DE4438935C2

DE4438935C2 - Feldquelle zur Untersuchung der elektromagnetischen Verträglichkeit

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Publication number: DE4438935C2
Application number: DE19944438935
Authority: DE
Inventors: Gunter Dipl Ing Langer; Joerg Hacker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2014-11-01
Also published as: DE4438935A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Aufbau von Feldquellen zur Erzeugung lokaler, pulsförmiger magnetischer oder elektrischer Felder, wie sie für Untersuchungen zur elek tromagnetischen Verträglichkeit elektronischer Schaltun gen, Baugruppen und Geräte benötigt werden.

Es handelt sich dabei um die Einkopplung eines in seinen Parametern verstellbaren elektrischen bzw. magnetischen Feldes im Nahbereich mit dem Ziel, gegenüber Störein wirkungen empfindliche Stellen des Prüflings bereits im Entwicklungsstadium zu detektieren und wirksame Gegenmaß nahmen einzuleiten.

Im EMV Journal No. 3 von 1993 wird auf Seite 166 über H-Feld- und E-Feldsonden informiert, die zur Diagnose von Emissionen und zur Erzeugung lokal begrenzter Felder im Rahmen von Untersuchungen elektronischer Geräte hinsicht lich ihrer elektromagnetischen Verträglichkeit eingesetzt werden sollen.

Nach dem von A.V. Stichelen: Hilfsmittel zur EMV-gerechten Entwicklung, ntz Bd. 44 (1991), Heft 12, S. 900-902 dargestellten Grundzusammenhang werden Magnetfeldsonden als Strahlungsquelle (zur Herstellung einer Störstrahlung) eingesetzt. Dazu ist die Sonde mit einem Trackinggenera tor gekoppelt. Der Trackinggenerator erzeugt periodisch sinusförmige HF-Signale, die dann über die Sonde in ent sprechende Magnetfelder umgewandelt werden. Die Flußdichte liegt im Nano- bis Mikroteslabereich. Die Ströme, die bei der Strahlung eine Rolle spielen, liegen im µA- mA-Be reich.

Solche Geräte werden eingesetzt für analoge Schaltungen mit geringem Pegelhub, also elektronische Schaltungen, die gegenüber der Einstrahlung z. B. von Rundfunksendern sensi bel sind. Betroffen sind Schaltungen der Analogtechnik, wo bereits geringe Signalpegeländerungen Funktionsfehler erzeugen. Nur in Ausnahmefällen können sie auch für hoch ohmige Digitalschaltungen eingesetzt werden.

Aus US 3 444 460 ist eine Leitfähigkeitssonde für Radio frequenzen bekannt, die ohne Elektroden arbeitet. Die zugehörige Meßtechnik ist in einem Gehäuse zusammengefaßt, wobei in der Gehäusespitze eine Magnetspule angeordnet ist.

Ein derartiges Meßgerät eignet sich nicht zur Erzeugung und Anwendung pulsförmiger Felder.

In DE 44 17 031 C1 sind der Aufbau und die Anwendungen von Feldquellen für die Erzeugung eines elektrischen (E) oder magnetisches Feldes (B) beschrieben, die für Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) von elektro nischen Schaltungen dienen.

Diese Feldquellen liefern auf kleine Raumbereiche konzen triert impulsförmige E- und/oder B-Felder. Die Feldquellen sind in einer Sonde enthalten, von deren Oberfläche das Feld ausgeht.

Zur Erzeugung eines B-Feldes dient eine Induktionsspule, die von einem pulsförmigen Strom durchflossen wird. Der Strom baut in Verbindung mit der Spule ein pulsförmiges Magnetfeld B auf. Das Magnetfeld wird durch entsprechende Führung der die Spule enthaltenden Sonde partiell in die zu untersuchende elektronische Schaltung eingekoppelt.

Zur Erzeugung eines elektrischen Feldes E dient in analo ger Weise eine Metallplatte oder ein Metallplattenpaar, welches mit einer pulsförmigen Spannung gespeist wird. Die Platte oder das Plattenpaar baut ein pulsförmiges elektri sches Feld E auf. Die Sonden können in die Nähe von elek tronischen Schaltungen gebracht werden. Eine partielle Einkopplung in kleine räumliche Gebiete, wie in den Chip eines integrierten Schaltkreises (IC) oder in Leiterzüge, kann durchgeführt werden.

Abgeleitet vom bisherigen Entwicklungsstand ist es Aufgabe der Erfindung, zur Durchführung von Störfestigkeitsprü fungen bei schnellen niederohmigen Digitalschaltungen ein sowohl kompaktes als auch handliches Gerät zusammen mit der zugehörigen Schaltungstechnik vorzuschlagen, das es ermöglicht, die auf elektromagnetische Verträglichkeit zu prüfenden Bereiche der zu untersuchenden Digitalschal tungen selektiv mit pulsförmigen Feldern vom Charakter einer elektrostatischen Entladung oder eines Burstimpulses zu beaufschlagen.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Grundaufbau der Feldquelle zur Untersuchung der elek tromagnetischen Verträglichkeit elektronischer Schaltungen ist im Patentanspruch 1 beschrieben.

Danach werden die eingesetzten Sonden zur Bereitstellung lokaler, pulsförmiger B- und/oder E-Felder, die an einen Störimpulsgenerator angeschlossen sind, und alle weiteren Komponenten der Feldquelle in ein das Gerät umschließendes handliches Gehäuse eingebaut.

Die jeweilige Sonde ist dabei in der Gerätespitze instal liert.

Das Gerät besitzt Bedienelemente zur Verstellung der Para meter des pulsförmigen Feldes; zu den Parametern gehören die Pulsfrequenz, Anstieg und Amplitude der Strom-bzw. Spannungsimpulse und die Auslösung von Einzelimpulsen.

