DE2424019A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR A HOLLOW CATHODE LAMP - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT FOR A HOLLOW CATHODE LAMPInfo
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Description
9371-74/Dr.v.B/S 242A0199371-74 / Dr.v.B / S 242A019
Htf/90/HGA/KC/sb
GB-PA 23602/73
AT: 17.5.1973Htf / 90 / HGA / KC / sb
GB-PA 23602/73
AT: May 17, 1973
The Rank Organisation limited, Millbank, London S.W. 1,The Rank Organization limited, Millbank, London SW 1,
EnglandEngland
Schaltungsanordnung für eine HohlkathodenlampeCircuit arrangement for a hollow cathode lamp
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine gleichstromgespeiste Hohlkathodenlampe, die bei der Atomabsorptionsspektroskopie Verwendung finden kann, mit einer Impulsmodulationsschaltung gekoppelt und mit ihrer Anode an eine Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist.The present invention relates to a circuit arrangement for a DC-fed hollow cathode lamp, which at atomic absorption spectroscopy can be used, coupled with a pulse modulation circuit and with its anode is connected to an operating voltage source.
Die Technik der Atomabsorptionsspektroskopie ist ziemlich ausgereift. Im allgemeinen läßt man eine mittels einer Hohlkathodenlampe erzeugte Strahlung durch eine Flamme fallen, in die das zu analysierende Material, gewöhnlich in Lösung, eingeführt wird. Man mißt die Absorption der betreffenden Resonanzlinie und erhält dadurch ein Maß für die Konzentration der betreffenden Substanz in dem zu analysierenden Material.Atomic absorption spectroscopy technology is fairly mature. Generally one leaves one by means of a hollow cathode lamp generated radiation fall through a flame into which the material to be analyzed, usually in solution, is introduced will. The absorption of the relevant resonance line is measured and a measure of the concentration is thereby obtained the substance in question in the material to be analyzed.
Die elektrische Speisung der Hohlkathodenlampe stellt einen wichtigen Paktor dar und soll vorzugsweise durch eine preiswerte Schaltungsanordnung mit hohem Wirkungsgrad erfolgen. Bisher wurden im wesentlichen drei Arten der Speisung von Hohlkathodenlampen angewandt;The electrical supply of the hollow cathode lamp provides represents an important factor and should preferably take place by means of an inexpensive circuit arrangement with a high degree of efficiency. So far, essentially three types of feeding of hollow cathode lamps have been used;
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1. Gleiehstromspeisung;1. trailing current feed;
2. Gleichstromspeisung mit Impulsmodulation und2. DC power supply with pulse modulation and
3. G-leichstromspeisung in Kombination mit einem meehanischop t is chen Strahlungsbtindelunte rbre eher.3. DC power supply in combination with a meehanischop t is chen Strahlungsbtindelunter rbre rather.
Bei den üblichen Speiseschaltungen für Hohlkathodenlampen wirdbeim Zünden der Lampe eine Zündspannung, die normalerweise höher als die Brennspannung ist, mit an die zur Modulation oder zum Impulsbetrieb verwendeten Komponenten der Speiseschaltung angelegt, so daß diese entsprechend robust ausgelegt werden müssen und daher teurer sind als es an sich notwendig wäre.With the usual supply circuits for hollow cathode lamps When the lamp is ignited, an ignition voltage that normally is higher than the running voltage, with the components of the supply circuit used for modulation or pulse operation created so that they have to be designed robustly and are therefore more expensive than it is necessary per se were.
Ss ist ferner bei solchen Speiseschaltungen wünschenswert, Stromsteueranordnungen vorzusehen, durch die der Lampenstrom geändert werden kann. Die bekannten Stromsteueranordnungen neigen jedoch im Betrieb zu Uiehtlinearitäten und man mußte daher ein Strommeßgerät in Reihe mit der Lampe, oder bei mehreren Lampen in Reihe mit jeder Lampe oder in Kombination mit einem umschalter verwenden, um den Lampenstrom überwachen zu können. Sa die Speiseschaltungen normalerweise mit höheren Spannungen arbeiten, müssen das oder die Strommeßgeräte sowie ihre Verdrahtung entsprechend ausgelegt werden.Ss is also desirable in such feed circuits, To provide current control arrangements through which the lamp current can be changed. The known current control arrangements however, tend to show linearities in operation and one therefore had to have an ammeter in series with the lamp, or in the case of several lamps in series with each lamp or in combination use with a changeover switch to monitor the lamp current. Sa the feed circuits usually with higher Working voltages, the ammeter (s) and their wiring must be designed accordingly.
