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Netz unabhängiger Störtestgenerator zum Prüfen der Störfestigkeit
von elektronischen Geräten.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen netzunabhängigen Störtestgenerator
zum Prüfen der Störfestigkeit von elektronischen Geräten gemäß dem Oberbegriff des
Hauptanspruchs.
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Bei elektronischen Geräten können sporadsche Störungen auftreten,
die auf elektrostatische Auf ladung von Bedienungspersonen oder bewegten nicht leitenden
Teilen solcher Geräte zurückzuführen sind.
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Der Kontakt eines elektrostatisch aufgeladenen Körpers mit elektrisch
leitenden Teilern des Gerätes führt dann zu plötzlichen Entladungen, die wegen ihres
impulsförmigen Verhaltens hochfrequente elektromagnetische Störungen darstellen
und bei elektronischen Geraten, z. B. bei Datenverarbeitungsanlagen zu einem Fehlverhalten
führen können.
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Zur Ermittlung der Störfestigkeit elektronischer Geräte gegenüber
solchen, oft nur unter ganz bestimmten Betriebsbedingungen auftretenden sporadischen
Störungen ist es bekannt, solche Entladungen an den elektronischen Geräten mit hilfe
von Störtestgeneratoren unter bekannten Umweltbedingungen und bei definiertem Betriebszustand
des zu prüfenden elektronischen Gerätes künstlich herbeizuführen. Für einen solchen
Störtestgenerator benötigt man eine Hochspapnungsquelle mit einer Hochspannung in
der Größenordnung von 15 kV. Diese lädt einen Kondensator mit einer Kapazität von
etwa 150 pF auf, der impulsförmig über eine in bezug auf den Abstand ihrer Pole
einstellbare Funkenstrecke mit einem Vorwiderstand von etwa 100je und den angeschlossenen
Prüfling entladbar ist.
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Bei den bekannten, nach diesem Prinzip aufgebauten Nachbildungen werden
zum Erzeugen der verhältnismäßig großen Hochspannung labormäßige, durch das normale
Netz gespeiste Hochspannungsgeneratoren verwendet. Dies aber führt zu undefinierten
Meßbedingungen, da die künstlich hervorgerufenen Störungen auch über die Netz leitung
auf die zu prüfenden Geräte einstrahlen können. Um definierte Meßbedingungen herzustellen,
müßte daher die Hochspannung netzunabhängig erzeugt werden. Außerdem müßte die Überschlags
spannung an der kontinuierlich einstellbaren Funkenstrecke des Störtestgenerators
auf einfache Weise im Gerät selbst meßbar sein, da auch hier keine durch das Netz
betriebenen Meßgeräte eingesetzt werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
netzunabhängigen Störtestgenerator der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei
geringem Eigenverbrauch und damit handlichen Abmessungen und niedrigem Gewicht reproduzierbare
Meßergebnisse bei eindeutigen Prüfbedingungen liefert, für ein Betriebsmeßgerät
ausreichend genau auf unterschiedliche Prüfbedingungen einstellbar und in seiner
Funktion selbst möglichst einfach kontrollierbar ist.
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Bei einem Störtestgenerator der eingangs genannten Art wird diese
Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches genannten Merkmale
gelöst. Dabei besteht der Hochspannungsgenerator aus einem durch einen Akkumulator
gespeisten, in seinem prinzipiellen Aufbau bekannten Gleichspannungswandler, der
als Sinusgenerator arbeitet und bereits eine Ausgangs spannung von mehreren kV aufweist.
Diese Ausgangsspannung wird durch eine Gleichrichterkaskade vervielfacht. Solche
Gleichrichterkaskaden sind z. B. aus der Schaltungstechnik bei Fernsehgeräten an
sich ebenfalls bekannt.
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Der im Gleichspannungswandler verwendete Transformator ist jedoch
in seinem Betriebsverhalten kritisch. Wegen des hohen übersetzungsverhältnisses
liegt seine durch Streuinduktivitäten und Wicklungskapazitäten bedingte Nebenresonanz
bereits sehr nahe der Frequenz des Sinusgenerators. Damit die Kapazitäten der Gleichrichterkaskade
diese Nebenresonanzstelle bei Belastung des
Hochspannungsgenerators
nicht noch näher an die eigentliche Resonanzstelle des Sinusgenerators rücken, ist
zwischen den Sinusgenerator und die Gleichrichterkaskade ein Entkopp lungswiders
tand gesetzt. Er verhindert eine Rückwirkung der Gleichrichterkaskade auf den Gleichspannungswandler,
der damit auch bei Belastung optimal, d. h. bei niedrigstem Leistungsverbrauch arbeitet.
