DE1186506B - Verfahren und Schaltungsanordnung zur veraenderlichen Impulsverzoegerung mittels Resonanzelemente - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche KL: 21 al-36/18

Nummer: 1186 506

Aktenzeichen: S 83805 VIII a/21 al

Anmeldetag: 19. Februar 1963

Auslegetag: 4. Februar 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur veränderlichen Impulsverzögerung mittels Resonanzelemente. Bei manchen wissenschaftlichen Untersuchungen und auch in der Praxis, wie z. B. in der Ultrahochgeschvvindigkeitsfotografie und im Fernsehen, werden oft Zeitgeberimpulse gewünscht, die erst eine bestimmte Zeit nach dem Erscheinen eines Ereignisses, z. B. eines Primärimpulses, auftreten sollen. An die hierzu verwendeten Vorrichtungen, den Zeitverzögerungs-Schaltungen bzw. -generatoren, werden je nach dem Anwendungsgebiet verschieden hohe Anforderungen gestellt. So ist es im praktischen Falle der Ultrahochgeschwindigkeitsfotografie für eine korrekte Zeitsteuerung der Belichtungen erforderlich, daß die Zeitverzögerung während der gesamten Aufnahmedauer möglichst genau erfolgt, d. h. daß in den Verzögerungszeiten aufeinanderfolgender Impulse möglichst keine Unterschiede auftreten. Da bei jeder Vorrichtung die Verzögerungszeiten über eine längere Periode nie exakt gleich sind, sondern um den erwünschten Sollwert mehr oder weniger schwanken, ist es also erforderlich, die Veränderungen in der Zeitverzögerung, die Zeitstreuung, auf einem Minimum zu halten. Bei wissenschaftlichen Messungen ist eine möglichst hohe Genauigkeit ohnehin eine selbstverständliche Bedingung. Weiterhin wird es immer erwünscht sein, einen Zeitverzögerungsgenerator zur Verfügung zu haben, dessen Verzögerungszeiten über einen weiten Bereich regelbar sind.

Bekanntlich ist die Zeitstreuung eines elektronischen Zeitverzögerungsgenerators weitgehend durch die Form des verwendeten Impulses bestimmt. Ein langsam ansteigender Impuls hat eine größere Streuung zur Folge als ein schnell ansteigender Impuls. Andererseits werden längere Zeitverzögerungen im allgemeinen durch langsam ansteigende Impulsformen erhalten, so daß gerade bei diesen größere Streuungen in Kauf genommen werden müssen. Ein wesentliches Kriterium für die Brauchbarkeit eines Zeitverzögerungsgenerators ist deshalb neben der möglichen Länge der Zeitverzögerung die Form des verwendeten elektrischen Impulses. Es sind verschiedene Schaltungen für die Zeitverzögerung von elektrischen Impulsen bekanntgeworden, so z. B. eine beim Fernsehen zur zeitlichen Verschiebung von periodischen Folgen rechteckiger Impulse verwendete Anordnung. In dieser Anordnung ist in den Anodenkreis einer ersten Verstärkerröhre eine Verzögerungsleitung geschaltet, die über einen Kopplungskondensator mit einer zweiten Verzögerungsleitung im Gitterkreis einer weiteren Verstärker- Verfahren und Schaltungsanordnung
zur veränderlichen Impulsverzögerung
mittels Resonanzelemente

Anmelder:

Space Technology Laboratories, Inc.,

Los Angeles, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dr. jur. H. Roeder, Patentanwalt,

Wiesbaden, Schlichterstr. 18

Als Erfinder benannt:

George Leslie Clark,

John Joseph Hickey, Hawthorne, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 20. Februar 1962 (174 505)

röhre verbunden ist. Der Betrag der Zeitverzögerung wird hierbei durch die Zahl der Elemente (Induktivitäten und Kapazitäten) in den Verzögerungsleitungen bestimmt.

Bei dieser wie auch bei anderen bekannten Vorrichtungen tritt die Schwierigkeit auf, daß für lange Verzögerungszeiten die Größe der einzelnen Schaltungsbestandteile und die Zahl der — außerdem noch verschieden großen — Einzelteile unerträglich groß wird, so daß man sich im allgemeinen auf relativ kurze Verzögerungszeiten beschränkt. Unter den bekannten Ausführungsformen hat man demnach im wesentlichen nur die Wahl zwischen Vorrichtungen mit relativ genauen, aber kurzen Verzögerungszeiten, bei welchen steil ansteigende Impulse verwendet werden, oder Vorrichtungen mit langen, aber dementsprechend ungenauen Verzögerungszeiten, bei welchen, wie dargelegt, langsam ansteigende Impulse verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, welche Zeitverzögerungen erzeugt, die genau bestimmt und in ihrer Länge über einen weiten Bereich regelbar sind, wobei außerdem die Vorrichtung aus gleichförmig gestalteten Einzelteilen aufgebaut und in ihrer Ausführung kompakt ist.

