DE2108531A1 - Speiseschaltung - Google Patents

Description

Patentanwalts
Dipl.-lng. R. r. : ·; τ Z san. DIpI-In^'. !'. ;..-,' :-'..^riCHT

□r.-lng. .'2. iV, - ^ V Z Jr. 410-10.689P 23.2.1 ^Tf 1

8 München 22, Siaincdorfstr. 10

Commissariat a !'Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Speiseschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Speiseschaltung für die Λ Abgabe von Rechteckspannungsimpulsen sehr kurzer Dauer zwischen zwei Ausgangsanschlüssen, bei der ein Speicherkondensator mittels eines schnellen Schalters über einen Stromkreis entladbar ist, der die beiden Leiter eines Zweileiterkabels enthält.

Unter den möglichen Anwendungsfällen für eine erfindungsgemäfl ausgebildete Speiseschaltung ist insbesondere die Steuerung von Bildwandlerröhren vom Typ der Zweiebenendioden mit gleichförmigem elektrischem Feld und ITachbarschaftsfokussierung oder magnetischer Fokussierung sowie von Kerr- oder Pockels-Zellen zu nennen. In all diesen Fällen muß man den Verbraucher bekanntlich mit Hechteckspanmmgsimpulsen fest vorgegebener Amplitude V und ebenso fest bestimmter Dauer T 3peisen<> Außerdem muß das zeitliche Impulsprofil ™ so rechteckförmig seia wie möglich, obwohl diese Forderung je nach äer Bauart des jeweiligen Verbrauchers mehr oder weniger kritisch Ιοί ο läsfoeEondere weiß saiip daß diese zeitlichen Forderungen, wie das Verhältnis swisehen der Flankensteilheit und der Impulsdauer

S für den Fall von Bilöwandlerröhren mit Nachbarschaftsfokussie- g bei denen Anode und Kathode sehr nahe beieinander liegen, weniger kritisch sind ale bei Bildwandlerröhren mit magnetischer Fokussierung, die dafür wieder den Vorteil einer sehr geringen Kapazität zwischen den Elektroden aufweisen.

410-(B 55UiM)-DfBk (¹I)

Bisher hat man für die Erzeugung solcher kurzer Rechteckspannung a impulse im wesentlichen zwei Typen von Speiseschaltunken verwendet.

Der erste Typ dieser bekannten Speiseschaltungen arbeitet mit einer Koaxialleitung, die über den zu speisenden Verbraucher und mit ihrer Eigenimpedanz abgeschlossen ist, und mit einer zweiten Leitung von der Eigenimpedanz der ersten Koaxialleitung gleicher Eigenimpedanz, die auf den doppelten Wert der dem Verbraucher zu-A zuführenden Spannung aufgeladen und mittels eines ultraschnellen Schalters5 der im allgemeinen eine gesteuerte Entladestrecke ist, über die erste Koaxialleitung· entladen werden kann. Ein solcher Schaltungsaufbau hat jedoch mehrere !lachteile; so muß die zweit9 Koaxialleitung auf den doppelten Wert der dem Verbraucher zuzuführenden Spannung aufgeladen werden, und der dem Verbraucher zugeführte Spannungsimpuls bleibt nur dann reehteckförmig, wenn das Produkt aus der Eigenkapazität des Verbrauchers, die lokalisiert gedacht wird, und der Eigenimpedanz der Koaxialleitung sehr klein ist gegenüber der Impulsdauer T.

Der- zweite ^rfyp bekannter Speiseschaltungen arbeitet mit zwei Übertragung3kabeln, im allgemeinen zwei Koaxialleitungen, von glei- Wß eher Eigenimpedanz, jedoch unterschiedlicher Ausbreitungszeit und eines Speicherkoridensatorj der nach Aufladung mittels eines ultraschnellen Schalters gleichseitig über beide Übertragungskabel kurzgeschlossen werden kann. Der gewünschte Rechteckspannungsimpuls tritt dann an der« Enden der beiden Übertragungskabel auf, die denen gegenüberliegen, über die der opeicherkondensator kurzgeschlossen wird.