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Die netzunabhängige Funktion des Störtestgenerators ist darüber hinaus
durch die besondere Ausbildung der Funkenstrecke gesichert.
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Dabei wird der bekannte gesetzmaßive Zusammenhang zwischen dem Abstand
der beiden Pole einer Funkenstrecke und der überschlagsspannung für eine von dem
Abstand der beiden Polflächen abgeleitete Anzeige der eingestellten Uberschlagsspannung
ausgenutzt.
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Andere Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet
und in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
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Anhand der Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung näher beschrieben. Dabei zeigt: Fig. 1 ein bekanntes Prinzipschaltbild
für eine Meßanordnung zum Nachbilden von Entladungen auf Grund von elektrostatischen
Aufladungen, Fig. 2 das elektrische Schaltbild eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Störtestgenerators, Fig. 3 die mechanisch konstruktive Ausbildung der Funkenstrecke,
Fig. 4 die Prinzipschaltung eines Netzwerkes an einem Meßausgang des Störtestgenerators
und Fig. 5 eine erfindungsgemäße Ausbilaung dieses Netzwerks mit Frequenzkompensation.
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Das bekannte Prinzip, nach dem sich Entladungen an elektronischen
Geräten auf Grund einer elektrostatischen Aufladung künstlich nachbilden lassen,
ist in Form eines Blockschaltbildes in Fig. 1 dargestellt. Dieses zeigt eine Gleichspannungsquelle
1, der über einen hochohmigen Innenwiderstand 2 ein Ladekondensator 3 mit einer
Kapazität von etwa 150 pF parallel liegt. Mit dem auf hohes Potential aufladbaren
Anschluß dieses Ladekondensators 3 ist über
einen niederohmigen
Vorwiderstand 4 von etwa 100"Aeine Funkenstrecke 5 mit einstellbarem Polabstand
verbunden. Zum Prüfen seiner Störfestigkeit wird ein elektronisches Gerät 6 mit
dem freien Anschluß der Funkenstrecke 5 und dem geerdeten Anschluß des Ladekondensators
3 elektrisch leitend verbunden. über den mechanisch veränderbaren Abstand der beiden
Pole der Funkenstrecke 5 lassen sich kontinuierlich Uberschlagsspannungen bis zu
der Größenordnung von etwa 15 kV einstellen.
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Ein Ausführungsbeispiel für einen derartigen, in Fig. 1 it Prinzip
erläuterten Störtestgenerator ist in Fig. 2 dargestellt. Dieser besitzt zum Erzeugen
der gewünschten Hochspannung einen Gleichspannungswandler 11, der eine von einem
Akkumulator 110 abgegebene Gleichspannung von 6 V in eine annähernd sinusförmige
Spannung von etwa 3 kV umwandelt.
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Dazu wird ein durch einen Transistor 111 angesteuerter Transformator
112 mit hohem übersetzungsverhältnis verwendet. Die Primärwicklung dieses Transformators
ist in zwei Wicklungen nl und n2 aufgeteilt. Die zweite Primärwicklung n2 und ein
ihr parallel geschalteter Kondensator 113 liegen im Emitterkreis des Transistors
111 und bilden einen Parallelschwingkreis, der die Resonanzfrequenz des Sinusgenerators
bestimmt. Die erste Primärwicklung nl des Transformators 112 ist an die Basis des
Transistors 111 angeschlossen und andererseits an den Mittelabgriff eines Spannungsteilers
geführt, der zwischen den beiden Anschlußpunkten des Akkumulators 110 angeordnet
ist. Der Zweig des Spannungsteilers, der der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors
111 parallel geschaltet ist, bestimmt den Ruhestrom des Transistors, während der
andere, am negativen Potential liegende Zweig des Spannungsteilers zusammen mit
der Wicklung nl des Transformators 112 die Aussteuerung des im A-Bereich betriebenen
npn-Transistors 111 bestimmt.
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Sekundärseitig ist eine Gleichrichterkaskade 12 an den Transformator
112 angeschlossen, in der fünf untereinander in Rehe geschaltete Dioden 121 jeweils
wechselseitig die beiden Anschlußleitungen untereinander verbinden. In der Kaskade
sind einander benachbarte, auf derselben Anschlußleitung liegende Punkte zweier
Dioden 121
jeweils durch einen Kondensator 122 abgeblockt. Mit dieser
in ihrer Art aus der Schaltungstechnik bei Fernsehgeräten bekannten Gleichrichterkaskade
12 wird die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 11 verfünffacht.
