DE2014526C3

DE2014526C3 - Treppenspannungsgenerator

Info

Publication number: DE2014526C3
Application number: DE19702014526
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl.-Ing. 8046 Garching Hohenoecker
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1970-03-25
Filing date: 1970-03-25
Publication date: 1978-06-15
Also published as: DE2014526A1; DE2014526B2

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Treppenspannungsgenerator zum Erzeugen einer Spannung mit η voneinander unabhängigen, einzeln auslösbaren Spannungsstufen.

Beim Erzeugen von Mehl fachbildern in Bildwandler- ^ Kameras wird zum Ablenken des Elektronenbildes eine treppenförmige Spannung benötigt. Oft wird dabei gefordert, daß die einzelnen Snanmngsstufen der Treppenspannung in beliebigen, oft sehr langen zeitlichen Abständen auslösbar sind. Im allgemeinen ist es dabei jedoch nicht erforderlich, daß die Spannung während der ganzen Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden Spannungssprüngen konstant ist, da die Spannung normalerweise nur wahrend eines verhältnismäßig kurzen Zeitintervalles im Anschluß an einen Spannungssprung benötigt wird. Andererseits soll der Spannungssprung möglichst sieil verlaufen und die Spannung soll während einer bestimmten Zeitspanne im Anschluß an den Spannungssprung möglichst konstant sein.

Aus der DE-AS 12 47 386 ist bereits eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von zwei gegenläufigen, treppenförmigen Spannungen bekannt, die einen Spannungsteiler mit Abgriffen enthält, die durch Stromtore nach Wunsch kurzschließbar sind. Wegen der hohen Kapazitäten der dem Spannungsteiler parallel geschalteten Stromtore ist es mit einer solchen Schaltung schwierig, steile Spannungssprünge zu erzeugen.

Es ist ferner aus der DE-AS 10 93 902 eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer stufenweise einstellbaren Spannung bekannt, die eine Anzahl von Gasentladungsröhren enthält, die jede für sich mit einem Vorschaltwiderstand und alle zusammen mit einem gemeinsamen Arbeitswiderstand in Reihe zwischen zwei Klemmen einer Spannungsquelle geschaltet sind. Die Röhren werden der Reihe nach gezündet, und die dabei auftretenden Entladungsströme durchfließen den gemeinsamen Widerstand und erzeugen an diesem einen entsprechenden Spannungsabfall. Nachteilig an dieser Schaltung ist, daß die Spannung der Treppen von der Vc-sorgungsspannung und vom Innenwiderstand der als Schalter wirkenden Gasentladungsröhren abhängt.

Die gleichen Nachteile hat eine aus der DE-AS 11 40 970 bekannte Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer treppenförmigen Schwingung, die einen Spannungsteiler enthält, dessen Teilerverhältnis mittels einer elektronischen Schaltvorrichtung für jede Treppe stufenweise geändert wird. Im bekannten Falle erfolgt die Steuerung der Schaltvorrichtung durch eine periodische Steuerpulsfolge, so daß die Dauer der einzelnen Treppen nicht beliebig variierbar ist.

Aus der Zeitschrift »radio fernsehen elektronik« 18 (1969), Heft 6, Seite 170 bis 172, ist ein Treppenspannungsgenirrator bekannt, bei dem die Spannungsstufen durch einen konstanten Strom an einem Spannungsteiler mit verschiedenen Anzapfungen erzeugt werden. Mit dieser Schaltungsanordnung lassen sich Spannungsstufen mit Anstiegszeiten im Nanosekundenbereich, wie sie z. B. in der Kurzzeitphotographie mit Bildwandlerkameras benötigt werden, nicht erzeugen.

Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, jede Spannungsstufe einer treppenförmigen Spannung mittels eines Widerstandes, durch den ein Kondensator entladen wird, zu erzeugen. Die Widerstände für die verschiedenen Spannungsstufen sind einander in Reihe geschaltet, so daß sich die Spannungsabfälle addieren. Mit einer solchen Schaltungsanordnung können zwar sehr steile Spannungssprünge erzeugt werden, die Spannung jeder Spannungsstufe häng: jedoch von der Spannung aller vorangehenden Spannungsstufen ab. so daß der Gesamtdauer der treppenförmigen Spannung verhältnismäßig enge Grenzen gesetzt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Treppenspannungsgenerator anzugeben, der eine treppenförmige Spannung mit π voneinander unabhängigen, einzeln auslösbaren Spannungsstufen, die in beliebigen zeitlichen Abständen aufeinander folgen können und im Anschluß an den Spannungssprung für ein vorgegebene Zeitspanne eine

sehr gute Konstanz aufweisen, liefert.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Treppenspannungsgenerator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß für jede Spannungsstufe ein Kondensator vorgesehen ist, der an eine Spannungsquelle zum Aufladen des Kondensators auf eine Spannung, die mindestens etwas größer als die Spannung der betreffenden Spannungsstufe ist, angeschlossen und mit einer Entladeschaltung überbrückt ist, die einen im Ruhezustand geöffneten, individuell _f0 schließbaren Schalter in Reihe mit einem Arbeitswiderstand enthält, dessen eine Klemme mit einem Ende einer Reihenschaltung aus Spannungsstabilisierenden Bauelementen verbunden ist. die Abgriffe entsprechend den gewünschten Spannungsstufen aufweist, daß die andere Klemme des Arbeitswiderstandes über eine Diode mit dem zugehörigen Abgriff der Reihenschaltung aus den Spannungsstabilisierenden Bauelementen und über eine weitere Diode mit einer Klemme einer gemeinsamen Ausgangsimpedanz gekoppelt ist, der ande.e Klemme mit dem erwähnten Ende der Reihenschaltung verbunden ist, wobei die beiden Dioden für die bei geschlossenem Schalter am zugehörigen Arbeitswiderstand abfallende Spannung in Flußrichtung gepolt sind, daß die Schalter mit einer Steuervorrichtung gekoppelt sind, die sie in der Reihenfolge der zu erzeugenden Spannungsstufen, die ihrerseits den Ladespannungen der den Schaltern zugeordneten Kondensatort η entsprechen, nach Wunsch zu schließen gestattet, und daß die Ausgangsimpedanz mit Ausgangsklemmen verbunden ist.

Bei dem Treppenspannungsgenerator gemäß der Erfindung lassen sich die einzelnen Spannungsstufen zu praktisch beliebigen Zeiten auslösen, man ist also an keine feste Zeitfolge gebunden. Außerdem lassen sich sehr kurze Anstiegszeiten der Spannungsstufen, hohe Stufenspannungen (über 1 kV) und niedrige Ausgangsimpedanzen erreichen.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles eines Treppenspannungsgenerators gemäß der Erfindung, das zum Erzeugen einer positiven Spannung mit zwei Spannungsstufen dient;

Fig.2 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufes der Autgangsspannung U der Schaltungsanordnung gemäß Fi g. 1.

Der Treppenspannungsgenerator gemäß der Erfindung enthält für jede der η zu erzeugenden Spannungsstufen eine von η Schaltungseinheiten, die im Prinzip gleich aufgebaut sind. Entsprechende Bauelemente dieser Schaltungseinheiten sind daher mit den gleichen Bezugszahlen versehen worden. Die Bauelemente der verschiedenen Schaltungseinheiten sind dabei durch angefügte kleine Buchstaben unterschieden. Zur Erläuterung des schaltungstechnischen Aufbaus des Treppenspannungsgenerators gemäß F i g. I genügt daher, nur die zum Erzeugen der ersten Spannungsstufe A (F i g. 2) dienende Schaltungseinheit näher zu erläutern.

