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Verfahren zur Frequenzteilung mittels einer Kathodenstrahlröhre Auf
verschiedenen Gebieten der Elektrotechnik besteht die Aufgabe, aus einer Grundfrequenz
eine Teilfrequenz abzuleiten, deren Periode ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenzperiode
beträgt. Eine Anwendung liegt z. B. beim Fernsehen vor, wo die Zeilenwechsel- und
die Bildwechselfrequenz zweckmäßig von einer Normalschwingung abgeleitet werden,
wodurch zugleich eine phasenstarre Beziehung zwischen ihnen eingehalten werden kann.
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Bei den bisher gebräuchlichen Verfahren zur Frequenzteilung war der
Teilungsfaktor durch elektrische Größen bestimmt. Es wurde z. B. ein Kondensator
stufenweise aufgeladeri, bis seine Spannung zur Zündung einer Glimmröhre o. d'gl.
ausreichte, wodurch dann eine Schwingung der Teilfrequenz ausgelöst wurde. Es hat
sich aber herausgestellt, daß dabei das gewünschte Verhältnis der beiden Frequenzen
nicht immer genau eingehalten wird, sondern daß die Anordnung häufig eine Schwingung
der Grundfrequenz zu früh oder zu spät zum Kippen kommt. Die bekannten Anordnungen
sind infolgedessen nur für sehr wenige Teilungsfaktoren, 3, 5 und 7, brauchbar.
Da aber in der Praxis bei weitem größere Teilungsfaktoren benötigt werden, muß man
die Teilung in mehreren Stufen vornehmen, wobei man immer an die drei genannten
Zahlen gebunden ist. Infolgedessen können praktisch nur Teilfrequenzen hergestellt
werden, die ein Produkt aus den genannten -Zahlen sind.
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Durch die Erfindung werden diese Nachteile beseitigt. Die Frequenzteilung
wird mit Hilfe einer Kathodenstrahlröhre vorgenommen, wobei in einer einzigen Stufe
erheblich größere Teilungsfaktoren ausgenutzt werden können und die Beschränkung
auf bestimmte Zahlen fortfällt.
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Gemäß der Erfindung wird das Teilungsverhältnis durch ein mechanisches
System in Form eines vom Strahl überstrichenen Schirmes festgelegt. Durch dieses
System und die an einem Ablenksystem liegende Grundfrequenzspannung wird der Strahl
zwangsläufig so geführt, daß er nacheinander eine bestimmte Anzahl, z. B. 27, 32
oder 40 usw., Schwingungen der Grundfrequenz abzählt. Alsdann wird eine Schwingung
der Teilfrequenz ausgelöst, wonach sich der Vorgang wiederholt.
An
Hand der Zeichnung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens
erläutert. Fig. i zeigt das Ende einer Kathodenstrahlröhre mit dem vom Strahl überstrichenen
Schirm S im Schnitt. Fig. 2 ist die zugehörige Schaltung. In Fig. 3 ist der Schirm
in der Ansicht dargestellt, während Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Schirm in vergrößertem
Maßstab zeigt. Fig. 5 endlich stellt einen Ausschnitt aus dem Schirm bei einer abgeänderten
Form des Erfindungsgedankens dar.