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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein auf zwei verschiedenen Frequenzen schwingfähiger Oszillatorkreis durch Eingabe eines Primärimpulses bei kurzgeschlossenem Ausgang für die der gewünschten Zeitverzögerung entsprechende Dauer einer Halbwelle auf eine durch ausgewählte Schaltungsparameter bestimmte erste Frequenz angeregt wird, hierauf nach Ablauf dieser ersten Halbwelle die Schwingungsparameter automatisch geändert werden und der Oszillatorkreis mit größerer Amplitude in einer viel höheren zweiten Frequenz weiterschwingt, wobei die erste Halbwelle dieser zweiten Frequenz am Ausgang des Oszillatorkreises als verzögerter Zeitgeberimpuls abgegriffen wird. Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht darin, daß eine Diode mit Parallelwiderstand, eine Resonanzvorrichtung mit einer Vielzahl von Schwingelementen und einem Schalter, mit dessen Hilfe die Schwingelemente einzeln oder zusammen in den Resonanzkreis eingeschaltet werden, und eine vom Primärimpuls gesteuerte Schaltvorrichtung in Serie geschaltet ist und eine Gleichspannungsquelle sowie ein Widerstand parallel zur Schaltvorrichtung und in Serie mit der Diode und der Resonanzvorrichtung geschaltet sind und außerdem ein in Serie mit einem Widerstand geschalteter Kondensator parallel zur Schaltvorrichtung gelegt ist, wodurch ein von einer Ruhestromquelle gespeister Stromentladungsweg gebildet wird, der durch eine im Verhältnis zu den vorbestimmten Frequenzen lange Zeitkonstante gekennzeichnet ist.

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild eines Verzögerungsimpulsgenerators gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Serie von Wellenformen, die dazu dienen, die Arbeitsweise eines Verzögerungsimpulsgenerators nach Fig. 1 zu erklären,

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer anderen Art Verzögerungsimpulsgenerators gemäß der Erfindung,

F i g. 4 ein schematisches Schaltbild eines weiteren Verzögerungsimpulsgenerators gemäß der Erfindung und

F i g. 5 eine Serie von gezeichneten Wellenformen, die dazu dient, die Arbeitsweise eines Verzögerungsimpulsgenerators gemäß F i g. 4 zu erklären.

Gemäß F i g. 1 enthält ein Verzögerungsimpulsgenerator 10 eine Schalteinrichtung 12, z. B. eine Thyratrongasentladungsröhre. Die Schalteinrichtung 12 hat ihre Kathode 14 auf Erdpotential und ihre Anode 16 auf einer geeigneten positiven Spannung durch die Verbindung mit einer Gleichstromquelle 20 über einen Ladewiderstand 18. Andere Elektrodenelemente der Schaltvorrichtung 12 enthalten eine Auslöse- oder Steuerelektrode 22 für den Empfang eines positiven Auslöseimpulses 24 über einen Kopplungskondensator 26 und eine Schirmelektrode 28, die auf Kathode oder Erdpotential gehalten wird. Die Steuerelektrode 22 wird auf einer hohen negativen Spannung durch die Verbindung über einen Gitterwiderstand 30 mit einer negativen Vorspannungsquelle 32 gehalten. Die Gittervorspannungsquelle 32 ist stark genug, um die Schaltvorrichtung 12 normalerweise in nichtleitendem Zustand zu halten.

Die Schalteinrichtung 12 kann z. B. ein Miniaturthyratron enthalten. Wenn die Röhrenelemente, wie beschrieben, verbunden werden, kann die Schalteinrichtung 12 in ungefähr 10 ns in den volleitenden Zustand übergeführt werden, nachdem der Auslöseimpuls 24 der Steuerelektrode 22 zugeführt wurde.

Eine Ruhestromschaltung enthält einen Widerstand 34, einen Kondensator 36, die zwischen Kathode 14 und Anode 16 in Serie geschaltet sind.

Zeitimpulse mit verschiedenen Verzögerungszeiten werden durch selektive Verbindung von einem oder mehreren einer Vielzahl von Kondensatoren 38 a, 38 b, 38 c und Spulen 40 a, 40 b, 40 c in einer Schwingschaltung erzeugt. Die Auswahl der verschiedenen Kombinationen von Kondensator 38 und Spulen 40 wird durch einen Schalter 42 bewerkstelligt, der einen gemeinsamen Anschluß 44 und einen beweglichen Arm 46 hat und der sich jeweils mit einem einer Vielzahl von Kontakten verbinden läßt, von denen drei gezeigt und mit 48 a, 486 und 48 c bezeichnet sind.

