DE1905612A1

DE1905612A1 - Zur Pulstastung von Magnetronroehren fuer Radaranlagen bestimmte Schaltanordnung

Info

Publication number: DE1905612A1
Application number: DE19691905612
Authority: DE
Inventors: Sturtzel Jorg Felix
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1969-02-05
Filing date: 1969-02-05
Publication date: 1970-08-27
Also published as: GB1249606A; DE1905612B2; DK126725B

Description

FRIED.KRTIPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAl¹TIJlTG IN ESSEN

Zur Pulstastung von Magnetronröhren für Radaranlagen "bestimmte Schaltanordnung

Die Erfindung "betrifft eine zur Pulstastung von Magnetronröhren für Radaranlagen /bestimmte Schaltanordnung, "bei der eine induktive Ankopplung der Magnetronröhre in Reihe mit einem an eine Steuerimpulsschaltung angeschlossenen Thyristor in einem ArbeitsStromkreis liegt, in den sich eine aus einer Ladespannungsquelle über einen Ladewiderstand aufladbare Pulskette entlädt.

Kommerzielle Radaranlagen sind heute zumeist in konventioneller Röhrenschaltung oder in gemischter Röhren- und Halbleiter-Schaltung ausgeführt. Die Tendenz geht aber dahin, die bekannten Vorteile der Halbleiterschaltungen durch Erstellung volltransistorisierter Radaranlagen auch auf diesem Gebiete nutzbringend anzuwenden.

Bei Schaltungen für Radaranlagen ist es bekannt, Thyratrons zum. Tasten der Magnetronröhre, der Endstufe einer Radaranlage, einzusetzen«. Beim Aufbau entsprechender Schaltungen mit Halbleiter-Bauelementen bietet sich an dieser Stelle der Thyristor als Ersatz an. Allerdings würde eine direkte Übernahme der bekannten iEnyratronschaltungen keine funktionstüchtige Lösung ergeben, da das Löschkriterium für ein Thyratron die Löschspannung

• . · · Cm

000035/1903

• · · · KL

ist, die es zum Abschalten zu -unterschreiten gilt_s

während ein !Thyristor erst abschaltet, wenn ein typenmäßig bedingter, maximal zulässiger Seststrom hinreichend lange unterschritten bleibt.

Zum Löschen eines Shyristors sind mannigfache Schaltungen bekannt. Das Ziel, die Unterschreitung des zulässigen Reststromes, erweichen, sie in der Regel entweder durch öffnung des Anoden-Kathoden-Stromkreises oder durch Einspeisen eines gegengerichteten Stromes in diesen Kreis, wodurch der resultierende Strom über die inoden-Eathoden-Strecke des !Sayristors zu Null erzwungen wird, da eine umgekehrte Stromrichtung nicht möglich ist.

Die Auftrenmmg des Anoden-Kathoden-Stromkreises kann durch einen beliebigen Schalter in diesem Kreise erfolgen. Diese lösung hat aber den Nachteil, daß der Strömt über den Thyristor auch über diesen Schalter fließt und sicher geschaltet werden muß. Bei einer Forderung nach schnell aufeinanderfolgenden Schaltspielen geht somit die Schaltercharakteristik in die Eunktionstüchtigkeit der Anlage ein.

Die andere genannte Möglichkeit, das Einspeisen eines gegengerichteten Stromes, wird häufig dureh. den Aufwand für einen zweiten iShyristor realisiert, der im Löschzeitpunkt des ersten !Thyristors gesundet wird ^ und "baispeilsweise eine passend aufgeladene Eapasität-ia d©a

se.« J 009835/1303

Kreis entlädt (vgl. zum Beispiel die deutsche Auslegeschrift 1 186 961; diese Schaltanordnung und ihre Varianten werden in der Energieversorgungstechnik oft unter dem Begriff der Zwangskomnmtierung zusammengefaßt). Neben dem Aufwand für einen zweiten Thyristor ergibt sich "bei derartigen Schaltanordnungen die Notwendigkeit einer zusätzlichen Hilfssteuerschaltung für die Zündung des zweiten Thyristors sowie für das Nachladen der Löschstrom-Kapazität innerhalb derjenigen Zeitspanne, während der der erste Thyristor leitend geschaltet ist.

