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Schaltungsanordnung zum Speisen der Kathodenheizung von Röhren,
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insbesondere von Fernsehaufnahmeröhren Häufig sind Röhren, z. B. die
Aufnahmeröhren von Fernsehkameras, räumlich weit von der Versorgungsspannungsquelle
angeordnet, so daß die Versorgungsströme über lange Leitungen fließen. Insbesondere
der verhältnismäßig hohe Kathodenheizstrom kann auf langen Zuleitungen einen erheblichen
Spannungsabfall bewirken, so daß, wenn die Zuleitung mit der Nennspannung für die
Kathodenheizung gespeist ist, die Kathode nicht ausreichend geheizt wird.
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Eine Erhöhung der Ausgangs spannung der Speisespannungsquelle bringt
nicht die erwünschte Abhilfe, da dann die Speisespannungsquelle auf die jeweilige
Leitungslänge eingestellt werden muß.
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Eine Spannungsstabilisierung am Ort der Röhre ist ebenfalls nicht
geeignet, da eine Stabilisierungsschaltung in der Fernsehkamera diese vergrößern
und zusätzliche unerwünschte Wärme erzeugen würde. Für eine Spannungsstabilisierung
wäre mindestens eine zusätzliche Leitung erforderlich, welche die an der Kathodenheizung
abfallende Spannung zur Speisespannungsquelle überträgt. Eine weitere Abhilfemöglichkeit
besteht darin, die Kathodenheizung nicht mit einer eingeprägten Spannung, sondern
mit einem eingeprägten Strom zu speisen. Diese Möglichkeit hat aber den Nachteil,
daß z. B. bei einem Austausch einer Röhre, deren Kathode mit einem Strom von 300
mA geheizt wird, mit einer Röhre, deren Nennheizstrom 95 mA beträgt, der Heizfaden
durchbrennen würde. Die Nennspannungen der Kathodenheizungen sind zwar im allgemeinen
einheitlich 6,3 V, die Nennströme sind dagegen unterschiedlich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, mit der die Kathodenheizungen von Röhren, insbesondere von Fernsehaufnahmeröhren
vom Vidicontyp, über unterschiedlich lange Leitungen gespeist werden können, ohne
daß die Heizleistung von der Leitungslänge beeinflußt, die Kathode überheizt oder
die Kathodenheizung infolge Überlast beschädigt wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kathodenheizung
an eine steuerbare Stromquelle angeschlossen ist, die von einer Vergleichsschaltung
gesteuert ist, der einerseits eine Referenzspannung und andererseits eine von der
Ausgangsspannung der Stromquelle abgeleitete Spannung zugeführt ist.
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In der neuen Schaltungsanordnung wird der Umstand ausgenutzt, daß
die Nennspeisespannung der Kathodenheizungen für verschiedene Röhrentypen gleich,
z. B. 6,3 V, ist. Ist die neue Schaltungsanordnung z. B. auf einen eingeprägten
Ausgangsstrom von 300 mA eingestellt und wird eine Kathodenheizung mit einem Nennstrom
von 95 mA angeschlossen, so steigt die Ausgangsspannung auf etwa den dreifachen
Wert an. Dies erkennt der Vergleicher und steuert die Stromquelle derart, daß der
Ausgangsstrom so klein gehalten wird, daß die Ausgangsspannung nur wenig mehr als
6,3 V beträgt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Stromquelle aus
einem Spannungsstromwandler, dessen Eingang mit einer Spannungsquelle verbunden
ist, die eine Spannung einstellbarer und von der Vergleichsschaltung steuerbarer
Höhe abgibt. Durch Einstellen der Spannung wird der Ausgangs strom gleich dem Nennheizstrom
der angeschlossenen Röhre gemacht. Dieser Strom wird unabhängig vom angeschlossenen
Belastungswiderstand in weiten Grenzen aufrechterhalten. Der Widerstand der Zuleitungen
zur Kathodenheizung bleibt ohne Einfluß auf die Stromstärke. Übersteigt aber die
Ausgangsspannung einen durch die der Vergleichsschaltung zugeführte Referenzspannung
vorgegebenen Wert, so wird die Stromstärke herabgesetzt. Hierzu kann an den Ausgang
der Spannungsquelle bzw. an den Eingang des Spannungsstromwandlers ein Schalter
angeschlossen sein, der von der Vergleichsschaltung gesteuert ist und im geschlossenen
Zustand den Ausgang der Span-
nungsquelle bzw. den Eingang des Spannungsstromwandlers
kurzschließt. Die Eingangsspannung des Spannungsstromwandlers sowie dessen Ausgangs
strom wird daher Null. Zweckmäßig ist dem Schalter ein Kondensator parallelgeschaltet,
der, wenn der Schalter geschlossen wird, von diesem rasch entladen wird, so daß
auch die Eingangs spannung des Spannungsstromwandlers rasch auf Null sinkt, und
der, wenn der Schalter geöffnet ist, über einen iderstand in einer Zeit aufgeladen
wird, die im Vergleich zur Entladezeit groß ist.