Die Schaltungseinheit zum Erzeugen der ersten .Spannungsstufe A enthält einen Kondensator 10a, dessen eine Klemme mit Masse und dessen andere <,<; Klemme 12a mit einer zu seiner Aufladung dienenden Spannungsquelle verbunden ist. die einen Spannungsteiler 14a enthält. Die Klemme 12a ist außerdem über ein Kompensationsglied 16a, das die Parallelschaltung eines Kondensators 18a und eines vorzugsweise verstellbaren Widerstandes 20a enthält, mit der Anode eines Thyristors 22a gekoppelt, dessen Kathode an eine Klemme 24a eines Arbeitswiderstandes 26a angeschlossen ist, dessen andere Klemme an Masse liegt. Zwischen die Steuerelektrode und Kathode des Thyristors 22a ist die Sekundärwicklung eines Impulstransformators 28a geschaltet, dessen Primärseite mit einer Eingangsklemme 30a gekoppelt ist, der von einer nicht dargestellten Steuervorrichtung ein Zündimpuls zuführbar ist.

Die Klemme 24a ist über eine Diode 32a mit einem Abgriff 34a einer einseitig an Masse angeschlossenen Reihenschaltung aus Zenerdioden 36 und über eine zweite Diode 38a mit einer Klemme 40 einer Ausgangsimpedanz 42 gekoppelt, die als Potentiometerwiderstand dargestellt und mit einer Ausgangsklemme 44 verbunden ist.

Der Spannungsteiler t4a ist so bemessen, daß der Kondensator 10a auf eine solche Spannung aufgeladen wird, daß die bei der Enüadung des Kondensators über den gezündeten Thyristor 22a am Arbeitswiderstand 26a abfallende und über die Diode 32a auf den Abgriff 34a gekoppelte Spannung einen solchen Wert hat, daß an der Klemme 34a während einer gewünschten Zeitspanne Tn anschließend an den durch das Zünden des Thyristors 22a erzeugten Spannungsprung A die gewünschte Spannung Ua der ersten Spannungsstufe auftritt.

Das Kompensationsglied 16a bestimmt mit seinem Kondensator 18a die Steilheit des Spannungssprunges A beim Zünden des Thyristors 22a während der Widerstand 20a (in Verbindung mit dem Widerstand und dem zu ihm parallelliegenden Widerstand 42 26a^ den Entladestrom und damit die nutzbare Zeit Tn bestimmt.

Die Schaltungseinheit zum Erzeugen des zweiten Spannungssprungs B und der Spannungsstufe mit der Spannung Ub ist genauso aufgebaut wie die oben beschriebene Schaltungseinheit zum Erzeugen des ersten Spannungssprungs A. Die Klemme 246 des Arbeitswiderstandes 266 ist dabei jedoch über die Diode 326 mit einem Abgriff 346 der Reihenschaltung aus den Zenerdioden 36 gekoppelt, der weiter von Masse entfernt ist als der Abgriff 34a und so gewählt ist, daß hei Entladung des Kondensators iOb über den gezündeten Thyristor 22b am Abgriff 346 die stabile Spannung Ub der zweiten Spannungsstufe auftritt. Diese Spannung wird über die Diode 386 auf die Klemme 40 der Arbeitsimpedanz 42 gekoppelt.

Die mittels des Spannungsteilers 146 erzeugte Ladespannung an der Klemme 126 ist selbstverständlich entsprechend höher als die Spannung an der Klemme 12a. Bei der Entladung des die zweite Spannungsstufe mit der Spannung Ub erzeugenden Kondensators 106 werden die Dioden 32a und 38a in Sperrichtung vorgespannt und sie entkoppeln dadurch die Schaltungseinheit zum Erzeugen der ersten Spanrungsstufe, insbesondere den Arbeitswiderstand 26a von der Reihenschaltung der Zenerdioden 36 und von der Arbeitsimpedanz 42. Die Spannung der zweiten Spannungsstufe ist daher unabhängig vom Entladezustand des Kondensators 10a. Dasselbe gilt selbstverstänJ'ich auch für etwaige weitere Stufen. Die Zeitspanne zwischen der Auslösung zweier aufeinanderfolgender Spannungsstufen, /.. El. A und B ist daher ganz beliebig.

