DE767678C

DE767678C - Verfahren zur Verringerung der Belastungsabhaengigkeit bei einer Schaltung zum Erzeugen einer hohen Gleichspannung

Info

Publication number: DE767678C
Application number: DEF85353D
Authority: DE
Inventors: Herbert Baehring
Original assignee: Fernseh GmbH
Current assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Priority date: 1938-07-22
Filing date: 1938-07-22
Publication date: 1953-03-30
Also published as: CH217092A; FR858157A; BE435456A

Description

AUSGEGEBENAM
30. MÄRZ 1953

sich

Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung einer hohen Gleichspannung aus Spannungsimpulsen, die an Induktivitätseystemen abgenommen werden, und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Stabilisierung der abgenommenen Hochspannung.

Es ist bekannt, die bei Speisung einer Induktivität mit nicht sinusförmigen, vorzugsweise sägezahnförmigen Strömen während verhältnismäßig schneller Änderung der Stromstärke, z. B. während der kurzen sog. Rücklaufzeit des Sägezahnstromes, an dieser Induktivität auftretenden hohen Spannungsspitzen gleichzurichen und gegebenenfalls nach weiterer Siebung zur Speisung von Braunschen Röhren für Fernseh- und Oszillographenzwecke zu benutzen.

Die Höhe der so¹ erzeugten. Gleichspannung hängt jedoch, sofern keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, weitgehend von der jeweiligen Belastung ab. Es wurde vorgeschlagen, diesen Nachteil, der die praktische Verwendung dieses sonst an sich sehr praktischen und zweckmäßigen Verfahrens zur Hochspannungsgewinnung für viele Zwecke verhindert, dadurch teilweise zu beseitigen, daß dem Rücklauf anstatt eines aperiodischen ein periodischer Charakter gegeben wird.

Dies gibt ein befriedigendes Resultat, wenn der aus Induktivität und Gleichrichterröhre bestehende Hochspannungsgenerator einen verhältnismäßig niedrigen Ohmschen Widerstand S besitzt. Bei einem hohen Ohmschen Widerstand des Hochspannungsgenerators ergibt sich jedoch eine Belastungsabhängigkeit, die hohen Ansprüchen hinsichtlich der Belastungsunabhängigkeit der abgegebenen Gleichspannung nicht genügt.

Es ist ferner bekannt, bei einer Gleichspannungsgewinnung aus fortlaufend aneinanderschließenden Impulsen diesen eine Oberschwingung zu überlagern, so daß fortlaufend ein Spannungszug geringer Pulsation erhalten wird, so· daß eine Beruhigung dieser nur mit geringen Werten schwankenden Spannung leicht möglich ist. Die Anwendung dieses bekannten Verfahrens zur Vergleichmäßigung von aus Wechselimpulsen gewonnenen Spannungswerten auf ein Verfahren zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung aus Spannungsimpulsen, die an Induktivitäten abgenommen werden, welche von Sägezahnströmen mit kurzem Rücklauf durchflossen werden, ist nicht ohne weiteres möglich. Bei der Gewinnung einer hohen Gleichspannung aus den Rücklaufspitzen liegen diese weit auseinander, daß sie nur während eines Bruchteils der Rücklaufzeit auftreten, die an sich im allgemeinen nur io⁰/» der Sägezahnhinlaufzeit beträgt. Auch würde man nicht zum gewünschten Ziel kommen, wenn man den während der Rücklaufzeit auftretenden Spannungsimpulsen Schwingungen überlagern würde, die ein Vielfaches der Impulsfrequenz betragen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Belastungsabhängigkeit bei der Erzeugung einer hohen Gleichspannung mittels Gleichrichterröhren aus Spannungsimpulsen, die ungefähr die Form einer Sinushalbwelle besitzen und die an Induktivitäten abgenommen werden, die von Sägezahnströmen mit kurzem Rücklauf durchflossen werden, und besteht darin, daß die während der Rücklaufperiode auftretenden gleichzurichtenden Impulse mit einer harmonischen Überschwingung überlagert werden, deren Frequenz dreimal so groß wie die Rücklaufgrundfrequenz ist und deren Beginn praktisch gleichphasig (Kurve a, b in Abb. 2 a) mit der Grundschwingung auftritt.

