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Schaltungsanordnung zur Auslösung einer blitzartigen Stoß-Entladung
in einer Gasentladungsstrecke Kondensatorentladungen werden z. B. zur Erzeugung
von Lichtblitzen mit Hilfe von Funken und Gasentladungslampen (Elektronenblitz)
sowie zur Erzeugung von Stoßwellen mittels Funken verwendet. Zweckmäßigerweise ist
der Kondensator, der die gewünschte Energie enthält, unmittelbar elektrisch mit
der Entladungsstrecke verbunden. Die Maximalspannung am Kondensator bleibt unter
der Durchbruchspannung der Entladungsstrecke. Die Entladung wird mit Hilfe einer
zusätzlichen Zündspannung eingeleitet.
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Unmittelbar nach einer Entladung wird der Kondensator bekannterweise
über einen Widerstand oder eine Induktivität und einen Gleichrichter wieder aufgeladen.
Hierbei bringt die induktive Aufladung neben einer Spannungsverdopplung den Vorteil,
daß der Wiederanstieg der Spannung am Kondensator und damit auch an der Entladungsstrecke-
zunächst wesentlich langsamer erfolgt als bei der Widerstandsaufladung. Damit steht
der Entladufigsstrecke bei gleicher Zeitfür die Aufladung eine längere Zeit zur
Entionisierung zur Verfügung. Das bedeutet, daß man mit einer induktiven Aufladung
zu einer höheren Folgefrequenzder Entladung kommen kann, wobei gleiche Eigenschaften
der Entladungsstrecke vorausgesetzt sind.
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Will man zu einer weiteren Steigerung der *Entladungsfolgefrequenz,
kommen, so verwendet man bekannterweise eine gesteuerte Aufladung. Dabei erfolgt
die Steuäung so, daß die Aufladung erst nach der - Entionisierungszeit beginnti
dann aber 'sehr schnell erfolgt. Durchgeführt wird diese Aufladesteuerung beispielsweise
mit Hilfe -von Elektronenröhren'und Thyratronen, Und gesteuert wird- nur det Beginn
der #Aufladung. Das Ende der Aufladung ergibt sich aus der Dimensionierung des Ladekreises
und dem Gleichrichterverhalten der Steuerelemente. Der Zündimpuls zur Einleitung
der Entladung wird jedoch bisher immer mittels einer getrennten Schaltung erzeugt.
. I # - Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Schaltungsanordnung
. zur Auslösung einer blitzartigen Stoßentladung in einer Gasentladungsstrecke,
deren Strom aus einem mittels einer Serienschaltung eines elektronischen Schalters
und einer Drossel aufgeladenen Kondensator geliefert wird, und #sie ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Zündelektrode der Gasentladungsstrecke an den Ladekreis
angeschlossen ist und der Zündimpuls durch eine Unterbrechung des Ladestromflusses
kurz vor Beendigung des Aufladev organges erzeugt wird.
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Aufladesteuerung und Erzeugung der Zündspannung bilden somit eine
Einheit, was die folgenden Vorteile bietet: Es wird nur ein Steutrelement benötigt
und damit der Aufwand an Bauelementen verringert. Die Zündung der Entladung erfolgt
zwangläufig, kurz bevor die Spannung am Arbeitskondensator ihr Maximum erreicht
hat, #so daß nur ein Signal zur Auslösung eines Entladungszyklus (Aufladuhg und
Zündung) notwendig ist. Die -erforderliche Spannung,liegt nur eine sehr kurze Zeit
am Arbeitskondensator. Damit entfallen Ableitungsverluste. Auch lassen sich Kondensatoren
mit niedrigerer Nennspannung verwenden.
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DW SpannungIiegt nur eine sehr kurze Zeit an der noch sperrenden.
Entladungsstrecke. Deshalb kann der Sicherheitsabstand bis 'zur selbständigen Entladung
verringert werden, so daß die gleiche Ent. ladungsstirecke bei höherer Spannung
betrieben werden kann'. I Weiter ist eine induktive Auf1Wdung über einen Transformator
möglich, ohne daß im Sekundärkreis ein Gleichrichter erforderlich ist:.Dadurch kann
eine Anpaseung des Steuerelementes an die geforderte Entladungsspannung mit sehr
kleinem Aufwand:erreicht werdei!.
