DE1257886B - Laufzeitketten-Pulsmodulator - Google Patents

Laufzeitketten-Pulsmodulator

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DE1257886B
DE1257886B DE1966S0102426 DES0102426A DE1257886B DE 1257886 B DE1257886 B DE 1257886B DE 1966S0102426 DE1966S0102426 DE 1966S0102426 DE S0102426 A DES0102426 A DE S0102426A DE 1257886 B DE1257886 B DE 1257886B
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DE
Germany
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pulse
voltage
cathode
transformer
winding
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Withdrawn
Application number
DE1966S0102426
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Kurt Wiedemann
Werner Grimmeiss
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/55Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a gas-filled tube having a control electrode

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  • Amplifiers (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Description

  • Laufzeitketten-Pulsmodulator Die Erfindung bezieht sich auf einen Laufzeitketten-Pulsmodulator mit einer gittergesteuerten Hochfrequenzverstärkerröhre, die im Entladekreis der Laufzeitkette als Lastwiderstand an die Sekundärseite eines von der Pulsausgangsspannung gespeisten Pulstransformators angeschlossen ist, wobei die Belastung von der Hochfrequenzaussteuerung der Röhre abhängig ist.
  • Bei bekannten Laufzeitketten-Pulsmodulatoren wird die Laufzeitkette, nachdem sie über eine Ladedrossel aus einer Gleichspannungsquelle auf die Ladespannung aufgeladen wurde, durch Schließen eines Entladeschalters über den Pulstransformator auf den Lastwiderstand entladen. Die Ladedrossel ist während der Entladung, die in sehr viel kürzerer Zeit als die Aufladung vor sich geht, hochohmig. Nach der Entladung der Laufzeitkette setzt dann wieder die Aufladung über die Ladedrossel ein. Durch Resonanz der Ladedrossel mit den Kapazitäten der Laufzeitkette erfolgt die Aufladung auf die doppelte Versorgungsspannung. Wird als Schalter ein Thyratron verwendet, so muß dieses sofort nach der Entladung wieder löschen, damit der einsetzende Ladestrom nicht über das Thyratron und den Lastwiderstand abfließen kann. Ist bei den bekannten Laufzeitketten-Pulsmodulatoren der Lastwiderstand jedoch größer als der Wellenwiderstand der Laufzeitkette, so bleibt das Thyratron länger leitend als bei Abschluß mit einem Lastwiderstand, der gleich oder kleiner dem Wellenwiderstand der Laufzeitkette ist, und der einsetzende Ladestrom kann dann über das Thyratron und den Lastwiderstand abfließen. Somit wird die Laufzeitkette nicht mehr aufgeladen. Außerdem ist bei Abschluß der Laufzeitkette mit einem Widerstand, der größer als der Wellenwiderstand der Laufzeitkette ist, die entstehende Pulsform für den Anwendungsfall nicht erwünscht. Wird der Lastwiderstand durch eine Röhre gebildet, deren Anodenstrom von ihrer Hochfrequenzansteuerung abhängt, so kann dieser Lastwiderstand über den Wert des Wellenwiderstandes anwachsen, und die Arbeitsbedingung für den Modulator wird nicht mehr eingehalten.
  • Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, die Gittervorspannung der Hochfrequenzverstärkerröhre so zu steuern, daß diese Röhre auch bei fehlender Hochfrequenzaussteuerung einen geeigneten Lastwiderstand für den Laufzeitketten-Pulsmodulator der eingangs genannten Art darstellt. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe in einfacher Weise so gelöst, daß der Pulstransformator eine zusätzliche, in den Kathodenkreis der Röhre eingeschaltete Wicklung aufweist, an der eine der Pulsausgangsspannung direkt proportionale Spannung abfällt, daß dieser zusätzlichen Wicklung ein vom Anodenstrom der Röhre durchflossener Kathodenwiderstand in Serie geschaltet ist und daß dieser Kathodenwiderstand so groß gewählt ist, daß bei übereinstimmung der Werte des auf die Primärseite des Pulstransformaters übersetzten Lastwiderstandes mit dem Wellenwiderstand der Laufzeitkette die am Kathodenwiderstand abfallende Spannung gleich groß und entgegengesetzt gerichtet wie die an der zusätzlichen Wicklung abfallende Spannung ist. Bei Abschluß der Laufzeitkette mit ihrem Wellenwiderstand fließt durch die Verstärkerröhre während des Tastpulses mit der Amplitude der Pulsausgangsspannung der Anodennennstrom. In diesem Fall ist die am Kathodenwiderstand abfallende Spannung gleich groß wie die Spannung, die an der in den Kathodenkreis eingeschalteten zusätzlichen Wicklung des Pulstransformators liegt, so daß sich diese beiden Spannungen auf Grund ihrer entgegengesetzten Richtungen aufheben. Aus der Differenz dieser beiden Spannungen wird daher in jedem Belastungsfall eine den Anodenstrom der Verstärkerröhre steuernde Gittervorspannung gebildet. Wird z. B. durch Wegfall der Hochfrequenzansteuerung an der Verstärkerröhre der Anodenstrom kleiner und hiermit der Lastwiderstand bei gleichbleibender Amplitude der Pulsausgangsspannung größer, so verkleinert sich die am Kathodenwiderstand abfallende Spannung. Dies bewirkt, daß die Gittervorspannung der Verstärkerröhre positiver wird und der zunächst kleiner gewordene Anodenstrom wieder gegen den Wert des Anodennennstromes ansteigt. Wird durch bestimmte Umstände der Anodenstrom größer als der Wert des Anodennennstromes und somit der Lastwiderstand kleiner, so hat das zur Folge, daß sich die Spannunz am Kathodenwiderstand ver= größert. Die Gittervorspannung der Verstärkerröhre wird somit negativer, was bewirkt, daß der Anodenstrom wieder gegen den Wert des Anodennennstromes absinkt. Die Gittervorspannung der Verstärkerröhre wird also stets so geregelt, daß letztere während des Tästpulses - übersetzt auf die Primärseite des Pulstransformators - einen Lastwiderstand darstellt, der annähernd gleich dem Wellenwiderstand der Laufzeitkette ist. Dabei fließt dann stets annähernd der Anodennennstrom, so daß die Entladung der Laufzeitkette immer so erfolgt, als ob sie mit einem Lastwiderstand, der annähernd gleich dem Wellenwiderstand der Laufzeitkette ist, abgeschlossen wäre.
  • In vorteilhafter Weise ist auf der Sekundärseite des Pulstransformators ein Stromwandler vorgesehen, dessen Sekundärwicklung parallel zum Kathodenwiderstand liegt und dessen Primärwicklung so angeordnet ist, daß durch sie der gesamte Anodenstrom fließt. Das übersetzungsverhältnis der Primärwicklung zur Sekundärwicklung -des Stromwandlers beträgt 1: n, wobei n zwischen 0 und 1 liegt. Durch das Einschalten dieses Stromwandlers werden größere Verlustleistungen amKathodenwiderstand vermieden. Je mehr sich n dem Wert 1 nähert, um so kleiner werden die Verluste.
  • Die Erfindung und weitere Einzelheiten werden an Hand von sieben Figuren näher erläutert: F i g.1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Laufzeitketten-Pulsmodulators; F i g. 2, 3 und 4 zeigen Impulsformen bei Entladung der Laufzeitkette mit verschiedenen Lastwiderständen; F i g. 5 zeigt einen Laufzeitketten-Pulsmodulator mit einer Hochfrequenzverstärkerröhre als Lastwiderstand, F i g. 6 eine Hochfrequenzverstärkerröhre mit Gittervorspannung im Ausgangskreis des Laufzeitketten-Pulsmodulators zur Regelung des wirksamen Lastwiderstandes, Fig.7 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Gittervorspannung.