Die prinzipielle Geräteschaltung zur Erzeugung pulsförmi ger elektrischer Felder besteht aus einer Kapazität C (beispielsweise metallische Koppelplatten), die in die Sonde eingebracht ist und die von einer Spannungsquelle U über einen Vorwiderstand R_v aufgeladen wird. Zusätzlich zu dieser Kapazität C kann eine weitere Kapazität geschaltet werden.

Parallel zum Kondensator C, der durch das Plattenpaar in der Sonde gebildet wird, liegt eine Schaltstrecke. Die Schaltstrecke schaltet bei einer definierten Durchbruchs spannung, d. h. sie wird leitfähig.

Wenn die Spannung über dem Kondensator C im Verlauf des Ladevorganges die Durchbruchsspannung der Schaltstrecke erreicht, wird die Schaltstrecke kurzschlußartig leit fähig. Der Kondensator C entlädt sich schlagartig, wodurch die Kondensatorspannung zusammenbricht.

Da die Koppelplatten der Sonde den Kondensator C bilden, ist der Zeitverlauf des elektrischen Feldes in Plattennähe dem Zeitverlauf der Kondensatorspannung proportional. Es entsteht ein lokal konzentriertes pulsförmiges elektri sches Feld.

Nach dem Durchbruch erlangt die Schaltstrecke ihre Sperrfähigkeit zurück und ein neuer Ladevorgang beginnt. Die beschriebenen Vorgänge wiederholen sich periodisch; das Gerät arbeitet mit einer konstanten Puls-Wiederholfre quenz. Der Ladekondensator kann auch auf eine Spannung, die kleiner ist als die Durchbruchsspannung der Schalt strecke, aufgeladen werden. Die Entladung geschieht dann durch Triggerung einer triggerbaren Schaltstrecke.

Die prinzipielle Geräteschaltung zur Erzeugung pulsförmi ger magnetischer Felder besteht aus einem Kondensator C mit Vorwiderstand R_v, die in Reihe geschaltet sind mit der Spannungsquelle U, und der in die Sonde eingebrachten Induktionsspule sowie einer parallel zum Kondensator C und zur Induktionsspule liegenden, bereits oben beschriebenen Schaltstrecke.

Wenn im Verlauf des Ladevorganges die Spannung über dem Kondensator C die Durchbruchsspannung der Schaltstrecke erreicht, kommt es zum Durchbruch, was einen pulsförmigen Stromfluß zur Folge hat. Daraufhin entlädt sich der Kon densator C schlagartig über die Schaltstrecke und die in Reihe eingefügte Induktionsspule.

Der pulsförmige Strom erzeugt in der Induktionsspule das für den Meßvorgang gewünschte pulsförmige Magnetfeld. Der weitere Ablauf ist analog zur beschriebenen Schaltung zur Erzeugung pulsförmiger elektrischer Felder.

Die Sonde zur Erzeugung des magnetischen Feldes besteht aus einer Induktionsspule. Anstelle der Induktionsschleife kann zur Erzeugung pulsförmiger elektrischer Felder ein elektrisch leitfähiges Platten- oder Stabpaar verwendet werden. Dabei kann das Plattenpaar analog einem Platten kondensator aufgebaut sein. Die Platten können aber auch in gestreckter bzw. linienförmiger Ausführung in einer Ebene nebeneinander oder hintereinander angeordnet sein. Jeder der beiden Anschlüsse, die für die Induktionsschlei fe vorgesehen sind, wird mit je einer Platte des Platten kondensators verbunden. Der Plattenkondensator erzeugt einen Verschiebestrom und ein elektrisches Störfeld.

Das Gerät kann batteriebetrieben, d. h. netzunabhängig sein und benötigt in dieser Ausführung keine Leitungsverbindun gen, s. Anspruch 2.

Die die Sonde enthaltende Gerätespitze ist in ihrer Größe und Anordnung am Gerät so beschaffen, daß in oder zwischen die zu prüfenden elektronischen Bauelemente ein E- oder B-Feld eingekoppelt werden kann, so z. B. in Leiterzüge, in einzelne Pins von integrierten Schaltungen und in Chip′s integrierter Schaltungen.

Eine Platte des Kondensators kann von den leitfähigen Teilen des Gerätes der Baugruppe oder der Schaltung gebil det werden.

Generell können die Sonden in Größe, Art und Aufbau aus wechselbar sein, s. Anspruch 3.

Für viele praktische Anwendungsfälle der erfindungsgemäßen Feldquellen ist die Einstellung einer zu den Raumverhält nissen des Untersuchungsobjektes adäquaten Feldgeometrie bzw. die Erzeugung der gewünschten Geometrie des Feld linienverlaufs Erfolgsvoraussetzung.

Zur Bündelung des magnetischen Feldes am Sondenaustritt bzw. an der Abstrahlfläche der Sonde können dazu verschie dene Anordnungen eingesetzt werden, s. auch Ansprüche 8 bis 12.

Einmal ist eine solche Anordnung als Zylinderspule ausge führt, die auch aus metallischem Band gewickelt sein kann. Zum anderen wird in die an der Sondenspitze befindliche Spule ein Ferritstab gesteckt, so daß das magnetische Feld von der Sondenoberfläche in die untersuchten Schaltungen eingekoppelt wird. Der Ferritstab erstreckt sich dabei entlang der gedachten Längsachse in das Gehäuse der Feld quelle hinein.

Auf den Ferritstab kann höhenverstellbar zur Einstellung der Wirkungslänge eine an einem Umfangspunkt radial ge schlitzte Metallscheibe aufgebracht werden.

Die beschriebenen Maßnahmen können auch kombiniert zum Einsatz kommen.

Zur Bündelung des elektrischen Feldes an der Abstrahl fläche der Sonde werden vorzugsweise folgende Anordnungen eingesetzt (Anspruch 6).

In der ersten Ausführungsform, bei der die Sonde aus einem Paar metallischer Koppelplatten besteht, ist formschlüssig auf die Rückseite der inneren Koppelplatte ein Stabelement aufgebracht, das aus einem Isoliermaterial mit hoher Dielektrizitätskonstante besteht. Das Isoliermaterial zwischen den Koppelplatten besitzt vorzugsweise eine nied rige Dielektrizitätskonstante.