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Die Zeichnungen s tellen Ausführungsbeispiele dar. Es zeigt F i
g. 1 eine Schaltung mit einer Elektronenröhre, F i g. 2 ein Schema
des zeitlichen Verlaufs von S trömen und Spannungen, - F i
g.- 3 eine Schaltungsanordnung in einem Transistor, F i g. 4 eine
Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterthyratron, F i g. 5 eine Abwandlung
der Schaltung näch F i g. 4, F i g. 6 a und 6 b weitere Abwandlungen
des triggerbaren Entladekreises.
Der Auftadekreis besteht nach F
i g. 1 aus der Induktivität L, der Elektronenröhre Rd, dem Kondensator
C, einem Widerstand R und der Spannungsquelle VB. Die Entladungsstrecke F
besteht beispielsweise aus der Kathode K, der Anode A und der Zündelektrode
Z. Im Ruhezustand erhält das Gitter der Röhre R,5 eine so hohe negative Spannung
- Ug, daß der Anodenstrom nahezu gleich Null wird. Damit der kleine Sperrstrom
den Kondensator nicht vorzeitig auflädt, was eine Spannungsverdoppelung beeinträchtigen
würde, ist der Widerstand R vorgesehen. Er ist so klein bemessen, daß der Spannungsabfall
an ihm infolge des Sperrstroms vernachlässigbar klein bleibt und so groß zu bemessen,
daß die Entladungszeitkonstante R - C groß gegen die Aufladezeit T/2
ist, d. h., der Widerstand muß klein gegen den Innenwiderstand der gesperrten
Röhre und groß gegen den Kennwiderstand des Aufladekreises sein. Diese Bedingungen
sind durchweg leicht einzuhalten.
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Durch Einschalten des Steuerelementes beginnt eine induktive Aufladung
des Arbeitskondensators. Kurz bevor diese beendet ist, d. h. kurz bevor der
Aufladestrom zu Null wird, wird das Steuerelement bzw. die Elektronenstufe Rö ausgeschaltet.
Möglich ist auch ein Ausschalten kurz nach der Stromumkehr. -Der Reststrom in der
Aufladeinduktivität bedingt jetzt eine hohe Spannung über dem Steuerelement. Diese
wird zur Zündung der Entladung ausgenutzt.
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Der Widerstand R kann auch direkt von der Batterie VB zur Anode der
Röhre Rd geschaltet sein, was an den Bedingungen nichts ändert. Lediglich die am
Widerstand liegende Maximalspannung ist nur halb so groß. Soll eine Entladung erfolgen,
so wird ein Triggerimpuls IT.R (F i g. 2a) auf einen Impulsformer, z. B.
eine monostabile Kippstufe MF, gegeben, der einen Steuerimpuls IST (F i
g. 2b) der Länge t, zum Öffnen der Röhre Rä auf das Gitter gibt. Sowie die
Röhre geöffnet ist, beginnt die induktive Aufladung des Kondensators C über
die Spule L. Den zeitlichen Verlauf des Anodenstromes IA und des Spulenstromes IL
zeigt F i g. 2e, während F i g. 2d
den zeitlichen Verlauf der Spannung
Uc am Kondensator C zeigt. Diese Aufladung ist ein Schwingungsvorgang mit
der Periodendauer T = 27r YLC-. Üb-
licherweise wird die Aufladung
nach einer Zeit T12, wenn der Spulenstrom zu Null geworden ist und seine Richtung
umkehren will und die Spannung am Kondensator C mit Ue # 2 UB
ihr Maximum erreicht hat, durch die Sperrwirkung eines Gleichrichters oder eines
Steuerelementes beendet. Das Abschalten der Aufladung erfolgt also nicht gesteuert,
sondern durch die Umkehr der Stromrichtung.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird nun die Aufladung Uc (F i
g. 2d) durch Steuerung der Elektronenröhre Rä nach der Zeit t,
< T12, also zu einem Zeitpunkt, in dem in der Spule L noch ein
Strom!,
fließt, beendet. Die noch in der Spule L gespeicherte Energie WL
= % L - 1.,2 gelangt durch einen Schwingungsvorgang
Uz (F i g. 2 e) in die Reihenschaltung von C und Q. Die Kapazität
Q setzt sich nur aus Schalt-, Röhren-, Spulen- und Zündelektrodenkapazität
zusammen. C, ist also klein gegen C, so daß die Kapazität der Reihenschaltung
von C und Q praktisch gleich der Kapazität C" ist.