Wie weiter unten im einzelnen erläutert wird, zeijt ein solcher Schaltunrsauf.bau den Nachteil, daß ein Speicherkondensator sehr holier Kapazität erforderlich ist, um den Spannungsabfall während dex* Impulsdauer in annehmbaren Grenzen zu halben. Außerdem tritt ^αgen LnJe iles Impulses eine iJegenapjLnnunj odttv ein uogtmannber ^ilshi:,> l*u:*_. a)"

i 1

auf, dessen Amplitude beachtlich sein kann, wenn die Kapazität des Speicherkondensators nicht hinreichend groß ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Speiseschaltung der eingangs erwähnten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß sie Ton den oben erwähnten Nachteilen der bekannten Speiseschaltungen frei ist und damit den Anforderungen der Praxis besser entspricht als diese.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zweileiterkabel aus mehreren in Serie geschalteten Leitungsstücken gleicher Eigenimpedanz besteht und daß die beiden Ausgangsanschlüsse beiderseits des einen Leitungsstückes mit ein und demselben Leiter des Zweileiterkabels verbunden sind.

Für den Aufbau des erfindungsgemäß verwendeten Zweileiterkabels kommt insbesondere eine Ausführung als Koaxialkabel in Betracht, wobei eine Verbindung der beiden Ausgangsanschlüsse mit dem Mittelleiter der Koaxialkabelstücke bevorzugt ist. Ebenso kann das Zweileiterkabel aber auch als Flachkabel mit zwei zueinander parallelen Leitungen ausgebildet sein. Weiterhin kann das Zweileiterkabel jenseits des zweiten Ausgangsanschlusses mit seiner Eigenimpedanz abgeschlossen werden, oder es kann sich jenseits des zweiten Ausgangsanschlusses in einem weiteren und anpaßbaren Leitungsstück fortsetzen, das gegebenenfalls der Speisung eines weiteren Terbrauchers dienen kann.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Zeichnung bezuggenommen, in der zwei Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgenäß ausgebildete Speiseschaltung einer Speiseschaltung bisher bekannter Art gegenübergestellt und hinsichtlich ihres Spannungsverhaltens damit verglichen sind. Dabei zeigen in der Zeichnung:

109837/1

Fig. 1 ein Schaltbild für eine bekannte Speiseschaltung mit einem Speicherkondensator und zwei Koaxialkabeln,

Fig. 2a und 2b die zeitliche Änderung verschiedener beim Betriebe der Schaltung von Fig. 1 auftretender Spannungen;

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Speiseschaltung mit einem im Nebenschluß liegenden Verbraucher und unter Verwendung eines Koaxialkabels und

Fig. 4 eine zweite Ausführungsvariante für die Speiseschaltung von Fig. 3, wobei in diesem Falle der Verbraucher in Serie angeschaltet ist.

"Die in Fig. 1 dargestellte Speiseschaltung mit einem Speicherkondensator 24 dient zur Speisung eines Verbrauchers 10, der beispielsweise eine Bildwandlerröhre mit llachbarschaftsfokussierung sein kann, mit rechteckförmigen Spannungsimpulsen. Die dargestellte Speiseschaltung besitzt zwei Koaxialkabel 12 und 14* deren Länge so voneinander abweicht, daß ihre Durchgangszeiten eine der Dauer T der abzugebenden Rechteckimpulse entsprechende Differenz zeigen. Die beiden Koaxialkabel 12 und 14 weisen die gleiche Eigenimpedanz Zc auf und sind jeweils über Impedanzen 16 bzw. 18 von ihrer Eigenimpedanz entsprechender Größe abgeschlossen. Der Verbraucher 10 liegt zwischen Ausgangsanschlüssen 20 und 22, die vor den Abechlußimpedanzen 16 und 16 abzweigen.

Die beiden Koaxialkabel 12 und 14 werden parallel zueinander von ein und demselben Speicherkondensator 24 über eine Verzweigungsschaltung 26 in Form eines T und einen ultraechnellen Schalter 28 gespeist, der vorzugsweise aus einer gesteuerten Entladestrecke besteht. Außerdem ist natürlich noch eine in der Zeichnung nicht weiter dargestellte Ladeschaltung für die Aufladung des Kondensators über einen Hochohmwiderstand 30 vorgesehen.

