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Transistor-Gleichspannungswandler zur Rufladung eines Speicherkondensators
auf einen bestimmten Spannungswert; insbesondere für Elektronenblitzgeräte Es sind
Transistor-Gleichspannungswandler bekannt, mit denen die Rufladung eines Speicherkondensators
auf einen bestimmten Spannungswert vorgenommen wird. Derartige Schaltungen werden
in Elektronenblitzgeräten verwendet. Der Kondensator soll dabei im Bereitschaftszustand
eine verhältnismäßig hohe Spannung, normalerweise etwa 500 V, haben. Beim Auslösen
des Blitzes wird er dann plötzlich auf eine niedrige Restspannung entladen.
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Die Schaltung eines solchen Elektronenblitzgerätes muß so arbeiten,
daß eine bestimmte obere Grenzspannung am Kondensator nicht überschritten werden
kann. Außerdem soll der Stromverbrauch der Schaltung aus einer Batterie so gering
wie möglich sein. Es wird deshalb angestrebt, daß der Transistoroszillator, welcher
mittels eines Gleichrichters zum Gleichrichten der hochtransformierten Wechselspannung
den Speicherkondensator auflädt, selbsttätig abgeschaltet wird, sobald im Speicherkondensator
ein vorgegebener Sollwert der Spannung erreicht wird. Nach Abschalten des Oszillators
wird dann kein nennenswerter Strom aus der Batterie mehr verbraucht. Man versuchte
bisher das selbsttätige Abschalten des Transistoroszillators dadurch zu erreichen,
daß ein durch einen Spannungsteiler gewonnener Teil der Spannung am Speicherkondensator
einen weiteren Kondensator mit wesentlich kleinerer Kapazität auflädt und an eine
Glimmröhre gelegt wurde. Beim Erreichen .der Zündspannung soll dann in dieser durch
Entladung des letzteren Kondensators ein Strom einsetzen, der über einen als Gleichstromverstärker
geschalteten Transistor eine solche Basisspannung am Oszillatortransistor hervorbringen
soll, daß die Schwingung derselben unterbunden wird. Der Gleichstromverstärker dient
zum Ausgleich des durch die Spannungsteilerschaltung verursachten Energieverlustes.
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Diese bekannte Schaltung ist jedoch nur dann verwendbar, wenn man
relativ hohe Anforderungen an die Toleranzen sowohl der Glimmröhre als auch der
verwendeten Transistoren stellt. Berücksichtigt man jedoch die normalerweise auftretende
Streuung der Stromverstärkungswerte der verschiedenen Transistorexemplare, so erscheint
es schwierig, eine solche Schaltung zum zuverlässigen Arbeiten zu bringen. Es besteht
die Gefahr, daß der Abschaltmechanismus nicht immer funktioniert. Ein Nichtabschalten
bedeutet, daß die Spannung am Speicherkondensator außerordentlich hoch anwachsen
kann. Dadurch kann sowohl dieser als auch der Gleichrichter und der Transistor des
Oszillators zerstört werden.
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Es ist auch bekannt (deutsche Auslegeschrift 1053 591), den Strom
der Gasentladungsröhre ohne Verstärkung zur Unterbrechung der Schwingungen des Transistoroszillators
zu benutzen, wenn die Spannung am Speicherkondensator einen vorgegebenen Wert erreicht
hat, jedoch ist diese Schaltung nur bei fehlendem Spannungsteiler anwendbar.
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Es wird z. B. bei Elektronenblitzgeräten gefordert, daß die Rufladung
des Speicherkondensators möglichst schnell vor sich geht (nicht länger als 12 bis
15 Sekunden) und daß dann zur Schonung der Batterie der Oszillator mit Sicherheit
abgeschaltet wird. Diese Aufgaben sind um so schwerer lösbar, je größer der Speicherkondensator
und je höher die Nutzspannung an diesem Kondensator ist, weil dann ein entsprechend
starker Oszillator erforderlich ist, dessen Schwingungen entsprechend schwerer zu
unterdrücken sind.
