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Stromgeregelte Regelschaltung Die Erfindung betrifft eine Regeischaltung
für eine Hochspannungsquelle.
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Bei Gaslaser-Röhren muß der Entladungsstrom oft geregelt werden.
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Dazu sind Elektronenröhren geeignet, sie weisen jedoch einen relativ
geringen dynamischen Widerstand auf. Unter dynaaischem Widerstand versteht man den
Quotienten A As d.h. das Verhältnis der Änderung der Anodenspannung zur Änderung
des Anodenstromes. Transistoren zeigen dagegen einen hohen dynamischen Widerstand,
jedoch besitzen sie eine verhältnismäßig geringe Spannungsfestigkeit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelsclialtung anzugeben, die
einen dynamischen Widerstand von mehr als 108# besitzt. Diese Aufgabe wird durch
eine Regelschaltung der eingangs genannten Art gelöst, die erfindungsgemäß entsprechend
dem Kennzeichen des Anspruches 1 ausgebildet ist.
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Bei der Erfindung sind also eine Röhre und ein Transistor in Reihe
geschaltet, dabeiist die Elektronenröhre das eigentliche Regelelement.
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Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Regelschaltung ist, daß nur
der Anodenstrom, d.h. der Entladungsstrom der Laserröhre, gesteuert wird, und daß
der Gitterstrom der Elektronenröhre keinen Einfluß auf die Regelung hat.
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Vorteilhaft ist weiterhin, daß der Entladungsstro in einem großen
Bereich eingestellt werden kann, dabei sind die
Schwankungen des
Entladungastromes I mit Sicherheit kleiner als 1Q-5 Der Entladungsstrom einer Laserröhre
hängt von vielen Parametern ab: Gaszusammensetzung, Gasdruck, Gastemperatur, Spannung
der Stromquelle. Die Ausgangsleistung eines Gaslasers ist eine Funktion des Entladungsstromes,
so daß Stromschwankungen Leistungsschwankungen bedingen. Aufgrund der Erfindung
kann also eine zeitlich sehr konstante Ausgangsleistung des Gaslasers erreicht werden.
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Gegenüber einem Betrieb des Gaslasers mit einem einfachen Ballastwiderstand
ergibt sich aufgrund der Erfindung ein geringerer Spannungsabfall an der Regel schaltung,
da der Widerstand der Regelschaltung jeweils automatisch auf den optimalen Wert
eingestellt wird. Dadurch kann der Spannungsabfall an der Regelschaltung um etwa
einen Faktor 10 geringer gehalten werden als an einem Ballastwiderstand, dementsprechend
ist auch vorteilhafterweise die Verlustleistung um einen Faktor 10 geringer.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutert.
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Die Figur 1 zeigt eine prinzipielle Darstellung der Regelschaltung:
Zwischen den beiden Anschlußklemmen 1, 2 einer Hochspannungsquelle (nicht dargestellt)
liegen in Reihe die Gaslaserröhre 3 bzv. ein anderer Verbraucher, der mit einem
Strom konstanter Stärke versorgt werden soll, und die Regelschaltung 4. Diese Regelschaltung
enthält eine Röhre Q, die in Reihe geschaltet ist mit einem Transistor T1 und den
Widerständen R1 und R2 wobei der Widerstand R2 regelbar ist. Zwischen diesen beiden
Widerständen ist bei Punkt 8 das Steuergitter der Röhre angeschlossen. Das Durchlaßverhalten
des Transistors Ta wird in Abhängigkeit von den Potentialen an den beiden Widerständen
R und R2 gesteuert, dazu dienen die Transistoren T2 und T^ die als Regelungsverstärker
geschaltet sind. Dieser Regelungsverstärker ist in der folgenden Weise aufgebaut:
Zwischen einem Anschluß 5, der gegenüber dem Anschluß 1 auf einem positiven Potential
liegt, liegen in Reihe ein Widerstand
R4 und eine Zenerdiode Z.
Damit kann zwischen der Zenerdiode und dem Widerstand R4 am Schaltungspunkt 7 eine
konstante Referenspannung abgegriffen werden. Dieser Punkt 7 ist über den Transistor
T2 mit der Basis des Transistors T3 verbunden. Die Basis des Transistors T1 ist
über den Widerstand R3 und dem Transistor T3 mit dem Anschluß 5 verbunden. Bei dieser
Schaltung wird die Differenz zwischen der Spannung am Punkt 8 hinter dem regelbaren
Widerstand R2,der nur vom Anodenstrom durchflossen wird, und der Referenzspannung
am Punkt 7 durch die Transistoren T2 und T3 verstärkt, der Emitterstrom von T3 steuert
den Transistor Die Die Röhre Q wird also durch Stromrückkopplung gesteuert.
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Durch Ändern des einstellbaren Widerstandes R2 wird die Stärke des
Anodenstromes in einem weiten Bereich regelbar verändert.
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Das zweite Gitter der Röhre kann über den Anschluß 6 mit einer gegenüber
der Kathode positiven Spannung versorgt werden.
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Mit einer derartigen Schaltung läßt sich zwischen dem Anschluß 1 und
der Anode der Röhre Q ein dynamischer Widerstand von ca.
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2 . 1085 bis 5 . 108 g erreichen.
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Die Röhre muß so gewählt sein, daß der gewünschte Anodenstrom bereits
bei negativer Spannung am Steuergitter der Röhre erreicht wird. Dies ist einerseits
notwendig, weil die Steuergitterspannung als Autopolarisationsspannung entsteht,
andererseits ergeben sich daraus wesentliche Vorteile der Schaltung: Eine starke
Stromrückkopplung, außerdem können Gitterstrom und Anodenstrom getrennt werden,
so daß kleine der Anodenstrom durch den regelbaren Widerstand R2 fließt.
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Die cut-off-Spannung der Röhre muß kleiner sein als die höchste Kollektor-Emitter-Spannung
des Transistors T1. Unter cut-off-Spannung ist die negative Steuergitterspannung
zu verstehen, bei der der Anodenstrom so klein wird, daß ein Entladungsstrom im
Laser nicht mehr fließen kann.
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Der Transistor T1 darf nicht im Zustand der Sättigung sein.
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Der Transistor T 1 soll eine möglichst große Stromverstärkung und
einen möglichst hohen dynamischen Widerstand besitzen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wurde die Regelung in ein Netzgerät
eingebaut, welches eine Spannung von 10 000 V bei einer Stromstärke von 60 mA liefern
kann, d.h. zwischen den Anschlossen 1 und 2 liegt eine Gleichspannung von 10 000
V.
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Zwischen der Kathode der Röhre und dem Anschluß 6 lag eine Gleichspannung
von 300 V. Zwischen dem Anschluß 1 und dem Anschluß 5 lag eine Gleichspannung von
60 V. Die Elemente der Schaltung hatten die folgenden Daten: Q = RS 1002 A, T1 =
2 N 3055, T2 = T3 = BSX 46, R1 = 100 Q, R2 = 1K Q , R3 = 12 Ka.
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R4 = 10 Kfl, Z = BZY 83 C 6 V 2.
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Die Figuren 2 bis 5 zeigen die gemessene Charakteristik der Regelung,
dabei zeigt die Figur 2 die Abhängigkeit des Anodenstromes von der Spannung am Steuergitter,
die Figur 3 zeigt die Abhängigkeit der Gitterspannung von Veränderungen derknodenspannung,
und die Figur 4 zeigt, daß der Anodenstrom von Schwankungen der Anodenspannung unabhängig
ist.
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Figur 5 zeigt eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Schaltung, zwischen
den Punkten 100 und 101 in der Schaltung der Figur 1 ist ein zusätzlicher Steuerkreis,
wie in der Figur 5 dargestellt ist, geschaltet; damit ist es möglich, einen gepulsten
Entladungsstrom wie er z.B. bei Lasern für die Materialbearbeitung benötigt wird,
zu erzeugen. Dieser Steuerkreis arbeitet in der folgenden Weise: Der Widerstand
R2 wird so eingestellt, daß der Entladungsstrom in der Entladungsröhre 3 so klein
ist, daß keine Laseremission erfolgt. Eine pulsförmige Steuerspannung am Punkt 102
reduziert den Widerstand des Feldeffekttransistors T4 auf einen Wert kleiner als
R2. Dadurch steigt der Anodenstrom'und der Laserbetrieb setzt ein. Fonn und Amplitude
des Steuerptllses bestimmen den entstehenden
Laserpuls.
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Dabei braucht die Entladung nicht für jeden Impuls neu gezündet zu
werden. In Verbindung mit der vorher beschriebenen Stromregelung erhält man gut
reproduzierbare Laserpulse.
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Der Schalter S dient zum Ein- und Ausschalten des zusätzlichen Steuerkreises.
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4 Patentansprüche 5 Figuren