worauf eine resultierende Spannungszunahme einen Durchschlag in dem nächstfolgenden
Zwischenraum zwischen der Anode und der nächstfolgenden Katode hervorruft, so daß
eine Entladung an dieser nächstfolgenden Katode hält.
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Dies ist deutlichkeitshalber in F i g. 3 dargestellt und deutet den
Eingangsschaltwert als (i) an den linken Klemmen der F i g. 1 an. Der Impuls für
die ersten Führungselektroden GA wird einem Potentiometernetzwerk R 1, R
2 entnommen, so daß an der Klemme GA in F i g. 1 ein Impuls der in F i g.
3 angedeuteten Gestalt (ii) erhalten wird. Der den zweiten Führungselektroden GB
zugeführte Impuls hat die in F i g. 3 dargestellte Gestalt (iii); er wird einem
Widerstands-Kondensator-Netzwerk R 3, C 2 in F i g. 1 entnommen. Aus F i g. 3 ist
ersichtlich, daß diese Anordnung zwei negative Impulse erzeugt, die zeitlich verschoben
sind und eine geeignete Wellenform haben, um die Röhre fortzuschalten, der sie zugeführt
werden.
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Soll die Röhre rückwärts schalten, d. h. soll sie »subtrahieren«,
so muß die Zeitbeziehung der den Führungselektroden zugeführten negativen Impulse
umgekehrt werden, was bedeutet, daß ein negativer Impuls der zweiten Führungselektrode
zugeführt werden muß, bevor die erste Führungselektrode einen Impuls erhält. Dies
kann durch die in F i g. 2 dargestellte Anordnung erfolgen, wobei über den Kondensator
C 1 erhaltene Impulse den zweiten Führungselektroden GB über ein Widerstandspotentiometer
R 3, R 4 zugeführt werden, während Impulse den ersten Führungselektroden
GA über ein Widerstands-Kondensator-Netzwerk R 1, C3 zugeführt werden. In
diesem Falle haben die Impulse der zweiten Führungselektrode GB die in F
i g. 3 dargestellte Wellenform (ii), während die an der ersten Führungselektrode
GA die in F i g. 3 veranschaulichte Gestalt (iii) haben. Die Röhre wird daraufhin
rückwärts zählen.
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F i g. 4 zeigt eine Anordnung, die einen von zwei Zuständen haben
kann; in einem Zustand ist sie der Anordung nach F i g. 1 ähnlich, bei der die Fortschaltröhre
»addiert«, und in dem anderen Zustand ähnelt sie der Anordnung nach F i g. 2, bei
der die Röhre »subtrahiert«. Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 4. wird
an Hand eines Vergleiches mit F i g. 2 beschrieben. Aus einem Vergleich der F i
g. 2 und 4 ist ersichtlich, daß der Unterschied im wesentlichen darin besteht, daß
der Reihenzweig R 2, C2 über die Klemmen GA und GB verbunden ist.
Dies hat einen Einfluß auf die Gestalt der den Führungselektroden zugeführten Impulse,
so daß diese nicht gleich denen nach F i g. 3 sind; obgleich die Gestalt dieser
Impulse geändert ist, ist es verhältnismäßig einfach, die Werte der Widerstände
und Kondensatoren der F i g. 1 und 2 so zu wählen, daß die Fortschaltröhre nicht
beeinflußt wird. Daher wird in der Lage der Kontakte des Schalters SW die
Anordnung nach F i g. 4 auf gleiche Weise wirksam sein wie die nach F i g. 2. Wenn
der Schalter SW derart geschaltet wird, daß der Verbindungspunkt von R 2
und C2 mit Erde verbunden ist, während der Verbindungspunkt von C3 und R4 nicht
verbunden bleibt, ist es ersichtlich, daß die Anordnung der nach F i g. 1 ähnlich
wird, wobei die Reihenschaltung von C 2 und R 4 zwischen den GA- und GB-Klemmen
verbunden ist. Bei geeigneter Bemessung der vorerwähnten Kondensatoren und Widerstände
wird die Anordnung zufriedenstellend wirken und die Röhre fortschalten oder »addieren«
lassen. Es zeigt sich somit, daß die Schaltrichtung einer Röhre durch die Lage einfacher
Umschaltkontakte bedingt werden kann. F i g. 5 zeigt eine Abart der Anordnung nach
F i g. 4, wobei die Kontakte des Schalters SW durch photoleitende Widerstände
R 5 und R 6 ersetzt sind. Im leitenden Zustand kann der Widerstandswert eines solchen
Widerstandes so niedrig sein, etwa 100 Ohm, daß er als ein Kurzschluß betrachtet
werden kann; im nichtleitenden, d. h. »Dunkel«-Zustand können diese Widerstände
Werte bis zu 1 MOhm oder mehr haben, welche Werte in diesem Falle als so hoch betrachtet
werden, daß sie nahezu einen offenen Kreis bilden.
