DE606709C - Anordnung zur Erzeugung von Gleichstromstoessen moeglichst rechteckiger Kurvenform aus Wechselstrom - Google Patents

Description

Die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom mittels gittergesteuerter Entladungsgefäße ist bekannt. Um die Pulsationen eines solchen Gleichstromes zu glätten, hat man dem Gitter während der positiven Anodenspannungshalbwelle zu dieser proportionale negative Spannungen zugeführt. Man konnte dadurch wohl eine Verkleinerung der Stromwellen, jedoch keine Beseitigung erreichen; außerdem sank bei Anodenspannung Null der Anodengleichstrom ebenfalls immer auf den Wert Null zurück.

Der Grundgedanke der Erfindung· besteht nun darin, mittels einer gittergesteuerten Entladungsstrecke, bei der das Gitter den Momentanwert des Anodenstromes zu steuern vermag, aus dem Wechselstrom pulsierende Gleichstromstöße möglichst rechteckiger Kurvenform zu gewinnen, deren Momentanwert bei der Anodenspannung Null nicht ebenfalls auf Null sinkt. Man kann dann z. B. durch Kombinierung zweier solcher Ströme durch Gegentaktschaltung einen immer von Null verschiedenen Gleichstrom gewinnen. In vielen Fällen wird dieser Gleichstrom, falls er noch wellenförmig ist, für den praktischen Gebrauch genügend gleichmäßig sein. Anderenfalls gelingt es, durch verhältnismäßig kleine Siebketten die restlichen Schwankungen einzuebnen.

Der Erfindungsgedanke wird nun dadurch verwirklicht, daß das Gitter außer der gegenüber der Anodenspannung um etwa 180 ° in der Phase verschobenen Gitterwechselspannung noch eine positive Gittergleichspannung erhält. Man benutzt dazu solche gittergesteuerten Entladungsstrecken, die nicht im Sättigungsgebiet arbeiten und bei denen das Gitter imstande ist, den Momentanwert des Entladungsstromes zu steuern. Der Anodenstrom sinkt dann· bei Anodenspannung Null nicht auf den Nullpunkt zurück und' weist in seinem Verlauf geringere Schwankungen auf, als wenn die Gitterspannung konstant bleibt. Im Ideal fall werden Gitterspannung und Anodenspannung derart gegeneinander verändert, daß bei Doppelweggleichrichtung der Anodenstrom einen konstanten Wert behält. Dies ist bei den bisher bekannten Anordnungen ohne Gittervorspannung nicht möglich, da sich dort nur der Anodenstrom Null ate konstanter Strom erreichen läßt. Wie bereits erwähnt, kann man mit der erfindungsgemäßen Anordnung geglätteten Gleichstrom erzeugen, wenn man zwei oder mehrere sich in der Stromführung ablösende Anordnungen benutzt.

Im folgenden wird nun an Hand einer Reihe von Kurven und Schaltbildern die Wirkungsweise einer solchen Gleichrichteranordnung beschrieben. Die Erfindung wird für einige wenige Schaltungsanordnungen und auch bei diesen nur an Doppelweggleichrichtern dargelegt, weil diese in der Praxis meist angewandt werden. Damit soll die Erfindung jedoch nicht auf die dargelegten Fälle beschränkt werden. Zunächst zeigt Abb. 1 die Kurve eines sinusförmigen Wechselstromes₅

der gemäß der Erfindung in einen Gleichstrom, wie ihn Abb. 2 zeigt, umgewandelt wird.

Zur Gleichrichtung mögen zwei Entladungsgefäße dienen, deren jedes eine Kathode, ein Steuerorgan und eine Anode besitzt. Die Kennlinien derartiger Entladungsgefäße besitzen zwar bei Werten geringer Anodenströme eine Krümmung, sind jedoch oberhalb gewisser Anodenströme, deren Größe nur von der Konstruktion der Entladungsgefäße abhängig ist, praktisch geradlinig. In Abb. 3 ist die idealisierte Kennlinienschar eines solchen Entladungsgefäßes für Anodenspannungen von ο bis 200 Volt gezeichnet.

Die zwischen Kathode und Anode liegende

gleichzurichtende Wechselspannung mag im Scheitelwert beispielsweise 200 Volt betragen, Bleibt das Gitter auf konstanter Spannung,

z. B. durch Verbindung mit der Kathode auf der Spannung ο Volt, so steigt bei der positiven Halbperiode der Anodenstrom vom Wert Null bis zu einem hohen Wert an und fällt entsprechend wieder auf Null ab.