Bei der zweiten Ausführungsform wird die Funktion der inneren Koppelplatte von den im Inneren des Gerätes be findlichen Metallteilen ausgeübt.

Eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feldquelle besteht in einer Anordnung zur Erzeugung von kombinierten magnetischen und elektrischen Pulsfeldern. Diese Anordnung besitzt eine geteilte Induktionsspule, deren Teile übereinander angeordnet sind (Anspruch 13). Die beiden Spulenteile wirken zur Erzeugung von elektri schen Feldern wie je eine Platte eines Kondensators C.

Der auf diese Weise gebildete Kondensator C wird von der Spannungsquelle U über den Vorwiderstand R_v aufgeladen. Die Schaltstrecke ist dabei zwischen den als Kondensator platten wirkenden Teilspulen geschaltet. Wenn die Durch bruchsspannung der parallel geschalteten Schaltstrecke erreicht ist, kommt es zum Durchbruch und der Kondensator C entlädt sich schlagartig. Die als Plattenkondensator wirkenden Teilspulen erzeugen ein pulsformiges elektri sches Feld.

Der Entladestromfluß des Kondensators fließt durch die Windungen der Teilplatten und erzeugt zusätzlich ein pulsförmiges Magnetfeld.

Im Spezialfall kann diese kombinierte Sonde als selbständi ges Bauteil an den Störimpulsgenerator angeschlossen werden.

Die Parameter der Störimpulsform des elektrischen oder des magnetischen Feldes können durch Einfügen von passiven R-, L-, C-Bauelementen in die Generatorschaltung verändert werden. Das heißt beispielsweise für die Schaltung zur Erzeugung pulsförmiger elektrischer Felder:
Ein zu den Koppelplatten bzw. zum Kondensator C in Reihe geschalteter Widerstand dient der Einstellung eines defi nierten Spannungs- bzw. E-Feld-Anstieges oder Abfalles. Analog verändert in der Schaltung zur Erzeugung pulsar tiger magnetischer Felder ein zur Induktionsspule in Reihe liegender Widerstand die Parameter des Spulenstromes und somit des Magnetfeldes in definierter Art.

Die Schaltstrecke kann aus einer Funkenstrecke oder einem Transistor bestehen (Anspruch 14). Die Funktion der Fun kenstrecke kann dabei nach Anspruch 15 von einem edelgas gefüllten Überspannungsableiter übernommen werden.

Der Transistor wird im Durchbruchsbereich unter Nutzung des Avalancheeffektes betrieben. (Über die Transistorbasis sind Einzelimpulse oder Impulsfolgen triggerbar.)

Wenn ein Transistor als Schaltstrecke verwendet wird, kann die Impulsauslösung, d. h. die Auslösung der Schaltfunktion und damit die Pulswiederholfrequenz durch entsprechende Triggerung über die Basis des Transistors erfolgen.

Bei Auslösung der Schaltfunktion mittels Durchbruch der Schaltstrecke bei überschreiten der Durchbruchspannung läßt sich die Pulswiederholfrequenz mit dem Vorwiderstand R_v, der zwischen Spannungsquelle U und Ladekondensator C angeordnet ist, verstellen. Eine Wertveränderung des Vor widerstandes R_v verändert die Ladezeitkonstante, wodurch die Ladezeit, d. h. die Periodendauer bis zum Erreichen der Durchbruchsspannung variiert werden kann.

Die Leitungsverbindung zwischen Induktionsspule bzw. Plat tenpaar und dem Störimpulsgenerator kann zur Gleichtakt bedämpfung mit Ferritelementen versehen werden.

Beim Einsatz von vorzugsweise Bipolartransistoren wird der 2. Durchbruch eines Transistors ausgenutzt.

Problematisch ist dabei, daß die Durchbrüche in ihrer Aufeinanderfolge (1. und 2. Durchbruch bei Spannungsstei gerung) exemplarabhängig sind. Es kann z. B. bei Spannungs erhöhung gleich der 2. Durchbruch ohne merklichen 1. Durchbruch ausgelöst werden.

Eine technische Ausnutzung des Effektes wird dadurch be hindert.

Erfindungsgemäß werden deshalb die Durchbrüche durch Be schaltungen gezielt gesteuert und der 2. Durchbruch unab hängig vom 1. Durchbruch definiert getriggert.

Die definierte Erzeugung des 1. oder des 2. Durchbruchs ist die Voraussetzung für die definierte Steuerbarkeit der Transistoren und deren Verwendbarkeit als Schaltstrecke für den Störimpulsgenerator.

Nachfolgend wird eine Schaltung zur definierten Erzeugung des 1. Durchbruches beschrieben (Anspruch 17).

Die Schaltung soll einen stabilen 1. Durchbruch erzeugen und einen 2. Durchbruch verhindern; Ausgangspunkt ist die Emitterschaltung.

Zwischen Basis und Emitter wird ein niederohmiges Bauele ment, beispielsweise eine Spannungsquelle, geschaltet. Insbesondere muß der Wechselstromwiderstand niederohmig sein.

Die Spannung dieser Spannungsquelle kann zwischen negati ven Werten, Null und der Flußspannung der Basis-Emitter diode des Transistors liegen. Mit der Spannung der Span nungsquelle ist der 1. Durchbruch steuerbar.

Die erfindungsgemäßen Schaltungen zur definierten Erzeu gung des 2. Durchbruches sollen bei einer definierten Kollektor-Emitterspannung einmal einen stabilen 2. Durch bruch und zum anderen einen triggerbaren 2. Durchbruch herbeiführen.

Für die Erzeugung eines stabilen 2. Durchbruchs wird dabei nach Anspruch 18 die Basis des Transistors mit einem für Wechselstrom hochohmigen Widerstand beschaltet.

Der Wechselstromwiderstand kann aus einem ohmschen Wider stand und/oder aus einer Induktivität bestehen.