In der besonderen Schalterstellung, die mit dem Arm 46 des Schalters 42 verbunden mit Kontakt 48 a dargestellt ist, enthält die Schwingschaltung die Schaltvorrichtung 12, einen Kondensator 38 a, eine Induktivität 40 a und eine Gleichrichtervorrichtung oder Diode 50, die in Serie geschaltet sind, um einen Zeitgeberimpuls 52 zu erzeugen, der eine vorgegebene Verzögerungszeit besitzt. Wie weiter unten erklärt werden soll, wird eine längere Zeitverzögerung dadurch erzeugt, daß der Arm 46 des Schalters 42 zum Kontakt 48 b hin bewegt wird, um den Kondensator 38 ft in Serie mit zwei Induktivitäten 40 b und 40a zu schalten. Eine noch längere Verzögerungszeit wird erzeugt, indem der Arm 46 des Schalters 42 auf Kontakt 48 c gestellt wird, um den Kondensator 38 c in Serie mit drei Induktivitäten 40 c, 406, 40 a zu schalten. Jede der Induktivitäten der 40 a bis 40 c sind vorzugsweise von gleichem Induktivitätswert, wohingegen die Kapazität von 3Sb ein Vielfaches der Kapazität von Kondensator 38 a ist und Kondensator 38 c wiederum ein höheres Vielfaches davon. Zum Beispiel hat der Kondensator 38 b zweimal den Kapazitätswert von Kondensator 38 a, und der Kondensator 38 c hat dreimal den Kapazitätswert von Kondensator 38 a. Deshalb wird, wenn der Schaltarm 46 von Kontakt 48 a zu Kontakt 4Sb und 48 c bewegt wird, beides, die Kapazität und die Induktivität des Serienschwingkreises progressiv erhöht, um die Resonanz oder Schwingfrequenz herabzusetzen und dadurch die Verzögerungszeit zu erhöhen, wie weiter erklärt werden soll.

Ein Gleichstromparallelwiderstand 54 ist parallel zur Diode 50 geschaltet. Die Diode 50 ist so angeordnet, daß sie einen Strom leitet, der in Richtung von der Kathode 14, der Schaltvorrichtung 12 durch die Diode 50, die Induktivität 40 a, den Kondensator 38 a und den Schalter 42 zur Anode 16 der Schaltvorrichtung 12 fließt und einen Strom blokkiert, der in der entgegengesetzten Richtung fließt.

Die Diode 50 ist vorzugsweise eine Thyratronröhre, deren Kathode 56 an die Induktivität 40 a angeschlossen ist. Das Gitter 58, die Schirmelektrode 60 und die Anode 62 der Diode 50 sind miteinander und mit Erde verbunden. Der Vorteil, ein Thyratron als Diode 50 zu gebrauchen, besteht darin, daß sie extrem kurze Umkehrsperrzeiten hat und die Fähigkeit, hohe Ströme in der Vorwärtsrichtung zu leiten, außerdem die Fähigkeit, hohe Spannungen in der Umkehrrichtung zu sperren, und ihr niedriger Widerstand in der Schwingschaltung.

In der gezeichneten Schalterstellung enthält die Verzögerungseinrichtung 10 einen Serienladekreis, der aus der Spannungsquelle 20, dem Anodenwiderstand 18, dem Schalter 42, dem Kondensator 38 a, der Selbstinduktion 40 a und dem Gleichstromparallelwiderstand 54 besteht, wenn die Schaltvorrichtung 12 nicht leitet. Wenn die Schaltvorrichtung 12 leitet, bildet sie einen Weg für einen Entladekreis, der außer der Schaltvorrichtung 12 den Kondensator 38 a, die Selbstinduktion 40 a und die Diode 50 enthält.

Die Funktion des Zeitverzögerungsgenerators 10 wird im folgenden beschrieben, während der Arm 46 des Schalters 42 mit dem Kontakt 48 a verbunden ist. In dieser Schalterstellung sind der Kondensator 38 a und die Selbstinduktion 40 a miteinander verbunden. In Abwesenheit eines Auslöseimpulses 24 an der Steuerelektrode 22 der Schaltvorrichtung 12 befindet sich letztere in einem nichtleitenden Zustand. Der Kondensator 38 a lädt sich auf die volle Spannung der Quelle 20 auf, über eine Ladeschaltung, die die Quelle 20 enthält, den Ladewiderstand 18, den Schalter 42, den Kondensator 38 a, die Selbstinduktion 40 a und den Gleichstromparallelwiderstand 54. Ganz ähnlich lädt sich der Ruhe-Stromspeicherkondensator 36 auf die volle Spannung der Quelle 20 auf über einen anderen Ladekreis, der die Stromquelle 20, den Ladewiderstand 18, den Kondensator 36 und den Widerstand 34 enthält.

