DE1539809A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schutz einer Elektronenroehre - Google Patents

Description

Patentanwalt·

3fpl.-lng. R. Beetz u. 410-11.768p 15.9.1966

Dipl.-Ing. Lamprecht MUnchcn 22, St«lnidoif«tr. 10 1 £ "3 Q P Γ) 9

Commissariat ä 1'Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Verfahren und Vorrichtung zum Schutz einer Elektronenröhre

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren (sowie eine · zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung) zum Schutz einer Elektronenröhre , der ein kurzer elektrischer Impuls hoher Energie zugeführt wird, der zuvor in einem Speicherelement gespeichert ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft insbesondere den Schutz von HochleistuKgs-Elektronenröhren, die Impulsmodelierte Hochfrequenzwellen erzeugen. Das erfindungsgemäSe Verfahren ist beispielsweise bei Modulatoren anwendbar, die die Betriebsweise von bestimmten Teilchenbeschleunigern oder von Radarstrahlsendern steuern.

Bei bestimmten Modulatoren dieser Art., insbesondere den sogenannten Hartrohrmodulatoren, wird in Qinem Spsicherkondensator eine sehr große Energie gespeichert^ die die Gefahr mit sich bringt,, daß im Falle einer Störung die verwendeten Röhren (Klystron oder Schaltröhren) oder sonstige Bauteil© zerstört werden_f Um hiergegen Vorsorge zu treffen, wird ia diesem Falls

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die im SpeiolierkondsniatQi¹* siithaltens Energie In einen be stimmten Schutzwiderstand vsrbrauoht; so daS sich sine gesteuert® Entladung des· Speicherkapazität ergibt und schwerwiegende Schäden n werden»

Dl© Auslösung dieser Sshufca^osrishtimg der bekannten Art wird im allgemeinen durch den Impuls gesteuert,, welcher der fi?it Hochfrequent arbeitenden Röhre sog©führt wird, Der wasentlisha Ifeeiitell äiss©!³ bekannten Äis-gführungen besteht darin,, daß bei einer B3,nshöLdigung ihrer !!©ment© die ganze Einrichtung nicht ffisliF arbeitet im& aucli fcsiii WarasiKnal ausgelöst wird.

Dar ErfiMiffijg lisgt dahej? dl® Aufgab© zugrmidei, sin ⁷J©rfahrsn sowi© ©ins foFFiehtung der sisigangs genaiinfcan Art zu _s die <äi©ssin Nachteil ¥©^ii9i

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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung sur Durchführung dieses Verfahren», bei der die Anode einer Schaltröhre einerseits über eiiJi £p*i!o -alt- einer Hochsp&nnimgsquelle und andererseits ntf/u der Prir.iEi'klcklung des Impulstransformators verbunden ist, de&feetk Sekiindurtvicklung an die Elektronenröhre angeschlossen ist, der die in einem Speicherkondensator gespeicherte Energie über einen kleinen Schutzwiderstand zugeführt werden soll. Diese Vox^efctung ist erflndimgsgesiäß dadurch gekennzeichnet, daß £&2miL©i oder in Reihe zum Speloherkondensator und Schutzwiderstand «ine gi&ßdvowiöhtURg und eine Iaipedanz g«eeh&ltet ist, daf ferner die Zündelektrode der Zündvorrichtung mit else« Abgriff d«r Sftkwid&rwicsklung dee Iffipulstraiisformetors über die SakundÄrwioklung eiiaeß HilfstransfcrsiatorQ %*erbunden ist, d«i<wn Primärwioklung an den aereratar des Zündimpulses für die Sohtltruhre angeschlossen 1st und dai die Polaritäten der in der SekundKrwlQklMßg des Hilfetransforaaetors und tm Abgriff der Sekundärwicklung des Impulstransformators auftretenden Signale •inander entgegengesetst gerlohtet sind.

Eine zweokmKeige Weiterbildung dieser Schutzvorrichtung besteht darin, daß die Zündvorrichtung durch eine Kugelfunkenstreoke gebildet wird, die als Zündelektrode eine Spitze besitzt, die senkrecht zur Verbindungsaohse der beiden Kugelelektroden im gleichen Abstand von beiden Elektroden angeordnet ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht ferner

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vor, daß die beiden Kugeln der Zündfunkenstrecke mit dem einen Ende von zwei Spulen verbunden sind, deren andere Enden an einen parallel geschalteten Widerstandezweig und einem gleichfalls parallel geschalteten Kondensatorzweig angeschlossen sind.

Die Entladevorrichtung mufl übrigens nicht unbedingt eine Zündfunkenstrecke sein. Statt dessen kann auch ein Klystron oder ein Ignitron Verwendung finden.