Erhält jedoch bei der Anodenspannung ο Volt das Gitter eine gewisse positive Vorspannung, so kann auch dann noch ein Anodenstrom aufrechterhalten werden. Benötigt man z. B. bei der in Abb. 3 vorgegebenen Kennlinienschar einen Anodenstrom von 10 mA, so ist eine positive Gittervorspannung von ίο Volt erforderlich. Außerdem sorgt man durch die Gitterwechselspannung dafür, daß die Gesamtgitterspannung vom Nulldurchgang der zeitlich sinusförmig ansteigenden positiven Anodenspannung ab allmählich auf Null absinkt und weiterhin negative Werte annimmt. Bei der Maximalanodenspannung von 200 Volt mag beispielsweise die Gitterspannung gegenüber der Kathode — 70 Volt erreicht haben. Wenn man dafür sorgt, daß sich die Gitterwechselspannung proportional mit den Werten der positiven Anodenspannung, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen ändert, kann während der Dauer der positiven Anodenspannungshalbwelle ein konstanter Anodenstrom erhalten werden. Dies geht aus folgendem hervor: Werden mit i_a, e_g, e_a der Anodenstrom, die Gitter- und die Anodenspannung bezeichnet und ist D der Durchgriff der Röhre, S die Steilheit der i_a-e_g-Kennlinie, so gilt die Differentialgleichung

di_a — S {de_r.. + D-de_a) =0,

C ist eine Konstante. Eine positive Gittervorspannung ist, wie aus der Gleichung für di_a nach Integration derselben und Einsetzen des Wertes für e_g hervorgeht, zur Erzielung eines während der positiven Anodenspannungshalbwelle konstanten Anodenstromes daher unerläßlich. Einen solchen konstanten Anodenstrom zeigt Kurve III in Abb. 3. - Die Kurven I und II stellen Anodenströme für den Fall dar, daß die Gitterwechselspannung nicht genau gleich dem negativen Wert der mit dem Durchgriff multiplizierten Anodenspannung gewählt wird.

Die Differentialgleichung gilt nicht nur für eine sinusförmige Anodenwechselspannung, sondern für eine Anodenspannung irgendeiner beliebigen Form, also auch für die verzerrten Strom- bzw. Spannungsformen, wie sie in der Praxis' meist vorkommen. Es mag jedoch darauf hingewiesen werden, daß in der Praxis trotzdem ein idealer Gleichstrom aus dem Grunde schwer zu erreichen ist, weil mit sinkender Anodenspannung im Gebiet positiver Gitterspannung infolge des hier auftretenden Gitterstromes dieKennlinien von dem idealen Verlauf abweichen. Der erzielbare Gleichstrom ist um so einwandfreier, je größer die Güte des Entladungsgefäßes ist und je weniger positive Gitterspannung man daher anzuwenden braucht.

Während der negativen Halbwelle der Anodenspannung geht bei höheren Anodenspannungen in Hochvakuumröhren kein Anodenstrom über. Die Elektronen werden entweder durch die starke negative Anodenspannung zurückgedrängt oder gehen auf das positiv geladene Gitter über. Bei Anwendung eines Doppelweggleichrichters herrschen nun in jedem Augenblick in jeder Entladungsstrecke die entgegengesetzten Spannungsverhältnisse. In dem Gleichstromkreis dagegen addieren sich die Anodenströme der beiden Phasen zu einem kontinuierlichen, im Idealfall konstanten Gleichstrom.

Die im folgenden beschriebenen Schaltungen sollen als Beispiele dafür dienen, wie man derartige Gleichströme erhält. Abb. 4 zeigt einen Transformator a, aus dessen Sekundärseite bei b die Heizspannung und bei c die Anodenspannung entnommen werden. Die Mittelanzapfung der Heizwicklung b dient, wie üblich, zur Entnahme der positiven Gleichspannung, die Mittelanzapfung des Transformators c zur Entnahme der negativen Gleichspannung. Der Transformator c ist jedoch noch an zwei Stellen d und e angezapft, die so ausgewählt sind, daß die zwischen ihnen vorhandene maximale Spannungsdifferenz der auszusteuernden Gitterspanmingsdifferenz entspricht. In Abb. 3 reicht diese im Idealfall eines konstanten Gleichstromes von + 10 bis — 90 Volt, sie 'beträgt also 100 Volt. Demgemäß beträgt also die Maximalspan-