  • In F i g. 1 ist die Plusklemme 1 einer Gleichspannungsquelle U1 an eine .Ladedrossel D angeschaltet, die mit ihrem anderen Anschluß an die eingangsseitige Induktivität einer Laufzeitkette L geführt ist, welche aus Induktivitäten im Längszweig und Kapazitäten in den Querzweigen besteht. Die freien Enden der Kapazitäten der Laufzeitkette L sind an die Minusklemme 2 der Gleichspannungsquelle U1 geführt. Zwischen der ausgangsseitigen Induktivität der Laufzeitkette L und der Minusklemme 2 der Gleichspannungsquelle U1 sind ein Schalter S und ein Lastwiderstand R in Serie dazu eingeschaltet. Die Laufzeitkette L mit einem Wellenwiderstand Z wird, nachdem sie über die Ladedrossel D aus der Gleichspannungsquelle U1 auf eine Spannung UN aufgeladen wurde; durch Schließen des Schalters S auf den Lastwiderstand R entladen. Die an diesem Lastwiderstand R entstehenden Impulsformen der Impulsausgangsspannung UP zeigen die F i g. 2, 3 und 4. In F i g. 2 ist angenommen, daß die Laufzeitkette L mit einem Lastwiderstand R, der die Größe des Wellenwiderstandes Z der Laufzeitkette L aufweist, abgeschlossen ist. Der Rechteckmpuls hat die Zeitdauer T und die Amplitude der halben Ladespannung UN der Laufzeitkette L, wobei diese Ladespannung UN infolge Resonanzaufladung zwischen der Ladedrossel D und den Kapazitäten der Laufzeitkette L gleich der doppelten Gleichspannung U1 ist. Die Zeitdauer T ist die doppelte Laufzeit der Laufzeitkette L. F i g. 3 zeigt den Fall, daß der Lastwiderstand R größer als der Wellenwiderstand Z der Laufzeitkette L ist. Der Schalter S bleibt länger durchgeschaltet als in dem Fall nach F i g. 1, so daß der einsetzende Ladestrom über den Schalter S und den Lastwiderstand R abfließen kann und die Laufzeitkette L nicht mehr vorschriftsmäßig aufgeladen wird. Die Impulsausgangsspannung UP ist dabei größer als die halbe Ladespannung UN der Laufzeitkette L. In F i g. 4 sei angenommen, daß der Lastwiderstand R kleiner ist als der Wellenwiderstand Z der Laufzeitkette L. Die Amplitude der Impulsausgangsspannung UP ist dabei kleiner als die halbe Ladespannung UN der Laufzeitkette L. Die Ladedrossel D in F i g.1 ist während der Entladung, die in sehr viel kürzerer Zeit als die Aufladung vor sich geht, hochohmig. Nach der Entladung der Laufzeitkette L setzt dann wieder die Aufladung über die Ladedrossel D ein.
  • F i g. 5 zeigt einen Laufzeitketten-Pulsmodulator, der dem in F i g. 1 dargestellten ähnelt. An Stelle des allgemeingültigen Schalters S ist ein Thyratron A in den Entladekreis eingezeichnet, der über einen Pulstransformator Ü und eine Hochfrequenzverstärkerröhre V in Gitterbasisschaltung abgeschlossen ist. Wird der Lastwiderstand R aus F i g. 1 durch die Verstärkerröhre V gebildet, so stellt diese für den Tastpuls des Pulsmodulators einen veränderlichen Lastwiderstand dar, da sich deren Hochfrequenzansteuernng ändern kann. Der Pulstransformator V liegt aus Anpassungsgründen zwischen der Verstärkerröhre V und dem Pulsmodulator.
  • In der Schaltung nach F i g. 6 erhält die Verstärkerröhre V eine Gittervorspannung UG, die so geregelt wird, daß die Verstärkerröhre V während des Tastpulses mit der Spannung UP einen Lastwiderstand darstellt, der - übersetzt auf die Primärseite des Pulstransformators U -stets annähernd gleich dem Wellenwiderstand Z der Laufzeitkette L ist. Dabei fließt dann ein Anodenstrom IP.
  • In F i g. 7 ist eine Schaltung zur Erzeugung der Gittervorspannung UG dargestellt. Die Anode der Verstärkerröhre Y ist an eine Klemme 3 der Sekundärwicklung W 2 des an seiner Primärwicklung W 1 angesteuerten Pulstransformators U angeschlossen. Die Kathode ist über eine zusätzliche Wicklung W 3 des Pulstransformators U und einen zu dieser in Serie geschalteten Kathodenwiderstand RN an Masse geführt. Die Röhre V wird in Gitterbasisschaltung betrieben, so daß deren Gitter an Masse liegt. Die zweite Klemme 4 der Sekundärwicklung W 2 des Pulstransformators U ist über die Primärwicklung eines Stromwandlers A, dessen Sekundärwicklung parallel zum Kathodenwiderstand RN liegt, an Masse angeschlossen. An der Sekundärwicklung W 2 des Pulstransformators ff fällt die Pulsausgangsspannung UP, an der zusätzlichen Wicklung W 3 eine zu dieser direkt proportionale Spannung UR, an der Primärseite des Stromwandlers eine Spannung U 1 und am Kathodenwiderstand RN eine dem Anodenstrom IP proportionale Spannung UV ab. Die Spannungen UA, UR, UV und UG sind sehr viel kleiner als die Pulsausgangsspannung UP und gegen diese zu vernachlässigen. Außerdem haben alle Strom- und Spannungswerte den gleichen zeitlichen Verlauf wie die Pulsausgangsspannung UP. Die Gittervorspannung UG der Verstärkerröhre V wird gebildet aus der Differenz der beiden Spannungen UV und UR UG = UV - UR .
  • Das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers A ist 1: n; wobei n zwischen 0 und 1 liegt.