Zur Durchführung dieses Verfahrens wird zweckmäßigerweise eine Anordnung verwendet, bei der das Induktivitätssystem aus mindestens zwei gekoppelten Systemen besteht, deren Eigenfrequenzen sich wie 1 :ß verhalten. Gemäß einer weiteren Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung wird das Induktivitätssystem als Transformatorrückkopplungsschaltung ausgebildet, hei dem die Frequenz der Streuinduktivitätsschwingung der Hochspannungswicklung dreimal so groß gewählt wird wie die Eigenschwingung des Schwingungskreises, der aus der Gitterbetriebskapazität und der zwischen Gitter und Kathode wirksamen Induktivität besteht. Zweckmäßigerweise erfolgt die Abstimmung durch Veränderung der Streuinduktivität der Hochspannungswicklung.

Bei der Gleichrichtung wirkt die Gleichrichterröhre im stationären Zustand als eine mit der erzeugten Hochspannung vorgespannte Diode. Diese Diode wird stromdurchlässig, sobald an ihrer Anode ein höheres positives Potential liegt als an ihrer Kathode. Dies ist nur während der Zeitspanne T₂ der Fall, d. h. die Gleichrichterröhre ist nur während der Zeit T_a geöffnet, da nur dann die Amplitude der Wechselspannung [7~ größer ist als die Gleichspannung /7_G;. Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren eingehender beschrieben.

Fig. ι stellt schematisch den zeitlichen Verlauf der Impulsspannung dar. T bezeichnet hierbei die Periodendauer des gesamten Vorganges, T₁ die Zeitdauer des am Induktivitätssystem auftretenden, für die Hochspannungserzeugung benutzten Spannungsstoßes. Bei dem Sonderfall der Verwendung von sägezahnformigen Kippschwingungen für die Hochspannungserzeugung entspricht T der Periodendauer der Grundfrequenz der Kippschwingung und T₁ der Rücklaufzeit. Wenn gar keine Leistung entnommen wird, stellt sich am Gleichrichter eine Spannung ein, die den Spitzenwerten der gleichzurichtenden Spannungsimpulse entspricht. Wird nur geringe Leistung entnommen, so sinkt die bei Leerlauf vorhandene Spitzenspannung auf einen geringeren Wert ab als bei großer Leistungsentnahme. Die Gleichrichterröhre muß während der Öffnungszeit T₀ die gesamte Elektrizitätsmenge durchlassen, die dem entnommenen Gleichstrom entspricht.

t:

Diese ist fi-dt = I_G[-T, wobei i der Gene's ratorstrom, t.-, und f₃ Beginn bzw. Ende der Öffnungsdauer der Gleichrichterröhre, I_G/ der entnommene Gleichstrom und T die Periodendauer des Wechselstromes ist. Die abgenommene nutzbare Hochspannung wird bei Belastung um den Betrag verringert, der zur Deckung des inneren Ohmschen Spannungsabfalls des Generators erforderlich ist. Dieser Spannungsabfall E_R entspricht der Beziehung

Γ,

d £, wobei/?,· den jeweiligen

inneren Widerstand der Gleichrichterröhre bezeichnet. Der Spannungsabfall ist um so kleiner, je größer die Öffnungszeit T₂ ist. Diese Öffnungszeit kann im theoretisch günstigsten Fall gleich der Rücklaufzeit T₁ werden. Um diesen günstigsten· Fall trotz Beibehaltung des periodischen Charakters der Rücklaufzeit bei Sägezahnströmen möglichst nahezukommen, wird gemäß der Erfindung

ίο der den Rücklauf bestimmenden Grundfrequenz noch mindestens die Oberwelle der dreifachen Frequenz ebenfalls mit periodischem Charakter überlagert.