Die vorliegende Erfindung betrifft Speiseschaltungen für Hohlkathodenlampen, die mit Gleichstrom gespeist und impulsmoduliert sind und setzt sich zur Aufgabe, die oben geschilderten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, also insbesondere eine preisgünstige Speiseschaltung mit gutem Wirkungsgrad anzugeben, an deren Komponenten nicht zu hohe Anforderungen gestellt werden müssen als an die der bekannten Schaltungen.The present invention relates to feed circuits for hollow cathode lamps that are fed with direct current and pulse modulated are and have set themselves the task of avoiding the disadvantages of the prior art described above, in particular to specify an inexpensive feed circuit with good efficiency, the requirements of which are not too high for the components must be placed than to those of the known circuits.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention characterized in claim 1.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist also eine Diode vorgesehen, deren eine Klemme mit der Kathode und derenAccording to a first aspect of the invention, a diode is provided, one terminal of which with the cathode and one of which
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andere Klemme mit einer Gleichstrompulsschaltung so verbunden ist, daß durch die Diode ein Stromfluß durch die Gleichstrompulsschaltung vermieden wird, wenn eine hohe Zündspannung direkt zwischen die Anode und die Kathode der Lampe gelegt wird und eine niedrigere Betriebs- oder Brennspannung an die Anode und an die die Lampe, die Diode und die Gleichstrompulsschaltung angelegt wird.other terminal with a DC pulse circuit so connected is that a current flow through the DC pulse circuit is avoided by the diode when a high ignition voltage is placed directly between the anode and the cathode of the lamp and a lower operating or operating voltage to the Anode and to which the lamp, the diode and the DC pulse circuit is created.
Die Schaltungsanordnung enthält vorzugsweise eine Masseleitung, zwischen die und die Anode der Lampe im Betrieb die Brennspannung gelegt wird.The circuit arrangement preferably contains a ground line between which and the anode of the lamp during operation Burning voltage is applied.
Die Gleichstrompulsschaltung enthält vorzugsweise einen Rechteckschwingungsgenerator, dessen Ausgang mit einem Potentiometer verbunden ist, dessen andere Klemme an die Masseleitung angeschlossen ist, während der Schleifer des Potentiometers mit einer Eingangsklemme eines Operationsverstärkers mit zwei Eingangsklemmen verbunden ist, dessen andere Eingangsklemme zwischen einen Reihen-Regeltransistor und einen Symmetrierwiderstand mit einer Reihenschaltung geschaltet ist, die die Lampe, die Diode, den Reihenregeltransistor, den Symmetrierwiderstand und die Masselinie enthält; der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit der Steuerklemme des Reihenregeltransistors verbunden.The DC pulse circuit preferably includes one Square wave generator, the output of which is connected to a potentiometer, the other terminal of which is connected to the ground line is connected, while the wiper of the potentiometer is connected to an input terminal of an operational amplifier is connected to two input terminals, the other input terminal between a series control transistor and a Balancing resistor is connected with a series circuit, which the lamp, the diode, the series control transistor, the Contains balancing resistor and the ground line; the output of the operational amplifier is connected to the control terminal of the series regulating transistor tied together.
Vorzugsweise ist eine Leuchtdiode in die Reihenschaltung zwischen den Reihenregeltransistor und die Diode geschaltet.A light-emitting diode is preferably in the series circuit connected between the series regulating transistor and the diode.
Der Operationsverstärker bietet vorzugsweise der ihm vom Schleifer des Potentiometers zugeführten Gleichstrompulsmodu-Iation eine hohe Eingangsimpedanz dar, so daß auch noch weitere Lampen, deren Speiseschaltungen mit Ausnahme des Rechteckschwingungsgenerators übereinstimmen, durch letzteren ohne oder mit nur vernachlässigbarer gegenseitiger Wechselwirkung gespeist werden können.The operational amplifier preferably offers the direct current pulse modulation supplied to it by the wiper of the potentiometer a high input impedance, so that other lamps, their feed circuits with the exception of the Square wave generator match, by the latter with no or only negligible mutual interaction can be fed.