Die beschriebene Schaltunesariordnune läßt sich

selbstverständlich auch für mehr als zwei Spannungsstufen erweitern. In diesem Falle würde dann die Reihenschaltung noch weitere Zenerdioden 36 anschließend an den Abgriff Mb enthalten, wie gestrichelt angedeutet ist und der nicht dargestellte Schaltungspunkt 24c der nächsten Schaltungseinheit wäre dann über jeweils eine Diode mit dem nächsten Abgriff und der Klemme 40 gekoppelt usw.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 läßt sich ohne Schwierigkeiten für die Erzeugung von negativen Treppenspannungen abwandeln. In diesem Falle müßten dann einfach der Kondensator 10 und der Thyristor 22 vertauscht werden (die Kathode des Thyristors liegt in diesem Fall dann an Masse und die Anode an der Klemme 12a, und die Polarität der Dioden einschließlich der Zenerdioden müßte umgekehrt werden.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel betrug di Anstiegszeit der Treppen (Dauer der Spannungssprün ge) jeweils etwa 200 bis 300 nsec, die Linearität de Treppen war besser als 1 V„ innerhalb einer Zeitspann T_n von 25 μ%ζθ und die Spannung pro Treppe war 40< bis 500 V.

Wenn die 7r7i entsprechende Zeitspanne zwische zwei Spannungsstufen so groß ist, daß die Spannung de vorangehenden Stufe im Zeitpunkt der Auslösung de folgenden Spannungsstufe bereits im wesentlicher abgeklungen ist, können die Schalter in der Reihenfolg abnehmender Ladespannungen der zugehörigen Kon densatoren geschlossen werden.

Hierzu i ü'iau zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Treppenspannungsgenerator zum Erzeugen einer Spannung mit η voneinander unabhängigen einzeln auslösbaren Spannungsstufen, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Spannungstufe ein Kondensator (10) vorgesehen ist, der an eine Spannungsquelle (14) zu seinem Aufladen auf eine Spannung, die mindestens etwas größer als die ,₀ Spannung der betreffenden Spannungsstufe ist, angeschlossen und mit einer Entladeschaltung überbrückt ist, die einen im Ruhezustand geöffneten, individuell schließbaren Schalter (22) in Reihe mit einem Arbeitswiderstand (26) enthält, dessen eine Klemme (Masse) mit einem Ende einer Reihenschaltung aus Spannungsstabilisierenden Bauelementen (36) verbunden ist, die Abgriffe (34) entsprechend den gewünschten Spannungsstufen (Ua, Ub...) aufweist, daß die andere Klemme (24) des Arbeits-Widerstandes über eine Diode (32a) mit dem zugehörigen Abgriff (34) der Reihenschaltung aus den Spannungsstabilisierenden Bauelementen (36) und über eine weitere Diode (38) mit einer Klemme (40) einer gemeinsamen Ausgangsimpedanz (42) _2J gekoppelt ist, deren andere Klemme mit dem erwähnten Ende der Reihenschaltung verbunden ist, wobei die beiden Dioden (32, 38) für die bei geschlossenem Schalter (22) am zugehörigen Arbeitswiderstand (26) abfallende Spannung in Flußrichtung gepolt sind, daß die Schalter mit einer Steuervorrichtung gekoppelt sind, die sie in der Reihenfolge der zu erzeugenden Spanr>ungsstufen, die ihrerseits den Ladespannungen der den Schaltern zugeordneten Kondensatoren entsprechen, nach Wunsch zu schließen gestattet urd daß die Ausgangsimpedanz (42) mit Ausgangsklemmen (44, Masse) verbunden ist.

2. Treppenspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung _4<3 ein Kompcnsationsglied (16) aus der Parallelschaltung eines Kondensators (18) und eines vorzugsweise einstellbaren Widerstandes (20) enthält.

3. Treppenspannungsgencrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsstabilisierenden Bauelemente Zenerdioden sind.

4. Treppenspannungsgenerator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung die Schalter (22) in der Reihenfolge zunehmender Ladespannung der den betreffenden Schaltern zugeordneten Kondensatoren (10) schließt.