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Da es bei diesem, im wesentlichen aus dem Gleichspannungswandler 11
und der Gleichrichterkaskade 12 bestehenden Hochspannungsgenerator, wesentlich auf
einen geringen Leistungsbedarf ankommt, ist die kapazitive Belastung des Transformators
112 im Gleichspannungswandler durch die Kapazitäten 122 der Gleichrichterkaskade
12 bereits kritisch. Das ist darauf zurückzuführen, daß der Gleichspannungswandler
11 bei etwa 7 kHz arbeitet und der Transformator 112 bei dem hohen übersetzungsverhältnis
seine Nebenresonanz infolge von Streuinduktivitäten und Wicklungskapazitäten bereits
bei einer Frequenz von etwa 10 kHz aufweist.
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Aus diesem Grunde ist zwischen den Transformatorausgang und die Gleichrichterkaskade
12 ein Entkopplungswiderstand 13 eingefügt, so daß die Nebenresonanz des Transformators
bei Belastung durch die Kapazitäten 122 der Gleichrichterkaskade 12 nicht herabgesetzt
wird. Beeinflussungen im Gleichspannungswandler 11, die zu einem Anstieg seines
Leistungsbedarfs führen würden, werden damit vermieden.
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Die Gleichrichterkaskade 12 besitzt einen geerdeten, unmittelbar an
eine Anschlußklemme 71 des Störtestgenerators geführten Ausgang.
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Am anderen, auf hohem Potential liegenden Ausgang liegt ein hoher
Längswiderstand 14, der den wirksamen Innenwiderstand des Hochspannungsgenerators,
d. h. den in Fig. 1 dargestellten Innenwiderstand der Gleichspannungsquelle 1, maßgeblich
mitbestimmt. Der Längswiderstand 14 ist über den niederohmigen Vorwiderstand 4 mit
einem Pol der Funkenstrecke 5 verbunden, deren anderer Pol an eine zweite Anschlußklemme
72 des Störtestgenerators geführt ist.
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Der mechanische konstruktive Aufbau der Funkenstrecke 5 ist in Fiy.
3 im Detail dargestellt. Dort sind zwei einander gegenüberliegende Pole 51 und 52
innerhalb einer Lichtbogenkammer 53 angeordnet. Der eine Pol 51 ist in eine Wandung
dieser Lichtbogenkammer
eingeschraubt und in seiner Lage justierbar,
im Betrieb jedoch starr festgelegt. Um den Abstand der beiden Pole voneinander kontinuierlich
variieren zu können, ist der andere Pol 52 der Funkenstrecke 5 mit einem Zapfen
drehbar in einer Gewindebuchse 54 angeordnet, die ihrerseits in einer Wandung der
Lichtbogenkammer 53 starr festgelegt ist. Das aus der Gewindebuchse 54 herausragende
Ende des Zapfens ist geschlitzt und in ein Sackloch eingeschoben, das stirnseitig
in einen koaxial zu den Polen der Funkenstrecke angeordneten Gewindezapfen 55 eingelassen
ist. Dieser Gewindezapfen 55 weist einen radial durch das Sackloch hindurchgetriebenen
Mitnehmerstift 56 auf, der durch den Schlitz im Zapfen des Pols 52 hindurchgreift.
Auf diese Weise ist der Pol 52 gegen jede relative Verdrehung gegenüber dem Gewinde
zapfen 55 gesichert, andererseits aber zu ihm relativ axial beweglich.
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Der Gewinde zapfen 55 trägt ein Außengewinde mit einer im Verhältnis
zu dem Gewinde der Gewindebuchse 54 zehnfachen Ganghöhe. Darauf ist ein Zeiger 57
angeordnet, der unter der Drehung eines mit dem Gewindezapfen 55 starr verbundenen
Knopfes 58 von dem Gewindezapfen 55 in Achsenrichtung mitgenommen wird. Diesem Zeiger
zugeordnet ist eine in kV geeichte Skala 59.
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Beim Verdrehen des Knopfes 58 dreht sich der Gewindezapfen 55 zwangsläufig
gleichsinnig. Zugleich dreht sich der Pol 52 in gleicher Richtung und damit ändert
sich sein Abstand gegenüber dem ersten Pol 51. Im gleichen Richtungssinn wird auch
der Zeiger 57 verschoben, wobei seine axiale Lageänderung jedoch auf Grund der unterschiedlichen
Ganghöhe der beiden Gewinde das Zehnfache der des Pols 52 beträgt. Dadurch wird
die Anzeige der Durchschlagsspannung auf der Skala 59 gegenüber der Abstandsänderung
der beiden Pole 51 und 52 gespreizt und ehe größere Einstell- und Anzeigegenauigkeit
erreicht.