Mit dieser Schaltung geht der Transistor bei Erhöhung der Kollektor-Emitterspannung auf die Durchbruchspannung direkt in den 2. Durchbruch über.

Zur Triggerung des zweiten Durchbruchs nach Anspruch 19 wird in die Basis des Transistors (über einen Trigger schalter) ein Strom einer hochohmigen Stromquelle einge speist. Die Stromquelle muß im wesentlichen einen für Wechselstrom hochohmigen Innenwiderstand besitzen. Der durch Schließen des Schalters eingespeiste Strom zündet bei entsprechender Spannung den 2. Durchbruch.

Eine weitere Prinzipschaltung zur Erzeugung eines stabilen 1. Durchbruchs und zur Triggerung des 2. Durchbruchs zeichnet sich nach Anspruch 20 bis 22 dadurch aus, daß der Transistor durch ein für Wechselspannung und Gleichspan nung niederohmiges Bauelement, beispielsweise eine Spannungsquelle, bei ausreichender Kollektor-Emitterspan nung im 1. Durchbruch gehalten wird.

Wenn der Triggerschalter umschaltet, wird die niederohmige Spannungsquelle von der Basis getrennt und eine hochohmige Stromquelle an die Basis geschaltet.

Der damit in die Basis einfließende Strom triggert den 2. Durchbruch.

Durch Kaskadierung von zwei oder mehreren Transistoren für den Durchbruchbetrieb (1. und 2. Durchbruch) gemäß Anspruch 23 kann der Arbeitsbereich der Schaltstrecke auf einen größeren Spannungsbereich ausgedehnt werden. Auf diese Weise können auch höhere Spannungen geschaltet werden.

Nach Vorgabe der Erfindung kann mit einem faserschreiber großen Gerät, das alle Komponenten (Burst-/ESD-Generator, spezielle Sondenanordnung zur Erzeugung der pulsförmigen E- und B-Felder, ggf. Batterie, Bedienelemente wie Ein- und Ausschalter, Intensitätsverstellung, Vorwahl für Ein zelimpulse oder Impulsfolgen, Ladeanzeige für Batterie, Polaritätsumschaltung des Störfeldes) enthält, die bisher nur einzeln zur Verfügung standen und für den Meßvorgang zu koppeln waren, auf kleinstem Raum ein pulsförmiges elektrisches oder magnetisches Feld extrem hoher Flanken steilheit (ca. 1 ns) und Intensität (einige Millitesla bzw. ca. Tausend Volt pro Millimeter) in die zu untersu chende Schaltung eingekoppelt werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 zwei Ausführungsformen für ein netzunabhängiges, stiftartiges Gerät zur Erzeugung lokaler, pulsför miger magnetischer und/oder elektrischer Felder,

Fig. 2 eine Sonde zur Abgabe eines pulsförmigen elektri schen Feldes mit einem Applikator in Scheibenform,

Fig. 3 Sonden zur Bündelung des magnetischen Feldes an der Abstrahlfläche,

Fig. 4 Sonden zur Bündelung des elektrischen Feldes an der Abstrahlfläche,

Fig. 5 Schaltungsbeispiele für Feldquellen zur Erzeugung pulsförmiger elektrischer Felder,

Fig. 6 Schaltungsbeispiele für Feldquellen zur Erzeugung pulsförmiger magnetischer Felder,

Fig. 7 zwei Schaltungen für eine Feldquelle zur Erzeugung kombinierter magnetischer und elektrischer Puls felder,

Fig. 8 die Anordnung von Ferritelementen zur Gleichtakt bedämpfung,

Fig. 9 Grundschaltung und Realisierungsbeispiel für eine Schaltung zu definierten Herbeiführung des 1. Durchbruchs,

Fig. 10 Schaltung zur Erzeugung eines stabilen 2. Durch bruchs,

Fig. 11 Prinzipschaltung und Schaltungsbeispiel zur Trig gerung des 2. Durchbruchs,

Fig. 12 Prinzipschaltung und zwei Schaltungsbeispiele zur Erzeugung eines stabilen 1. Durchbruchs und zur Triggerung des 2. Durchbruchs,

Fig. 13 zwei Schaltungen zur Kaskadierung von zwei Transi storen für den Durchbruchbetrieb.

Die erfindungsgemäßen Feldquellen für ein lokales pulsför miges elektrisches bzw. magnetisches Feld bestehen aus einem kompakten Gerät, s. Fig. 1, in dem Sonde 1, Stör impulsgenerator 2 und ggf. Spannungsquelle 5 zusammenge faßt sind.

Fig. 1 zeigt zwei Ausführungsformen der Feldquelle, wobei das Gerät stiftartig ausgebildet ist und neben der Sonde 1 alle Grundelemente, wie Störimpulsgenerator 2, Spannungs quelle 5 und Bedienelemente 6 für die Parametereinstellung enthält. Das Gerät kann von einer Hand wie ein Schreib gerät aufgenommen werden.

Mit den Ausführungsformen nach Fig. 1.1 und 1.2 wird die Sondenausbildung in zwei typischen Applikatorformen ge zeigt.

Die Applikatorform nach Fig. 1.1 steht dabei für eine Sonde 1 zur Erzeugung lokaler pulsförmiger elektrischer Felder. Das als Sonde dienende Plattenpaar ist hier kom pakt übereinander in der Prüfspitze angeordnet, wobei die Außenflächen des Plattenpaares im Sinne eines elektrischen Felddipols das elektrische Feld abgeben.

Die Applikatorform der Feldquelle nach Fig. 1.2 beinhaltet eine Sonde 1 zur Erzeugung pulsförmiger magnetischer Felder.