Wenn nun ein Auslöseimpuls 24 an die Steuerelektrode 22 der Schaltvorrichtung 12 über den Kopplungskondensator 26 gelegt wird, wird die Vorrichtung 12 in den leitenden Zustand gezündet, wodurch ein niederohmiger Weg zwischen Kathode 14 und Anode 16 geschaffen wird. Das Entstehen dieses Weges mit niedrigem Widerstand gestattet dem Ruhestromspeicherkondensator 36 sich über den Weg zu entladen, der die Vorrichtung 12 und den Widerstand 34 enthält. Den konventionellen Stromfluß vorausgesetzt, ist die Richtung dieses Stromflusses, der /_ß genannt ist, von Ruhestromspeicher 36 zur Anode 16 durch die Schaltvorrichtung 12 zur Kathode 14 durch den Ruhestromwiderstand 34 und zurück zum Ruhestromspeicher 36. Zusatzlieh dazu läßt der leitende Zustand der Schaltvorrichtung 12 den Kondensator 38 a sich über einen zweiten Weg entladen, der die Schaltvorrichtung 12, die die Diode 50, die Selbstinduktion 40 a und den Schalter 42 enthält. Die Anwesenheit der Selbstinduktion 40 a im zweiten Weg läßt einen Schwingstrom /₀ ansteigen, dessen Anfangsrichtung in der niederohmigen oder Stromleitrichtung der Diode 50 liegt, das ist von Anode 62 zu Kathode 56. Der Weg des Schwingstromes I₀ ist vom Kondensator 38 a durch den Schalter 42 zur Anode 16 der Schaltvorrichtung 12 zur Kathode 14 zur Anode 62 der Diode 50, zur Kathode 56, durch Induktivität 40 a und zurück zum Kondensator 38 a.

Eine weitere Erläuterung erfolgt nun an Hand der Darstellungen gemäß F i g. 2, die die Stromspannungskurven aufzeigt, die zu den verschiedenen Schaltungselementen gehören. Kurve 2 a zeigt den Schwingstrom I₀, der in der Schaltung fließt. Kurve 26 zeigt den Ruhestrom und Oszillatorstrom I_n und /₀, die in der Schaltvorrichtung 12 fließen. Kurve 2 c zeigt die Spannung E_c am Kondensator 38 a. Kurve Id zeigt die Spannung E₁ an der Induktivität 40 α. Kurve 2 e zeigt die Ausgangsspannung E₁, parallel zur Diode 50.

Aus Kurve 2 a ist zu entnehmen, daß während der ersten Halbwelle des Stromflusses der Oszillatorstrom sinusförmig ist und durch die Schaltungsparameter bestimmt wird, z. B. durch die Induktivität der Spule 40 a und die Kapazität des Kondensators 38 a. Der Stromfluß /„ kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

jj L

sin CO₁1,

in der E₀ die Spannung der Quelle 20, L die Induktivität der Spule 40 a und

CJ₁ =

in der C₁ die Kapazität des Kondensators 38 α und Co₁ die Kreisfrequenz ist.

Kurven 2 c und 2d zeigen, daß die Maximumwerte der Spannung E_c und E_L am Kondensator 38 a und an der Spule 40 a gleich der Spannung an der Quelle E₀ sind und die Spannungen E_c und E_L zu jedem Zeitaugenblick gleich und einander entgegengerichtet sind. Da die Diode 50 leitend ist, wirkt sie als Kurzschluß, und daher liegt an ihr keine Spannung, wie in Kurve 2 c gezeigt wird.

In Kurve Ib ist gezeigt, daß der Strom durch die Schalteinrichtung 12 zwei Komponenten hat, nämlich den Oszillatorstrom I₀ und den Ruhestrom I_B. Der Ruhestrom I_B hat eine große Zeitkonstante und ist stark genug, die Schaltvorrichtung leitend zu erhalten, wenn der Oszillatorstrom /₀ die Richtung umkehrt. Wenn die Schaltvorrichtung 12 Strom nur in einer Richtung leiten kann, kann sie nicht den Oszillatorstrom I₀ selbst während der negativen Halbschwingung leiten, sondern wird diesen Strom nur leiten, wenn er einem größeren positiven Strom überlagert ist, beispielsweise dem Ruhestrom I₈.