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Das Abschalten des Ausgangsstromes hat zur Folge, daß auch die Ausgangs
spannung sinkt und die Vergleichs schaltung den Schalter wieder öffnet. Dadurch
entsteht bei Einsetzen einer Röhre, deren Nennheizstrom kleiner als'der eingestellte
Wert ist, eine Wechselspannung, die zu einer Fehleranzeige verwendet werden kann.
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Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere
Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.
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Mit R ist eine Röhre bezeichnet, die z. B. eine Fernsehaufnahmeröhre
vom Vidicontyp ist. Ihre Kathode, die ebenso wie ihre anderen Elektroden nicht eingezeichnet
ist, wird mittels eines Heizfadens H beheizt, der zwischen Masse und einen Ausgang
A einer Stromquelle geschaltet ist. Die Größe des Ausgangsstromes der Stromquelle
wird mittels einer Potentiometerschaltung, bestehend aus Widerständen R1, R2, einem
Potentiometer P, einem Widerstand R3 und einem Schalter S, bestimmt. Diese Potentiometerschaltung
liegt zwischen einer Spannung +U und Masse. An den Abgriff des Potentiometers P
ist der nichtinvertierende Eingang 1 eines Verstärkers V1 angeschlossen, dessen
Ausgang mit dem invertierenden Eingang 2 verbunden-ist und der daher einen Impedanzwandler
bildet. Durch Umschalten des Schalters S sind dem Verstärker V1 zwei Spannungen
zugeführt, eine größere, die z. B. einen Strom von 300 mA am Ausgang A ergeben soll,
und eine zweite Spannung, mit der ein Strom von 95 mA erzeugt wird. Die Umsetzung
der Spannungen in entsprechende Ströme geschieht in einem Spannungsstromwandler
mit einem Verstärker V2, an den die Basis eines als Emitterfolger betriebenen Transistors
TS1 angeschlossen ist. Der Verstärker V2 wird vom Verstärker V1 über einen Widerstand
R4 an seinem nichtinvertierenden Eingang 3 angesteuert. Zwischen dem
Emitter
des Transistors TS1 und dem invertierenden Eingang 4 des Verstärkers V2 liegt ein
Widerstand R6, der zusammen mit einem zwischen dem invertierenden Eingang / und
Masse liegenden Widerstand R5 ein Gegenkopplungsnetzwerk bildet. Ein einem rer Rückkopplungsweg
wird von einer Reihenschaltung aus Widerständen R7 und R8 gebildet, an deren Verbindungspunkt
der Ausgang A angeschlossen ist. An diesem Verbindungspunkt liegt ferner der eine
Anschluß eines Spannungsteilers mit den Widerständen R9 und R10, an dessen Abgriff
5 der invertierende Eingang 6 eines weiteren Verstärkers V3 angeschlossen ist. Parallel
zum Widerstand R10 liegt ein Kondensator C1. Der nichtinvertierende Eingang 7 des
Verstärkers V3 liegt am Anschluß 8 einer Zenerdiode Z, deren zweiter Anschluß 9
mit Masse verbunden ist. Die Zenerdiode Z wird über den Widerstand R1 aus der Spannungsquelle
+U gespeist. Die an dieser Zenerdiode Z abfallende Spannung wird im Verstärker V3
mit der am Verbindungspunkt 5 des Spannungsteilers R9, R10 auftretenden, aus der
am Ausgang A liegenden Spannung abgeleiteten Spannung verglichen. ueber einen Widerstand
R11 steuert er einen Feldeffekttransistor TS2 an, dessen Source-Elektrode 11 an
Masse und dessen Drain-Elektrode 10 mit dem nichtinvertierenden Eingang 1 des Verstärkers
V1 verbunden sind. Parallel zur Drain-Source-Strecke des Transistors TS2 liegt ein
Kondensator C2.
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Zur Beschreibung der Funktion der Schaltung wird zunächst vorausgesetzt,
daß der Schalter S geöffnet ist und daher dem Eingang 1 des Verstärkers V1 eine
Spannung zugeführt wird, die einen Strom über den Ausgang A erzeugt, der gleich
dem Nennstrom der Röhre R ist. Änderungen der Länge und damit des Widerstandes der
Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang A und der Röhre R bewirken zwar eine Spannungsänderung
am Ausgang A, aber keine Änderung des Stromes und daher auch keine Änderung der
Heizleistung Brennt der Heizfaden H durch oder ist die Röhre R gezogen, so versucht
der Spannungsstromwandler mit dem Verstärker V2, TSI seinen Ausgangs strom durch
den Spannungsteiler mit den Widerständen R9 und R10 zu schicken. Die Werte dieser
Widerstände liegen in der Größenordnung von einigen Kiloohmp sind also wesentlich
größer als die üblichen Widerstände der Heizfäden von Röhren.
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Die Spannung am Ausgang A steigt an, und zwar bis zu einer Spannung,
die gleich der Spannung +U ist, vermindert um die Basis-Emitter-Spannung des Transistors
TSI und den Spannungsabfall am Widerstand R7, dessen Wert im Vergleich zu dem der
Widerstände R9 und R10 sehr klein ist. Damit wird die Spannung am invertierenden
Eingang 6 größer als die dem nichtinvertierenden Eingang 7 zugeführte Referenzspannung;
am Ausgang des Verstärkers V3 tritt ein positives Signal auf, das den Transistor
TS2 durchschaltet.