  • Die Spannung UV am Kathodenwiderstand RN errechnet sich somit folgendermaßen: UV = IN - RN = (IP-IV) - RN = (IP-n - 1P) - RN ; = 1P - (1-n) - RN. IN ist dabei der Strom, der durch den Kathodenwiderstand RN und IV der Strom, welcher durch die Sekundärwicklung des Stromwandlers A fließt. Der Kathodenwiderstand RN wird so bemessen, daß bei Abschluß der Laufzeitkette L mit ihrem Wellenwiderstand Z die Spannungen UR und UV gleich groß werden und sich gegenseitig aufheben. In diesem Fall fließt durch die Röhre V ein Anodenstrom 1P, der gleich dem Anodennennstrom 10 ist. Wird z. B. durch Wegfall der Hochfrequenzansteuerung an der Röhre V der Anodenstrom 1P kleiner und somit der Lastwiderstand größer, so hat dies zur Folge, daß sich die Spannung UV am Kathodenwiderstand verkleinert und die Differenz UV-UR negativ wird. Die Gittervorspannung UG der Verstärkerröhre V wird somit positiver. Das bewirkt, daß der Anodenstrom 1P wieder gegen den Wert des Anodennennstromes 10 ansteigt. Der Stromwandler A kann entfallen, wenn an dem Kathodenwiderstand RN größere Verlustleistungen in Kauf genommen werden. Die Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Gittervorspannung UG bildet einen geschlossenen Regelkreis.
  • Durch geeignete Beschaltung des Kathodenkreises der Verstärkerröhre V mit nichtlinearen Richtleitern kann die Charakteristik der Regelung noch beeinflußt werden, so daß z. B. eine Nachregelung des Anodenstromes 1P nur für den Fall erfolgt, daß der Lastwiderstand R größer als der Wellenwiderstand Z der Laufzeitkette L wird. Die an der zusätzlichen Wicklung W 3 des Pulstransformators V abfallende Spannung UR und/oder die am Kathodenwiderstand RN abfallende Spannung UV können jeweils einem verstärkenden Element zugeführt werden. Es kann durch Einfügen eines oder mehrerer Verstärker in die Regelschleife die Genauigkeit der Regelung noch erhöht werden.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Laufzeitketten-Pulsmodulator mit einer gittergesteuerten Hochfrequenzverstärkerröhre, die im Entladekreis der Laufzeitkette als steuerbarer Lastwiderstand an die Sekundärseite eines von der Pulsausgangsspannung gespeisten Pulstransformators angeschlossen ist, wobei die Belastung von der Hochfrequenzaussteuerung der Röhre abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulstransformator (ü) eine zusätzliche, in den Kathodenkreis der Röhre eingeschaltete Wicklung(W3) aufweist, an der eine der Pulsausgangsspannung (UP) direkt proportionale Spannung (UR) abfällt, daß dieser zusätzlichen Wicklung (W 3) ein vom Anodenstrom (1P) der Röhre (V) durchflossener Kathodenwiderstand (RN) in Serie geschaltet ist und daß dieser Kathodenwiderstand (RN) so groß gewählt ist, daß bei übereinstimmung der Werte des auf die Primärseite (W1) des Pulstransformators (V) übersetzten Lastwiderstandes (RL) mit dem Wellenwiderstand (Z) der Laufzeitkette (L) die am Kathodenwiderstand (RN) abfallende Spannung(UV) gleich groß und entgegengesetzt gerichtet wie die an der zusätzlichen Wicklung (W3) abfallende Spannung (UR) ist.
  2. 2. Laufzeitketten-Pulsmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sekundärseite (W2) des Pulstransformators (ü) ein Stromwandler (A) vorgesehen ist, dessen Sekundärwicklung parallel zum Kathodenwiderstand (RN) liegt und dessen Primärwicklung so angeordnet ist, daß durch sie der gesamte Anodenstrom (1P) fließt und daß das übersetzungsverhältnis der Primärwicklung zur Sekundärwicklung des Stromwandlers (A) 1: n beträgt, wobei n zwischen 0 und 1 liegt.
  3. 3. Laufzeitketten-Pulsmodulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzverstärkerröhre (V) in Gitterbasisschaltung betrieben ist.
  4. 4. Laufzeitketten-Pulsmodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die zusätzliche Wicklung (W3) des Pulstransformators (Ü) und/oder an den Kathodenwiderstand (RN) zusätzlich ein Element mit nichtlinearer Kennlinie (Diode) angeschaltet ist.
  5. 5. Laufzeitketten-Pulsmodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an der zusätzlichen Wicklung (W3) des Pulstransformators (0) und/oder die am Kathodenwiderstand (RN) abfallende Spannung einem verstärkenden Element zugeführt werden.
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