Eine weitere "bekannte Schaltanordnung erwirkt einen gegengerichteten Strom zum JDesionisieren der Anoaen-Kathoden-Strecke des Thyristors durch Verwendung einer Induktivität, die mit dem Thyristor in Serie geschaltet ist und deren Überschwingen nach dem Lj-üschalten, des Stromkreises zu einem vorausberechenbaren Zeitpunkt infolge des nun gegenpoligen Momentanwertes der Spannung wiederum das Löschen des Thyristors "bewirkt. Die Anwendung einer derartigen induktiven Löschanordnung hat aber den Nachteil, eine PrequenzabJbängigkeit in die Schaltanordnung hineinzutragen, da die Löseilanordnung nun speziell für die betriebliche Folgefrequenz der Schaltanordnung

(vorfoestimmte Zeitspanne zwischen Einschalten und Löschen des Thyristors) ausgelegt sein muß. Diese Lösung erfordert daher erheblichen schaltungstechnischen Mehraufwand

009835/1603

bei Radaranlagen mit variabler Frequenz der Tastung des Magentrons und mit umschaltbaren Pulsketten.

Der Erfindung ist demgemäß die Aufgabe gestellt, eine Lösehanordnung für einen Thyristor in einer Schaltanordnung zur Pul st astung von Mag/^netronröhren für Radaranlagen zu erstellen, wobei eine sichere Funktion bei einem Minimum an schaltungstechnischem Aufwand zu gewähr leisten ist. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß in Parallelschaltung zu der Reihen-r schaltung der induktiven Ankopplung und des Thyristors und zu der Pulskette ein durch die Steuerimpulsschaltung betätigter steuerbarer Schalter angeordnet ist, der mindestens für die Gesamtzeit des Entladens der Pulskette und der Freiwerdezeit des Thyristors geschlossen blexbt, wobei in dem Ladestromweg und zugleich in Reihe zu dem steuerbaren Schalter ein Entkopplungsglied vorgesehen ist.

Damit ist eine Schaltanordnung geschaffen, die die vorstehend erwähnten Erfordernisse nach einfachem und sicherem Löschen des Thyristors gewährleistet, ohne daß der Aufwand für einen zweiten Thyristor, ohne daß eine zeitabhängige Schaltungskomponente, wie etwa eine Serien-Induktivität, und schließlich auch ohne daß ein Schaltelement im Arbeitsstromkreis dazu erforderlich wäre. Stattdessen wird durch einen Kursschluß des Lade-

009835/1603

stromweges während der Entladezeit der Pulskette und darüberhinaus noch während der Freiwerdezeit des Thyristors, das ist der typenspezifische Wert für die Dauer der Desionisierung der Anoden-Kathoden-Strecke eines gezündet gewesenen Thyristors, gewährleistet, daß sich. eine Spannung an der Pulskette, und damit an der Anode, nicht wieder aufbauen kann, ehe nicht der Thyristor sicher gelöscht ist. Dann kann der steuerbare Schalter wieder geöffnet und nach Aufladen der Pulskette über den Ladewiderstand der Thyristor durch einen Steuerimpuls aus der Steuerimpulsschaltung erneut gezündet werden. Erfindungsgemäß wirkt dieser Steuerimpuls nicht nur auf den Thyristor, sondern auch auf den steuerbaren Schalter. Die Impulsbreite des Steuerimpulses wird mindestens gleich der genannten Gesamtzeit gewählt, so daß getrennte Steuerhilf sschaltungen für das Zünden und Löschen des Thyristors nicht erforderlich sind; erfindungsgemäß wird beides durch die eine Steuerimpulsschaltung bewirkt, wodurch das notwendige zeitliche Zusammenwirken der einzelnen Teile der gesamten Schaltanordnung gewährleistet ist.

Der steuerbare Schalter muß monostabiles Schaltverhalten aufweisen, damit der Kurzschluß des Ladestromweges nach Abklingen des Steuerimpulses wieder aufgehoben ist. Es ist aber auch ein steuerbarer Schalter mit bistabilem Schaltverhalten verwendbar, wenn die Form der Steuerimpulse zur Ableitung geeigneter Schaltkriterien (bei Eecht-

009835/1603

eckimpulsen beispielsweise durch Auswertung der Yorder- und der Rückflanken in einer Differenzierstufe) geeignet ist.