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Damit wird der Kondensator C2 entladen, und der Eingang 1 des Verstärkers
V1 liegt praktisch auf Massepotential. Der Ausgangsstrom des Spannungsstromwandlers
V2, TS1 wird etwa Null und dementsprechend auch der Spannungsabfall an den Widerständen
R9 und RIO, so daß der Transistor TS2 wieder gesperrt wird. Über die Widerstände
R1, R2 und den ersten Teilwiderstand des Potentiometers P wird der Kondensator C2
aufgeladen, der Ausgangsstrom steigt an, bis der Spannungsabfall an den Widerständen
R9 und R10 etwas größer als die übliche Nennspannung von Kathodenheizungen ist.
Dieser Strom beträgt in einem Ausführungsbeispiel ca. 0,5 bis 1 mA, ist also wesentlich
kleiner als ein üblicher Heizstrom und erfordert daher eine nur kleine Spannung
am Eingang 1 des Verstärkers V1. Ist dieser Strom erreicht, steigt die Spannung
am Verbindungspunkt 5 der Widerstände R9 und R10 ufer die dem Eingang 7 des Verstärkers
V3 zugeführte Referenzspannung an, und der Transistor TS2 wird wieder durchgeschaltet.
Es entsteht so eine sägezahnförmige Spannung, deren Frequenz wegen ihrer geringen
Amplitude relativ hoch ist.
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Wird bei offenem Schalter S eine Röhre eingesetzt, deren Nennheizstrom
gleich dem Strom ist, der bei geschlossenem Schalter S über den Ausgang A abgegeben
wird, so versucht der Spannungsstromwandler V2, TS1 wegen der zu hohen Eingangsspannung
einen zu großen Strom durch den Heizfaden zu schicken. Dadurch steigt die Spannung
am Ausgang A und damit die am Abgriff 5 des Spannungsteilers R9, R10 so weit an,
daß der Vergleicher V3 den Transistor TS2 durchschaltet. Der Kondensator C2 wird
entladen und der nichtinvertierende Eingang 1 des Verstärkers V1 auf Masse gelegt.
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Der Ausgangsstrom des Spannungsstromwandlers V2, TS1 und die Spannung
am Abgriff 5 des Spannungsteilers R9, RIO werden praktisch Null, so daß der Vergleicher
V3 den Transistor TS2 sperrt.
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Der Kondensator C2 wird daher wieder über die Widerstände R1, R2
und
den oberen Teilwiderstand des Potentiometers P aufgeladen, und der über den Ausgang
A abgegebene Ausgangsstrom steigt langsam an. Das Spannungsteilerverhältnis des
Spannungsteilers 9, R10 ist so eingestellt und die Zenerdiode -Z so gewählt, daß
die den Eingängen 6 und 7 des Vergleichers V3 zugeführten Spannungen gleich sind,
wenn die am Ausgang A auftretende Spannung die übliche Nennspeisespannung von Kathodenheizungen
um einen 13etrag übersteigt, der für die Kathodenheizungen gefährlich sein kann.
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Übersteigt daher die am Ausgang A åuftretende Spannung diese Spannung,
schaltet der Vergleicher V3 den Transistor TS2 durch und der Kondensator C2 wird
entladen. Es entsteht also am Eingang 1 des Verstärkers V1 eine sägezahnförmige
Spannung und am Ausgang A ein sägezahnförmiger Strom, deren Frequenz jedoch wesentlich
kleiner ist als die Frequenz des sägezahnförmigen Stromes, der bei offenem Ausgang
A erzeugt wird, da der Widerstandswert von Kathodenheizungen wesentlich kleiner
ist als der Wert der Widerstände R9 und R10 und somit ein viel größerer Ausgangsstrom
des Spannungsstromwandlers erforderlich ist, damit die am Abgriff 5 des Spannungsteilers
R9, RIO auftretende Spannung die Umschaltschwelle des Vergleichers V3 erreicht.
Aus der Frequenz der Spannung am Verstärker V1 bzw. des Ausgangsstromes des Verstärkers
V2 kann auf die Größe des Lastwiderstandes am Ausgang A geschlossen werden. Tritt
eine Wechselspannung auf, so ist dies ein Zeichen dafür, daß ein Fehler vorliegt.
Diese Wechselspannung wird über einen Kondensator C3 einem Verstärker V4 zugeführt,
der eine Anzeigelampe L bei Vorliegen eines Fehlers zum Aufleuchten bringt. Die
Bedienungsperson erkennt aus dem Aufleuchten der LampeL,,daß der Heizfaden der Röhre
R durchgebrannt oder eine Röhre eingesetzt ist, deren Nennheizstrom kleiner als
der mit dem Schalter S eingestellte Ausgangsstrom ist. Durch Schließen des Schalters
S kann der richtige Ausgangs strom eingestellt werden.
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4 Patentansprüche 1 Figur
L e e r s e i t e