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In Fig. i trifft der Strahl i von links auf den Schirm S. Auf der
Kolbenwand 2 befindet sich ein Leuchtschirm 3, der an ein solches Potential angeschlossen
ist, daß er gegen den Schirm .S stets positiv ist. Er dient zum Absaugen etwa auf
dem Schirm ausgelöster Sekundärelektronen und zur Überwachung der Vorgänge in der
Röhre. Da der Schirm S durchbrochen ist, wird stets ein Teil des Strahles durch
ihn hindurchtreten und auf dem Leuchtschirm eine sichtbare Spur aufzeichnen. In
der Ebene des Schirms S ist ferner ein von diesem isoliert angeordneter Rücklaufleiter
R vorgesehen, dessen Wirkungsweise weiter unten erläutert wird. Die Schaltung geht
aus der Fig.2 hervor. Der Schirm S ist über einen Widerstand 4 an eine Spannung
von beispielsweise -;- iooo Volt gegen Erde angeschlossen. Die Spannung -iooo Volt
kann an der Kathode der Röhre liegen. Mit dem Schirm ist die Ablenkplatte 5 des
in senkrechter Richtung wirkenden Ablenksystems 5, G unmittelbar verbunden. Die
andere Platte 6 liegt an Erde. Von den Platten des zweiten, in waagerechter Richtung
wirkenden Ablenksystems liegt die Platte 7 über die primäre Wechselspannung' 9 an
Erde, während die andere Platte 8 einmal unmittelbar mit dem Rücklaufleiter R und
ferner über einen Widerstand io mit Erde verbunden ist.
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Die primäre Frequenz, aus der eine Teilfrequenz von längerer Periode
abgeleitet werden soll, liegt an dem in waagerechter Richtung wirkenden Ablenksystem
7, B. Würde der Strahl nur in dieser einen Richtung abgelenkt werden, so würde er
den Schirm S der Fig. 3 in stets gleichbleibender Höhe etwa über seine gare Breite
überstreichen. Die Ablenkspannung wird so groß gewählt, daß der Strahl auf keiner
Seite über den Schirm hinausläuft. Die Ablenkung in der anderen Richtung wird durch
das Auftreffen des Strahls auf den mit der Platte 5 verbundenen Schirm S bewirkt.
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Fig.4 stellt einen Teil des obersten Abschnittes des Schirmes dar.
Es sei angenommen, daß der Strahlquerschnitt i i auf die rechte Hälfte des obersten
Schirmdrahtes auftreffe, jedoch nur mit einem kleinen, und zwar dem obersten Teil
seines Querschnittes. Er wird nun durch das zwischen den Platten 7 und 8 liegende
Feld der Ausgangsfrequenz nach links geführt. An der Stelle 12, wo der Draht abgeknickt
ist, würde er plötzlich eine größere Fläche des Drahtes bedecken. Infolgedessen
würden mehr Elektronen auf den Draht treffen, so daß an diesem ein Spannungsstoß
entsteht. Wird der Schirm S mit einer wenig sekundäremittierenden Oberfläche, z.
B. Ruß, versehen, so ist der Spannungsstoß negativ, da die Zahl der Sekundärelektronen
kleiner ist als die der auftreffenden Primärelektronen, und da die Sekundärelektronen
durch das höhere Potent tial am Leuchtschirm abgesaugt werden. Der negative Spannungsstoß
tritt sofort an der Ablenkplatte 5 auf, so daß der Strahlquerschnitt nach unten
gezogen wird. Die beim Auftreffen des Strahls auf eine größere Schirmfläche einsetzende
negative Potentialänderung macht es unmöglich, daß der Strahl den Draht jemals nach
oben überschreitet. Er wird sich vielmehr stets auf einen solchen Gleichgewichtswert
einzustellen suchen, daß die an der Platte 5 herrschende Spannung gerade so groß
ist wie der Spannungsabfall über den Widerstand 4, der von dem auf den Schirm S
treffenden Strahlstromanteil herrührt. Der Strahlquerschnitt muß sich also stets
an der unteren Kante des Drahtes entlang bewegen und bei 12 schräg nach links unten
weiterlaufen. Gelangt der Strahlquerschnitt nun an die Gabelung 13, so wird
er mit großer Fläche auf den Drahtschirm auftreffen. Infolgedessen erhält er einen
starken Impuls nach unten, der ihn sofort über den Querdraht 14 hinwegzieht. Der
Vorgang geht dann in derselben Weise weiter wie auf der rechten Drahthälfte, d.
h. der Strahl wandert in konstanter Höhe nach links. Selbst wenn an den Ablenkplatten
für einen Augenblick eine Störspannung auftritt, ist dies unschädlich, solange sie
nicht ausreicht, den Strahlquerschnitt über eine Entfernung nach oben oder unten
abzulenken, die größer ist als die Drahtstärke bzw. als der vertikale Abstand der
Drähte.
