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Schaltungsanordnung zur amplitudenmäßigen Beeinflussung von elektrischen
Impulsen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer linearen Arbeitskennlinie
und einem Aussteuerbereich von größer als 200 V zur amplitudenmäßigen Beeinflussung
von elektrischen Impulsen. Die Schaltungsanordnung ist beispielsweise anwendbar
zur Amplitudenmessung oder -modulation.
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Für derartige Zwecke sind bereits Schaltungen bekannt. Alle diese
bekannten Schaltungen weisen Röhren und Dioden auf, die in ihrem unteren und ihrem
oberen Arbeitsbereich keine lineare Arbeitskennlinie besitzen. Ein weiterer Fehler
vieler bekannter Modulationsschaltungen liegt darin, daß am Ausgang das modulierte
Signal und die Modulationsspannung selbst vorhanden sind, die anschließend voneinander
getrennt werden müssen. Die Trennung beider Spannungen erfolgt durch Differenzierglieder
mit bestimmter Zeitkonstante, wodurch aber der modulierte Ausgangsimpuls selbst
durch das Differenzierglied verfälscht wird.
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Bekannt ist insbesondere ein Impulsmodulator, in dem eine zu modulierende
Impulsreihe mit einer Modulationsspannung vor dem Steuergitter addiert und durch
die Röhre weiterverarbeitet wird. An der Anode der Röhre wird ein modulierter Impuls
mit entgegengesetzter Polarität entnommen. Der Hauptnachteil dieser Schaltungsanordnung
besteht darin, daß die Modulation von der stark gekrümmten Kennlinie einer Röhre
abhängig und somit nichtlinear ist. Weiterhin ist die Übertragungsbandbreite bis
zum Steuergitter sehr gering. Auch kann ein Modulationsgrad größer als
100 0/, mit dieser Schaltungsanordnung nicht erreicht werden, da die Röhre
durch den Bereich ihrer unten stark gekrümmten Kennlinie und über ihren Sperrpunkt
hinaus gesteuert werden muß. Wegen der mangelnden Linearität kann diese Schaltungsanordnung
zur linearen Modulation und für elektronische Messungen nicht verwendet werden.
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Die Beseitigung des Übertragers erhöht zwar die Übertragungsbandbreite,
während alle anderen geschilderten Nachteile jedoch bestehenbleiben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den bekannten Schaltungsanordnungen
anhaftenden Mängel zu beseitigen und insbesondere eine Schaltungsanordnung zu schaffen,
bei der das Ausgangssignal exakt der Amplitude der beeinflussenden Spannung
folgt.
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Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung zur amplitudenmäßigen
Beeinflussung von elektrischen Impulsen mittels einer Gleichspannung oder einer
dieser überlagerten Modulationsspannung, wobei als Modulationsspannung eine Wechselspannung
beliebiger Kurvenform verwendbar ist, die aufgebaut ist mit einer Röhre, zu deren
Steuergitter über eine Kapazität der zu beeinflussende Impuls sowie über eine aus
einem Widerstand und einer Diode bestehende Gitterkombination, die beeinflussende
Spannung zuführbar ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Katode einer Diode
(D2) mit der Katode der Röhre (1)
verbunden, die Anode der Diode
(D2) an Nullpotential geschaltet und die Katode der Röhre (1) über
einen Widerstand (RK) an ein negatives Spannungspotential angeschlossen ist. Nach
weiteren Merkmalen der Erfindung ist die Diode (D,) an ein konstantes positives
oder negatives Spannungspotential geschaltet.
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Erfindungsgemäß sind mehrere Modulationseingänge vorhanden.
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An Hand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung wird der Gegenstand
der Erfindung nachfolgend näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i
g. 1 eine Darstellung des Schaltungsgrundprinzips nach der Erfindung, F i
g. 2a eine Impulsreihe in schematischer Darstellung, die moduliert werden
soll, . F i g. 2b eine lineare Dreiecksspannung als Modulationsspannung,
F i g. 2c die schematische Darstellung der absolut proportionalen Modulation
ohne jegliche Verzerrung.' F i g. 2d die Darstellung des Modulationsvorganges.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung (F i g. 1) ist das Steuergitter
der Röhre 1 mit einem Gitterableitwiderstand Rg verbunden, der andererseits
über einen Widerstand R an einer negativen Spannung Up liegt. Eine Diode
D, ist zum Gitterableitwiderstand Rg parallel geschaltet, dessen Enden über
je eine Kapazität C, bzw. C2 mit je einem Eingang
E,
bzw. E2 verbunden sind.
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Die Katode der Röhre 1 ist mit dem Katodenwiderstand RK sowie
mit einer Diode D2 und einer dazu parallelgeschalteten Kapazität CK verbunden.
Die Anode der Diode D2 liegt am Nullpotential.
In der F i
g. 1 ist bei der Röhre 1 die zwischen deren Steuergitter und deren
Katode bestehende Kapazität C.IK angedeutet.
