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Anordnung zur Erzeugung symmetrischer Rechteckspannungskurven aus
einer Wechselspannung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung einer
Rechteckkurve aus einer Wechselspannung. Es ist bereits bekannt, aus einer Wechselspannung
mit Hilfe einer die Spannungshalbwellen beschneidenden Entladungsanordnung, die
in Serie mit einem Widerstand an dieser Spannung liegt, eine Rechtcckkurve zu erzeugen,
die an der Entladungsanordnung abgenommen wird. Als Entladungsanordnung kann beispielsweise
eine Glimmstrecke dienen, die im allgemeinen in beiden Durchlaßrichtungen einen
vom Stromdurchgang praktisch unabhängigen Spannungsabfall aufweist und somit eine
recht gute Rechteckspannungsform ergibt. Dabei ist die Form der Spannungskurve innerhalb
weiter Grenzen von der Belastung unabhängig. Statt der in beiden -Stromrichtungen
durchlässigen Glimmstrecke können auch zwei mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung
parallel geschaltete Entladungsstrecken Verwendung finden.
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Es ist ferner bereits bekannt, eine solche hechteckkurve zur Erzeugung
von Impulsen heranzuziehen. indem inan nachträglich
eine
Differentiation der
hechteckkurve durch ein
| RC-Glied vornimmt. Dabei ergeben sich um |
| so höhere Impulsspannungen und um so |
| kürzere Impulsdäuern, je rascher der Strom- |
| übergang von einer Durchlaßrichtung zur |
| anderen erfolgt. |
| Man wird daher im allgemeinen das Ver- |
| hältnis .'#,ischeli,X '# #-,trlmplitude der zu be- |
| schneidenden '\#-ephselspanneg und der aus |
| digser. @c@iy ;,tlt=n2es93n@idung erzeugten |
| Rechteckspa:nnung möglichst groß wählen. |
| Weiiethin ist;'.värg@schlagen I-orden, an |
| Stelle des der *Ventilstreckenanordnung vor- |
| geschalteten Ohmschen Widerstandes, der die |
| Beschneidung der Wechselspannung bewirkt, |
| eine Selbstinduktion vorzuscha;@n, welche |
| du rdi,jj3# Ä,3,pazitäsein kann. |
| bürch diese Selbstinduktion erreicht man, |
daß der Übergang von den positiven zu den negativen Halbwellen der Rechteckspannungskurve
in außerordentlich kurzer Zeit vor sich geht. Die Dauer dieses Wechsels der Stromrichtung
ist lediglich abhängig von der Eigenkapazität der vorgeschalteten Selbstinduktion,
die durch den Schaltvorgang zu einer Schwingung angestoßen wird. Dabei wird diese
Schwingung sofort nach dem Einsetzen des Stromes in umgekehrter Richtung wieder
gedämpft und damit unterbrochen. Bei Wahl entsprechender Selbstinduktionen lassen
-sich somit äußerst kurzzeitige Impulse erzielen. Die Anwendung der für derartige
Zwecke meist gebrauchten Gasentladungsröhren bringt jedoch den \Tachteil mit sich.
daß der Übergang von einer Stromrichtung in die andere innerhalb der Gasentladung
stets mit einer geraumen Zeit verbunden ist, da die beim Stromloswerden der Entladungsstrecke
zurückbleibende Ionisation bei sehr raschem Stromwechsel bereits bei sehr kleinen
Spannungen den Strom in umgekehrter Richtung zu rühren gestattet. Demzufolge kommen
die Vorteile, die man dadurch, daß man der \'etitilstreckenanordnung an Stelle eines
Ohmschen Widerstandes eine Selbstinduktion vorschaltet, oder aber durch Verwendung
entsprechend hoher Wechselspannungsamplituden bzw. Frequenzen zu erzielen wünscht,
nicht voll zur Geltung.
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Es ist Ziel der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen. die gleichfalls
zur Erzeugung von Rechteckspannungskurven aus einer Wechselspannung durch Beschneiden
der Wechselspannungshalbwellen dient und bei der diese bei der Erzeugung extrem
kurzzeitiger Impulse auftretenden Nachteile vermieden werden. Die Erfindung bestellt
darin, claß an der speienden Wechselspannung in Reihe mit einem Widerstand eine
Parallelschaltung aus zwei Stroluzweigen liegt, von denen jeder eilte Serienschaltung
von einer Ventilstrecke mit einem durch einen Ableitwiderstand überbrückten Kondensator
aufweist und hei denen die `'entilstrecken entgegengesetzte Durchlaßrichtung aufweisen.