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Wenn die Ausgangsspannung 9 an ihrem Extremwert angelangt ist, kommt
der Strahlquerschnitt etwa am linken Ende des Drahtes zum Stillstand. Er läuft nunmehr
denselben Weg wieder zurück, wird jedoch an der Verzweigungsstelle 13 nach unten
geführt und springt schließlich über den Querdraht 15 auf den nach rechts weisenden
zweiten Draht des Schirms. Er läuft hier wieder bis zum rechten Ende, dann zurück,
um dann auf den linken zweiten Draht überzugehen usw. Dadurch, daß der Strahl stets
unterhalb des
Führung,sdrahtes bleibt, muß er bei jeder Periode
der Primärwechselspannung um einen Draht nach unten rücken. Um die obenerwähnte
Gleichgewichtsbedingung einzuhalten, muß dabei der auf die Schirmfläche treffende
Anteil des Strahlquerschnitts um so größer werden, je weiter der Strahl nach unten
rückt.
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Durch den beschriebenen Vorgang werden die Drähte, an deren Stelle
natürlich auch in gleicher Weise wirkende Stäbe oder Streifen usw. treten können,
einer nach dem anderen abgezählt. Ist der Strahl nun am unteren Ende des Schirms
angelangt, so wird er von dem letzten nach rechts weisenden Draht 16 freigegeben.
In@ diesem Augenblick wird die Platte 5 positiver, da der Strahl jetzt nicht mehr
auf S trifft und, infolgedessen der durch den Widerstand ¢ fließende Strom fort=
fällt, der die Spannung an der Platte 5 bisher tief hielt. Infolgedessen fällt der
Strahl nach oben: zurück.
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Um den Strahl wieder in seine Anfangsstellung zurückzuführen, ist
der Rücklaufleiter R vorgesehen. Dieser ist mit der Ablenkplatte 8 verbunden undebenfalls
mit einer wenig sekundäremittiereniden Oberfläche versehen, so daß er, wenn; der
Elektronenstrahl auf ihn trifft, den Strahl nach rechts ablenkt. Der Rücklauf vollzieht
sich nun folgendermaßen: Infolge der von der Wechselstromquelle 9 gelieferten Spannung
wird der Abtaststrahl nach dem Durchlaufen des Schirms S vom Endstück 16 freigegeben.
Er läuft nach oben und trifft auf den Rücklaufleiter R. Da der Schirm S nach wie
vor keinen Strom erhält, hält die Bewegung nach oben an. Der Strahl muß jetzt am
rechten Rand des Rücklaufleiters entlang laufen, da hier ganz entsprechende Gleichgewichtsbedingungen
für die Bewegung des Strahls in der Waagerechten gelten, wie sie vorhin für den
Schirm S beschrieben wurden. Der Rücklaufleiter kann also nicht nach links überschritten
werden. Am Ende 17 verläßt -der Strahl den Rück laufleiter, und die Abl-enkplatte
8 wird durch den. Widerstand io entladen (also positiver), so daß der Strahl nunmehr
wieder allein unter dem Einfluß der Wechselspannung 9 steht. Er muß also längs des
obersten Drahtes von S nach links laufen und den Schirm von neuem überstreichen.
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Da während des Rücklaufs nur die Schaltkapazitäten aufzuladen sind,
ist die Geschwindigkeit des Rücklaufvorganges so groß, daß die in der Zwischenzeit
erfolgende Änderung der Primärwechselspannung praktisch vernachlässigt werden kann.
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Als Ausgangselektroden können nun sowohl der Schirm S als auch der
Rücklaufleiter R benutzt werden. An dem ersteren erhält man eine Sägezahnspannung,
die entsprechend dem zunehmenden., vom Strahl getroffenen Oberflächenanteil etwa
treppenr förmig absteigt und beim Übergang des Strahlquerschnitts auf den Rücklaufleiter
wieder zurückspringt. Die Grundfrequenz dieser Spannung beträgt i/n der Ausgangsfrequenz:,
wenn n die Anzahl der im Schirm enthaltenen, von links nach rechts durchgehenden
Drähte bezeichnet.