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Nachstehend wird die Wirkungsweise beschrieben. Die Gittervorspannung
der Röhre 1 erfolgt über die Widerstände Rg und R. Wird die Spannung
Up in negativer Richtung verschoben, so würde sich auch die Katodenspannung
Uk in negativer Richtung verschieben, was aber durch die Diode D, verhindert
wird. Die Katodenspannung Uk der Röhre 1 wird durch die Diode D2 auf
Nullpotential festgehalten. Sie kann im vorliegenden Beispiel niemals einen negativen
Spannungswert einnehmen, sondern die Spannung Up
ist negativ gegenüber der
Sperrspannung U#p der Röhre 1. Das heißt, die Röhre 1 ist gesperrt.
Durch den Katodenwiderstand RK und die Diode D2 fließt ein Strom, der von
der Größe des Katodenwiderstandes RK',' dem- Durchlaßwiderstand der Diode
D2
und der Größe der negativen Spannung bestimmt wird, die am unteren Ende
an RK angeschlossen ist. Da Halbleiterdioden einen sehr kleinen Durchlaßwiderstand
besitzen, der Katodenwiderstand aber 6inen Wert von größer als 100 000 Ohm,
besitzen kann, stellt sich an der Katode der Röhre 1 nur eine sehr geringe
negative Spannung ein, die für die Funktion der Schaltung unbedeutend ist. Von Bedeutung
ist, daß diese geringe Katodenspannung im Ruhezustand wie auch im Betrieb durch
die Eigenschaft der Diode D,
konstant ist.
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Soll eine Impulsgröße gemessen werden, so wird diese am Eingang
EI angeschlossen. Die -Spannung Up
wird so weit in das negative Sperrgebiet
der Röhre 1
verlagert, bis an der Karode der Röhre 1 (Punkt
A)
kein Impuls auftritt. Das bedeutet, daß die Impulsgröße der Differenzspannung
zwischen U"p und Up
entspricht und unmittelbar mit einem geeichten Instrument,
z. B. einem Voltmeter, gemessen werden kann.
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Die Betrachtung der Impulse am Punkt A erfordert einen Oszillographen.
Am Punkt A kann jedoch auch ein Impulsverstärker angeschlossen werden, dessen
Ausgang einen Indikator, z. B. ein Instrument oder eine Glimmlampe, steuert und
das Vorhandensein oder Verschwinden der Impulse anzeigt. Die Übertragung der Impulse
vom Steuergitter zur Katode der Röhre 1 erfolgt durch das normale Arbeitsprinzip
des Katodenfolgers. An der Katode der Röhre 1 erscheint nur jene Impulsgröße,
welche die Differenzspannung zwischen Up und U#p überschreitet.
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Durch Veränderung der Pegelspannung Up ist jeder Impulswert
am Ausgang der Schaltung einstellbar. Die Verstärkung der gesamten Schaltungsanordnung
ist stets kleiner als 1, wie die eines üblichen Katodenfolgers. Die frequenzmäßige
Übertragungsbandbreite ist aber sehr hoch und nur von der Steilheit der Röhre
1
abhängig. Dadurch können der Schaltungsanordnung auch sehr schmale Impulse
mit hoher Flankensteilheit zugeführt und von ihr verarbeitet werden, ohne daß diese
Impulse in ihrer Form verfälscht werden.
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Um bei sehr großen Eingangsimpulsen die störende Gitter-Katoden-Kapazität
CgIK der Röhre 1 auszuschalten, und zwar in dem Fall, wenn Up größer
ist als die Spannung am Punkt El, und am Punkt A kein Impuls erscheinen darf,
wird durch eine weitere Kapazität C_x am Punkt A eine kapazitive Spannungsteilung
vorgenommen. CK kann groß gegen Cqllc bemessen werden, ohne eine wesentliche Beeinflussung
der modulierten Impulse hervorzurufen. Die Schaltungsanordnung stellt gleichzeitig
einen idealen Impulsmodulator dar. Die Funktion ist die gleiche, wie sie für die
Impulsmessung beschrieben wurde. Soll eine periodische Impulsreifie Ui (F i
g. 2 a) durch eine Wechselspannung in ihrer Amplitude moduliert werden, so
wird die Impulsreihe Ui am Eingang E,
angeschlossen und über die Kapazität
C, dem Steuergitter der Röhre 1 zugeführt. Der Regelspannung
Up
kann unmittelbar die Modulationsspannung Um (F i g. 2
b) überlagert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine lineare
Dreieckspannung verwendet. Am Steuergitter der Röhre 1 wird die Modulationsspannung
Um mit der Impulsspannung Ui addiert.
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Bei Änderung der Pegelspannung Up durch die dreieckförmige
Modulationsspannung Um erscheinen am Ausgangspunkt A des Modulators nur die
Impulse, die den Sperrpunkt Up der Röhre überschreiten und die Röhre
1 öffnen (F i g. 2c).
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Der Amplitudenverlauf der modulierten Ausgangse impulsreihe
U-4 entspricht absolut dem Amplitudenverlauf der Modulationsspannung
Um. Die Schaltung arbeitet von nahezu 0 bis zu 200 V und mehr..
Die maximal erzielbare Impulsausgangsspannunä ist nur von der Röhre 1 und
den Betriebsspannungen sowie' der Diode D, abhängig.