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Eine weitere Anforderung bei einer Anordnung für Fortschaltung in
zwei Richtungen besteht in der
Möglichkeit, »Übergangs«-Impulse
an dem richtigen Punkt zu erzeugen. Beispielsweise wird hier eine Dekadenröhre betrachtet,
d. h. eine Röhre mit zehn Stufen, die von 18 bis 19 und dann von 19 bis 20 addieren;
damit die »Zehner«-Fortschaltröhre auf geeignete Weise fortgeschaltet werden kann,
ist es notwendig, einen Übergangsimpuls mit dem zwanzigsten Impuls zu erzeugen,
so daß die »Zehner«-Zählung von 1 bis 2 läuft, während die »Einer« von 9 bis 0 verlaufen.
Dies bedeutet, daß ein Übergangsimpuls geliefert werden muß, wenn die »Einer« von
der neunten bis zu der nullten Lage laufen.
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Andererseits ist es bei Subtraktion, bei der die Zählung von 21 auf
20 und darauf von 20 auf 19 geht, notwendig, daß der Übergangsimpuls die »Zehner«-Zählung
von 2 auf 1 ändert, wenn die »Einer«-Zählung 9 erreicht; wenn der Übergangsimpuls
in der nullten Lage bei der Subtraktion erzeugt wäre, würde die Zählung von 21 auf
10 übergehen, was eine Fehlzählung bedeutet, da die nächstfolgende Zählung 19 sein
müßte.
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Es zeigt sich somit, daß beim Addieren der Übergangsimpuls in der
nullten Lage erzeugt werden muß, während beim Subtrahieren der Übergangsimpuls in
der neunten Lage geliefert werden muß. F i g. 6 zeigt eine Schaltung, welche diese
Wirkung herbeiführt.
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In F i g. 6 werden die Katodenkreise K 9 und K 0 einer »Einer«-Röhre
gesondert nach außen geführt und über Widerstände R 9 bzw. R 10 mit
einer gemeinsamen Leitung verbunden, die hier als »Erde« angedeutet ist. Zwischen
den zwei Katoden sind Widerstände R 7 und R 8 angebracht, von deren Verbindungspunkt
eine Leitung mit Klemme B verbunden ist, die mit dem Eingang eines Puffers oder
einer Impulsverstärkerstufe verbunden werden kann, und von dort mit der »Zehner«-Fortschaltröhre.
Ein Satz von Übergangskontakten eines Schalters SW ist auch zwischen den
zwei Katoden vorgesehen, so daß entsprechend der Lage eines beweglichen Kontaktes
entweder die K 9 oder die KO-Katode mit der gemein- , samen Erdleitung verbunden
werden kann. Im Betrieb, wenn an der Klemme B ein Übergangsimpuls in der neunten
Lage, d. h. beim Subtrahieren, geliefert werden soll, nehmen die Kontakte die in
F i g. 6 dargestellte Lage ein. Wenn die Entladung der Fortschaltröhre bei K9 bleibt,
tritt eine verhältnismäßig hohe Spannung von z. B. 30 V zwischen der K9-Klemme und
Erde infolge eines Stroms durch den Widerstand R 9 auf. Eine geschwächte
Form dieser Spannung wird an der Klemme B auftreten, welche in einem Verhältnis
geteilt wird, das von den Werten der Widerstände R 7 und R 8 abhängig ist. Wenn
die Entladung auf KO übergeht, wird bei Rückkehr von KO nach Erde über die Kontakte
des Schalters SW keine Spannung zwischen KO und Erde und somit keine Spannung
an der Klemme B auftreten. Bei der Addition, bei der ein Impuls in der KO-Lage und
nicht in der K9-Lage notwendig ist, werden die Kontakte umgekehrt, so daß R 9 kurzgeschlossen
wird und ein Impuls an B auftritt, wenn die Entladung an K O bleibt, aber
nicht, wenn die Entladung an K 9 bleibt.