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Grundsätzlich lassen sich als steuernde Elemente auch Transistoren
und Halbleiter-Thyratrone, die in der Literatur auch als »Thryristoren« bezeichnet
werden, verwenden. In F i g. 3 ist die Prinzipschaltung mit einem Transistor-,Tr
dargestellt. Hier sorgt ein Übertrager U für die Anpassung der Betriebsspannung
des Transistors an die gewünschte Arbeitsspannung auf dem Kondensator
C. Die Ladedrossel L liegt im Sekundärkreis, so daß man die Zündspannung
an dem Verbindungspunkt von Sekundärwicklung und Spule L beim Schalten des Transistors
in den Sperrzustand erhält.
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Bei der Verwendung eines Halbleiter-Thyratrons nutzt man die Tatsache
aus, daß das Ausschalten dann erfolgen soll, wenn das Halbleiter-Thyratron einen
relativ kleinen Strom führt. Dieses Ausschalten eines relativ kleinen Stromes läßt
sich bekannterweise durch einen negativen Impuls auf die Steuerelektrode schon bei
dem üblichen Halbleiter-Thyratrontyp erreichen. In jedem Fall ist das Ausschalten
mit speziellen Halbleiter-Thyratronen, den sogenannten »gesteuerten Silizium-Schaltern«
(Silicon Gate Controlled Switch), möglich.
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Zur Ansteuerung ist also nicht ein Impuls der Dauer t, erforderlich,
sondern die Aufeinanderfolge eines positiven und eines negativen Triggerimpulses
mit dem zeitlichen Abstand tj. F i g. 4 zeigt eine derartige Schaltung. Dabei
ist D ein Differenzierglied und Th das Halbleiter-Thyratron. Die übrigen
Elemente entsprechen denen nach F i g. 3.
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Wird nur eine sehr kleine Zündenergie benötigt, so kann man ganz ohne
Abschaltimpuls auskommen. Man nutzt dann den zum Sperren des Halbleiter-Thyratrons
notwendigen Rückstrom aus. Das Halbleiter-Thyratron Th sperrt bekannterweise ohne
Abschaltimpuls erst dann, wenn er einen Rückstrom führt. Dieser Rückstrom, der nur
einen Bruchteil des Maximalstromes beträgt, wird dann plötzlich unterbrochen. Eine
entsprechende Schaltung ist in F i g. 5
dargestellt. Für die Spannung
Ü" an der Sekundärwicklung Ü gilt
wobei U, die Spannung am Kondensator C ist. Während der Aufladezeit
ist U, = ü - UB (1 - cos (»t) und !L # IL
. sin «)t (ii = Übersetzungsverhältnis des Transformators) mit «)
L - 1 = ii. UB wird Uc = Ü - UB,
wobei UB die Spannung der Quelle VB ist.
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Ändert sich jetzt der zeitliche Verlauf von !L dadurch, daß das Halbleiter-Thyratron
sperrt, so wird U2 größer als Ü - UB. Im Abschaltaugenblick
ist U, -- 2 - ü - UB. Selbst wenn die Sperrung des Halbleiter-Thyratrons
im Stromnulldurchgang erfolgt, steigt die Spannung ü# an, und zwar bei
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auf den doppelten Wert: Ü# 2 - Ü - UB. Erfolgt
die Sperrung des Halbleiter-Thyratrons aber wie oben erläutert, so wird während
des Abschaltens -
und somit die Spannung Us größer als 2 - ü - UB. Es entsteht also
die für eine Zündung ausnutzbare Überspannung. Besteht hierdurch die Gefahr, daß
das Halbleiter-Thyratron Th hinsichtlich der Sperrspannung überlastet wird, so wird
eine sperrspannungsfeste Diode Gl mit ihm in Reihe geschaltet.
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Ist eine besonders hohe Zündspannung erforderlich, so läßt sich die
Ladedrossel L als Zündtransformator ausbilden. Sie erhält entweder eine getrennte
Sekundärwicklung
Z", wie in F i g. 6 a gezeigt, oder eine
Wicklung in der Schaltung eines Spartransformators A,
wie in F i
g. 6 b gezeigt. Die Überspannung erhält man hierbei durch die Erhöhung der
zeitlichen Ableitung des Stromes beim Abschaltvorgang.