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Dieses Meßgerät muß jedoch für die Inbetriebnahme kalibrierbar und
wegen der möglichen Veränderungen der Oberfläche der Pole 51 und 52 beim Gebrauch
möglichst einfach kontrollierbar sein. Dazu weist der Störtestgenerator einen koaxialen
Meßausgang 73 auf, an den ein Tastkopf eines Oszillographen anschließbar ist, so
daß der Spannungsverlauf
am Ladekondensator 3 gemessen werden kann.
Zurückgehend zu Fig. 2 erkennt man, daß dieser Ladekondensator einerseits an den
hochohmigen Längswiderstand 14 angeschlossen ist und über einen weiteren mit ihm
in Reihe geschalteten Kondensator 8 an Masse liegt. Der Verbindungspunkt dieser
beiden Kondensatoren ist an den Meßausgang 73 gelegt. ParalleL zu den beiden Kondensatoren
3 und 8 liegt jeweils ein hochohmiger Widerstand 91 bzw. 92, so daß der Störtestgenerator
bei Messungen möglichst wenig belastet wird.
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Der Sinn dieser Schaltungsanordnung sei mit Hilfe eines speziellen
Schaltungsbeispiels anhand der Fig. 4 und 5 näher erläutert. In Fig. 4 ist schematisch
das die Verhältnisse bei einem Meßvorgang bestimmende Netzwerk nochmals, allerdings
ohne den zum Ladekondensator 3 in Reihe geschalteten weiteren Kondensator 8 wiedergegeben.
Gemessen werden soll die Gleichspannung UG am Ladekondensator 3. Als Meßwert im
Tastkopf des Oszillographen erscheint die Spannung UM als Spannungsabfall am Innen-widerstand
10 des Tastkopfes. Beträgt dieser z. B. 10 M Q , so wird im hochohmigen Spannungsteiler
der diesem Innenwiderstand 10 parallel geschaltete kleinere Teilerwiderstand 92
ebenfalls mit 10 M Q gewählt. Der Parallelschaltung entspricht ein Widerstandswert
von 5 M SE , der nun in Reihe mit dem größeren Spannungsteilerwiderstand 91 in der
Höhe von 995 yQ liegt. Das Verhältnis zwischen der am Ladekondensator 3 liegenden
Gleichspannung UG und der Meßspannung UM beträgt unter Berücksichtigung des Eingangswiderstandes
des Tastkopfes demnach 200 : 1.
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Dabei ist der Spannungsteiler mit den beiden Widerständen 91 und 92
sehr hochohmig gewählt, da bereits der Ausgang des Hochspannungsgenerators hochohmig
sein mußte und nun die Spannungsmessung am Ladekondensator 3 möglichst rückwirkungsfrei
erfolgen soll. Diese Dimensionierung des Spannungsteilers bedingt aber auch eine
verhältnismäßig schwierige Frequenzkompensation, da wegen des hochohmigen Spannungsteilers
(1000 Mft ) schon kleine Parasitärkapazitäten, die parallel zu den Widerständen
und von den Widerständen zu geerdeten Teilen ungleichmäßig verteilt sind, zu große
Zeitkonstanten zur Folge haben.
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Anders ist dies jedoch bei einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5,
in die zusätzlich ein zum Ladekondensator 3 in Reihe geschalteter Kondensator 8
eingefügt ist. Wie sich leicht nachprüfen läßt, beträgt die Gesamtkapazität dieser
kapazitiven Reihenschaltung etwa 150 pF, wenn der Kompensationskondensator 8 einen
Wert von 29,8 nF besitzt. Die in bezug auf die Funkenstrecke 5 wirksame Kapazität
am Ausgang des Hochspannungsgenerators wird also dadurch im wesentlichen nicht beeinflußt.
Andererseits liegt parallel zu jedem ohmschen Widerstand 91 bzw. 92 des Spannungsteilers
eine Kapazität, gegenüber der die jeweiligen Parasitärkapazitäten vernachlässigbar
sind. Wenn nun schließlich diese den Spannungsteilerwiderständen parallel geschalteten
Kapazitäten in bezug auf ihre Leitwerte dasselbe Verhältnis aufweisen, wie die Spannungsteilerwiderstände
untereinander, so besitzt der Meßausgang eine ausreichende Frequenzkompensation
selbst dann, wenn die Anstiegszeit der Überschläge in der Funkenstrecke 5 im Bereich
von wenigen Nanosekunden liegt.
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4 Patentansprüche 5 Figuren