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Die Erfindung ermöglicht, leistungsfähige Geräte bei kurzer Aufladungszeit
zu bauen. Die Erfindung bezieht sich auf Transistor-Gleichspannungswandler zur Rufladung
eines Speicherkondensators auf einen bestimmten Spannungswert; insbesondere für
Elektronenblitzgeräte, unter Verwendung eines - Transistoroszillators, der von einer
Batterie gespeist wird, eines Gleichrichters zum Gleichrichten der hochtransformierten
Wechselspannung des Oszillators und eines über einen Spannungsteiler am Speicherkondensator
liegenden weiteren Kondensators, dessen Ladung über eine Gasentladungsstrecke, die
über einen den Entladungsstrom begrenzenden ohmschen Widerstand mit dem über eine
Wicklung des Transformators rückgekoppelten Basisstromkreis des Transistors des
Oszillators verbunden ist, bei Erreichen eines vorgegebenen Sollwertes der Spannung
am Speicherkondensator die Schwingungen des Transistoroszillators durch einen die
Basisspannung beeinflussenden Stromstoß unterbricht. Erfindungsgemäß ist die Gasentladungsröhre
eine
Lichtbogenentladungsstrecke, die den Stromstoß ohne eine zwischengeschaltete Verstärkerstufe
an die Basis liefert, und es liegt im Stromkreis der Lichtbogenentladungsstrecke
ein mit dem Basisstromkreis galvanisch gekoppelter Kondensator, an welchem der Lichtbogenentladungsstrom
die zum Unterbinden der Schwingungen des Transistoroszillators erforderliche Spannung
aufbaut.
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Der Vorteil der Verwendung einer Lichtbogenentladungsstrecke, wie
sie z. B. als überspannungsableiter mit Edelgasfüllung gebräuchlich ist (auch Gasentladungsableiter
genannt), gegenüber den bekannten Ausführungen mit einer Glimmstrecke besteht darin,
daß bei einer Lichtbogenentladung ein größerer Stromstoß erzeugt wird, der ohne
nachfolgende Verstärkung ausreicht, um die zum Unterbinden der Schwingungen eines
starken Transistoroszillators erforderliche Sperrspannung hervorzubringen. Der Stromstoß
ist sogar so stark, daß er eine entsprechend hohe Spannungsspitze an der Basis des
Transistors hervorrufen kann, die den Transistor gefährdet. Deshalb wird gemäß dem
zweiten Merkmal der Erfindung in den Lichtbogenstromkreis ein Kondensator gelegt,
der den Stromstoß auffängt und dadurch das Auftreten einer hohen Sperrspannungsspitze
verhindert. Außerdem hat der Kondensator den Vorteil, daß die von dem Stromstoß
hervorgerufene Sperrspannung infolge der Speicherwirkung des Kondensators über die
kurze Dauer des Stromstoßes hinaus wirksam ist, so daß die Zeit des Vorhandenseins
der Sperrspannung nun besser ausreicht, um ein sicheres Unterbrechen der Oszillatorschwingungen
zu bewirken.
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Es ist an sich bekannt (deutsche Auslegeschrift 1053 591), ein sicheres
Unterbrechen der Schwingungen eines Transistoroszillators durch eine entsprechend
große Zeitkonstante einer RC-Schaltung zu erreichen, jedoch wird bei der bekannten
Schaltung der an der Nutzspannung liegende Speicherkondensator für diesen Zweck
ausgenutzt. Diese Schaltung hat deshalb den Nachteil, daß der über die Gasentladungsröhre
fließende Strom erst aufhört, wenn die Spannung am Speicherkondensator bis auf die
Löschspannung der Gasentladungsröhre abgesunken ist. Bei Verwendung einer Lichtbogenentladungsstrecke
wäre diese Schaltung sogar unbrauchbar, weil die Löschspannung einer lichtbogenentladungsstrecke
sehr weit unter der Löschspannung liegt (z. B. 50 bis 200 V), während bei Glimmentladungsröhren
die Löschspannung nur wenig unter der Zündspannung liegt (etwa 15 V).
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Sinngemäß müßte man bei der der Erfindung zugrunde gelegten, oben
beschriebenen bekannten Schaltung, bei der über einen am Speicherkondensator liegenden
Spannungsteiler ein weiterer Kondensator aufgeladen wird, an dem die Gasentladungsröhre
liegt, zur Erzielung einer großen Zeitkonstante diesen weiteren Kondensator entsprechend
groß bemessen, jedoch wäre dann für diesen Kondensator eine entsprechend größere
Ladeenergie notwendig, die der Oszillator aufbringen muß (Verringerung des Wirkungsgrades),
und außerdem wäre die oben geschilderte Schwierigkeit nicht beseitigt, daß bei Verwendung
einer Lichtbogenentladungsstrecke der von dieser gelieferte starke Stromstoß den
Transistor gefährden würde.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. F
i g. 1 zeigt die erfindungsgemäße Grundschaltung und F i g. 2 eine verbesserte Schaltung,
bei der der Transistoroszillator selbsttätig wieder eingeschaltet wird, wenn die
Spannung des Speicherkondensators unter einen Grenzwert gesunken ist.