Für diese Ventilstrecken wird man dann, wenn es sich um die Erzeugung extrem kurzzeitiger
Impulse gemäß den vorstehenden Erwägungen hanc'.elt, zweckmäßig Hochvakuum-Glühkathoden-Ventilröhren
verwenden, da sie keine Entionisierungsschwierigkeiten verursachen und sich gleichfalls
mit hinreichend kleinen Kapazitäten herstellen lassen. jedoch läßt sich die Erfindung
beispielsweise auch dann mit Vorteil verwenden, wenn es gilt, aus irgendwelchen
Gründen jede Art von Entladungsröhren zu vermeiden, beispielsweise bei Anordnungen,
die starken Erschütterungen ausgesetzt sind. In diesem Fall kann die Verwendung
von Trockengleichrichtern in Erwägung gezogen werden.
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Die Wirkungsweise einer Anordnung gemäß der Erfindung beruht darauf,
daß sich an den den beiden Ventilstrecken vorgeschalteten Kondensatoren eine Aufladung
herausbildet, die während der einzelnen Perioden der an die Anordnung gelegten Wechselspannung
sich nur geringfügig ändert. Dabei strebt diese Aufladung der Kondensatoren sehr
rasch einem Grenzwert zu, der durch das- Verhältnis -des Vorwiderstandes zum Kondensatorableitwiderstand
bedingt ist. Die Amplitude der erzielten Rechteckspannung hängt dabei in gewissem
Grade von der Belastung der Anordnung ab. jedoch kann man stets dieser Belastung
durch entsprechende Bemessung der Kondensatoren und Ableitwiderstände Rechnung tragen.
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Unter Umständen besteht die Gefahr. daß die mit einer solchen Anordnung
erzeugte Rechteckspannungskurve unsymmetrisch ist, verursacht durch Abweichungen
der einzelnen Schaltelemente in den beiden. antiparallel Creschalteten Stromzweigen.
Diese Unsvinmetrien werden sich bei Verwendung der Anordnung zur Erzeugung von Impulsen
mit wechselweise positivem und negativem Vorzeichen durch anschließende Differentiation
dadurch bemerkbar machen, daß der Phasenunterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Impulsen wechselnden Vorzeichens nicht genau iSo° beträgt. Dieser Nachteil läßt
sich dadurch vermeiden, daß in Serie mit der Parallelschaltung der beiden Stromzweige
mit den beiden antiparallel geschalteten Ventilstrecken ein Kondensator vorgesehen
wird und claß die Nutzspannung a.i der Serienschaltung dieses Kondensators mit (1e11
beiden Stromzweigen abgenommen wird. hie svninietrierende Wirkung eines solchen
Kondensators wird dadurch hervorgerufen. daß der Kondensator infolge des un gleichmäßig-vn
hurchlaßvermögens der beiden antiparallel
geschalteten Kreise für
die beiden Stromrichttlnen eine Aufladung erfährt, die sich lange fortsetzt, bis
die Anordnung in leiden Stromrichtungen den gleichen Strom hießen läßt. Der Kondensator
erfährt infolgedessen eine Aufladung durch eine Gleichspatlnung, die der Hälfte
des Unterschiedes des Spannungsabfalls an der Anordnung in leiden Stromrichtungen
entspricht. Auch bei :\tideruttgen dieser Spannungsabfälle während des Betriebes
folgt die Vorspannung des Kondensators dieser Änderung sofort, so daß sich stets
eine einwandfrei symmetrische Rechteckspännung als Nutzspannung ergibt. Der Kondensator
wirkt somit als Gleichspantiungs(luelle, die den Unterschied der leiden Spannungsabfälle
kompensiert und sich zwangsläufig auf den in jedem Zeitmoment erforderlichen Wert
einstellt.
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Das Einschalten des Kondensators vor die =\nordtiung hat zur Folge,
daß die von der Serienschaltung abgenommene Nutzspannung ihren \Vert während einer
jeden halben Periode nicht völlig konstant beibehält, sondern geringfügig entsprechend
der zusätzliclien Unlladulig des Kondensators während j(#cler halben Periode ansteigt.