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Bei einer solchen Schaltungsanordnung erzeugt eine lineare Änderung der Potentiometereinstellung eine lineare Änderung des Lampenstroms, so daß teure Meßgeräte und Meßgerätumsehalter überflüssig sind. Durch die Leuchtdiode ist eine ununterbrochene Überwachung des Lampenstromes möglich, da die Leuchtdiode nicht nur anzeigt, ob die Lampe ein- oder ausgeschaltet ist, sondern ihre Strahlungsintensität linear mit dem Lampenstrom ändert und damit eine visuelle Anzeige der Stromamplitude liefert.In such a circuit arrangement, a linear change in the potentiometer setting produces a linear change of the lamp current, so that expensive measuring devices and measuring device holders are superfluous. The light emitting diode means that it is uninterrupted The lamp current can be monitored, as the light-emitting diode not only shows whether the lamp is switched on or off but its radiation intensity changes linearly with the lamp current and thus a visual display of the current amplitude supplies.
Bei der Anordnung mit mehreren Lampen ist jede Lampe mit einer Speiseschaltung der erwähnten Art, mit Ausnahme des Rechteckschwingungsgenerators, versehen und die Potentiometer aller Schaltungen sind mit dem Ausgang eines einzigen Rechteckschwingungsgenerators verbunden.In the arrangement with several lamps, each lamp is with a feed circuit of the type mentioned, with the exception of the square wave generator, provided and the potentiometer all circuits are with the output of a single square wave generator tied together.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Atomabsorptionsspektrophotometer mit mindestens einer Hohlkathodenlampe, die mit einer Schaltungsanordnung der erwähnten Art verbunden ist.The invention also relates to an atomic absorption spectrophotometer with at least one hollow cathode lamp which is connected to a circuit arrangement of the type mentioned.
Ein solches Photometer enthält vorzugsweise mehrere Hohlkathodenlampen, die jeweils mit einer Speiseschaltung der erwähnten Art, mit Ausnahme des Rechteckschwingungsgenerators, verbunden ist, und ferner einen einzigen Rechteckschwingungsgenerator, dessen Ausgang mit allen Potentiometern verbunden ist.Such a photometer preferably contains several hollow cathode lamps, each with a feed circuit of the type mentioned, with the exception of the square wave generator, is connected, and also a single square wave generator, the output of which is connected to all potentiometers is.
Im folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine Schaltungsanordnung zeigt, die eine Hohlkathodenlampe und eine Speiseschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält.In the following an embodiment of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, the single figure of which shows a circuit arrangement which has a hollow cathode lamp and a feed circuit according to an exemplary embodiment of the invention.
Die dargestellte Schaltungsanordnung enthält eine Hohlkathodenlampe L, deren Anode mit einer an positiver Spannung liegenden Leitung 10 verbunden ist. Die Kathode der Lampe L ist mit einer Diodenanordnung verbunden, die eine Schaltdiode D1 und eine Leuchtdiode LED enthält. Die Lampe L, die Schaltdiode D1 und die Leuchtdiode LED liegen in einer Reihenschal-The circuit arrangement shown contains a hollow cathode lamp L, the anode of which is connected to a line 10 at positive voltage. The cathode of the lamp L is connected to a diode arrangement which contains a switching diode D1 and a light-emitting diode LED. The lamp L, the switching diode D1 and the light-emitting diode LED are in a series circuit
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tung, die außerdem noch einen Heihenregeltransistor T und einen Symmetrierwiderstand H enthält, welch letzterer schließlich an eine Masseleitung 12 angeschlossen ist. processing, which also has a height control transistor T and contains a balancing resistor H, the latter finally being connected to a ground line 12.
Die Schaltungsanordnung enthält ferner eine Gleiehstrompulsmodulationsschaltung mit einem Rechteckschwingungsgenerator G, einem Potentiometer P und einem Operationsverstärker A. Der Ausgang des Rechteckschwingungsgenerators G ist mit einer Klemme des Widerstandes dee Potentiometers P verbunden, dessen andere Klemme an die Hasseleitung 12 angeschlossen ist. Das Potentiometer hat einen Schleifer P1, der mit dem einen Eingang des Operationsverstärkers A angeschlossen ist. Der zweite Eingang des Operationsverstärkers A ist mit der erwähnten Reihenschaltung zwischen dem Reihenregeltransistor T und dem Symmetrierwiderstand R verbunden.The circuit arrangement also contains a DC pulse modulation circuit with a square wave generator G, a potentiometer P and an operational amplifier A. The output of the square wave generator G is connected to one terminal of the resistor of the potentiometer P, whose other terminal is connected to the Hasseleitung 12. The potentiometer has a wiper P1 that has one input of the operational amplifier A is connected. The second input of the operational amplifier A is with the mentioned Series connection between the series control transistor T and the balancing resistor R connected.
