DE2843733C2

DE2843733C2 - Stromversorgungsschaltung für eine im Impulsbetrieb arbeitende Elektronenbündelröhre

Info

Publication number: DE2843733C2
Application number: DE19782843733
Authority: DE
Inventors: Henri Sevres Desmur
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1977-10-07
Filing date: 1978-10-06
Publication date: 1982-04-15
Also published as: FR2405554B1; GB2005940B; FR2405554A1; GB2005940A; DE2843733A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung für eine im Impulsbetrieb arbeitende, ein Elektronenstrahlerzeugersystem, einen Wechselwirkungsabschnitt und einen in seinem Potential gegenüber dem des Wechselwirkungsabschnittes abgesenkten Elektronenstrahlkollektor aufweisende Elektronenbündelröhre, enthaltend eine an eine Stromversorgungsquelle angeschlossene, ein Thyratron aufweisende Impulserzeugerstufe, eine sich an diese anschließende, in Form einer Verzögerungsschaltung aufgebaute Impulsformerstufe und einen sich an diese anschließenden Impulstransformator, dessen Primärwicklung an ihrer freien Klemme mit der Impulsformerstufe und an einer anderen Klemme mit Masse verbunden ist, und dessen Sekundärwicklung an ihrer freien Klemme mit dem Elektronenstrahlerzeugersystem und an ihrer anderen Klemme mit Masse verbunden ist, insbesondere zur Stromversorgung von als Verstärker arbeitenden Wanderfeldröhren, die u. a. in Radarschaltungen benutzt werden.

In diesen Röhren breitet sich der Elektronenstrahl zwischen einer Kathode und einem Kollektor aus, wobei er auf seinem Weg einen Kreis durchquert, in welchem er mit der Höchstfrequenzwelle in Wechselwirkung tritt.

Bekanntlich gestattet die Verwendung eines Kollektors mit gegenüber dem Potential des Wechselwirkungskreises der Elektronenbündelröhre, bei welcher es sich in dem Fall einer Wanderfeldröhre um eine Verzögerungsleitung handelt, auf negativem Potential liegendem Kollektor, den Wirkungsgrad dieser Röhren zu verbessern. Das richtige Arbeiten einer Röhre mit gegenüber dem Potential des Wechselwirkungskreises auf negativem Potential liegendem Kollektor erfordert jedoch eine große Stabilität der Potentialdifferenz zwischen Kollektor und Masse.

Bei der aus dem Buch »Introduction to Radar Systems«, Mc Graw-Hill Book Company, Ina, New

ίο York, San Francisco, Toronto, London, 1962, S. 250—252, bekannten Stromversorgungsschaltung von der der Gegenstand der Erfindung ausgeht, ist eine Impulserzeugerstufe mit Verzögerungsschaltung und einem Anzapftransformator vorgesehen. Diese Art von Stromversorgungsschaltung hat den Nachteil, daß die bei veränderlichen Verteilung des Elektronenstroms auf den Wechselwirkungskreis und den Kollektor der Elektronenbündelröhre in Abhängigkeit von dem Steuerpegel der Röhre und der Betriebsfrequenz auftretenden sehr kurzen, aber große Stromänderungen in der Wicklung des Transformators Spannungsänderungen des Kollektors hervorgerufen, die ebenfalls sehr kurz, aber groß sind. Durch Hinzufügen von verlustbehafteten Korrekturschaltungen können diese Spannungsänderungen unterdrückt werden, jedoch verursachen diese Korrekturschaltungen einen teilweisen Verlust der Verbesserung des Wirkungsgrades, die sich durch die Absenkung des Potentials des Kollektors gegenüber dem des Wechselwirkungskreises ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Stromversorgungsschaltung so zu verbessern, daß störende Änderungen der Kollektorspannung vermieden werden, ohne dabei einen Verlust an Wirkungsgrad in Kauf nehmen zu müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Stromversorgungsschaltung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß der positive Pol der Stromversorgungsquelle an Masse angeschlossen ist und zwischen den negativen Pol der Stromversorgungsquelle und ihren positiven Pol ein derartiges zusätzliches Bauelement geschaltet ist, daß sie bei Impulsbetrieb eine möglichst niedrige Impedanz aufweist, und daß der negative Pol der Stromversorgungsquelle ferner sowohl mit dem Elektronenstrahlkollektor als auch mit der einseitig mit Masse verbundenen Impulserzeugerstufe verbunden ist. Bei der erfindungsgemäßen Stromversorgungsschaltung ist also eine Gleichstromversorgung mit niedriger Impedanz für den Kollektor vorgesehen, die außerdem als Stromquelle für die Versorgung mit impulsförmigen Strom der Kathode der Elektronenbündelröhre dient. Da der Pluspol dieser Leitung darüber hinaus mit Masse verbunden ist, folgt daraus, daß das Thyratron der Verzögerungsleitung in einer Richtung geschaltet ist, die zu derjenigen entgegengesetzt ist, die in den bekannten Schaltungen benutzt wird, in welchen seine Kathode an Masse liegt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine im Impulsbetrieb arbeitende bekannte Schaltung zur Versorgung einer Wanderfeldröhre mit gegenüber dem Potential des Wechselwirkungskreises der Röhre auf negativem Potential liegendem Kollektor und

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung nach der Erfindung.'

F i g. 1 zeigt das Thyratron 1 der Stromversorgungsschaltung einer Wanderfeldröhre, die außerdem eine

20

Verzögerungsschaltung und einen Transformator aufweist, von denen weiter unten die Rede sein wird Das Thyratron 1 wird durch eine Gleichstromversorgungsquejle 2 versorgt, seine Katode 11 liegt an Masse und sein Gitter 12 wird durch eine Steuerschaltung 3, die symbolisch in Form eines Schalters dargestellt ist, mit Impulsen gesteuert. Der Kollektor 4 und die Katode 5 der Wanderfeldröhre 10 werden durch die Sekundärwicklung 62 eines Anzapftransformators 6 versorgt, dessen Primärwicklung 61 mit der Gleichsiromversorgungsquellr 2 über die Verzögerungsschaltung 31 verbunden ist, welche aus einer Anordnung von im AV =

einzelnen nicht mit Bezugszahlen versehenen Drosseln und Kondensatoren besteht und für die Formgebung der durch das Thyratron 1 unter der Steuerung der Steuerschaltung 3 abgegebenen Impulse sorgt. Der Primärkreis enthält darüber hinaus eine Ladeinduktivität 7 und eine Sperrdiode S zwischen dem Pluspol der Gleichstromversorgung 2 und der Anode 13 des Thyratrons. Gegebenenfalls kann eine A.npiitudenbegrenzungs- und Stabilisierungsschaltung, die gestrichelt dargestellt und mit 9 bezeichnet ist, an die Klemmen des Thyratrons angeschlossen sein. In F i g. 1 ist der Elektronenstrahl, der die Röhre 10 von der Katode zu dem Kollektor 4 durchquert, durch die punktierte Fläche dargestellt. Dagegen sind die anderen Bestandteile einer solchen Wanderfeldröhre, die bekannt sind, weggelassen worden, wie ihre Vakuumhülle, die verschiedenen Elektroden, welche der Katode 5 in dem Strahlerzeuger dieser Wanderfeldröhren zugeordnet sind, sowie die Höchstfrequenzelemente, mit Ausnahme der Verzögerungsleitung 100. Die Pfeile stellen den Eingang und den Höchstfrequenzausgang dieser Leitung dar.

Die Verteilung des Elektronenstroms auf die Verzögerungsleitung 100 und den Kollektor 4 der Röhre 10 ändert sich mit den Betriebsbedingungen der Röhre, insbesondere mit der Betriebsfrequenz, sowie mit dem Steuerpegel. Dadurch werden in der Wicklung 62 sehr kurze, aber starke Stromänderungen hervorgerufen, welche hohe Spannungsänderungen verursachen. Zum Unterdrücken derselben ist es erforderlich, Elemente vorzusehen, die symbolisch an der Stelle 20 dargestellt sind und diese Änderungen durch Energieverbrauch absorbieren, wodurch der Wirkungsgrad der Röhre vermindert wird. also

Solche Elemente sind bei Verwendung einer Stromversorgungsschaltung gemäß der Erfindung nicht erforderlich, von der ein Ausführungsbeispiel in Fi g. 2 dargestellt ist, wobei gleiche Elemente wie in F i g. 1 gleiche Bezugszeichen tragen. Hier weist die Gleichstromversorgungsquelle 21 eine möglichst niedrige Impedanz auf. In dem dargestellten-Ausführungsbeispiel wird die niedrige Impedanz mittels einer gewöhnlichen Hochspannungsversorgung erzielt, die de- Gleichstromversorgungsquelle 2 der beschriebenen bekannten Stromversorgungsschaltung gleicht, indem dieser ein Kondensator 22 mit großer Kapazität und niedriger Streuinduktivität parallel geschaltet wird. Aufgrund der niedrigen Impedanz der Gleichstromversorgungsquelle 21 werden die Spannungsänderungen, die sich an dem Kollektor ergeben könnten, wenn dieser den Strom des Strahls auffängt, begrenzt.