Am Ende der ersten Halbwelle der Schwingung ist der Kondensator 38 a mit entgegengesetzter Polarität zur Ursprungspolarität aufgeladen, wie es in Kurve 2 c gezeigt wird, und hat die Tendenz, die Richtung des Oszillatorstromes /₀ umzukehren. Wenn die Diode 50 Strom in der umgekehrten Richtung nicht leitet, stellt sie einen hohen Blindwiderstand in Form der kleinen Diodenkapazität 64 dar, wie es im Phantom in F i g. 1 gezeigt ist. Die Schaltungsparameter bestehen jetzt aus dem Kondensator 38 a, der Spule 40 a und der Diodenkapazität 64, die vorzugsweise eine sehr geringe Größe im Vergleich zum Kondensator 38 a hat. Da die Diodenkapazität 64 viel kleiner als diejenige des Kondensators 38 a ist, wird die Frequenz der Schwingung jetzt hauptsächlich von der Diodenkapazität 64 bestimmt. Demgemäß wird die Frequenz auf einen Wert CO₂ ansteigen, der durch den folgenden Ausdruck bestimmt wird:

\ Q

Ca
■ C_d

worin C_d die Kapazität der Diode 50 ist.

Vorausgesetzt, daß die Diodenkapazität C_d ein Fünfzigstel derjenigen von Kondensator 38 ist, wird die neue Frequenz ω₂ etwa viermal höher als die

7 8

Originalfrequenz W₁ sein. Der neue Strom /_f, der in mal den früheren Wert haben. Ähnlich ist es, wenn

der rechten Hälfte von Kurve la gezeigt ist, wird der Arm 46 des Schalters 42 auf Kontakt 48c ge-

durch folgende Formel bestimmt: stellt wird. Dann ist der Kondensator 38 c mit

_£ 3fachem Kapazitätswert von 38 a in Serie mit drei

VW — γ δϊηω₂(ί—i_s), 5 Spulen gleichen Induktivitätswertes 40 c, 406, 40«

^ω% geschaltet. Demgemäß wird die erste Schwingfre-

in der i_s die Zeit ist, in der die Diode 50 zu sperren quenz O)₁ jetzt auf ein Drittel des ursprünglichen

beginnt. Unter den neuen Arbeitsbedingungen wirkt Wertes herabgesetzt, und die Zeitverzögerung wird

der Kondensator 38 a als eine im wesentlichen kon- deshalb dreimal so hoch wie der ursprüngliche Wert

stante Spannungsquelle von der durchschnittlichen io sein.

Größe — Eg mit kleiner Welligkeit oder Schwan- Ein Vorteil der soeben beschriebenen Schaltung ist,

kung, die durch die kleine innere Selbstinduktion daß die Zeitverzögerung des Zeitgeberimpulses 52

verursacht wird und der konstanten Spannung über- über einen weiten Bereich durch einfaches Umschal-

lagert ist, wie in Kurve 2 c gezeigt. Die Kondensator- ten von Kondensatoren verschiedener Größe und

spannung E_c bringt die Induktivität 40 a und die i₅ zusätzlichen Induktivitäten geändert werden kann.

Diodenkapazität 64 in Schwingung. Die Spannung £_rf Da die vergrößerte Induktivität durch Hinzufügung

in der Diode 50 wird im wesentlichen gleich und einer gleichen Induktivität erzeugt wird an Stelle des

entgegengeächtet der Summe der Spannung E_L par- Ersatzes einer kleineren Induktivität durch eine grö-

allel zur Selbstinduktion 40 a und der Spannung E_c ßere, können alle Induktivitäten auf eine Standard-

über den Kondensator 38 a. Das Spannungsmaxi- so größe zurückgeführt werden.

mum an der Diode 50 ist gleich Typische Werte der Spannungen und Schaltungs-

rj T₇ parameter sind in folgender Tabelle aufgeführt:

Vj₁. "Ct' Quelle20 600V

' C₁ a₅ Quelle32 -15V

Kondensator 26 100 pF

Daraus kann ersehen werden, daßbeiC^'lSmalQ Kondensator 36 0,001 μΡ

das Maximum der Diodenspannung E_d etwas weni- Kondensator 38 a 100 pF

ger als zweimal E₀ ist, die Spitzenspannung E_L an Kondensator 386 200 pF

der Indiktuvität 40a ist E₀, und die Spannung E_c am 30 Kondensator 38 c 300 pF

Kondensator 38 a ist das negative der Summen der Widerstand 18 10 MOhm

beiden Spannungen E_L und E_d. Widerstand 54 10 MOhm

Die Spannung E_d an der Diode 50 stellt die Aus- Widerstand 30 100 kOhm

gangsspannung des Verzögerungsgenerators 10 dar Widerstand 34 1 kOhm

oder den Zeilgeberimpuls. Aus der Kurve 2e ist zu 35 Selbstinduktion 40a 40 μΗ

ersehen, daß der Ausgangsimpuls für eine Zeitdauer Selbstinduktion 406 40 μΗ

verzögert ist, die einer Halbperiode der ersten Selbstinduktion 40 c 40 μΗ

Schwingfrequenz W₁ entspricht. Die genaue Verzögerungszeit hängt von der Zeit ab, die die Spannung Unter den oben aufgeführten Bedingungen ist eine an der Diode E_d benötigt, um eine gewisse nützliche 40 Halbwelle bei der ersten Schwingfrequenz W₁ unge-Spannungsstufe E_t zu erreichen, die als gestrichelte fähr 0,2/0,4/0,6 jis für die drei verschiedenen Schal-Linie in Kurve 2e gezeigt ist. terstellungen. Die Spitzenamplitude des Stromes I₀

Es ist festgestellt, daß die Zeitverzögerung des ist ungefähr 1 A.

Zeitgeberimpulses 52 in erster Linie durch die La- An Hand der F i g. 3 wird nun eine andere Aus-

duktivität der Spule 40a und die Kapazität des Kon- 45 führung der Erfindung beschrieben. Bei dieser Aus-

densators 38 a bestimmt wird. Die Zeit, die benötigt führung haben zusätzlich zu der Tatsache, daß die

wird, um die Diodenspannung E_d auf den Schwell- Induktivitäten gleiche Induktionswerte haben, auch

wert E_t zu bringen, ist durch das Kapazitätsverhält- die Kondensatoren, die einzeln in den Schwingkreis

nis zum Kondensator 38 a und die Diode 50 be- geschaltet werden, gleiche Kapazitätswerte,

stimmt. Zum Beispiel wird, wenn die Diodenkapazi- 50 Gemäß F i g. 3 sind drei Kondensatoren 68 α bis

tat Cg kleiner gemacht wird, die zweite Schwingfre- 68 c gleichen Kapazitätswertes und drei Selbstinduk-

quenz Cu₂ ansteigen und dadurch eine steilere Wellen- tionen 40 a bis 40 c gleichen Induktivitätswertes

front des Zeitgeberimpulses 52 erzeugen und gleich- wahlweise in den Kreis zwischen Anode 16, der

zeitig die Zeit herabsetzen, die benötigt wird, um die Schaltvorrichtung 12 und die positive Seite der

S£annungsschwelle E_t zu erreichen. 55 Diode 60 mit Hilfe von vier Schaltern 70, 72, 74, 76

Wenn es gewünscht wird, eine längere Zeitver- geschaltet. Vorausgesetzt, daß die Induktivitäten und zögerung des Zeitgeberimpulses 52 zu erreichen, Kondensatoren für die kürzeste Zeitverzögerung verwird der Arm 46 des Schalters 42 auf Kontakt 48 6 bunden sind, wenn Arm 78 von Schalter 70 auf Kongestellt. In dieser Stellung ist der Kondensator 38 6, takt 80, Arm 82 von Schalter 72 auf Kontakt 84, der zweimal den Kapazitätswert von Kondensator 60 Arm 86 von Schalter 74 auf Kontakt 88 und Arm 90 38 a hat, mit zwei Spulen 406 und 40 a, die den von Schalter 76 auf Kontakt 92 steht, ist in dieser gleichen Induktivitätswert haben, in Serie geschaltet. Schalterstellung allein der Kondensator 68 a in Serie Der Kondensator 386 mag allein an die Spulen 40 a mit der Induktivität 40 a geschaltet, und alle anderen und 406 angeschlossenjsein. Da die totale Induktivi- Kondensatoren 686, 68 c und Induktivität 406 sind tat und die totale Kapazität an der Schaltung jede 65 abgeschaltet.

nun zweimal so groß wie die vorherigen Werte sind, Um die Verzögerungszeit auf das Doppelte der

wird die erste Schwingfrequenz W₁ die Hälfte des kürzesten Zeitdauer zu erhöhen, wird der Arm 78

ursprünglichen Wertes und die Zeitverzögerung zwei- von Schalter 70 auf Kontakt 94 gelegt, und der Arm

82 von Schalter 72 auf Kontakt 96. In dieser Schalterstellung sind zwei Kondensatoren 68 a und 686 miteinander parallel geschaltet und in Reihe mit den zwei Induktivitäten 40 a und 40 b. Die Kondensatoren 68 a und 68 b und die Induktivitäten 40 a und 40 b sind so zusammengeschaltet, daß der totale Kapazitätswert und der totale Induktivitätswert verdoppelt werden. Durch Verdoppelung der Kapazität und Induktivität wird die Zeitdauer der ersten Oszillatorfrequenz W₁ auf das Doppelte des Ausgangswertes erhöht und ebenso die Verzögerung.