Beim Betrieb der beschriebenen Schaltungsanordnung wird zuerst eine hohe Gleichspannung YS (Zündspannung) direkt zwischen die Kathode und die Anode der Lampe L gelegt, um das in ihr enthaltene Gas zutLonisieren, d.h. die Lampe zu zünden. Bei der Zündung verhindert die Schaltdiode D1, daß ein Strom durch den Rest der erwähnten Reihenschaltung fließt. Wenn die Spannung an der Kathode der Lampe L positiv bezüglich der Masseleitung 12 wird, d.h. wenn die Zündspannung YS kleiner als die Betriebsgleichspannung YR wird, läßt die Schaltdiode D1 einen Strom durch die den Symmetrierwiderstand R, den Reihenregeltransistor T, die Leuchtdiode LED und die Schaltdiode D1 enthaltenden Reihenkreis fließen.When operating the circuit arrangement described, a high DC voltage YS (ignition voltage) is first applied directly placed between the cathode and the anode of the lamp L in order to ionize the gas contained in it, i.e. to ignite the lamp. During ignition, the switching diode D1 prevents a current from flowing through the rest of the series circuit mentioned. If the The voltage at the cathode of the lamp L becomes positive with respect to the ground line 12, i.e. when the starting voltage YS is lower as the DC operating voltage YR, the switching diode D1 allows a current through the balancing resistor R, the Series control transistor T, the light-emitting diode LED and the switching diode D1 containing the series circuit flow.
Der Wert des die Lampe L durchfließenden Stromes wird durch eine Spannung Y2 zwischendem Schleifer P1 und der Masseleitung 12 bestimmt und im eingeschwungenen Betriebszustand erzeugt der den Symmetrierwiderstand R durchfließende Strom an diesem einen Spannungsabfall Y1, der im wesentlichen gleich der Spannung Y2 ist. Da der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers A jedoch nicht unendlich ist, existiert in der Praxis eine kleine Spannungsdifferenz zwischenVI und V2, die den Leitungszustand des Reihenregeltransistors T1 angibt, derThe value of the current flowing through the lamp L is determined by a voltage Y2 between the wiper P1 and the ground line 12 and in the steady-state operating state, the current flowing through the balancing resistor R is generated at this a voltage drop Y1, which is essentially equal to the voltage Y2. Because the gain of the operational amplifier However, A is not infinite, in practice there is a small voltage difference between VI and V2 which indicates the conduction state of the series regulating transistor T1, the
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seinerseits den Stromwert bestimmt. Venn sich also der die !Lampe L durchfließende Strom z.B. durch Änderungen der Temperatur der Lampe oder der Größe der angelegten Spannung VE zu ändern strebt, ändert sich V1, wodurch die Ausgangsspannung des Verstärkers und damit die Leitfähigkeit des Reihenregeltransistors im Sinne einer Verringerung der Stromänderung auf einen vernachlässigbaren Betrag geändert werden. Die Schaltungsanordnung ist also offensichtlich selbstkompensierend und hält den Strom durch die Lampe L konstant, was bekanntlich bei für die Atomabsorptionsspektroskopie verwendeten Hohlkathodeni anvpen wünschenswert ist.in turn determines the current value. So if the die ! Current flowing through lamp L, e.g. due to changes in the temperature of the lamp or the size of the applied voltage VE Tends to change, V1 changes, reducing the output voltage of the amplifier and thus the conductivity of the series regulating transistor can be changed in the sense of reducing the change in current to a negligible amount. The circuit arrangement is obviously self-compensating and keeps the current through the lamp L constant, which is known in the case of hollow cathode tubes used for atomic absorption spectroscopy is desirable.