Das Arbeitsprinzip der Schaltung nach der Erfindung besteht darin, zum teilweisen Wiederaufladen der Verzögerungsschaltung 31 die durch den Kollektor 4 empfangene Energie rückzugewinnen. Die ansonsten verbrauchte Energie, wie in dem Kollektor 4 (Verluste durch Stromwärme und durch Höchstfrequenzstrahlung;, wird durch das Netz geliefert

Mit der Versorgungsschaltttng, die in Fig.2 dargestellt ist, ist die SpannungsänderuEg 4V an den Klemmen des Kondensators 22 gegeben durch:

Κχ·ΙΙ

C "

wobei tp die Dauer des Impulses und I_coii der Kollektorstrom ist

Wenn beispielsweise die Kollektorspannung bis auf 3% stabilisiert sein soll, und wenn I_coii = 30 A, tp = 100μ5 und die Kollektorspannung V_mn = 30 kV ist ergibt sich C = 3,33 .up.

Während der Dauer des Impulses ist der Änderungsgrad der Kollektorspannung V_COJJ proportional zum Kollektorstrom Icoik dessen Änderung im allgemeinen 25% nicht überschreitet. Der Wert der Kollektorspannung bleibt daher konstant, auch im Fall einer abrupten Änderung des Kollektorstroms oder des Leitungsstroms durch den Integriereffekt der Kapazität C

Die Stromversorgungsschaltung liefert den gesamten Strom h der Wanderfeldröhre (Leitungsstrom + Kollektorstrom), wobei die Summe dieser beiden Werte konstant ist Damit er den Strom unter den besten Bedingungen liefert, um einen Spannungsimpuls mit konstantem Wert zu erzielen, sind gewisse Anpassungsbedingungen der Verzögerungsschaltung 31 (über den Impulstransformator 6) erforderlich.

Diese Bedingungen ergeben sich aus folgendem:

Wenn Vk die Katodenspannung ist, von der die Phasengeschwindigkeit in der Verzögerungsleitung 100 der Röhre abhängt, welche für die optimale Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl und Wellen sorgt, und wenn die Kollektorspannung V_coii gleich der Ladespannung der Verzögerungsschaltung 31 ist, gilt:

30

35 = η ■

45

50 wobei ;/ das Übersetzungsverhältnis des Impulstransformators 6 ist.

Da die Röhre als Elektronenimpedanz Z_k = — hat,

muß die Verzögerungsleitung des Modulators die Impetanz Z_x haben, die durch:

gegeben ist, was die Elemente der Stromversorgungsschaltung festlegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stromversorgungsschaltung für eine im Impulsbetrieb arbeitende, ein Elektronenstrahlerzeugersystem, einen Wechselwirkungsabschnitt und einen in seinem Potential gegenüber dem des Wechselwirkungsabschnittes abgesenkten Elektronenstrahlkollektor aufweisende Elektronenbündelröhre, enthaltend eine an eine Stromversorgungsquelle angeschlossene, ein Thyratron aufweisende Impulserzeugerstufe, eine sich an diese anschließende, in Form einer Verzögerungsschaltung aufgebaute Impulsformerstufe und einen sich an diese anschließenden Impulstransformator, dessen Primärwicklung an ihrer freien Klemme mit der Impulsformerstufe und an einer anderen Klemme mit Masse verbunden ist, und dessen Sekundärwicklung an ihrer freien Klemme mit dem Elektronenstrahlerzeugersystem und an ihrer anderen Klemme mit Masse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Pol der Stromversorgungsquelle (2) an Masse angeschlossen ist und zwischen den negativen Pol der Stromversorgungsquelle (2) und ihren positiven Pol ein derartiges zusätzliches Bauelement (22) geschaltet ist, daß sie bei Impulsbetrieb eine möglichst niedrige Impedanz aufweist, und daß der negative Pol der Stromversorgungsquelle (2) ferner sowohl mit dem Elektronenstrahlkollektor (4) als auch mit der einseitig mit Masse verbundenen Impulserzeugerstufe (1, 3) verbunden ist.

2. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Bauelement (22) ein Kondensator ist.