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Die Amplitude der Modulationsspannung Um iät gleich der Differenzspannung
zwischen U#und U#P.' Mit der Amplitudd der Modulationsspaninurig Um und'. der Größe
der Pegelspannung Up kann jeder; beliebige Modulationsgrad eingestellt werden.
--An Stelle einer dreieckförnügen Modulationsspannüng kann jede beliebige Wechselspannung
verwendet werden. Der Amplitudenverlauf der modulierten Impulsausgangsspannung UA
entsprichtprinzipiell dem Amplitudenverlauf der verwendeten Modulationsspannung
Um, unabhängig von ihrer Spannungsform. Die gesamte Schaltungsanordnung besitzt
eine absolut lineare Arbeitskennlinie. Die Modulationsspannung Um darf niemals
den Sperrpunkt U"p der Röhre überschreiten, da in diesem Falle die Modulationsspannung
Um, die den Sperrpunkt U"_v überschreitet, gleichfalls an der Katode erscheint.
Durch Bildung eines zweiten Einganges E2 kann die jeweilige Modulationsspannung
Um unmittelbar auch an diesen Eingang angeschlossen werden. Es können noch
weitere Modulationseingänge gebildet werden, an denen verschiedene Modulationsspannungen
zugeführt werden können. Am Steuergitter wird die Modulationsspannung
- je
nach Amplitude, Polarität oder Phasenlage der einzelnen Modulationsspannungen
untereinander - addiert oder subtrahiert. Zur Summenspannung aller Modulationsspannungen
am Steuergitter der Röhre 1
addiert sich die am Eingang E, zugeführte Impulsamplitude.
Der Amplitudenverlauf der am Ausgangspunkt A entnehmbaren modulierten Impulsreihe
entspricht dem Amplitudenverlauf der Summe -aller am Steuergitter der Röhre
1 vorhandenen Modulationsspannungen.
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Am Eingang E, kann auch eine rechteckförinige Impulsspannung
zugeführt werden. Damit kann von einer periodischen Impulsreihe, die am Eingang
E, zugeführt wird, je nach Größe der Pegelspannung Up
eine bestimmte
Anzahl von Impulsen von dieser Impulsreihe ein' oder ausgetastet werden.
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Sollen in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Impulsamplituden
von 200 V und mehr mit einem Modulationsgrad von größer als 1000/, moduliert
werden,
so macht sich die unvermeidliche Gitter-Katoden-Kapazität C"jK der Röhre
1 störend bemerkbar. Dann ist die Röhre 1 gesperrt, und die hohe Impulsspannung
liegt am Steuergitter der Röhre 1 an. Die Impulsspannung wird durch Cg,K
differenziert und auf die Katode der Röhre 1 übertragen. Um diesen Mangel
zu vermeiden, ist die Kapazität CK an die Katode der Röhre 1 angeschlossen.
Die Kapazität CK ergibt mit der Kapazität Cg"K einen kapazitiven Spannungsteiler,
womit diese Störimpulse auf das erforderliche Amplitudenminimum reduziert werden
können. Da die Kapazität Cg,K allgemein einen kleinen Wert besitzt, erhält auch
die Kapazität CK einen verhältnismäßig kleinen Wert, wodurch die Übertragungsbandbreite
der gesamten Modulationsstufe nur unwesentlich verringert wird.
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Die Pegelhaltediode D, hat keinen Einfluß auf die Funktion
des Modulators. Ihre Aufgabe ist es, das Gitterpotential der Röhre 1 konstant
zu halten, wenn am Eingang E, die Folgefrequenz der Impulsreihe in weiten
Grenzen verändert wird. Die Anwendung einer derartigen Pegelhaltediode in Impulsschaltungen
ist nach dem Stand der Technik allgemein bekannt. Die Anode der Diode
D2 kann auch an ein bestimmtes und konstantes positives oder negatives Spannungspotential
angeschlossen werden. Es ändern sich nur die Spannungspotentiale an der Katode und
am Steuergitter der Röhre 1 um den Spannungsbetrag, um den die Anode der
Diode D2 geändert würde. Damit kann der Ausgangspunkt A unmittelbar
an das Steuergitter einer nachfolgenden Röhre angeschlossen werden. Das ist ohne
Zwischenschaltung einer Kapazität möglich, da die Gleichspannung am Punkt
A
gleichzeitig der Gittervorspannung der nachfolgenden Röhre entspricht.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eignet sich auch für verschiedene
andere Zwecke in der Impulstechnik, so z. B. als Sperrstufe, Taststufe, Pegelhaltung,
Impulstrennstufe.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung beinhaltet zusammengefaßt
folgende Vorteile: a) Hochohmiger Eingang für Impuls- und Modulationsspannung; b)
sehr niederohmige Ausgangsimpedanz; e) Modulation von Impulsen mit einer
Amplitude von 100 V und größer; d) sehr geringe Verfälschung der Impulsform,
gegeben durch die hohe Bandbreite der gesamten Schaltung; e) Ein- und Ausgangsimpuls
sind phasengleich.