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In F i g. 1 ist ein Transistor T mit Hilfe eines Transformators Tr
rückgekoppelt, so daß er als Oszillator arbeiten kann. An der Sekundärseite ws des
Transformators Tr ist eine Gleichrichterschaltung angeschlossen, welche mit Hilfe
eines im Wechsel-Stromzweig liegenden Kondensators Cl und zweier Ventile V1 und
V2 einen Speicherkondensator C2 auflädt. Die beiden Enden der Rückkopplungsspule
w2 des Transformators sind mit der Basis des Transistors T und mit einem
Punkt a verbunden, welcher über zwei Widerstände R1 und R2 am Pluspol der
Batterie liegt. Am anderen Pol der Batterie, der mit - UB bezeichnet ist,
liegt über eine Drucktaste D ein Widerstand R2. Durch Drücken der Taste kann
eine zum Starten der Oszillatorschwingtmg geeignete Basisvorspannung an den Transistor
T gelegt werden. Im Sinne der Erfindung ist nun eine Lichtbogenentladungsstrecke
G mit Hilfe eines aus zwei Widerständen R4 und R$ gebildeten Teilers an den Speicherkondensator
C2 angeschlossen. Parallel zu R5 liegt noch ein Kondensator Cs. Im Stromkreis der
Lichtbogenentladungsstrecke liegt dann noch der zur Strombegrenzung dienende Widerstand
RB und der Widerstand R2 mit den weiteren zum Basiskreis des Oszillatortransistors
gehörenden Schaltungsteilen. Außerdem ist noch ein Kondensator C4 zwischen den Minuspol
der Batterie und den Verbindungspunkt b der beiden Widerstände R1 und R2 gelegt.
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Der Widerstand R5 ist regelbar ausgeführt und wird so eingestellt,
daß beim Erzeichen des Sollwertes der Spannung U. am Speicherkondensator C2 gerade
die Zündspannung der Lichtbogenentladungsstmcke G erreicht wird. Hat man also Gien
Oszillator eingeschaltet, so wird im Zeitpunkt des Erreichens dieser Spannung der
Kondensator C3 über die Lichtbogenentladungsstrecke und über Re einen Stromstoß
zum Punkt b liefern, durch welchen eine gewisse Ladungserhöhung am Kondensator C4
erfolgt. Durch die damit verbundene Spannungsänderung am Punkt b wird eine entsprechende
Änderung am Punkt a hervorgerufen und dadurch die Basisvorspannung des Transistors
in positiver Richtung (beint pnp-Transistor) so weit geändert, daß ein Weiterschwingen
nicht mehr möglich ist.
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Das Einfügen des Kondensators C4 bringt den Vorteil, daß man mit einem
verhältnismäßig hohen, aber sehr kurzzeitigen Stromimpuls eine Basis-Emibter-Spannung
der passenden Größe für genügend lange Zeit aufrechterhalten kann. Zur Erleichterung
des Unterbrechens der Oszillatorschwingungen ist in F i g. 1 parallel zur Kollektorwieklung
w1 des Tramformators Tr in an sich bekannter Weise noch ein Widerstand R7 eingeschaltet.
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Bei Elektronenblitzgeräten wird meistens noch die Forderung gestellt,
daß auch eine selbsttätige Wiedereinschaltung der Oszillatorschwingung erfolgt,
wenn die Spannung des Speicherkondensators bei längerer Bereitschaftsstellung unter
einen gewissen Grenzwert abgesunken ist. Dieser Grenzwert soll nur wenig niedriger
als der Sollwert liegen.
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Die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich gemäß F i g. 2 so erweitern,
daß eine selbsttätige Wiedereinschaltung ebenfalls möglich ist. Zu diesem Zweck
wird
gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine zusätzliche, über einen Vorwiderstand
oder Spannungsteiler aus dem Speicherkondensator gespeiste Glimmröhre GI in F i
g. 2 und durch den in dieser Glimmröhre fließenden Gleichstrom gesteuerter weiterer
Transistor T2 vorgesehen, derart, daß der weitere Transistor T2 mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke
den oberen Teilerwiderstand des Basis-Spannungs-Teilers für den Oszillatortransistor
T darstellt und daß der Entladungsstrom der Glimmröhre Gl die Basisspannung des
weiteren Transistors T" derart ändert, daß dieser gesperrt wird, solange die Glimmentladung
stattfindet.
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Die Wirkungsweise einer derartigen Schaltung sei an Hand von F i g.
2 näher erläutert. Dort ist die Schaltung nach F i g.1 in folgender Weise erweitert.
Parallel zum Speicherkondensator C liegt noch ein weiterer Spannungsteiler, der
aus Widerständen R8, R9, Rio und R11 besteht und an welchen eine Glimmröhre Gl,
zu der noch ein Kondensator CS parallel liegt, angeschlossen ist.