Um die Verzögerung auf das 3fache der kürzesten Zeit zu erhöhen, bleiben die Arme 78 und 82 von Schalter 70 und 72 auf den Kontakten 94 und 96, und die Arme 86 und 90 der Schalter 74 und 76 werden auf die Kontakte 98 und 100 gestellt. Wenn die Schalter so stehen, sind die drei Kondensatoren 68 a, 686 und 68 c miteinander parallel und in Serie mit den drei Induktivitäten 40 α, 40 ft und 40 c geschaltet, um das 3fache der Ausgangskapazität und Induktivität zu erhalten und dadurch auch die Verzögerung auf das 3fache zu erhöhen. Hier wiederum sind die Kondensatoren 68 a bis 68 c und die Induktivitäten 40 α bis 40 c gruppenweise miteinander verbunden.

F i g. 4 zeigt noch eine weitere Ausführung, bei der die Streuzeit weiter herabgesetzt wird, besonders in Fällen längerer Verzögerungszeit. In dieser Ausführung ist eine Vielzahl von Zweigen vorgesehen, von denen jeder einen Kondensator und eine Selbstinduktion enthält. Der erste Zweig enthält Kondensator 108 und Selbstinduktion 110, der zweite Zweig Kondensator 112 und Selbstinduktion 114 und der dritte Zweig Kondensator 116 und Selbstinduktion 118. Durch die Schalter 120 und 122 wird ein Zweig nach dem anderen hinzugeschaltet, und die Zeitverzögerung wird erhöht. Zum Beispiel ist bei offener Stellung von Arm 124 und 126 der Schalter 120 und 122 ein Kondensator 108 in Serie mit einer Selbstinduktion 110 geschaltet, und die anderen Kondensatoren 112 und 116 und Selbstinduktionen 114 und 118 sind davon abgeschaltet. Diese Verbindung erzeugt die kürzeste Verzögerungszeit. Eine Halbperiode des Oszillatorstromes ist als Kurve 132 in Fig. 5 gezeigt.

Um die Verzögerung zu verdoppeln, wird Schalter 120 geschlossen. Kondensator 112 und Induktivität 114 sind dadurch in Serie geschaltet und parallel zu Kondensator 108. Die Kondensatoren 108 und 112 und die Induktoren 110 und 114 seien auf diese Weise zusammengeschaltet. Der Effekt ist ähnlich dem, wenn man zwei Glieder einer Verzögerungskette zusammenfügt. Die Schwingungsstromkurve wird als Nr. 136 in F i g. 5 b gezeigt und besitzt zwei Stromspitzen, die den zwei Gliedern oder Zweigen von Kondensator und Selbstinduktion entsprechen. Die zwei Stromspitzen bewirken ein Abflachen der Spitze des Schwingstromes und ein Steilerwerden des Anstieges und Abfallens des Stromes im Vergleich zu einem reinen Sinusstrom, wie er in der gestrichelten Kurve 138 gezeigt ist. Da die Beendigung der gewünschten Verzögerung durch die Umkehr des Stromflusses gegeben ist, vermindert die Steilheit des Anstiegs und Abstiegs des Stromes die Streuzeit.

Um die Verzögerungszeit noch weiter zu erhöhen, wird der Arm 126 von Schalter 122 auf Kontakt 140 gestellt, um einen zusätzlichen Zweig zuzuschalten, der den Kondensator 116 die Selbstinduktion 118 in Serie und parallel zum Kondensator 112 geschaltet enthält. Die Kondensatoren 108, 112, 116 und die Induktivitäten 110, 114 und 118 seien auf diese Weise zusammengeschaltet. Der Oszillatorstrom hat drei Stromspitzen, wie es in Kurve 142 der Fig. 5c dargestellt ist mit noch steilerem An- und Abstieg im Vergleich zur reinen Sinusform in Kurve 144.

Anstatt die Zweige aus Gliedern einer Verzögerungskette zu bilden, kann man natürlich auch Stücke einer Verzögerungsleitung, z. B. eines Koaxialkabels oder andere Resonanzelemente benutzen, um die gewünschte Verzögerung zu erhalten. Andere Typen von Resonanzelementen, z. B. elektromechanische Schwingkreise, können ebenfalls benutzt werden.

Im Hinblick auf den Ladewiderstand 18 und den Gleichstromparallelwiderstand 54, der in allen Ausführungen benutzt wird, ist festzustellen, daß sie relativ hohen Widerstand besitzen sollen. Der Ladewiderstand 18 z. B. soll groß genug sein, um keinen wesentlichen Strom durch die Schaltvorrichtung 12 von der Stromquelle 20 aus leiten zu können. Der Gleichstromparallelwiderstand 54 soll groß genug sein, um eine Belastung der Diode 50 zu vermeiden.

