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Schaltanordnung zur Scheitelspannungsmessung von Einzelimpulsen oder
einer Folge von Einzelimpulsen Die Messung der Scheiteispannung von Impulsen, insbesondere
von einzeln auftretenden Impulsen, erfolgt in den direkt anzeigenden Meßgeräten
fast durchweg nach dem Prinzip, einen Kondensator über ein als Ventil wirkendes
Element auf die Impulsscheitelspannung aufzuladen, wobei nach Überschreiten des
Scheitelzeitpunktes das Ventil sperrt und der Kondensator seine Ladung, d. h. Spannung
so lange speichert, wie zur Messung dieser Spannung erforderlich ist. Die Fig. 1
zeigt das PrinziP einer solchen bekannten Schaltanordnung mit dem Ventil V, der
Speicherkapazität C und dem Spannungsmesser St, der in Gestalt eines statischen
Instrumentes oder einer sogenannten Röhrenvoltmeterschaltung tunlichst leistungslos
mißt.
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Die Leistungsfähigkeit eines solchen Meßkreises bei Messung von sehr
kurzen und steilen Impulsen, wie sie etwa in der Stoßspannungs-Prüftechnik auftreten,
ist vor allem durch das Verhältnis Sperrwiderstand zu Durchlaßwiderstand des Ventils
begrenzt.
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Nur ein kleiner Durchlaßwiderstand des Ventils sichert eine genügend
trägheitslose Aufladung. Andererseits kann nur ein sehr großer Sperrwiderstand des
Ventils die notwendige Speicherwirkung des Kondensators C gewährleisten. Diese im
Hinblick auf die verfügbaren Ventile einander widersprechenden Forderungen beschränken
die Einsatzfähigkeit des eingangs aufgeführten Meßkreises außerordentlich.
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Es ist auch schon bekannt, bei der vorerwähnten Schaltanordnung nach
erfolgter Aufladung der Speicherkapazität durch einen mechanischen handbetätigten
Umschalter die Verbindung der Speicherkapazität mit dem Ventil zu unterbrechen und
die Speicherkapazität mit dem Spannungsmesser zu verbinden. Eine derartige Anordnung
ist aber nicht geeignet, die geschilderten Schwierigkeiten zu beseitigen; denn bei
der Messung von sehr kurzen und steilen Impulsen, wie sie etwa in der Stoßspannungs-und
Prüftechnik auftreten, ist es praktisch unmöglich, den Umschalter von Hand im richtigen
Augenblick auszulösen und so eine größere Unabhängigkeit vom Sperrverhalten des
Ventils zu erhalten.
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Ferner sind Verbesserungen der eingangs beschriebenen Schaltanordnung
bekanntgeworden, die eine größere Unabhängigkeit vom Sperrverhalten des Ventils
durch schnelle Registrierung bzw. Aufladung von Zwischenspeichern erzielen, sei
es durch direkte verzögerte Umladung von C auf eine zweite Speicherkapazität, sei
es durch Nachschalten von weiteren Speicherstufen mittels Röhrenimpedanzwandlerstufen,
wie letzteres in besonders leistungsfähigen, jedoch teueren Geräten geschieht.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zur Scheitelspannungsmessung
von Einzelimpulsen oder einer Folge von Einzelimpulsen mittels bekannter Aufladung
einer Kapazität über ein als Ventil wirkendes Element und Messung der auf der Kapazität
gespeicherten Ladung oder Spannung, wobei nach erfolgter Aufladung der Speicherkapazität
durch einen mechanischen Schalter die Verbindung der Speicherkapazität mit dem Ventil
unterbrochen wird.
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Um eine solche Schaltanordnung sehr weitgehend vom Sperrverhalten
des verwendeten Ventils unabhängig zu machen, wird erfindungsgemäß die Auslösung
des mechanischen Schalters von dem zu messenden Impuls verzögert bewirkt. Die Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung, bei der durch die Trennung der Speicherkapazität von dem Ventil
mit Sicherheit ein Ladungsrückfluß verhindert wird, ist also weitgehend vom Sperrverhalten
des verwendeten Ventils unabhängig und ermöglicht eine genaue Ablesung des Scheitelwertes
nicht nur wie bei den bekannten Schaltanordnungen unmittelbar nachdem der Impuls
seinen Scheitelwert erreicht hat, sondern auch noch zu einem wesentlich späteren
Zeitpunkt, da ein Ladungsrückfluß über das Ventil nur während der kurzen Verzögerungszeit
erfolgen kann, innerhalb der der Schalter ausgelöst wird. Die Ablesezeitkonstante
der Schaltanordnung gemäß der Erfindung hängt somit im wesentlichen nur noch von
der Güte des Isolationsaufbaues, insbesondere des Schalters, und von einer genügend
leistungsarmen Spannungsmessung ab.
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Wohl ist schon eine Anordnung zur Impulsamplitudenmessung bekanntgeworden,
bei welcher der elektrische Speicher nicht über ein Ventil aufgeladen wird, sondern
an Stelle eines Ventils ein die Zuleitung von der Impulsquelle zum Speicher unterbrechender
Schalter verwendet wird, der einen Stromfluß in beiden Richtungen ermöglicht und
von
den zu messenden Impulsen fremdgesteuert ist. Dieser Schalter
wird eine gewisse Zeit nach Meßimpulsanfang geschlossen und eine gewisse Zeit vor
Meßimpulsende geöffnet. Abgesehen davon, daß dieser Schalter zum Ersatz des Ventils,
also einem völlig anderen Zweck als der bei der Schaltanordnung gemäß der Erfindung
vorgesehene mechanische Schalter dient, wird er auch nicht im Sinne der Erfindung
verzögert nach dem Meßimpulsende ausgelöst. Diese bekannte Art der Impulsamplitudenmessung
hat also offensichtlich mit der Schaltanordnung gemäß der Erfindung keine Berührungspunkte.