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F i g. 7 zeigt eine Abart der Anordung nach F i g. 6. Dabei sind die
Widerstände R 9 und R 10 und die Kontakte des Schalters SW durch photoleitende
Widerstände R 12 und R 1.3 und einen Widerstand R 14 zwischen dem
Verbindungspunkt von R 7 und R 8 und der gemeinsamen Leitung ersetzt. Deutlichkeitshalber
wird angenommen, daß der Strom nach K 0 oder K9, wenn die Entladung an einer
dieser Katoden bleibt, 400 #tA beträgt, daß die Widerstände R 7 und R 8 je 47 kOhm,
der Widerstand R 14 i 100 kOhm und die Widerstände R 12 und R 13 je einen
»Leitungs«-Widerstand von etwa 100 Ohm und einen »Dunkel«-Widerstand von etwa 1
MOhm haben.
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Die Wellenformen der dabei auftretenden Spannungen sind in F i g.
8 veranschaulicht, die auch einfachheitshalber bei »C1« die Impulse zeigt, die in
bezug auf die gemeinsame Erdleitung an dem Verbindungspunkt von R 1, R 3 und C 1
des Eingangsnetzwerkes der Stufe auftreten (s. die F i g. 4 und 5). Beim Addieren
wird der Widerstand R 12 (F i g. 7) belichtet, so daß sein Wert niedrig ist, und
zwar etwa 100 Ohm. Der Widerstand R 13 wird nicht belichtet, so daß sein
Wert etwa 1 MOhm beträgt. Unter diesen Bedingungen beträgt, wenn die Entladung an
K9 bleibt, die Spannung an K 9 nur etwa 40 mV, d. h. der Strom 400 [A wegen des
100-Ohm-Widerstandes, und die Spannung an B beträgt nur annähernd 25 mV wegen des
niedrigen Widerstandswertes von R 12.
Aber die Spannung an B, wenn die Entladung
an KO bleibt, beträgt 13 V. Wenn die Entladung an K9 bleibt, beträgt die KO-Spannung
wieder nur etwa 25 mV, aber die Spannung an K0 ist, wenn die Entladung an KO bleibt,
32 V, d. h. entsprechend einem Strom von 400 NA bei einem Widerstand von etwa 80
kOhm. Beim Subtrahieren hat auf gleiche Weise R13 bei Belichtung einen niedrigen
Wert, während R12 nach seinem hohen Wert zurückkehrt. Wenn die Entladung auf KO
bleibt, steigt die Spannung an KO nicht über 40 mV, während beim Verbleiben der
Entladung an K 9 die Spannung dieser Elektrode gegen Erde etwa 32 V beträgt,
wodurch ein Impuls von etwa 13 V an der Klemme B erzeugt wird. Die Amplituden der
Millivoltimpulse sind zu gering, um deutlich aus F i g. 8 hervorzugehen, aber aus
den vorerwähnten Spanungswerten kann abgeleitet werden, daß ein Amplitudenverhältnis
von etwa 500 zwischen den K9- und den KO-Impulsen erzielt wird; dieses Amplitudenverhältnis
ist selbstverständlich durchaus hinreichend, um eine Diskrimination zwischen diesen
Impulsen zu ermöglichen und zu sichern, daß die Impulse nur an eine Röhrenstufe
entweder in der 0- oder in der 9-Lage der vorhergehenden Stufe zugeführt werden,
je nachdem, ob Addition oder Subtraktion erfolLyt. Wenn die Anordnungen nach den
F i g. 5 und 7 kombiniert werden, wird es einleuchten, daß die erforderlichen Schaltvorgänge,
welche für Addieren und Subtrahieren verschieden sind, mittels photoleitender Widerstände
in zwei Gruppen durchgeführt werden können, wobei die verlangte Gruppe vollständig
belichtet wird in Abhängigkeit von dem gewünschten Vorgang. Dies ist in F i g. 9
veranschaulicht, die einen Teil einer Zählschaltung gemäß den vorstehend an Hand
der F i g. 5 und 7 beschriebenen Grundsätzen zeigt.