Als Entkopplungsglied kann eine Diode dienen, die ein Entladen der Pulskette über den steuerbaren Schalter verhindert. Vorteilhafter ist es, für diesen Zweck den ohnehin im Ladestromweg vorhandenen Ladewider stand oder einen Teil desselben heranzuziehen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigt; Fig. 1 Die gesamte Schaltanordnung,

Pig. 2 eine Ausführungsform des monostabilen steuerbaren Schalters,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform des monostabilen steuerbaren Schalters,

Fig. 4 eine Ausführungsform des bistabilen steuerbaren Schalters,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform des bistabilen steuerbaren Schalters,

Fig. 6 eine Ausführungsform des Entkopplungsgliedes,

Fig. 7 eine andere Ausführungsform des Entkopplungsgliedes und

Fig. 8 eine Schaltung zur Beeinflussung der Steuerimpulsschaltung durch eine umschaltbare Pulskette.

Die in Fig, 1 dargestellte Schaltanordnung sra? Bslstastung

009835/1B03

von Magnetronröhren für Radaranlagen wird häufig auch als Impulsmodulator bezeichnet. Die induktive Ankopplung 1 der Magnetronröhre 2 liegt in dem ArbeitsStromkreis 3 des thyristors 4. Dieser Reihenschaltung ist die Pulskette 5 parallelgeschaltet, die aus einem Netzwerk von Kapazitäten 5a und Induktivitäten 5b besteht. Eine derartige Pulskette 5 ist an sich bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung.

Nachdem die Pulskette 5 über einen Ladestromweg 6 aus einer Lade Spannungsquelle 7 aufgeladen worden ist, kann der Thyristor 4 über^ine Zündelektrode 4a durch einen Steuerimpuls 8 aus der Steuerimpulsschaltung 9 gezündet werden. Daraufhin entlädt sich die in der Pulskette 5 gespeicherte Energie über den Arbeitsstromkreis 3 des !Thyristors 4 und die Magnetronröhre 2 wird über die induktive Ankopplung 1 angesteuert. Nach Entladen der Pulskette 5 in- der durch die Dimensionierung des Netzwerkes vorgegebenen Zeit soll der Thyristor 4 wieder

löschen, damit die Pulskette 5 erneut aufgeladen werden kann. Erfindungsgemäß wird dazu durch den Steuerimpuls 8, also bereits zum Zeitpunkte des Zündens des Thyristors 4, der steuerbare Schalter 10 geschlossen. Infolgedessen wird der Ladestromweg 6 an dem Punkte 11 kurzgeschlossen und während des Entladens der Pulskette 5 kann kein Nachladen erfolgen. Ein Entkopplungsglied 12 gewähr-

• ... 8

009835/1603

leistet, daß die Pulskette 5 sich nun nicht über den Kurzschluß des geschlossenen steuerbaren Schalters 10, sondern über den Arbeitsstromkreis 5 entlädt. Die Breite des Steuerimpulses 8 wird gleich der Gesamtzeit T des Entladens der Pulskette 5 und der typenbedingt notwendigen Ireiwerdezeit des !Thyristors 4- gewählt. Daher ist der Thyristor 4 mit Sicherheit verlöscht, wenn mit Abklingen des Steuerimpulses 8 der steuerbare Schalter wieder öffnet und die Pulskette 5 über den Ladestrom-r weg 6 erneut aufgeladen wird. Komplizierte Schaltungen zur Gewährleistung der Aufeinanderfolge der einzelnen Schaltvorgänge für eine ordnungsgemäße Punktion der Schaltanordnung sind nicht erforderlich, da für die Steuerung des steuerbaren Schalters 10 die ohnehin für das Zünden des Thyristors 4 vorhandene Steuerimpulsschaltung 9 herangezogen werden kann. Da es sich bei letzterer im wesentlichen um einen an sich bekannten Multivibrator mit veränderbarem Tastverhältnis handelt, ist die Länge der Steuerimpulse 8 den durch die übrige Schaltanordnung gegebenen Verhältnissen leicht anpaßbar.