Dieses Anmacht sich um so stärker bemerkbar, je kleiner der Kondensator ist. In
vielen Fällen interessiert bei der Verwendung einer solchen Rechteckspannung lediglich
der Überder der Spannungskurve von dem einen (rrcnzsl)ainiuligswert zum entgegengesetzten,
beispielsweise wenn es sich um die bereits crt%-:ilinte Erzeugung kurzzeitiger Impulse
durch Dilterentiation der Rechteckspannungskurvc Bandelt. In diesem Fall kann man
den I@cnuicnsator relativ klein bemessen. Wird de>.:,=chcn eine hohe Konstanz der
abgenommenc11 11@aI111@@I1g innerhalb einer jeden Halb-; :#riode gefordert, so wird
man den Kondensator ciitslirechend groß bemessen müssen.
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I)ic Vorteile einer Anordnung gemäß der I-.rtin(lung kommen besonders
stark zur (;clttuitz, wenn man in an sich aus derTechnik (icr (,:isentladungsröhren
bekannter Weise der ;\nordnung an Stelle eines Ohmschen \\'i(lcrstandes eine Selbstinduktion
vorschaltet. 1)eiiii die Anordnung gemäß der Erfinilui>_g cri.iuht es, die mit einer
solchen Selbstiiicltiktion verbundene extrem rasche Umkehr ch#r Spaiitiung all der
@entilstrecl:cnauordwill:; riii%%':111(Ifrci auszunutzen, ohne daß eine \,(.1zvi-i-itng
(Irr Kurve durch Entionisierungs-@c@r@:ing: in den Ventilstreclell eintritt. \1":
lt: rhüi kann in der Anordnung eine Kapar.it:it @oi;geschen werden, die zur Kompen-#aticm
cler der :\nordnutig voreschalteten @@#ilialiiclul:twn dient. Man erreicht auf diese
daß der die Anordattng speisende ( iviirrator 17w. Transformator eine rein reelle
1 Belastung erfährt. Besonders vorteilhaft ist es, diese der Kompensation dienende
Kapazität parallel zu dem die Wechselspannung liefernden Generator bzw. Transformator
zu schalten.
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Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung wird ein Ausführungsbeispiel
derselben im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung beschrieben und dargestellt:
Die Rechteckspannungshalbwellen werden durch Beschneidung der von dem Transformator
z gelieferten Wechselspannung erzeugt. Zu diesem Zweck sind in zwei Stromzweigen
die beiden antiparallel geschalteten Ventilstrecken bzw. Dioden 2 und 2' vorgesehen.
Jeder dieser beiden Dioden ist ein Kondensator 3 bz.w. 3' mit parallel hierzu geschaltetem
Ableitwiderstand .4 bzw. q.' vorgeschaltet. Demzufolge bildet sich an jedem dieser
beiden Kondensatoren 3 und 3' eine Aufladung aus, die durch das Verhältnis zwischen
den Ableitwiderständen und dem vorgeschalteten Widerstand (im dargestellten Beispiel
also der Selbstinduktion S) und durch die Stromentnahme der Anordnung bestimmt ist.
Dieser Anordnung ist ferner ein Kondensator 5 vorgeschaltet, um eine Symmetrierung
der erzeugten Rechteckspannung auch für den Fall zu erzwingen, daß die Werte der
Schaltelemente in den die Ventilstrecken 2 bzw. 2' aufweisenden Stromkreisen geringfügig
voneinander abweichen sollten. Dabei wird man den Kondensator so groß, wie es die
Verhältnisse irgend zulassen, bemessen. Die rechteckförmige Nutzspannung wird man
an der Serienschaltung dieses Kondensators 5 mit den beiden die `Jentilstrecke aufweisenden
Stromzweigen, also an den Klemmen Al und A2 abnehmen. Soll die Rechteckspannung
zur Erzeugung von Impulsen herangezogen werden, so erfolgt eine nachträgliche Differentiation
dieser Rechteckspannungskurve mit Hilfe einer Serienschaltung aus einem Kondensator
G und einem Ohmschen Widerstand 7. Die Impulsspannung wird dabei am Ohmschen Widerstand
7, also an den Klemmen 131 und B2 abgenommen. Zur Erzielung eines möglichst raschen
Wechsels der Stromrichtung am Ende einer jeden Halbperiode ist der Anordnung all
Stelle eines OhinschenWiderstandes eine Selbstinduktion S vorgeschaltet. Dabei wird
die Blindlast der Gesamtanordnung für (teil speisenden Tr<ansforinator t durch
einen dein Transformator parallel geschalteten Kondensator 9 kollipensiert.