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In der Fi g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltanordnung
gemäß der Erfindung dargestellt.
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Über das Ventil V und einen geschlossenen Schalterms, lädt sich die
Kapazität C auf die Scheitelspannung des zu messenden Impulses auf. Dieser steuert
gleichzeitig ein elektronisches Relais ER in der Weise, daß nach abgeklungenem Impuls
der Schalter St beim Ansprechen des Relais ER geöffnet wird. Die hierbei notwendige
Verzögerung in der Öffnung des Schalters S1 ergibt sich im allgemeinen allein schon
aus der Trägheit des mechanischen Relaiskontaktes. Das Sperrverhalten des Ventils
V ist somit nur kurzzeitig und insgesamt von wesentlich herabgeminderter Bedeutung
für die Speicher: eigenschaft des Kreises. Durch kurzzeitiges Betätigen einer Taste
T nach Ablesung des Anzeigeinstrumentes St wird das Relais ER in seinen Ausgangszustand
gebracht, wobei kurzzeitig ein von dem Relais ER gesteuerter zweiter Schalter S2
geschlossen und gleich darauf wieder geöffnet wird; außerdem wird der SchalterS,
geschlossen, also wieder in seine in F i g. 2 dargestellte Ruhe- bzw. Ausgangslage
gebracht.
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Durch das vorübergehende Schließen des Schalters S2 wird die Speicherkapazität
C über einen Schutzwiderstand R entladen, so daß die Anordnung für die Messung des
nächsten Impulses wieder bereit ist.
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Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ermöglicht es, als Ventilelemente
außer Röhrendioden und gittergesteuerten Röhren auch Halbleiter-Dioden zu verwenden,
die bislang trotz ihrer bekannten Vorzüge in Meßkreisen der in Rede stehenden Art
wegen des schlechten Sperrvermögens nur beschränkt einsetzbar waren. Bei Verwendung
solcher Halbleiter-Dioden und eines statischen Instrumentes zur Meßanzeige läßt
sich durch die Sohaltanordnung gemäß der Erfindung wegen des Wegfalles von Röhrenliilfsspannungen
die oft sehr erwünschte Unabhängigkeit von einem Speisenetz erzielen. Voraussetzung
ist hierfür ein mit geringem Energiebedarf arbeitendes elektronisches Relais ER.
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Die Fig.3 zeigt in schaltungsmäßiger Darstellung ein für die Schaltanordnung
gemäß der Erfindung geeignetes elektronisches Relais, dessen wesentliche Teile innerhalb
der gestrichelten Umrandung eingezeichnet sind. Die gemäß Fig. 2 von dem Relais
ER gesteuerten Schalter 51 und S2 sind in Fi g. 3 ebenfalls dargestellt, jedoch
unter Fortlassung der zugehörigen, aus Fig.2 ersichtlichen Schaltkreise. Die Taste
T ist in Fi g. 3 ebenfalls eingezeichnet. Das Relais ER weist eine Vierschicht-Halbleiter-Diode
(Shockley-Diode) VD auf, die über die Relais-Erregerwicklung Rlt -und einen Hilfsschalter
53 an die Spannung einer Batterie B gelegt ist. Dadurch ist die Vierschicht-Halbleiter-Diode
VD vorgespannt,
und zwar so, daß ihre Schaltspannung noch nicht erreicht wird. Erst
beim Auftreffen des zu messenden Impulses, der über eine Koppelkapazität Ck der
Vorspannung der Vierschicht-Halbleiter-Diode überlagert wird, wird die Schaltspannung
überschritten, so daß die DiodeVD leitend wird und somit das RelaisRl1 an spricht
und den mechanischen Schalterm, (siehe Fig. 2) öffnet. Man kann auch einen vom zu
messenden Impuls ausgelösten Hilfsimpuls der Vorspannung überlagern, um die Diode
VD leitend zu machen. Beim Drücken der Taste T (s. Fig. 2) zwecks Entladung des
Speicherkondensators C und der Wiederherstellung der Meßbereitschaft wird der Erregerkreis
eines Relais R12 kurzzeitig geschlossen. Dies hat zu Folge, daß der Kontakt S, (s.
Fi g. 2) vorübergehend (für die Dauer des Drückens der TasteT) geschlossen und der
HilfsschalterS3 vorübergehend geöffnet wird. Durch die Öffnung des Schalters 53
wird der Erregerstromkreis des Relais Rl1 unterbrochen; der Schalter St wird demgemäß
geschlossen. Wenn der Schalter 53 sich beim Loslassen der Taste T wieder schließt,
wird das Relais Rl1 nicht erregt, weil die Vierschicht-Halbleiter-DiodeVD wegen
der vorhergegangenen Öffnung des Schalters 53 wieder sperrend geworden ist.
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Die Schaltanordnung gemäß der Erfindung kann auch als Speicherstufe
in an sich bekannten, z.B. über Röhrenkathodenstufen hintereinandergeschalteten
Kombinationen von Speicherstufen mit Vorteil eingesetzt werden.