Vom Rechteckschwingungsgenerator G- wird eine Referenzschwingung in den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers eingespeist. Die Eingangsimpedanz, die der Verstärker dieser Referenzschwingung darbietet, ist genügend hoch, um eine nennenswerte Belastung des Stromstellpotentiometers P zu vermeiden, so daß mehrere Lampen durch die selbe Be zugs signal queue, nämlich den Rechteckschwingungsgenerator G, mit vernachlässigbarer Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Lampenkreisen gespeist werden können. In der Zeichnung ist ein solcher weiterer Lampenkreis gestrichelt dargestellt. Eine lineare Änderung der Potentiometereinstellung hat eine lineare Änderung der Spannung V2 und damit eine lineare Änderung des Lampenstromes zur Polge. Die mit der Lampe in Reihe geschaltete Leuchtdiode stellt eine nützliche Überwachungsanordnung für den Betriebszustand der Lampe dar. Erstens liefert die Leuchtdiode eine Anzeige, ob die Lampe ein- oder ausgeschaltet ist, und da die Strahlungsintensität der Leuchtdiode sich linear mit dem die Leuchtdiode durchfließenden Strom ändert, liefert die Leuchtdiode auch eine Anzeige des Lampenstroms. A reference oscillation is generated by the square wave generator G- fed into the non-inverting input of the operational amplifier. The input impedance that the amplifier this reference oscillation is sufficiently high to place a significant load on the current setting potentiometer P to avoid, so that several lamps by the same reference signal queue, namely the square wave generator G, can be fed with negligible interaction between the various lamp circuits. In the drawing such a further lamp circle is shown in dashed lines. A linear change in the potentiometer setting has a linear change in voltage V2 and thus a linear change in lamp current to the pole. The one with the lamp in series Switched light emitting diode is a useful monitoring arrangement for the operating status of the lamp. First, it provides the light-emitting diode an indication of whether the lamp is switched on or off, and since the radiation intensity of the light-emitting diode changes linearly with the current flowing through the light-emitting diode, the light-emitting diode also provides an indication of the lamp current.
Die beschriebene Schaltungsanordnung hat eine Reihe von Vorzügen gegenüber den bekannten Sohaltungsanordnungen. Insbesondere wird die hohe Ionisations- oder Zündspannung nur an die Lampe selbst und nicht an die Modulationsschaltung gelegt, so daß ein Maximum an Wirkungsgrad und Kosteneffizienz für dieThe circuit arrangement described has a number of advantages over the known holding arrangements. In particular the high ionization or ignition voltage is only applied to the lamp itself and not to the modulation circuit, so that maximum efficiency and cost effectiveness for the
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Teile der Schaltungsanordnung, die für die Stabilisierung und Modulation des Lampenstroms verwendet werden, gewährleistet ist.Parts of the circuit arrangement that are used for the stabilization and modulation of the lamp current ensured is.
Da ein linearer Zusammenhang zwischen der Einstellung des Potentiometers und des Lampenstromes gewährleistet ist, brauchen keine Strommeßgeräte oder Schalter-Meßgerät-Kombinationen verwendet werden, die die Kosten erhöhen und die Bedienung erschweren.Since there is a linear relationship between the setting of the Potentiometer and the lamp current is guaranteed, no current measuring devices or switch-measuring device combinations are required can be used, which increase the cost and make operation difficult.
Die Verwendung eines Reihenregelwiderstandes für die Steuerung und Regelung des Lampenstroms hat gegenüber Röhrenoder Transformator-Reglern den Vorteil kleineren Raumbedarfes und höheren Wirkungsgrades.The use of a series variable resistor for the Control and regulation of the lamp current has the advantage over tube or transformer regulators that it takes up less space and higher efficiency.
Da mehrere Lampenschaltungen durch einen einzelnen modulierenden Rechteckschwingungsgenerator gespeist werden können, ergibt sich eine Vereinfachung der zusätzlichen Lampenschaltungen. Since several lamp circuits can be fed by a single modulating square wave generator, this results in a simplification of the additional lamp circuits.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich besonders durch einen hohen Wirkungsgrad und durch die Verwendung von Halbleiterbauelementen durch einen kompakten Aufbau aus; es ist außerdem leicht herzustellen und einfach in der Konstruktion, so daß es preiswert geliefert werden kann.The illustrated embodiment is characterized in particular by a high degree of efficiency and by the use of semiconductor components through a compact structure; it is also easy to manufacture and simple to construct, so that it can be delivered inexpensively.
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