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stabiler Impulsgenerator zur Erzeugung von bipolaren Impulsen" Die
Erfindung betrifft einen astabilen, an einer Gleichstromquelle als Sperrschwinger
betriebenen Impulsgenerator zur Erzeugung von in der Pulsfrequenz und Pulsdauer
veränderbaren bipolaren Impulsen, deren jeder eine volle Wechselstromschwingung
darstellt und die mittels eines Ubertragers auskoppelbar sind.
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Bei der Erzeugung bipolarer Impulse unter Verwendung sogenannter
bipolarer Impulsübertragung in Impulskodeübertragungsanlagen wird jeder Impuls mit
einer Polarität übertragen, die der des unmittelbar vorhergehenden Impulses entgegengerichtet
ist, und es wird auch jeder impulsfreie Zwischenraum als Zwischenraum übertragen.
Dieses bekannte Impulsübertragungsverfahren setzt das Vorhandensein einer unipolaren
Impulsfolge, beispielsweise mit einem Kodegeber erzeugt, voraus, die in bipolare
Impulse umgewandelt werden.
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Ein anderes bekanntes Verfahren zur Unipolar-Bipolar-Umwandlung bedient
sich zweier im Gegentakt betriebener Sperrschwinger, die so angeordnet sind, daß
sie durch unipolare Impulse abwechselnd angestoßen werden und Impulse entgegengesetzter
Polarität erzeugen.
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Es ist ein von diesen Verfahren ausgehender Impulswandler mit zwei
im Gegentakt betriebenen Sperrschwingern bekannt geworden, bei dem zwischen dem
Unipolar-Impulseingang und den Sperrschwingern eine kapazitive Steuerschaltung mit
zwei den Sperrschwingern einzeln zugeordneten Kondensatoren angeordnet ist. Die
Ausgangsleistung dieses Impulswandlers ist größer, der Aufwand an Schaltungselementen
dagegen geringer als bei den vorher erwähnten Einrichtungen zur Bipolar-Impulserzeugung.
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Der Erfindung liegt hingegen die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung
eines beim Betrieb an einer Gleichstromquelle astateilen, d. h. selbstschwingenden
Impulsgenerators mit den eingangs beschriebenen Eigenschaften anzugeben, welche
einen geringen Aufwand an Schaltungselementen erfordert und eine große Ausgangsleistung
aufweist. Der Betrieb eines solchen Impulsgenerators ist nicht vom Vorhandensein
von Eingangsimpulsen abhängig.
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Es sind derartige Impulsgeneratoren in zahlreichen Ausführungsformen
unter dem Begriff "astabiler Multivibrator" bekannt. Diese haben jedoch eine geringe
Ausgangsleistung und sind daher nur für reine Steuerfunktionen brauchbar. Die geringe
Auægangsleistung erfordert bei manchen Anwendungen das Nachschalten eines Impulsverstärkers
und bedarfsweise ferner eines Impulsformers.
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Als Lösung der oben dargelegten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein
Thyristor in an sich bekannter Löschschaltung mit einem dem Thyristor parallelgeschalteten
Schwingkreis, dessen Kondensator
über einen Widerstand aus der Gleichstromquelle
geladen wird, ferner eine dem Thyristor antiparallelgeschaltete Gleichrichterdiode
und ein an sich bekannter, dem Eondensator parallelgeschalteter, über eine Entkopplungsdiode
und eine hierzu gegengeschaltete Z-Diode an die Steuerelektrode des Thyristors führender
Zündstroskreis, in dem bei einer bestimmten Kondensatorspannung ein Zenerzündstrom
fließt, angegeben.
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Um einen im eingeschwungenen Betrieb des Impulsgenerators beim Laden
des Kondensators gewünschten linearen Anstieg der Kondensatorspannung zu erreichen,
wird gemäß einer Ausbildung der Erfindung ein induktiver Widerstand mit Freilaufdiode
im Nebenschluß vorgesehen, über den der Kondensator geladen wird.
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Weitere Ausbildungen der Erfindung sind nachfolgend beschrieben und
betreffen den Zündstromkreis des Thyristors.
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Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungbeispiel der
Erfindung, ein Impulsgenerator mit einem induktiven Widerstand, über den der Kondensator
geladen wird, beschrieben und die Wirkungsweise des Impulsgenerators erläutert.
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Figur 1 zeigt die Schaltung des Impulsgenerators.
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Figur 2 zeigt Diagramme der Spannungen am Kondensator und am Thyristor
sowie des erzeugten bipolaren Stromimpulses.
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Der Impulsgenerator nach Fig. 1 enthält als Halbleiterschalter einen
Thyristor 1 in bekannter Löschschaltung mit einem dem Thyristor parallelgeschalteten
Reihenschwingkreis, bestehend aus einem Kondensator 2 und einem Empulsübertrager
3,
dessen Sekundärwicklung den Ausgang des Impulsgenerators bildet.
Der Kondensator 2 ist mit einer Drosselspule 4 in Reihe geschaltet und ist mit Hilfe
eines Schalters 5 an eine Gleichstromquelle 6 mit einer niedrigen Spannung, z. B.
6 bis 30 Volt, anschließbar. Dem Thyristor 1 ist eine Gleichrichterdiode 7 gegenparallelgeschaltet.
Der Zündstroskreis des Thyristors ist dem Kondensator 2 parallelgeschaltet und führt
in bekannter Weise über eine Z-Diode 8, welcher eine Entkopplungsdiode 9 entgegengeschaltet
ist, an die Steuerstrecke des Thyristors.
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Die- Dioden 8 und 9 sind so geschaltet, daß der Zündstrom des Thyristors
in der Durchlaßrichtung über die Diode 9 und in Zenerrichtung durch die Z-Diode
8 fließt. Die Schaltung des vorbeschriebenen Impulsgenerators ist in der Fig. 1
stark herausgezeichnet.
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Zur Inbetriebnahme wird der Impulsgenerator in einem Zeitpunkt t0
mit Hilfe des Schalters 5 an die Stromquelle 6 angeschlossen. Dadurch wird über
die Drossel 4 der Kondensator 2 geladen, an dem die Spannung entsprechend ansteigt.
Am gesperrten Thyristor 1 steigt die Spannung in der gleichen Weise an. Erreicht
die Kondensatorspannung U2 die Höhe der Zenerspannung U8, dann beginnt im Zündstromkreis
des Thyristors ein zum Zünden desselben nusreichender Strom zu fließen. Nachdem
im Zeitpunkt t1 der hyristor gezündet ist, entlädt sich der Kondensator 2 über den
nipulsübertrager 3 und den Thyristor mit einem positiven Stromimpuls I. Die Kondensatorspannung
schwingt etwa beim Maximum des Stromimpulses in die entgegengesetzte Polarität um.
Der Thyristor wird nach dem Nulldurchgang des Stromimpulses gelöscht.
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Währenddessen ist die Kondensatorspannung U2 zunächst noch negativ
und schwingt dann in die positive Polarität zurück. Der Kon--lensator erzeugt dabei
einen negativen Stromimpuls, der über die tZleichrichterdiode 7 und den Impulsübertrager
3 fließt. Am Ende dieses Stromimpulses (Zeitpunkt t2) ist der erzeugte bipolare
S~romimpuls beendet, und es ist der Kondensator wieder in der positiven Polarität
geladen. Solange die Kondensatorspannung noch
kleiner als die Zenerspannung
U8 und somit der Thyristor noch gesperrt ist, fließt kein Strom durch den Impulsübertrager
3.
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Während dieses Zeitabschnittes wird der Kondensator wieder über die
Drosselspule 4 auf die Zenerspannung U8 nachgeladen, dann wiederholt sich der beschriebene
Vorgang. Auf diese. Weise werden, solange der Schalter 5 geschlossen ist, fortlaufend
bipolare Impulse, zwischen denen je eine Strompause liegt, erzeugt. Eine Drossel
4 wird anstelle eines ohmschen Widerstandes verwendet, weil ein solcher Widerstand
bei großer Impulsleistung klein sein müßte, und dann der Kondensator 2 beim Umschwingen
auf die Spannung U2 " -U einen entsprechend hohen Strom aufnimmt, welcher das Löschen
des Thyristors 1 verhindern kann. Eine Drossel verändert den Strom wahrend einer
genügend kurzen Umschwingzeit des Kondensators nur geringfügig, so daß der Impulsgenerator
mit einer Drossel 4 einen hohen Strom aufnehmen kann und der Thyristor trotzdem
gelöscht werden kann. Die Größe des über diese Drossel aufgenommenen Stromes hängt
von der am übertrager 3 entnommenen Leistung ab. Je größer die Belastung am Ubertrager
3 ist, desto größer wird der Drosselstrom, desto höher wird auch die Impulsfrequenz.
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Die Diagramme a), b) und c) der Fig. 2 stellen den zeitlichen Verlauf
der Spannungen U2 und U1 am Kondensator 2 und am Ehyristor 1 sowie den zeitlichen
Verlauf des bipolaren Stromimpulses I dar, und zwar im linken Teil den zeitlichen
Verlauf nach dem Anschaltzeitpunkt t0 bis zum Ende des ersten Stromimpulses, ferner
im rechten Teil den zeitlichen Verlauf im eingeschwungenen Zustand des Imptlsgenerators.
Die beiden erwähnten Diagrammteile sind durch eine gestrichelte Zeitachse voneinander
abgesetzt dargestellt. Es ist ferner möglich, einen gesteuerten Widerstand 13, z.
B. einen Transistor, oder einen durch ein Potential geschalteten Widerstand 13,
beispielsweise ein Diodengatter, in den Bündstromkreis des Thyristors 1 einsuschalten.
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Ein Anwendungsbeispiel für einen Impulsgenerator gemäß der Erfindung
wird nachfolgend anhand des in der Fig. 1 schwach gezeichneten, am Ausgang des Impulsgenerators
angeschlossenen Schaltungsteiles kurz erläutert. Dieser Schaltungsteil stellt eine
Gleichrichterschaltung mit einer Gleichrichterdiode 10 und einem Siebkondensator
12 dar. Dem Kondensator 12 ist ein ohmsche Spannungsteiler 11 parallelgeschaltet,
dessen Spannungsteilungspunkt über eine Z-Diode 14 mit der Basis des Transistors
13 verbunden ist. Mit Hilfe dieser Schaltung ist es auf einfache Weise möglich,
eine stabilisierte Gleichspannung U3 aus einer nichtstabilisierten Betriebsspannung
U zu erzeugen. Mit dem verstellbaren Widerstand des Spannungsteilers 11 wird die
Sollspannung, auf die U3 geregelt wird, vorgegeben. Die entstehende Regelabweichung
steuert den im Nebenschluß der Steuerstrecke des Thyristors 1 geschalteten Transistor
13, wodurch die Zunizeitpunkte t1 des Thyristors und somit die Impulsfolgefrequenz
verändert werden. Die Schaltung weist ein hohes Regelverhältnis auf, während der
Brummanteil der Spannung U3 zwischen Leerlauf und Vollast praktisch unveränderlich
ist.
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Bei dem oben beschriebenen Impulsgenerator wird eine nahezu linear
ansteigende Kondensatorspannung umso früher erreicht, je größer die Impulsfrequenz
eingestellt wird. Eine linear ansteigende Kondensatorspannung wird auch in schwächerem
Ausmaß umso früher erreicht, je größer die Belastung des Impulsübertragers 3 ist
Ferner ist es möglich, die Impulsdauer der bipolaren Impulse durch entsprechende
Bemessung der gondensatorkapazität und der ubertragerindukt-ivität vorzugeben.