Die bevorzugte Ausführungsform des steuerbaren Schalters ist die des in Fig. 2 dargestellten Schalttransistors 10a. Da der Schalt trans ist or 10a nach Abklingen seiner Erregung, in diesem Falle durch den Steuerimpuls 8„ in

009835/1603

seinen ursprünglichen, den hochohmigen, Schaltzustand zurückschaltet, kann er als monostabiler Schalter angesehen werden. Eine andere Möglichkeit, einen monostabilen Schalter einzusetzen, ist in Pig. 3 gezeigt, wo der Steuerimpuls 8 zunächst einen an sich bekannten monostabilen Multivibrator 10b startet, der seinerseits erst die eigentliche Schaltstrecke 10c steuert. Als Schaltstrecke 10c ist beispielsweise ein Schalttransistor nach Fig. 2 verwendbar. Der Vorteil einer Schaltanordnung nach Fig. 3 liegt darin, daß die Gesamtzeit T für die Dauer des Kurzschlusses des Ladestromweges 6 durch den monostabilen Multivibrator 10b gewährleistet ist, sodaß die Länge der Steuerimpulse 8 ein freier Parameter bleibt und ggf. anderen Erfordernissen angepaßt werden kann.

Als Anwendungsbeispiel eines bistabilen Schalters ist in Fig. 4 ein bistabiler Multivibrator oder Hip-Flop 1Od gezeigt, der seinerseits erst die eigentliche Schaltstrecke 10c steuert. Der bistabile Multivibrator 1Od wird angesteuert über eine Differenzierstufe 1Oe, sodaß die Vorderflanke eines rechteckigen Steuerimpulses den bistabilen Multivibrator 1Od in jenen Zustand versetzt, bei dem die nachgeschaltete Schaltstrecke 10c, beispielsweise wieder ein Schalttransistor nach Fig. 2, geschlossen wird und die Eückflanke den bistabilen

009835/1603

Multivibrator 1Od wieder zurückschaltet. Als weiteres Einsatzbeispiel eines bistabilen steuerbaren Schalters, der dazu auch noch die Funktion der eigentlichen Schaltstrecke 10c ausübt, ist in Jig. 5 ein (Thyristor 1Of dargestellt. Durch Differentiation des" rechteckförmigen Steuerimpulses 8 führt die Vorderflanke zum Zünden des Thyristors 1Of, während die Rückflanke über eine induktive übertragung 10g des Differentiationsimpulses, also mittels einer Gegenspannung, den !Thyristor 1Of wieder löscht.

Gegenüber den vorstehend beschriebenen und anderen möglichen Varianten im Rahmen der Erfindung weist aber die in Fig. 2 dargestellte bevorzugte Lösung den wesentlichen Vorteil auf, den für die Funktion der .:-- Schaltanordnung notwendigen Synchronismus, aller Schaltvorgänge bei einem Mir»inniTn an schaltungstechnischem Aufwand sicher zu gewährleisten.

Als Entkopplungsglied 12 kann die in Fig. 6 dargestellte Diode 12a dienen, die ein Entladen der Pulskette 5 .über den Kurzschluß des geschlossenen Schalters anstatt über den Arbeitsstromkreis $ verhindert. Vorteilhafter ist es, erfindungsgemäß, als Entkopplungsglied wenigstens einen Teil eines ohnehin im Ladestromweg 6 vorhandenen Ladewiderstandes heranzuziehen} in der Ausführung nach Fig. 7 ist der Ladewiderstand

11

009838/1603

in einen als Eütkopplungsglied 12 dienenden Teilwiderstand 12b und einen Torwiderstand 13 aufgeteilt, let der Teilwiderstand 12"b wenigstens um den Faktor 100-größer als der resultierende Restwiderstand des über den ^Thyristor 4 durchgeschalteten Arb e its Stromkreises 3» so ist der über den geschlossenen Schalter abfließende Anteil der Energie der Pulskette 5 vernaelilässigbar klein gegenüber den in den Arbeitsstromkreis 3 fließenden Anteil, eine Bedij&ng, die wegen des geringen Durchlaßwiderstandes des gezündeten !hyristors 4 ohne Schwierigkeiten realisierbar ist.