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An Stelle der Drucktaste D und des Widerstandes R, in F i g. 1 liegen
in F i g. 2 ein. Transistor T2 mit einem Widerstand R1, in seiner Kollektorleitung
und einem Widerstand R1. in der Emitterlentung und mit zwei Widerständen Rio und
R" als Basisspannungsteiler. Mit der Basis von T2 ist außerdem die von der Glimmröhre
kommende Leitung verbunden.
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Beim Einschalten tritt zunächst ein allmähliches Anwachsen der Spannung
U" am Speicherkondensator CL durch die Oszillatorschwingungen ein, wobei der Transistor
T2 eine zum Starten der Oszillatorschwingung ausreichende Vorspannung an den Transistor
T liefert. Es muß nun beim Erreichen eines etwas unter dem Sollwert der Kondensatorspannung
U" liegenden Spannung die Glimmröhre GI zünden. Durch den in ihr fließenden Strom
wird die Spannung an der Basis von T2 so geändert, daß dieser Transistor für den
Stromdurchgang gesperrt wird. Trotzdem geht die Oszillatorschwingung des Transistors
T zunächst weiter, genauso wie beim Loslassen der Drucktaste in der Schaltung nach
F i g. 1. Beim Erreichen der Sollspannung am Speicherkondensator C2 zündet auch
die Lichtbogenentladungsstrecke G. Dadurch wird genau wie in der Schaltung nach
F i g. 1 eine Sperrung des Oszillatortransistors bewirkt, so daß die Spannung am
Speicherkondensator C2 jetzt nicht mehr weiter anwachsen kann. Durch die Belastung
mit den beiden Spannungsteilern und durch eine gewisse Selbstentladung verringert
sich dann allmählich die Spannung an C2. Nach einiger Zeit wird der untere Grenzwert
der erforderlichen Spannung erreicht. Der Spannungsteiler, an welchem die Glimmröhre
angeschlossen ist, ist nun so eingestellt, daß gerade bei dieser Spannung die Glimmröhre
verlischt; damit wird wieder die ursprüngliche Basisvorspannung an den Transistor
T2 gelegt, so daß dieser wieder Strom führt und damit auch die Basisvorspannung
für das Wiederanschwingen von T hergestellt wird. Es wiederholen sich so in periodischer
Folge Aufladevorgänge und Pausenzeiten.
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Beim Auslösen eines Blitzes wird der Speicherkondensator C2 bis auf
eine geringe Restspannung entladen, und die Wiederaufladung tritt unverzüglich durch
das Erlöschen der Glimmröhre wieder ein. Der zur Glimmröhre parallel liegende Kondensator
C5 wird in seiner Kapazität so gewählt, daß einerseits das Erlöschen der Entladung
bei einem ausreichenden Stromwert eintritt, andererseits aber eine Kippschwingung
vermieden wird.
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Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken wird in den Spannungsteiler
für die Glimmröhre eine durch Gleichrichten einer aus der Oszillatorspannung abgeleiteten
Wechselspannung gewonnene Gleichspannung in dem Sinn eingeführt, daß bei schwingendem
Oszillator eine Erhöhung der an der Glimmröhre liegenden Spannung eintritt. Durch
diese Maßnahme zündet die Glimmröhre früher. Besonders einfach und zweckmäßig ist
es, die einzuführende Gleichspannung durch Gleichrichten der an der Rückkopplungsspule
des Transistoroszillators entstehenden Wechselspannung oder der durch eine Zusatzwicklung
erhöhten Wechselspa.ng zu erzeugen.
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In F i g. 2 ist zu diesem Zweck an der Basis von T noch ein Gleichrichterventil
V, angeschlossen, das einen Kondensator C8 auflädt. Parallel zu diesem liegt der
Widerstand Rii des Spannungsteilers für die Glimmröhre. Es wird hierdurch bewirkt,
daJ3 die untere Teilspannung und damit die an der Glimmröhre liegende Spannung während
des Schwingeis des Oszillators vergrößert wird: Dadurch wird wahrend des Aufladevorganges
etwas früher die Zündspannung an der Glimmröhre erreicht und damit der Transistor
T2 früher gesperrt, als es ohne diese eingeführte Zusatzspannung möglich, wäre,
wobei jedesmal vorausgesetzt ist, daß der Spannungsteiler für die Glimmröhre auf
ein Erlöschen derselben beim unteren Spannungsgrenzwert eingestellt ist. Der Unterschied.
zwischen Zündspannung und Löschspannung der Glimmröhre wird also in seiner Auswirkung
verringert.
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Um .ein möglichst temperaturunabhängiges Funktionieren der Glimmröhrenschaltung
sicherzustellen, ist es zweckmäßig, den Teilerwiderstand R9 in Gestalt eines Heißleiters
zu wählen. Dasselbe gilt für den Widerstand Ris des Basisspannungsteilers von T2.