nung zwischen dem Punkt c und den Punkten d und e je ioo Volt. Man kann auch andere Punkte zur Entnahme der Gitterwechselspannung wählen, jedoch wird dann der Gleichstrom weniger konstant sein, wie Abb. 3 lehrt. Jedes¹ der beiden Gitter erhält nun über eine Drossel eine Gleichspannung, z. B. mittels einer Batterie g, mit dem positiven Pol am Gitter und über je einen Kondensator eine Wechselspannung. Sie dient dazu, dem Gitter bei Anodenspannungen, die in der Nähe von Null liegen, die positive Vorspannung zu geben, so daß dauernd ein Anodenstrom vorhanden ist. Zwar wird, wie schon erwähnt, infolge des Gitterstromes in allernächster Nähe der Anodenspannung Null der Anodenstrom sehr klein, dieser Moment ist jedoch so· kurz, daß die Verringerung des Anodenstromes praktisch ohne wesentliche Bedeutung ist.

Durch Parallelschaltung eines Kondensators f, dessen Kapazität nur wenige Mikrofarad; beträgt, zu den Verbraucherklemmen lassen sich die geringen noch vorhandenen Oberwellen praktisch vollkommen aus dem Ver-

^a5 braucherkreis entfernen.

Unter Zugrundelegung der Verhältnisse der Abb. 3 müßte die Spannung der Gleichstrombatterie 10 VaIt betragen, wobei ihre Kapazität nur gering zu sein braucht.'

Abb. 5 zeigt eine Schaltung, die die gleiche Wirkung, jedoch mit einfacheren Mitteln zu erreichen gestattet. Der Transformator a hat auf der Sekundärseite drei Wicklungen, die Wicklung b für die Heizung, die Wicklunge für die Anodenspannung und die Wicklung d für die Gitterspannung. Bei der Polung der Gitterspannung ist darauf zu achten, daß jedem Entladungssystem die Gitterspannung in entgegengesetztem Sinne wie die Anodenspannung zugeführt wird. Die Spannungen sind in der bereits geschilderten-Weise gegeneinander abgeglichen. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß die bei der zuvor besprochenen Schaltung erforderlichen Drosseln und Kondensatoren fortfallen können. Auch hier kann man die letzten Spuren der Stromschwankungen durch den Kondensator f beseitigen.

Statt der angegebenen Röhre mit zwei Gittern, zwei Anoden und einer Kathode kann man auch zwei getrennte Röhren benutzen, deren Kathoden man parallel oder hintereinander schaltet.

Aus den Abb. 4 und 5 ist zu ersehen, daß die Katihode der positive Pol der erzeugten Gleichspannung ist. Falls man aus besonderen Gründen dem Gitter eine zusätzliche negative konstante Vorspannung zu geben wünscht, kann man diese daher leicht gewinnen, indem man sie zwischen dem positiven und dem negativen Pol der Gleichspannung abgreift.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ι . Anordnung zur Erzeugung von Gleichstromstößen möglichst rechteckiger Kurvenform aus Wechselstrom, von denen jeder etwa die Dauer einer Halbperiode der zugeführten Wechselspannung hat, mit Hilfe einer nicht im Sättigungsgebiet arbeitenden gittergesteuerten Entladüngsstrecke, bei der das- Gitter imstande ist, den Momentanwert des Entladungsstromes zu steuern, und bei der die Gitterwechselspannung gegenüber der Anodenspannung um etwa i8o° in der Phase verschoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitterwechselspannung eine positive Gittergleichspannung überlagert ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Momentanwerte der Gitterwechselspännung zur Anodenwechselspannung gleich dem negativen Durchgriff ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenwechselspannung und die Gitterwechselspannung demselben Transformator entnommen werden.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden- go wechselspannung und die Gitterwechselspannung getrennten Wicklungen entnommen werden.
5. 5. Anordnung zur Erzeugung geglätteten Gleichstromes aus ein- oder mehrphasigem Wechselstrom, gekennzeichnet durch Verwendung von zwei oder mehreren sich in der Stromführung ablösenden Anordnungen nach Anspruch 1 bis 4.
6. 6. Anordnung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß bei Doppelweggleichrichtung für beide Wege ein einziges Entladungsgefäß mit zwei Anoden und zwei Steuergittern Verwendung findet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen