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Einrichtung zur Verstärkung von Relaiswirkungen mit Elektronenröhren
zum Anschluß an ein Wechselstromnetz Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur
Verstärkung von Relaiswirkungen mit Elektronenröhren zum Anschluß an ein Wechselstromnetz.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Relaisanordnungen für Photozellen,
wie sie beispielsweise zum Zählen und Sortieren von Gegenständen, für Verkehrssignale,
zur Regelung von Webstühlen und bei ähnlichen Einrichtungen benutzt werden. Bei
Relaisschaltungen mit Elektronenröhren bzw. bei Verstärkerschaltungen ist es vielfach
üblich, die Gitterspannung für die Eingangsröhre einem Kondensator zu entnehmen,
der aus dem Wechselstromnetz über einen Gleichrichter, und zwar im allgemeinen über
eine Entladungsstrecke, aufgeladen wird. Zur Vermeidung von Rückkopplungserscheinungen
ist es nun wünschenswert, daß die die Gittervorspannung der Eingangsröhre liefernde
Spannungsquelle von dem Anodenstrom völlig unbeeinflußt bleibt. Dient also als Gitterspannungsquelle
in der angegebenen Weise ein Kondensator, so müßte dieser über einen eigens hierfür
vorgesehenen Gleichrichter geladen werden.
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Der Erfindung liegt. nun die Aufgabe zugrunde, diesen Gleichrichter
zur Ladung des Vorspannungskondensators in Form eines Diodensystems mit dem gesteuerten
System der Eingangsröhre zu einer sogenannten Einode zu vereinigen, um den Aufwand
an Röhren möglichst klein zu halten. Die Schwierigkeit dieser Aufgabe liegt darin,
daß beide Entladungssysteme dieser Einode ein und dieselbe Kathode benutzen. Dadurch
ist es nicht ohne weiteres möglich, den Ladestrom des Kondensators von dem Anodenstrom
der ersten Verstärkerstufe völlig zu trennen. Diese Schwierigkeiten werden gemäß
der Erfindung dadurch überwunden, daß das Diodensystem der Zweisystemröhre parallel
mit einem den Vorspannungskondensator enthaltenden Stromzweig an das Wechselstromnetz
angeschlossen ist, wobei in den gemeinsamen Zuleitungen Mittel, z. B. Kondensatoren,
vorgesehen sind, die eine Entladung des Kondensators in das Wechselstromnetz verhindern.
Auf diese Weise werden alle störenden Rückkopplungserscheinungen mit Sicherheit
vermieden. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels, bei dem als zweite Verstärkerstufe des hohen Verstärkungsgrades
wegen eine sogenannte Penthode, d. h. eine Fünfpolröhre, benutzt wird und das auf
die Verwendung ausschließlich von handelsüblichen
Verstärker- bzw.
Gleichrichterröhren zugeschnitten ist. Der Zweck des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels ist die Verstärkung von Photozellenströmen.
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In der Zeichnung bedeutet i ein Gleichrichterrohr, welches zwei voneinander
unabhängige Entladungsstrecken besitzt und zur Aufladung der Kondensatoren 2 und
3 dient. Die beiden Kondensatoren 2 und 3 sind mit je einer Belegung mit einer Leitung
4 des speisenden Wechselstromnetzes verbunden, während die beiden anderen Belegungen
an je eine Elektrode des- Gleichrichterrohres i angeschlossen sind. Die beiden übrigen
Elektroden des Gleichrichterrohres i sind an die Wechselstromzuleitung 5 angeschlossen,
so daß die ganze Anordnung eine Verdoppelung der Spannung bewirkt.
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Der Kondensator 3 liefert die Anodenspannung für ein Elektronenrohr
6. In diesem Elektronenrohr 6 sind mit gemeinschaftlicher Kathode ein Triodensystem
und zwei Diodensvsteme enthalten; dieses Rohr stellt also eine sogenannte Binode
dar. Das Triodensvstem besitzt zweckmäßig einen möglichst großen Verstärkungsfaktor;
die beiden Diodensysteme sind zu einem einzigen verbunden. Der Kondensator 2 liefert
die Anodenspannung für. ein weiteres Verstärkerrohr, und zwar für eine sogenannte
Penthöde 12. Diese enthält eine Kathode 13, eine Anode 14, ein Steuergitter 15,
ein Schirmgitter 16 und ein sogenanntes Fanggitter 17. Das Schirmgitter 16 liegt
an einer geeigneten positiven Spannungsduelle, beispielsweise an der positiven Belegung
des Kondensators 2, und dient zur Herabsetzung der erforderlichen Anodenspannung
sowie dazu, den Anodenstrom im wesentlichen unabhängig von der Anodenspannung zu
machen: Das Fanggitter 17 besitzt Kathodenpotential und dient zur Verminderung der
Sekundärelektronenemission von der Anode 14. In dem Ausführungsbeispiel besitzen
die Entladungsgefäße i, 6 und 14 indirekt geheizte Kathoden. Die Heizfäden 20 sind
gesondert heraüsgezeichnet und liegen in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand
21 an denn Wechselstromnetz.
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Die Diode des Rohres 6 ist nun mit dem Wechselstromnetz 4 und 5 so
verbunden, daß zwar zwischen ihren Elektroden eine Wechselspannung liegt, daß jedoch
eine leitende Verbindung nicht besteht. Zu diesem Zweck ist ein Kondensator 22 und
ein Widerstand 23 vorgesehen, die zusammen einerseits eine gemeinsame Impedanz zwischen
der Kathode B und den Anoden 7 der Diode darstellen und andererseits mit dem Kondensator
3 und dem Blockkondensator 24 einen Wechselstromkreis bilden. Die Kondensatoren
3 und 22 führen in bekannter Weise Wechselstrom, werden aber außerdem in der dargestellten
Verbindung auf ein Gleichstrompotential aufgeladen. Durch den Kondensator 24 wird
verhütet, daß sich der Kondensator 22 durch die Wechselspannungsquelle entlädt,
wenn das lichtempfindliche Relais in Tätigkeit ist. Dadurch wird es ermöglicht,
daß der Kondensator 22 mit Gleichstrom aufgeladen wird, sowie es in der Zeichnung
durch die Minuszeichen angedeutet ist.
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Parallel zu dem Kondensator 22 liegt ein hochohmiger Spannungsteiler,
bestehend aus dem regelbaren Widerstand 26 und einem festen Widerstand
27; an welchem eine regelbare Vorspannüng für das Gitter 2 der Röhre 6 abgegriffen
wird. Mit dem Gitter 9 ist nun die lichtempfindliche Zelle -a9 verbunden, die das
Potential dieses Gitters steuert. Diese Photozelle kann von beliebiger Art sein;
es kann beispielsweise sowohl eine Vakuumzelle als auch eine gasgefüllte Zelle Verwendung
finden. Wenn man eine Relaiswirkung erhalten will, wenn das auf die Photozelle fallende
Licht unterbrochen wird, wird die Photozelle zwischen das Gitter 9 und die Anode
to der Röhre 6, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, geschaltet. Soll dagegen
die Relaiswirkung eintreten, wenn die Photozelle belichtet ist, so muß sie zwischen
den Widerstand 27
und das Gitter 9 gelegt werden. Für diesen Zweck ist eine
Photozellenfassung 30 vorgesehen.
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In den Anodenstromkreis des Triodensystems der Röhre 6 ist parallel
mit einem Widerstand 3 i ein Kondensator 32 geschaltet, der eine gewisse Zeitverzögerung
der Relais-Wirkung bewirkt. Die Anode iö der Röhre 6 ist mit dem Steuergitter 15
der Pentliode 12 verbunden, während die Anode 14 der Penthöde mit einem elektromagnetischen
Relais 33 in Reihe geschaltet ist.
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Es sei darauf hingewiesen, daß das gegenseitige Verhältnis der Impedanzen
des Kondensators 22 und des Widerstandes 23 eine gewisse Freiheit in der Bemessung
dieser Elemente zuläßt, insofern als die gewünschte Gesamtimpedanz der beiden in
Reihe geschalteten Elemente mit verschiedenen Verhältnissen von Kapazität zu Widerstand
erreicht werden kann. Von dieser Möglichkeit wird vorzugsweise Gebrauch gemacht,
um die Zeitkonstante des Gitterkreises der Triode 6 gleich der Zeitkonstanten ihres
Anodenkreises unter Berücksichtigung desjenigen Anodenwiderstandes zu machen, der
sich einstellt, wenn die Photozelle a9 normal belichtet ist. Infolgedessen sinkt
sowohl die Gittervorspannung als auch die Anodenspannung der Triode 6 nach einem
Exponentialgesetz mit der Zeit, wenn etwa die Netzspannung während des Betriebes
der Anordnung plötzlich
absinkt. Das Verhältnis beider Größen bleibt
aber konstant. Unter diesen Umständen ist eine Veränderung des Anodenstromes der
Triode 6 ohne Einfluß auf die Wirksamkeit der Anordnung.
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Die Wirkungsweise der Gesamtanordnung ist nun folgende: Sobald die
Leiter ,4 und an Wechselspannung gelegt werden, fließt ein gleichgerichteter Strom
durch die Gleichrichterröhre i, und die Kondensatoren -2 und 3 werden mit Gleichstrom
so aufgeladen, wie es durch die Plus- und Minuszeichen angedeutet ist. Die Summenspannung
an den beiden Kondensatoren 2 und 3 schwankt zwischen einem Maximum von zweimal
der Scheitelspannung der Wechselstromquelle bei Leerlauf und einem beträchtlich
geringeren Wert bei Belastung, wobei der letztere Wert von dem Belastungsstrom und
der Kapazität der Kondensatoren abhängt. Wenn die Spannung der Wechselstromquelle
i io Volt beträgt, mag diese Spannung*bei normaler Belastung beispielsweise etwa
Zoo Volt betragen. Die an die Reihenschaltung der Kondensatoren 3 und 22, des Widerstandes
23 und des Kondenstors 24 gelegte Spannung ruft einen gewissen Spannungsabfall in
dem Kondensator 22 und dem Widerstand 23 hervor. Da dieser Spannungsabfall den Anoden
7 der Diode gegenüber der Kathode ä aufgedrückt wird, fließt ein pulsierender Strom
in dem Diodenkreis, wenn der Kondensator 22 bis auf den Scheitelwert dieses Spannungsabfalls
geladen ist. Die so auf dem Kondensator 22 entstehende Ladung liefert sowohl eine
Vorspannung für die Röhre 6 als auch eine Spannung für die Photozelle 29, wenn letztere
in der unteren Fassung 3o befestigt ist.
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Man erkennt, daß die beschriebene Schaltung eine Gleichspannung liefert,
die bei Leerlauf ein Maximum besitzt, das größer ist als der doppelte Wert des Scheitelwertes
der zugeführten Wechselspannung. Diese hohe Gleichspannung kann zwischen der oberen
Belegung des Kondensators 2 und der unteren Belegung des Kondensators 22 abgenommen
werden. Man kann auch eine gleichgerichtete Halbwellenspannung erzielen, die größer
ist als der Scheitelwert der aufgedrückten Wechselspannung. Diese Spannung kann
zwischen dem Leiter 4. und der unteren Belegung des Kondensators 22 abgegriffen
werden.
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In Anbetracht dessen, daß der Anodenstromkreis der Penthode 12, der
Anodenstromkreis der Triode 6 und der Gitterkreis der Triode von getrennten Kondensatoren
2, 3 bzw. 22 gespeist werden und daß die Kopplung zwischen diesen Kreisen vernachlässigbar
klein ist, werden Rückkopplungserscheinungen in beiden Röhren vollständig vermieden.
Nimmt man an, daß die Photozelle 29 in der oberen Fassung 3o befestigt ist und von
einer Lichtquelle mit einem konstanten Lichtstrom beaufschlagt wird, so fließt ein
photoelektrischer Strom durch die Röhre 29, welcher bestrebt ist, das Potential
des Steuergitters 9 von negativen Werten in Richtung auf positive Werte zu verschieben.
Die Verhältnisse werden zweckmäßig so gewählt, daß in diesem Fall das Potential
des Gitters 9 nahe dem Wert liegt, bei welchem die Entladung in der Triode 6 gesperrt
wird. Durch die Röhre 6 fließt dementsprechend ein geringer Anodenstrom, der seinen
Weg durch den Anodenwiderstand 31 nimmt und in diesem einen Ohmschen Spannungsabfall
hervorruft. Dieser Obmsche Spannungsabfall stellt die negative Vorspannung des Steuergitters
15 der Penthode 12 dar. Unter diesen Umständen ist der Anodenstrom der Penthode
12 gleich Null oder nur sehr klein.
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Sobald der auf die Photozelle fallende Lichtstrom unterbrochen wird,
wird diese Photozelle nichtleitend, und das Potential des Gitters 9 wird hinreichend
negativ, um den Anodenstrom der Röhre 6 zu sperren. Bei Unterbrechung dieses Anodenstromes
entlädt sich der Kondensator 32 über den Widerstand 3 i, und die negative Vorspannung
des Steuergitters 15 verschwindet. Dadurch kommt wiederum ein verhältnismäßig großer
Anodenstrom durch die Spule des Relais 33 zustande, so daß dieses anspricht. Durch
geeignete Bemessung der Kapazität des Kondensators 32 kann die Zeitverzögerung,
mit der das Relais 33 anspricht, beliebig verändert werden.