Bei dem erfindungegemäBen Verfahren werden zwei Impulse erzeugt, deren Wirkungen sich gegenseitig aufheben, wenn die Impulse der Zündelektrode einer Entladevorrichtung zugeführt werden. Der eine Impuls ist ein Bruchteil des der Hochfrequenz« röhre zugeführten Signales, während der andere Impuls von einem Zweig abgeleitet ist, der parallel zu dem den genannten Impuls zur Hochfrequenzröhre zuführenden Zweig geschaltet 1st.

Diese beiden an der Zündelektrode der Entladevorrichtung direkt überlagerten Impulse steuern die Schutzwirkung derart, daß beim Fehlen eines der beiden Impulse der Schutz eintritt„ Es ergibt sich somit eine Schutzwirkung einmal dann, wenn die zu schützende Einrichtung nicht einwandfrei arbeitet, und zum anderen dann, wenn In der Schutzvorrichtung selbst ein Störung aufgetreten ist.

Die beiden zur Gewinnung der genannten Impulse dienenden Kreise müssen sorgfältig so ausgelegt werden, daß die Zeitdauer der beiden Impulse genau gleich ist und einen bestimmten Wert

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nicht überschreitet. Zu diesem Zweck findet beispielsweise eine - Verzögerungsleitung Verwendung.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung näher veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema eines mit einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung versehenen Hartrohrmodulators (statt dessen könnte selbstverständlich auch ein mit einer Verzögerungsleitung arbeitender Modulator vorgesehen werden);

Fig. 2 ein Funktionsschema eines praktischen Ausführungsbeispieles j

Fig. 3 ein Schaltbild einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzten Zündfunkenstrecke ;

Fig. 4 ein detailliertes Schaltbild entsprechend dem Schema gemäß Fig. 2.

Der in Fig. 1 dargestellte Hartrohrmodulator A dient zur Steuerung der Arbeitsweise eines nicht dargestellten Klystrons und ist mit einer Schutzvorrichtung versehen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Die dem Klystron zuzuführende Energie wird im Kondensator 4 gespeichert und über einen Impulstransformator 6 dem Klystron zugeführt. Die Energie zur Aufladung des Speloherkondensators 4 wird von einer Hoohspannungsquelle 8 geliefert und über eine Spule 10 zugeführt. Die Ent-

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ladung des Kondensators über den Impulstransformator 6 wird von einer Triode 12 ausgelöst, deren Steuerelektrode Impulse 14 zugeführt werden, die von einem nicht dargestellten Generator l6 über einen Vorverstärker 18 geliefert werden.

Der Speicherkondensator 4 ist mit der Primärwicklung des Impulstranformators 6 über einen Schutzwiderstand 20 verbunden.

Die beiden Elektroden einer Kugelfunkenstrecke 22 sind über eine Impedanz 25 mit den Enden der Reihenschaltung des Speicherkondensators 4 und des Schutzwiderstandes 20 verbunden. Die Zündelektrode 24 der Funkenstrecke 22 ist über die Sekundärwicklung 28 eines Hilfstransformators 30 an einen Abgriff 26 der Sekundärwicklung des Impulstransformators 6 angeschlossen.

Der Primärwicklung des Hilfstransformators 30 wird vom Generator 16 über einen Verstärker 32 ein ZUndimpuls zugeführt. Die Lage des Abgriffes 26 und die elektrischen Werte des den Verstärker 32 und die Primärwicklung 34 des Hilfstransformators 30 enthaltenden Zweiges sind so gewählt, daß die beiden überragenden Impulse 36 und 38 die gleiche Zeitdauer besitzen.

Wenn die Steuerelektrode der Röhre 12 die Entladung des Speicherkondensators 4 über die Primärwicklung des Irapulstransformators 6 auslöst, so wird die in der Sekundärwicklung dieses Transformators 6 auftretende Spannung dem Klystron. 2 zugeführt _c. Wenn dieses Klystron eine geeignete Impedanz aufweist und wenn die angeschlossenen Stromkreise richtig arbeiten, so tritt am

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Abgriff 26 ein Impuls 36 auf, der gerade den Impuls 38 kompensiert, welcher vom Verstärker 32 und vom Hilfstransformator 30 herrührt; das Potential der Zündelektrode 24 ändert sich demgemäß nicht so stark, daß die Funkenstrecke 22 gezündet wird*

Wenn dagegen das Klystron 2 nicht einwandfrei arbeitet oder wenn der Hilfstransformator 30 nicht den Impuls mit den vorgesehenen Werten überträgt, so ändert sich das Potential der Zündelektrode 24 so stark, daß sich der Speioherkondensator 4 über die Funkenstrecke 22 entlädt.

In den übrigen Figuren der Zeichnung, insbesondere in Fig. 2, sind die Elemente des Modulators gemäß Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen versehen. Wie Fig. 2 zeigt, enthält der Verstärker 18 zwei Widerstandsstufen 40,42 sowie zwei hieran anschließende, transformatorisch gekoppelte Stufen 44,46. Dieser Verstärker 18 bringt das eintreffende Signal auf das zur Steuerung der Ausgangsstufe (Röhre 12) erforderliche Niveau. Das mit dem Klystron 2 verbundene Ende der Sekundärwicklung des Transformators 6 ist ferner gleichfalls mit einem Qlöttungssystem 48 verbunden, das eine Bezugsspannungsquelle 50 steuert,

Anhand von Fig. 3 sei die Zündfunkenstrecke und der angeschlossene Stromkreis entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die ZUndfunkenstrecke 22 enthält zwei Kugelelektroden 52,

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¥on denen zur Vereinfachung der Erläuterungen angenommen sei, daß sie über Spulen 56,58 einerseits mit desa Potential + V einer Spannungsquelle und andererseits mit Masse verbunden sind. Parallel zur Reihenschaltung der Funkenstrecke 22 und der Spulen 56,58 sind zwei gleiche Widerstände 66,68 geschaltet.

Wenn die beiden Kugelelektroden der Funkenstrecke auf Spannung liegen, stellen sich zwischen den beiden Elektroden Äquipotentialflächen 60,62,64 ein. Die auf dem Potential X liegende Äquipotentialfläche ist eine senkrecht zur Verbindungsachse beider Elektroden im gleichen Abstand von den Elektroden liegende Ebene. Eine in dieser Ebene angeordnete Spitze 24, die durch Verbindung mit dem Mittelpunkt des von den Widerständen 66,68 gebildeten Spannungsteilers auf dem Potential liegt, stört demgemäß das sich zwischen den beiden Kugelelektroden 52,54 ausbildende elektrische Feld nicht. Wenn man nun der Spitze 24 über dem Kondensator 70 einen negativen Impuls zuführt, so schlägt zwischen der Spitze 24 und der oberen Kugel 52 ein Funke über. Die Spitze 24 gelangt hierdurch auf das Potential + V, so daß sich der Spitzeneffekt erneut, nunmehr gegenüber der unteren Kugel 54 auswirkt. Wenn sich die Spannung zwischen den Kugelelektroden zwischen V und J ändert, genügt es praktisch zur Zündung der Funkenstrecke, der Spitze 24 einen

Impuls zuzuführen, dessen Amplitude etwa £ beträgt. Sobald der Zündvorgang beendet ist, übt die Zündelektrode 24 keine Funktion mehr aus: Der Strom fließt allein über die beiden Kugelelektroden

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— Q —

52,5^. Die Spulen 56,58, deren Induktivität einige yuH beträgt, ^ dienen dazu, die ZUndenergie zu verringern.

Um einen guten Gleichgewichtszustand der Brücke zu gewährleisten, die von dem die Funkenstrecke enthaltenden Zweig und dem paralelgeschalteten Spannungsteiler gebildet wird, und um ferner ein Auslösen der Funkenstrecke durch den Nutzimpuls zu verhindern, sind parallel zu den Widerständen 66,68 des Spannungsteilers Kondensatoren 72,74 geschaltet.

Fig. 4 zeigt einen mit der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung ausgerüsteten Hartrohrmodulator entsprechend einer bereits verwirklichten praktischen Ausführung.

Die Leistungsstufe 12 wird durch zwei parallelgeschaltete Trioden 80,82 gebildet. Diese Anordnung wird im Hinblick auf die beträchtliche Energie gewählt, die dem Klystron 2 bei jedem Impuls zuzuführen ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner statt eines einzigen Speioherkondensators eine Gruppe von fünf parallelgeschalteten Kondensatoren vorgesehen, wobei in Reihe mit jedem dieser Kondensatoren ein Schutzwiderstand geschaltet ist. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in Fig. k nur drei dieser Kondensatoren veranschaulicht.

Die Gruppe der Speicherkondensatoren ist direkt mit dem Impulstransformator 6 verbunden, dessen Sekundärwicklung aus

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zwei Teilwicklungen 84,86 besteht. Die eine Teilwicklung liefert dem Klystron die erforderliche Energie, während die andere Teilwicklung einen Bestandteil des Schutzkreises bildet.

Ein viel wichtiger Punkt beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 besteht darin, den dem Klystron zugeführten Impulsen eine möglichst korrekte Form zu geben, insbesondere zu gewährleisten, daß der Impulsscheitel auf etwa 2 · 10"^ eben ist.