Der zweite (Peil des Ladewiderstandes erhöht als Vorwiderstand 13 den resultierenden Innenwiderstand der LadeSpannungsquelle 7» sodaß weder diese noch die Schaltstrecke des geschlossenen Schalters 10 überlastet werden.

Da der Steuerimpuls 8 jeweils während der Zeit, in der der iChyristor 4 gezündet ist, an der Zündelektrode 4a ansteht, ist "eine Drossel 14 vorgesehen, die die Zündelektrode 4a gleichstrommäßig niederohmig mit der Kathode 4b verbindetj eine sonst mögliche Zerstörung des iChyristors 4 infolge von Aufladeerscheinungen «innerhalb der Strecke zwischen Zündelektrode 4a und Kathode 4b des Thyristors 4 ist dadurch verhindert.

Im Rahmen der Erfindung läßt sich auch berücksichtigen,

12

009835/1603

daß Impulsmodulatoren für Radaranlagen oft für verschiedene Längen der auszusendenden Impulse, d.h. für verschiedene Entladezeiten der Pulskette aufgebaut sind. In Pig. 8 ist eine Schaltung dargestellt, bei der die Pulskette 5 aus zwei wahlweise einschaltbaren Teilpulsketten 5c und 5d besteht. Die Teilpulskette 5c entspricht der Pulskette 5 in Fig. 1 und die Teilpulskette 5d stellt einen Extremfall einer Impulskette der dargestellten Art dar, bei der nämlich die Induktivität L zu Null geworden und die Kapazität C allein verblieben ist*

Kurze Pulse werden bekanntlieh vor allem dann benutzt* wenn eine genaue Entfernungsauflösung bei der Rückstrahlortung angestrebt wird, wahrend lange Impulse ein besseres Nutz/Stör-Verhältnis der mit der Radaranlage empfangenen Signale liefern. Zugleich mit der Umschaltung zwischen langen und kurzen Pulsen liefert W der Doppelumschalter 5e eine Hilfsspännung 15 unterschiedlicher Größe, die entsprechend der Zeit des Entladens der unterschiedlichen Teilpulsketten 5c> 5d durch Beeinflussung der steuerimpulssehaltung 9 die Gesamtzeit T und damit die Länge der Steuerimpulse 8 ändert. Die Steuerimpulssehaltung 9 besteht dazu im wesentlichen aus einem an sich bekannten astabilen Multivibrator, dessen Tastverhältnis durch Beeinflussung einer der Basisvorspannungen Veränderbar ist. ·-··-·

Claims

Ansprüche

1.) Zur Pulssteuerung von Magnetronröhren für Radaranlagen "bestimmte Schaltanordnung, bei der eine induktive Ankopplung der Magnetronröhre in Reihe mit einem an eine Steuerimpulsschaltung angeschlossenen Thyristor in einem Arbeitsstromkreis liegt, in den sich eine aus einer Ladespannungsquelle über einen Ladewiderstand aufladbare Pulskette entlädt, dadurch gekennzeichnet, daß in Parallelschaltung zu der Reihenschaltung der induktiven Ankopplung (1) und des Thyristors (4) und zu der Pulskette (5) ein durch die Steuerimpulsschaltung (9) betätigter steuerbarer Schalter (10) angeordnet ist, der mindestens für die Gesamtzeit (T) des Entladens der Pulskette (5) und der Freiwerdezeit des Thyristors (4) geschlossen bleibt, wobei in dem Ladestromweg (6) und zugleich in Reihe zu dem steuerbaren Schalter (10) ein Entkopplungsglied (12) vorgesehen ist.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (10) monostabil ist.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (10) ein Schalttransistor (10" a) ist, der durch einen Steuerimpuls (8) aus der Steuerimpulsschaltung (9) während der Gesamtzeit (T) angesteuert bleibt.

009835/1603

4-. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (10) bistabil ist.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Schalter durch Vorderflanke und Rückflanke des Steuerimpulses (8) aus der Steuerimpulsschaltung (9) schaltbar ist.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladewiderstand in einen Vorwiderstand (13) und einen als Entkopplungsglied (12) dienenden Teilwiderstand (12b) aufgeteilt ist.

009835/1603

Leerseite