In Fig. 2 ist ein Applikator zur Abgabe eines pulsförmigen elektrischen Feldes in Scheibenform dargestellt. Die beiden Koppelplatten 4 sind hier einmal als äußere Ringelektrode 9 und zum anderen als von der Ringelektrode eingeschlossene Scheibenelektrode 10 ausgeführt. In der hier gezeigten Ausführungsform mit scheibenförmiger Ausbildung der Sondenspitze 1 setzt sich die ringförmige Außenelektrode 9 über die nachfolgend verjüngte Sonde als Abschirmung 11 fort.

In Fig. 3 sind Ausführungsformen für Spulen 3 bzw. Sonden 1 zur Bündelung des magnetischen Feldes an der Abstrahlflä che der Sonde dargestellt.

Dabei zeigt Fig. 3.1 eine Zylinderspule 3.3, die in Fig. 3.2 aus metallischem Band gewickelt ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 3.3 ist in die an der Sonden spitze befindliche Induktionsspule 3 ein Ferritstab 15 eingeschoben, der sich innerhalb des Gehäuses 18 der Feld quelle befindet.

Fig. 3.4 zeigt die Anordnung nach Fig. 3.3 mit zusätzlich aufgeschobener radial geschlitzter Metallscheibe 16.

Die Metallscheibe ist über die axiale Länge des Ferritsta bes 15 höhenverstellbar angeordnet, wodurch die Feldgeome trie beeinflußt werden kann.

Selbstverständlich können die Anordnungen nach Fig. 3.1 bis Fig. 3.4 in Kombination betrieben werden.

Fig. 4.1 und Fig. 4.2 sind zwei Ausführungsformen für Sonden zur Bündelung des elektrischen Feldes an der Ab strahlfläche.

Nach Fig. 4.1 besteht die Sonde aus einem Paar scheiben förmiger metallischer Koppelplatten 4.1, 4.2, die durch ein Isoliermaterial niedriger Dielektrizitätskonstante getrennt sind. Auf der Rückseite der inneren Koppelplatte 4.2 ist formschlüssig ein Stabelement 17 aufgebracht, das aus einem Isoliermaterial hoher Dielektrizitätskonstante besteht.

Bei der Anordnung nach Fig. 4.2 wird die Funktion der inneren Koppelplatte bzw. der Gegenplatte zur in der Son denspitze befindlichen Platte 4.1 von den im Geräteinneren der Feldquelle vorhandenen Metallteilen wahrgenommen.

Fig. 5 demonstriert zwei Schaltungsbeispiele für Feldquel len zur Erzeugung pulsförmiger elektrischer Felder.

In der Schaltung nach Fig. 5.1 arbeitet eine Generator schaltung, bestehend aus Spannungsquelle 5, Vorwiderstand 7 und Schaltstrecke 8, auf die aus Koppelplatten 4 aufgebau te Sonde 1.

Die Koppelplatten 4 bilden den Ladekondensator C des Stör generators. Die Schaltstrecke 8 liegt parallel zum Konden sator C und wird hier durch eine Funkenstrecke realisiert.

In Fig. 5.2 wird die Schaltfunktion der Schaltstrecke 8 durch einen Transistor 13 ausgeübt, der im Durchbruchs bereich unter Nutzung des Avalancheeffektes arbeitet.

Die Schaltungsbeispiele in Fig. 6 betreffen Feldquellen zur Erzeugung pulsförmiger magnetischer Felder.

Die Spannungsquelle 5 lädt in Fig. 6.1 über einen Vor widerstand den Kondensator 12 auf. Parallel zum Kondensa tor 12 liegt die Schaltstrecke 8, die in gleicher Weise wie bei der Erzeugung pulsförmiger elektrischer Felder aufgebaut ist. Nach Erreichen der Durchbruchsspannung der Schaltstrecke 8 entlädt sich der Kondensator 12 schlag artig über die im Kurzschlußkreis mit der Schaltstrecke 8 in Reihe liegende Induktionsspule 3.

In Fig. 6.2 sind lediglich die Anordnung von Schaltstrecke 8 und Kondensator 12 vertauscht.

Die Fig. 6.3 und 6.4 veranschaulichen die analogen Anord nungen, wobei anstelle der Funkenstrecke 8, jeweils ein Schalttransistor 13 eingefügt ist.

Die beiden Schaltungen in Fig. 7 zeigen eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feldquelle; es werden kombinierte magnetische und elektrische Puls felder erzeugt.

Das wird dadurch ermöglicht, daß die Induktionsspule 3 in geteilter Anordnung mit den beiden Teilspulen 3.1 und 3.2 als Kondensator 4 wirkt.

Die Schaltstrecke 8 ist bei der Fig. 7.1 zwischen die Eingänge und bei der Ausführung nach Fig. 7.2 zwischen die Ausgänge der beiden Teilspulen 3.1 und 3.2 geschaltet.

Fig. 8 zeigt die Anordnung von Ferritelementen 14 auf der Leitungsverbindung zwischen Plattenpaar 4 und Störimpuls generator (Fig. 8.1) sowie zwischen Induktionsspule 3 und Störimpulsgenerator (Fig. 8.2).

In Fig. 9 ist die Grundschaltung (Fig. 9.1) und ein Schal tungsbeispiel (Fig. 9.2) zur definierten Herbeiführung des 1. Durchbruchs beim Transistor 13 dargestellt.

Die Grundschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwi schen Basis und Emitter als niederohmiges Bauelement eine Spannungsquelle 19 vorgesehen ist.

Beim Schaltungsbeispiel nach Fig. 9.2 dient als nieder ohmige Spannungsquelle 19 eine in Flußrichtung vorgespann te Diode. Die Vorspannung kann durch einen separaten Wi derstand (R) 20 und/oder den aus der Basis ausfließenden Durchbruchstrom erzeugt werden. Der separate Widerstand 20 liegt an einer Hilfsspannung V_cc.

Fig. 10 zeigt die Prinzipschaltung zur Erzeugung eines stabilen 2. Durchbruchs. Die Basis des Transistors 13 ist mit einem für Wechselstrom hochohmigen Widerstand R, L, bestehend aus ohmschen Widerstand 20 und induktiven Wider stand 22, beschaltet.