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Am Rücklaufleiter R kann eine Spannung abgenommen werden, die aus
kurzen, in erster Näherung rechteckigen Impulsen besteht, deren Frequenz die gleiche
ist wie die der am Schirm S abnehmbaren Spannung. Dies ergibt sich daraus, daß der
Rücklauf--Leiter während des größten Teils der Periode überhaupt nicht vom Strahl
getroffen wird, also auch- keinen Strom erhält. Die kurzen Impulse entsprechen.
dem Rücklauf des Strahls.
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Das Potential der Ablenkplatte 6 ist zeitlich konstant, das der Platte
7 ist durch, die Ausgangswechselspannung g gegeben. Die Platte 5 und damit der Schirm
S können beispielsweise zwischen -ioo und -E- ioo Volt gegen Erde schwanken, während
der Rücklaufleiter normalerweise beispielsweise das Potential 0, und während
-der Rückläufe -ioo Volt Spannung besitzt.
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*Die Anordnung kann selbstverständlich dahin abgeändert werden, daß
die Oberfläche des Schirms und bzw. oder diejenige des Rücklaufleiters stark sekundäremittierend
ausgebildet wird. In diesem Fall müssen die Spannungsverhältnisse sinngemäß abgeändert
werden. Es ist ferner grundsätzlich möglich, die Ablenkplatten durch magnetische
Ablenksysteme zu ersetzen, die an die Primärwechselspannung angeschlossen bzw. mit
dem auf den Schirm oder den Rücklaufleiter fließenden Strom gespeist werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Schirm nicht
wie bisher zum Antrieb, sondern . zur Sperrung der Strahlbewegung benutzt. In diesem
Fall kann der Schirm etwa wie in Fig. 5 ausgebildet werden: Die Bewegung des Strahls
geschieht dann beispielsweise mit Hilfe eines durch einen Widerstand fließenden
Stroms, der eine in senkrechter Richtung wirkende Ablenkplatte kontinuierlich auflädt.
Der Gleichgewichtszustand entsteht dadurch, daß der auf den Schirm- fließende Strom
eine diese Bewegung hindernde, also ihr entgegengerichtete Ablenkung hervorruft.
Der Strahlquerschnitt 2i wird also in der Fig. 5 längs des Drahtes 22 nach rechts
laufen. An der Stelle, wo der Draht aufhört, kann er nach unten fallen, um hier
von dem Draht 23 aufgefangen und an diesem festgehalten zu
werden,
bis die Ausgangsspannung, die wie früher die Ablenkung von links nach rechts und
umgekehrt bewirkt, den Strahlquerschnitt an das linke Ende des Drahtes 23 geschoben
hat, von wo er wieder Weiterfallen kann, wie die punktierte Linie andeutet. Die
Drähte : 2, 23 usw. liegen dabei alle auf gleichem Potential. .
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Um den Strahl wieder zurückzuführen, kann bei dieser Ausführungsform
am Ende der Bahn des Strahles eine isoliert angeordnete Elektrode vorgesehen sein,
die eine Röhrenanordnung in Betrieb setzt, die den Strahl wieder in die Ausgangsstellung
zurückführt. Eine andere Lösung besteht darin, daß diese Röhrenanordnung dauernd
mit dem Schirm verbunden bleibt und bei Erreichung eines bestimmten Potentials nach
dem Durchlaufen der Treppe stromdurchlässig wird und (las Rückkippen bewirkt. In
diesen Fällen braucht der Strahl nicht außerhalb des Schirmes zurückgeführt zri
werden, sondern er kann diesen mit großer Geschwindigkeit glatt durchlaufen, ohne
durch die Querdrähte gehemmt zu «-erden.