109837/U8Q

Nimmt man für die dargestellte Speiseschaltung ideale Bedingungen an, unterstellt man also einen Speicherkondensator 24 von unbegrenzter, geometrisch lokalisierter und von Streuung freier Kapazität sowie vernachlässigbare Abmessungen für das aus dem opeicherkondensator 24, dem ultraschnellen Schalter 28 und der Verzweigungsschaltung· 26 bestehende Gebilde an, so werden die beiden Koaxialkabel 12 .und 14 von Spannungszügen mit einer Amplitude V von der Aufladespannung E für den Speicherkondensator 24 entsprechender Größe durchlaufen. In diesem Falle erhält * man dann einen Eöchteckimpuls der Breite T und der konstanten Amplitude V» In dar Praxis ist jedoch der Speicherkondensator 24 von endlicher Kapazität, und die Spannung zwischen dem Ausgangsanschluß 20 und Masse (ausgesogene Kurve in Pig. 2a) und zwischen dem Ausgangsanschluß 22 und Masse (gestrichelte Kurve in Fig. 2a) fallen mit einem negativen Koeffizienten exponentiell ab, dessen ZeitkoK3taate C ■> Zc/2 beträgt, wenn C die Kapazität des Speicherkondeßsators 24 bezeichnet. In diesem Falle nimmt der zwischen den Ausgangsanschlüssen 20 und 22 abnehmbare Spannungsimpuls den in Fig. 2b veranschaulichten Verlauf an. Die abgegebene Impulsamplitude vermindert sich also im Verlauf der Impulsdauer T um einen Wert dV_? \mä anschließend an den positiven Rechteckspannungsimpuls ersoheiat eine negative Segenspannung, deren Anfang3amplitude die % Größe dV zeigt.

Mq Ia Fig. 5 veranschaulichte erfindungsgemäfl ausgebildete Speiseao&altung arbeitet mit einer einzigen Koaxialleitung. Zur Vereinfachung der Sarstellimg sind in Fig. 3 Bauelemente, die in Fig. 1 ein Segenstück haken, mit der gleichen Bezugszahl unter Beifügung eines Zusatzsymbols a bezeichnet. Die Schaltung von Fig. 5 enthält wieder einen Speicherkondensator 24a, der über einen Widerstand JOa aufgeladen warden kenn. Der Speicherkondenaator 24a kann außerdem mittels eines ultraschnellen Schalters 28a, der beispielsweise aus einer gesteuerten Entladestrecke besteht, über das

109837/ U80

Koaxialkabel entladen werden. Das Koaxialkabel eelbat weist ein erstes Leitungsstück 32 als Verbindungsstück auf, an das sich ein Leitungsstüclc 34 anschließt, dessen Durchgangs zeit der Dauer T der abzugebenden Spannungsimpulse entspricht. Außerdem ist in Fig. 3 ein drittes Leitungsstück 36 vorgesehen, das die gleichen Kenngrößen aufweist wie eine Leitung von unendlicher Länge und im übrigen durch eine Schleifenimpedanz ersetzt werden kann, deren Größe der Eigenimpedana Zc jedes der Leitungsstücke und 34 gleich ist. Für den Fall idealer Eigenschaften des Speicherkondensators 24a und des Gesamtgebildes aus den Bauteilen 24a bis 28a erscheint dann während der Entladung des Speicherkondensators 24& zwischen den AusgangsanSchlüssen 20a und 22a ein Rechteckepannungsimpulo, dessen Amplitude Y gleich der Ladespannung E für den Speicherkcmdensator 24a ist und dessen Dauer ¹S der Ausbreitungszeit für den Spannungszug vom Ausgangsanschluß 20a bis zum Ausgangsanschluß 22a, also der Ausbreitungszeit für das Leitungsstück 34 entspricht .

Die Schaltung nach Fig. 3 zeigt gegenüber der Sohaltung von Pig. 1 zunächst den Yorteil, daß zwischen dem Speicherkondensator 24a und dem Sehalter 28a einerseits und dem Verbraucher 10a andererseits nur ein einziges Verbindungskabel erforderlich ist. Die Impedanz? über die sich der Speicherkondensator 24a entlädt, wird mit dem Faktor 2 araltiplisiert, wenn die verwendeten Leitungsstücke gleiche Eigenschaften haben» sie geht dar.n γοη Zc/2 in Zc über. Der Bntlaäestroiä über den Schalter 28a ist daher nur halb so groß wie der für den Schalter 28, was zu einer gesteigerten Lebensdauer für den Schalter 28a führt« Außerdem wird die Vorderflanke für den Impuls steiler, da das Verhältnis der parasitären Entladeströme zu den Strömen über- die Entladeimpedanz nur halb so groß ist wie im vorhergehenden Falle, und für einen vorgegebenen Spannungsabfall dV genügt ein halb so großer Wert für die Kapazität des Speicher-

10 9837/1480

kondeneators 24a, da die Entladezeitkonstante G . Zc anstelle C . Zc/2 beträgt. Diese Verringerung der Kondensatorkapazität wiederum bewirkt ihrerseits eine Verringerung der Streukapazität des Speicherkondensators 24a.

Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Ausführungsform für eine erfindungsgemäß ausgebildete Speiseschaltung liegt der Verbraucher 10a im Nebenschluß der Koaxialleitung. Diese Schaltungsart ist bei bestimmten Typen von Verbrauchern bevorzugt. Bei anderen Arten von Verbrauchern wie beispielsweise bestimmten Kerr-Zellen | oder bestimmten Bildwantflerröhren vom Zweiebenendiodentyp ist jedoch eine Anschaltung des Verbrauchers in Serie zum Koaxialkabel vorzuziehen, wie sie in Fig. 4 schematisch veranschaulicht ist. Die Darstellung in Fig. 4, in welcher der Schalt\mg von Fig. 3 entsprechende Bauelemente mit der gleichen Bezugszahl unter Beifügung eines Zusatzsymbols b bezeichnet sind, zeigt, daß die Anordnung des Leitungsstückes 54b gegenüber den Elektroden 58 und 40 des Verbrauchers so gewählt ist, daß die Dauer des Bechteckimpulses über die gan^s Slektrodenoberflache konstant bleibt. Das Leitungsstück 56b kann aur Speisung eines weiteren Verbrauchers verwendet oder durch eine Schleifenimpedans von der Eigenimpedanz des Koaxialkabels entsprechender Größe ersetzt werden. In jedem Falle muß die Eigeniiapedanz des Verbrauchers gegebenenfalls unter Einfügung einer ™ geeigneten Vierpolschaltung an die des Koaxialkabels angepaßt werden, um Reflexionserscheinungen auf ein Minimum zu verringern.

Die in Fig. 1 und 3 veranschaulichten Zweileiterkabel sind Koaxialkabel. Wenn der zu speisende Verbraucher eine ebene Geometrie aufweist, ist es meist vorzuziehen, ebene Ubertragungskabel oder wenigstens mit ebenen Übertragungskabeln über Koppelelemente mit passendem übergangsverhalten gekoppelte Koaxialkabel zu verwenden.

109837/1A80

Claims (6)

1. Patentansprüche

   Iy Speiseschaltung für die Abgabe von Rechteckspannungsimpulsen sehr kurzer Dauer zwischen zwei Ausgangsanschlüssen, bei der ein Speicherköndensator mittels eines schnellen Schalters über einen Stromkreis entladbar ist, der die beiden Leiter eines Zweileiterkabels enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweileiterkabel aus mehreren in Serie geschalteten Leitungsstücken (zum Beispiel 3², 34» 36) gleicher Eigenimpedanz besteht und daß die beiden Ausgangsanschlüsse (z.B. 20a, 22a) beiderseits des einen Leitungsstückes (z.B. 34) niit ein und demselben Leiter des Zweileiterkabels verbunden sind.
2. 2. Speiseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweileiterkabel ein Koaxialkabel (z.B. 32, 34, 36) ist und die beiden Ausgangsanschlüsse (z.B. 20a und 22a) an den Mittelleiter des Koaxialkabels angeschlossen sind.
3. 3. Speiseschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweileiterkabel ein Flachkabel mit parallelen Leitern ist.
4. 4· Speiseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweileiterkabel (z.B. 32, 34, 36) jenseits des zweiten Ausgangsanschlusses (z.B. 22a) mit seiner Eigenimpedanz abgeschlossen ist.
5. 5· Speiseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zweileiterkabel Jenseits des zweiten Ausgangsanschlusses (z.B. 22a) ein an das Verhalten einer Leitung unendlicher Länge anpaßbares Leitungestück (z.B. 36) enthält.

   109837/U80
6. 6. Speiseleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (z. B. 1Oa) im Nebenschluß zum Zweileiterkabel (z.B. 32, 34, 36) liegt (Fig. 3).

   7· Speiseschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (z.B. 38» 40) in Serie zum Zweileiterkabel (z.B. 32b, 34b, 36b) liegt und eine an dessen Eigenimpedanz angepaßte Impedanz aufweist (Fig. 4)·

   ι η a η ■* / / us ο

   Leerseite