In Fig. 11.1 ist die Grundschaltung zur Triggerung des zweiten Durchbruchs dargestellt. Dabei wird in die Basis des Transistors 13 über einen Triggerschalter 23 ein Strom i_B einer hochohmigen Stromquelle 21 eingespeist.

In das Schaltungsbeispiel nach Fig. 11.2 wird als Strom quelle 21 ein an einer Hilfsspannung V_cc liegender Wider stand R benutzt, der über einen Triggerschalter 23 an der Basis des Transistors 13 liegt.

Der durch Schließen des Schalters eingespeiste Strom zündet bei entsprechender Spannung den 2. Durchbruch.

In der Prinzipschaltung nach Fig. 12.1 wird der Transistor 13 durch eine niederohmige Spannungsquelle 19 bei aus reichender Kollektor-Emitterspannung im 1. Durchbruch gehalten (in Fig. 12.1 gezeigte Schaltstellung).

Bei Umschalten des Triggerschalters 23 wird die Spannungs quelle 19 von der Transistorbasis getrennt und eine Strom quelle 21 an die Basis geschaltet. Diese Stromquelle ist für Gleich- und hauptsächlich für Wechselspannung hoch ohmig.

Der über diesen Zweig der Schaltung auf die Basis des Transistors 13 zugeschaltete Strom triggert den 2. Durch bruch.

Ein erstes Schaltungsbeispiel zeigt Fig. 12.2.; Aufbau und Funktionsweise dieser Schaltung können wie folgt beschrie ben werden.

Im ersten Schaltzustand liegt der Gatterausgang des Gat ters 24 auf Low-Pegel (L); die Schaltstrecke ist bei Er reichen des 1. Durchbruchs gesperrt. Die Diode wirkt als niederohmige Spannungsquelle 19 mit niedrigem Innenwider stand an der Basis des Transistors 13.

Der Diodenstrom fließt aus der Basis oder über den Wider stand 20 in den auf "L" liegenden Gatterausgang.

Die Flußspannung der Diode ist die Spannung der Spannungs quelle 19.

Der Transistor 13 wird durch den geringen Wechselstromwi derstand der Diode und des zugehörigen auf Low liegenden Gatterausgangs im 1. Durchbruch gehalten. Am Kollektor stabilisiert sich die Durchbruchspannung des 1. Durch bruchs.

Schaltet der Gatterausgang auf High-Pegel (H) (die Schalt strecke geht vom 1. in den 2. Durchbruch über), wird die Diode 19 gesperrt, d. h. die Konstantspannung (Flußspan nung) mit niedrigem Innenwiderstand wird unterbrochen. Die hochohmige Stromquelle 21, die durch den an der Hilfsspannung V_cc liegenden Widerstand 20 gebildet wird, speist einen (Trigger)Strom in die Basis des Transistors 13 ein.

Durch die Hochohmigkeit und den Triggerstrom der Basis wird der 2. Durchbruch gezündet.

Das Schaltungsbeispiel nach Fig. 12.3 arbeitet mit einem Emitterwiderstand 25. Der Emitterwiderstand (R_E) 25 kann in den Stromkreis der Schaltstrecke 13 eingefügt werden, um die Parameter des zeitlichen Ablaufes des Schaltvor ganges zu verändern (z. B. kann auf diese Weise die Entla dezeitkonstante des Ladekondensators des Störimpulsgenera tors beeinflußt werden).

Ist der Schaltzustand des Gatters auf "H"-Pegel wird der Transistor 26 über seinen Basiswiderstand durchgesteuert. Der Transistor 26 liegt im übersteuerungsbereich und bil det eine niederohmige Spannungsquelle 19 mit geringer Spannung und geringem Innenwiderstand in seiner Kollektor-Emitterstrecke. Diese Spannungsquelle 19 liegt am Transi stor 13 (Basis Emitter) an und erzeugt bei ausreichender Kollektor-Emitterspannung einen stabilen 1. Durchbruch. Schaltet das Gatter 24 auf "L"-Pegel kommt es zur Triggerung des 2. Durchbruchs, d. h. der Transistor 26 wird gesperrt. Die Spannungsquelle wird hochohmig. Über den Widerstand 20 wird hochohmiger Strom in die Basis des Schaltstreckentransistors 13 eingespeist, der 2. Durch bruch wird gezündet und damit der Durchschaltvorgang aus gelöst.

Beschleunigungskondensatoren nach dem Stand der Technik sind in den Grundschaltungen zur Beschaltung der Wider stände R₁, R anwendbar. (Z.B. Basis des Transistors 26).

Aufbau und Wirkungsweise von zwei Schaltungsbeispielen zur Kaskadierung von zwei Transistoren 13 für den Durchbruch betrieb (1. und 2. Durchbruch) zeigen die Fig. 13.1 und 13.2.

Beim ersten Schaltungsbeispiel gemäß Fig. 13.1 wird über einen Vorwiderstand 7 der Ladekondensator C von einer Spannungsquelle 5 aufgeladen.

Wenn die Schaltstrecke, die aus den kaskadierten Transistoren 13.1 und 13.2 besteht, zündet, entlädt sich gemäß der zu den Fig. 5, 6, 7 erläuterten Zusammenhänge der Ladekondensator 12 über den Emitterwiderstand (R_E) 25 mit der Zeitkonstante R_E _* C = τ_E.

Zur Triggerung des Zündvorganges: Der Transistor 26 ist durchgesteuert, so daß sich die Kondensatorspannung durch die Teilerwiderstände (R_T) 27.1 und 27.2 gleichmäßig auf die Transistoren 13.1 und 13.2 aufteilt. Die an den Tran sistoren 13.1 und 13.2 anliegenden Spannungen sind kleiner als ihre Durchbruchspannungen (1. und 2. Durchbruch).

Wenn der Steuerimpuls den Transistor 26 sperrt, erhöht sich die Spannung über den Transistor 13.1 auf die Durch bruchspannung des 2. Durchbruchs.