Ein Scheitelwertabfall von 5 % (verursacht durch die Gruppe der Speicherkondensatoren und den Tranformator 6) kann toleriert werden. Die verschiedenen Stufen des Vorverstärkers gewährleisten, daß der über den Transformator 88 (zwischen dem Vorverstärker und der Leistungsstufe) übertragene Impuls eine sehr stabile Amplitude besitzt und vollständig eben ist. Der Verbindungskreis zwischen dem Vorverstärker 18 und der Leistungsstufe 12 (der den Widerstand 90, den Kondensator 92 und den Widerstand 94 enthält) ermöglicht die Erzeugung eines trapezförmigen Impulses, der den oben aufgezeigten Mangel kompensiert» Die Amplitudenstabilität der Impulse wird schließlich durch Verwendung eines Gegenkopplungsverstärkers 96 verbessert, der einen Abgriff der Sekundärwicklung 84 des Transformators 6 mit ; dem Hochspannungsende der BamognÄ^aiS^Wicklung des Transformators 88 verbindet.

Der Verstärker 32, der die Primärwicklung des Transformator3 30 speist, bildet einen Teil der Schutzvorrichtung und enthält •ivier Stufen.

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- li -

Man erkennt auf dem Schema gemäß Flg. 4 die wesentlichen Elemente der in Pig. I veranschaulichten Schutzvorrichtung, beispielsweise die Sekundärwicklung des Transformators 6 und die Sekundärwicklung des Transformators 30.

Das gesteuerte Schaltelement kann ein Klystron oder ein Ignitron sein.

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Claims (6)

1. 539809

   Patentansprüche

   1* Verfahren zum Schutz einer Elektronenröhre, der ein kurzer elektrischer Impuls hoher Energie zugeführt wird, der zuvor in einem Speicherelement gespeichert 1st, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zuführung eines Zündimpulses zum Steuergitter einer Schaltröhre zunächst die gespeicherte Energie über einen Impulstransformator der Elektronenröhre zugeführt wird und daß.dann der Zündelektrode einer ZündvQFriefetUBg, deren zwei Hauptelektroden über Impedanzen mit den Elektroden des Speienerelementes verbunden sind, zwei Xmpulse in gleicher Zeltdauer und entgegengesetzter Phase zugeführt werden.« von denen der eine Impuls eine dem Strom im Impulstransformator proportionale Amplitude und der andere eine dem Strom des Zündimpulses proportionale Amplitude besitzt.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der die Anode einer Schaltröhre einerseits über eine Spule mit einer Hoohspannungsquelle und andererseits mit der Primärwicklung dee Impulstransfonuttors verbunden ist, dessen Sekundärwicklung mn die Elektronenröhre angeschlossen 1st, der die in einen Speicherkondensator gespeichert· Energie über einen kleinen Schutzwiderstand zugeführt werden soll« dadurch gekennzeichnet, dal parallel oder in Reih· zua Speicherkondensator (4) und « Schutzwiderstand (20) eine Zündvorrichtung (22) und eine

   BAD ORIGINAL 00983T/T282 ~ '

   (25) geschaltet ist, daß ferner die Zündelektrode (24) der Zündvorrichtung mit einem Abgriff (26) der Sekundärwicklung des Impulstransformators (6) über die Sekundärwicklung (28) eines Hilfstransformators (30) verbunden ist, deren Primärwicklung (34) an den Generator (l6) des Zündimpulses für die Schaltröhre (12) angeschlossen ist und daß die Polaritäten der in der Sekundärwicklung (28) des Hilfstransformators (30) und am Abgriff (26) der Sekundärwicklung des Impulstransformators (6) auftretenden Signale einander entgegengesetzt gerichtet sind.
3. 3* Vorrichtung nach Anspruoh 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung (22) durch eine Kugelfunkenstreoke gebildet wird, die als Zündelektrode eine Spitze (24) besitzt, die senkrecht zur Verbindungsachse der beiden Kugelelektroden (52,54) im gleichen Abstand von beiden Elektroden angeordnet 1st.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruoh 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kugeln (52,54) der Zündfunkenstrecke (22) mit dem einen Ende von zwei Spulen (56*58) verbunden sind, deren andere Enden an einen parallel geschalteten Widerstandzweig (66,68) und einem gleichfalls parallel geschalteten Kondensatorzweig (72,74) angeschlossen sind.
5. 5t Vorrichtung nach Anspruoh 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladevorrichtung ein Klystron ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruoh 4, dadurch gekennzeichnet, daß die entladevorrichtung ein Ignitron ist.

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