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F i g. 9 zeigt eine Dekaden-Fortschaltröhre VS 1,
die einfachheitshalber
als »Einer«-Zählröhre betrachtet wird. Diese Röhre wird durch eine Vakuumtriode
VT von der nächstfolgenden Dekadenröhre VS2 ge-
trennt, die somit eine
»Zehner«-Zählröhre ist. Die zwei Fortschaltröhren enthalten je gemeinsame erste
Führungselektroden GA und gemeinsame zweite Führungselektroden GB und die
miteinander verbundenen
8 Katoden K 1 bis K 8, während die Katoden
K 9 und K 0 gesondert nach außen geführt sind. Ein strombegrenzender Widerstand
R 16 ist in die Anodenkreise jeder Röhre eingefügt; dieser Widerstand ist nur in
der VS 1-Stufe gezeigt.
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Die Katoden K 9 und K 0 der »Einer«-Stufe VS 1
sind mit einem
Wählerkreis verbunden, der dem der F i g. 7 sehr ähnlich ist, mit der Ausnahme jedoch,
daß der Widerstand R 14 der F i g. 7 durch Widerstände R 9 und R 10 ersetzt ist,
die parallel zu den photoleitenden Widerständen R 12 bzw. R 13 liegen. Von dem Verbindungspunkt
der Widerstände R 7 und R 8 ist eine Leitung nach dem Gitter der Röhre
VT geführt, welche als Impulsverstärker und Polaritätsumkehrstufe wirksam
ist. Wenn ein positiver Impuls entweder von K9 oder von K0, je nachdem, ob die Anordnung
addiert oder subtrahiert. dem Gitter von VT zugeführt wird, wird ein verstärkter,
negativer Impuls an dem Belastungswiderstand R 15 auftreten, der über den Kondensator
C1 einem Impulsformerkreis nach F i g. 5 zugeführt wird. Je nachdem, ob die Zählschaltung
addiert oder subtrahiert, haben die erhaltenen Impulse, welche von diesem Kreis
den Führungselektroden GA und GB der »Zehner«-Röhre VS2 zugeführt
werden, einen gegenseitigen Zeitunterschied, da die Impulse beim Addieren zunächst
an GA, beim Subtrahieren zunächst an GB auftreten.
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Die für die Schaltungsanordnung nach F i g. 9 geeigneten Widerstands-
und Kondensatorwerte sind die folgenden: R 1 . . . . . . . . . . . . . . . 100 kOhm
R 2 . . . . . . . . . . . . . . . 150 kOhm R 3 . . . . . . . . . . . . . . . 100
kOhm R 4 . . . . . . . . . . . . . . . 150 kOhm R 7 . . . . . . . . . . . . . .
. 150 kOhm R 8 . . . . . . . . . . . . . . . 150 kOhm R 9 . . . . . . . .
. . . . . . . 120 kOhm R 10 . . . . . . . . . . . . . . 1.20 kOhm R 14 . . . . .
. . . . . . . . . 680 kOhm R 15 . . . . . . . . . . . . . . 220 kOhm C 1 . . . .
. . . . . . . . . . . 3300 pF C 2 ............... 1500 pF C3 ..... . .........
1.500pF Die Fortschaltröhren VS 1 und VS 2 wurden je vom Typ Z. 504
S und die Triode VT als ein Teil einer Doppeltriode Typ E 88 cc gewählt.