Der Transistor 13.1 zündet auf Grund der Spannungserhöhung seinen 2. Durchbruch. Dadurch steigt am Transistor 13.2. die Spannung sprungartig an und zündet ebenfalls den 2. Durchbruch, d. h. die Schaltstrecke ist durchgezündet, der Ladekondensator 12 entlädt sich schlagartig über den Emitterwiderstand 25. Das Auskoppeln der Störgröße erfolgt wie zu den Fig. 5, 6 und 7 erläutert.

Die Blöcke 28.1 und 28.2 beinhalten Schaltungen nach Fig. 10 (für Block 28.1) bzw. Fig. 9 bis Fig. 11 (für den Block 28.2). Sie dienen der Erzeugung eines definierten Durch bruchverhaltens.

Um auch höhere Spannungen schaltbar zu machen, können weitere Stufen, bestehend aus Schalttransistor 13, Teiler widerstand 27 und Block 28 kaskadiert werden.

Beim zweiten Schaltungsbeispiel gemäß Fig. 13.2 wird der Ladekondensator C über den Vorwiderstand 7 durch die Span nungsquelle 5 aufgeladen.

Wenn die Schaltstrecke, die aus den kaskadierten Transi storen 13.1 und 13.2 besteht, zündet, entlädt sich der Ladekondensator 12 gemäß der zu den Fig. 5, 6, 7 erläuter ten Zusammenhänge. Ein Emitterwiderstand 25 kann wie in Fig. 13.1 verwendet werden.

Zur Triggerung des Zündvorganges: über den Teilerwiderstand 27.2 erhöht sich die Spannung am Transistor 13.1 bis zur Spannung des 1. Durchbruchs. Dieser Zustand wird stabil gehalten durch Triggerschaltungen nach Fig. 12 (hier Fig. 12.2).

Der Transistor 13.2 darf seine Durchbruchspannung in diesem Betriebszustand nicht erreichen.

Durch Auslösen der Triggerung mit der Triggerschaltung nach Fig. 12 wird im Transistor 13.1 der 2. Durchbruch gezündet. Dadurch steigt sprungartig die Spannung über dem Transistor 13.2, was ebenfalls zum 2. Durchbruch führt. Die Schaltstrecke bestehend aus den Transistoren 13.1 und 13.2 zündet durch und entlädt den Ladekondensator 12.

Das Auskoppeln der Störgröße erfolgt nach dem zu den Fig. 5, 6, 7 erläuterten Ablauf. Die Schaltung im Block 28 ist eine Schaltung nach Fig. 9 bis 11 und dient der Erzeugung eines definierten Durchbruchverhaltens.

Auch bei dieser Schaltung können zur Teilschaltstrecke Transistor 13.2, Block 28 und Teilerwiderstand 27.2 wei tere Teilschaltstrecken kaskadiert werden (Reihenschal tung).

Durch diese Kaskadierung können zusätzlich höhere Spannun gen des Ladekondensators 12 geschaltet und der Arbeitsbe reich der zu schaltenden Spannung erweitert werden.

Bezugszeichenliste

1 Sonde
2 Störimpulsgenerator
3 Induktionsspule
3.1, 3.2 geteilte Induktionsspule
3.3 Zylinderspule
4 Kondensator, Koppelplatten
4.1 äußere Koppelplatte
4.2 innere Koppelplatte (Gegenplatte)
5 Spannungsquelle U
6 Bedienelemente
7 passive Bauelemente
8 Schaltstrecke
9 Ringelektrode
10 Scheibenelektrode
11 Schirm
12 Kondensator C
13 Transistor
14 Ferritelemente
15 Ferritstab
16 Metallscheibe
17 Stabelement aus Iso-material
18 Gehäusekontur
19 niederohmiges Bauelement
20 Widerstand (ohmscher) R
21 hochohmige Stromquelle
22 Induktivität
23 Schalter
24 Gatter
25 Emitterwiderstand R_E
26 Transistor
27 Teilerwiderstand R_T
28 Schaltung nach Fig. 10

Claims

1. Feldquelle zur Untersuchung der elektro-magnetischen Verträglichkeit elektronischer Schaltungen unter Verwen dung geeigneter Sonden (1), die an einen Störimpulsgenera tor (2) angeschlossen sind, wobei alle Komponenten der Feldquelle in einem das Gerät umschließenden handlichen Gehäuse eingebaut und dabei die jeweilige Sonde (1) zur Erzeugung lokaler, pulsförmiger magnetischer und/oder elektrischer Felder in der Gerätespitze installiert ist, und das Gerät

- ergonomisch zweckmäßig gestaltet, stiftartig ausgebil det ist,
- Bedienelemente (6) zur Verstellung der Parameter des pulsförmigen Feldes durch Einfügen von passiven Bauele menten R L, C (7) in die Generatorschaltung aufweist, wobei als Verstellparameter die Pulsfrequenz, Anstieg und Amplitude und die Auslösung von Einzelimpulsen vor gesehen sind,
- mit den folgenden prinzipiellen Schaltungen ausgeführt ist:
a) zur Erzeugung pulsförmiger elektrischer Felder besteht die Schaltung aus
- einer Kapazität C (4), die in die Sonde (1) eingebracht ist und die von einer Spannungsquelle (5) über einen Vorwiderstand R_v (7) aufgeladen wird, wobei zusätzlich zu dieser Kapazität (4), die ausgeführt als Koppelplatte(n) in der Sonde (1) vorhanden ist, eine weitere Kapazität schaltbar ist, und
- einer parallel zum Kondensator (4) liegenden Schalt strecke (B);
b) zur Erzeugung pulsförmiger magnetischer Felder besteht die Schaltung aus
- einem Kondensator C (12) mit Vorwiderstand R_v (7), die in Reihe geschaltet sind mit der Spannungsquelle (5) und der in die Sonde (1) eingebrachten Induktionsspule (3) sowie
- einer parallel zum Kondensator (12) und zur Induktions spule (3) liegenden Schaltstrecke (8).

2. Feldquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das kompakte Gerät eine Spannungsquelle (5) eingebaut ist.

3. Feldquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden (1) in Größe, Art und Aufbau auswechselbar sind.

4. Feldquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelplatten (4) zur Erzeugung eines pulsförmigen elektrischen Feldes als Ringelektrode (9) und von der Ringelektrode eingeschlos sene Scheibenelektrode (10) ausgeführt sind, wobei Ring elektrode und/oder Scheibenelektrode eine kreis-oder eckige Form aufweisen können und beide Elektroden (9, 10) in einer Ebene angeordnet sind.

5. Feldquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei der scheibenförmigen E-Sonde (1) die ringförmige Außenelektrode (9) als Schirm (11) fortsetzt.

6. Feldquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bündelung des elektrischen Feldes an der Abstrahlfläche der Sonde (1) formschlüssig auf die Rückseite der inneren Koppelplatte (4.2) sich in das Gehäuse der Feldquelle erstreckend ein Stabelement (17) aufgebracht ist, das aus einem Isoliermaterial mit hoher Dielektrizitätskonstante besteht.

7. Feldquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Kondensator (12) und Schaltstrecke (8) in der Schaltung vertauscht sind.

8. Feldquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bündelung des magnetischen Feldes an der Abstrahlfläche der Sonde (1) die Induktionsspule (3) als Zylinderspule (3.3) ausgeführt ist.

9. Feldquelle nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderspule (3.3) aus metallischem Band gewickelt ist.

10. Feldquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bündelung des magnetischen Feldes die an der Sondenspitze befindliche Spule (3) auf das zur Sondenspitze weisende Ende eines Ferritstabes (15) aufgesteckt ist, wobei der Ferritstab (15) sich innerhalb des Gehäuses der Feldquelle befinden kann.

11. Feldquelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Ferritstab (15) eine an einem Umfangspunkt radial geschlitzte Metallscheibe (16) aufgebracht ist, die höhenverstellbar sein kann.

12. Feldquelle nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen zur Bündelung des magnetischen Feldes mit Zylinderspule (3.3) Ferritstab (15) und Metallscheibe (16) kombiniert anwendbar sind.

13. Feldquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von kombinierten magnetischen und elektrischen Pulsfeldern die Induktions spule (3) zweigeteilt ausgeführt ist und die beiden Teile (3.1) und (3.2) so angeordnet sind, daß sie die Funktion von Kondensatorplatten übernehmen, wobei die Schaltstrecke (8) zwischen die Eingänge oder die Ausgänge der beiden Teilspulen (3.1) und (3.2) geschaltet ist.

14. Feldquelle nach Anspruch 1 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstrecke (8) aus einer einfachen Funkenstrecke oder einem Transistor (13) besteht, wobei der Transistor (13) im Durchbruchsbereich unter Nutzung des Avalancheeffektes betrieben wird.

15. Feldquelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die als Funkenstrecke ausgeführte Schaltstrecke (8) aus einem edelgasgefüllten Überspannungsableiter besteht.

16. Feldquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Leitungsverbindung zwischen Induktionsspule (3) oder Plattenpaar (4) und dem Störimpulsgenerator (2) Ferritelemente (14) aufgebracht sind.

17. Feldquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur definierten Erzeugung des 1. Durchbruchs des Transistors (13) ein für Wechselspan nung niederohmiges Bauelement (19) zwischen Basis und Emitter geschaltet ist, wobei als ein solches für Wechsel spannung niederohmiges Bauelement (19) eine niederohmige Spannungsquelle einsetzbar ist und die Spannung der Span nungsquelle (19) zwischen negativen Werten, Null und der Flußspannung der Basis-Emitterdiode des Transistors (13) zu steuern ist.

18. Feldquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines stabilen 2. Durchbruchs des Transistors (13) die Basis des Transi stors mit einem für Wechselstrom hochohmigen Widerstand (21) beschaltet ist.

19. Feldquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Triggerung des 2. Durch bruchs in die Basis des Transistors (13) über einen Trig gerschalter (23) ein Strom einer hochohmigen Stromquelle (21) eingespeist wird, wobei diese Stromquelle (21) insbe sondere einen für Wechselstrom hochohmigen Innenwiderstand besitzt.

20. Feldquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines stabilen 1. Durchbruchs und zur Triggerung des 2. Durchbruchs die Basis des in der Schaltstrecke liegenden Transistors (13), gesteuert durch einen Triggerschalter (23), entweder an eine niederohmige Spannungsquelle (19) oder eine hochohmi ge Stromquelle (21) geschaltet ist.

21. Feldquelle nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß gesteuert von einem Gatter (24) als insbesondere für Wechselstrom niederohmiges Bauelement (19) eine Diode eingesetzt ist und als hochohmige Strom quelle (21) ein an der Hilfsspannung V_cc liegender Wider stand (20) der Basis des Transistors (13) vorgeschaltet ist.

22. Feldquelle nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Emitterwider stand (25) in den Stromkreis der Schaltstrecke mit Transi stor (13) eingefügt ist und als für Wechselspannung nie derohmiges Bauelement (19) ein Transistor (26) mit ge ringem Innenwiderstand in seiner Kollektor-Emitterstrecke an die Basis-Emitter-Anschlüsse des Schalttransistors (13) angeklemmt ist.

23. Feldquelle nach einem der Ansprüche 17 bis 20 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erweiterung des Arbeits bereiches der Schaltstrecke für größere Spannungen zwei oder mehrere Transistoren (13) für den Durchbruchbetrieb (1. und 2. Durchbruch) kaskadiert werden, wobei jede wei tere Kaskadenstufe aus einem Schalttransistor (13), einem Teilerwiderstand (27) und einem Block (28.2), bestehend aus Schaltungen zur definierten Erzeugung des 1. und 2. Durchbruchs, aufgebaut ist.