Es ist offensichtlich, daß mittels der Schaltung gemäß der Erfindung Zeitgeberimpulse über einen weiten Verzögerungszeitbereich und mit geringen Streuzeiten erzeugt werden können. Weiterhin wird der weite Bereich der Zeitverzögerungen mit Einzelteilen von kleiner und einheitlicher Größe erzeugt.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur veränderlichen Impulsverzögerung mittels Resonanzelemente, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf zwei verschiedene Frequenzen schwingfähiger Oszillatorkreis durch Eingabe eines Primärimpulses bei kurzgeschlossenem Ausgang für die der gewünschten Zeitverzögerung entsprechende Dauer einer Halbwelle auf eine durch ausgewählte Schaltungsparameter bestimmte erste Frequenz angeregt wird, hierauf nach Ablauf dieser ersten Halbwelle die Schwingungsparameter automatisch geändert werden, und der Oszillatorkreis mit größerer Amplitude in einer viel höheren zweiten Frequenz weiterschwingt, wobei die erste Halbwelle dieser zweiten Frequenz am Ausgang des Oszillatorkreises als verzögerter Zeitgeberimpuls abgegriffen wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (50) mit Parallelwiderstand (54), eine Resonanzvorrichtung mit einer Vielzahl von Schwingelementen und einem Schalter (42), mit dessen Hilfe die Schwingelemente einzeln oder zusammen in den Resonanzkreis eingeschaltet werden, und eine vom Primärimpuls gesteuerte Schaltvorrichtung (12) in Serie geschaltet sind, und eine Gleichspannungsquelle (20) sowie ein Widerstand (18) parallel zur Schaltvorrichtung (12) und in Serie mit der Diode (50) und der Resonanzvorrichtung geschaltet sind und außerdem ein in Serie mit einem Widerstand (34) geschalteter Kondensator (36) parallel zur Schaltvorrichtung (12) gelegt ist, wodurch ein von einer Ruhestromquelle (20) gespeister Stromentladungsweg gebildet wird, der

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durch eine im Verhältnis zu den vorbestimmten Frequenzen lange Zeitkonstante gekennzeichnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzelemente Glieder aus Kapazitäten (38) und Induktivitäten (40) enthalten.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzelemente vorbestimmte Längen eines koaxialen Kabels enthalten.

5. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (40, 46, 48) die selektive Verbindung der Kondensatoren einzeln mit allen Induktivitäten ermöglicht.

6. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter die Induktivitäten und die Kondensatoren selektiv miteinander verbindet. ao

7. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter die selektive Parallelschaltung der Kondensatoren mit jeder einzelnen und mit allen in Serie geschalteten Induktivitäten ermöglicht. as

8. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzvorrichtungen Zweige enthalten, von denen jeder eine mit einem Kondensator in Serie geschaltete Induktivität enthält sowie Schaltvorrichtungen für die selektive Verbindung der Zweige untereinander mit jedem Zweig in Parallelschaltung mit einem verschiedenen Kondensator.

9. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (12) ein Thyratron ist, das durch den Primärimpuls (24) gezündet wird und durch das sich im gezündeten Zustand neben der Kapazität (38) des Resonanzkreises auch der parallel zu ihm liegende Kondensator (36) über den Widerstand (34) entlädt und letzteres einen Ruhestrom liefert, der das Thyratron über eine längere Zeit offenhält, als die Periode irgendeiner der Frequenzen des Resonanzkreises beträgt.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten gleichen Selbstinduktionswert und die Kondensatoren verschiedene Kapazitäten besitzen und daß durch den Schalter verschiedene der Induktivitäten in Serie mit einem bestimmten Kondensator schaltbar sind, wobei der Kapazitätswert des Kondensators mit der steigenden Zahl der hiermit verbundenen Induktivitäten ansteigt.

11. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter verschiedene der Induktivitäten in Serie und verschiedene der Kondensatoren parallel mit den in Serie geschalteten Induktivitäten, die mit parallel geschalteten Kondensatoren in Serie liegen, schaltbar sind.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren jeweils von gleichem Kapazitätswert sind.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten und Kondensatoren in eine Anzahl von verschiedenen Zweigen geschaltet werden, wobei jeder Zweig eine in Serie geschaltete Induktivität und einen parallelgeschalteten Kondensator enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 065 461;
deutsche Patentschrift Nr. 899 047;
USA.-Patentschriften Nr. 2 920 191, 2 942 123.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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