Fig. 2 a zeigt die durch Superposition der Grundfrequenz α und der dritten Harmoni schenb entstehende Forme. In Fig. 2b ist die Höhe der entnommenen Gleichspannung als Funktion der Stromstärke des jeweils entnommenen Gleichstroms £7_Gi = f (IgO dar-

ao gestellt. Die Kurve ei zeigt die Stromabhängigkeit der abgenommenen Gleichspannung bei im wesentlichen sinusförmigen Wechselspannungsimpulsen a, während die Kurve e die innerhalb gewisser Grenzen praktisch unveränderliche abgenommene Gleichspannung bei der erfindungsgemäß erzeugten Impulsform c der Wechselspannungsimpulse darstellt. Fig. 3 zeigt als Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens die schematische Darstellung einer Transformatorkippschaltung mit Hochspannungserzeugung. Die Kippröhre 1 ist in Rückkopplungsschaltung mit dem Transformator Tt verbunden; der Anode 2 wird die Betriebsspannung über die Leitung 3 und die Wicklung L₁ zugeführt. Das Steuergitter 4 der Kippröhre 1 ist an das eine Ende der Transformatorwicklung L₂ angeschlossen, deren anderes Ende über eine aus dem Widerstand 5 und dem Parallelkondensator 6 bestehende Schaltanordnung mit der Kathode 7 der Kippröhre verbunden ist. Im Steuergitterkreis liegen parallel zur Transformatorwicklung L₂ die Strahlablenkspulen 8. Die Gleichspannung wird mit Hilfe einer Diode 9 erzeugt, deren Anode 10 über eine zweckmäßigerweise regelbar ausgebildete Induktivität L₁ so>wie über die Transformatorwicklung L₃ an die Anode 2 der Kippröhre angeschlossen ist. Die Induktivität L₄ wirkt als Streuinduktivität des Transformators Tr, und es ist somit durch Verändern der Induktivität L₄ in einfacher Weise möglich, die Frequenz der überlagerten Oberwelle genau auf den gewünschten Wert einzuregulieren.

Die Heizung der Kathoden der Diode erfolgt zweckmäßigerweise kippfrequent mit Hilfe einer besonderen Wicklung 12 des Kipptransf ormators. Die abgenommene Gleichspannung wird vorteilhafterweise durch einen Kondensator 13 und gegebenenfalls durch weitere Siebmittel beruhigt.

Die Schaltung arbeitet folgendermaßen: Durch die transformatorische Rückkopplung zwischen dem Anodenkreis und dem Gitterkreis der Kippröhre 1 werden in an sich bekannter Weise Kippschwingungen erzeugt, die dem Strahlablenksystem 8 zugeführt werden. Die während des Rücklaufs an den Transformatorwicklungen auftretenden starken Spannungsimpulse werden mit Hilfe der besonderen Wicklung L₃ hinauftransformiert und in der Diode 9 gleichgerichtet.

Die Anwendung des Erfindungsgedankens auf Schaltanordnungen gemäß Fig. 3 kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der aus - den Streuiniduktivitäten von L₂ und (L₁ -\- L₃) L₂ s und L_{113 s} und aus der hierzu parallel liegenden Gitteranodenkapazität C₁ bestehende Schwingungskreis! auf die dreifache Frequenz der Rücklauffrequenz abgeglichen wird. Die Rücklauffrequenz, wird bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung durch die Induktivität L und die hierzu parallel liegende Gitterbetriebskapazität C_GB bestimmt.

Bei den Versuchen hat sich nun ergeben, daß das Verhältnis der Eigenfrequenzen der beiden Schwingungen sich durch -Änderung der Kapazitäten nur unwesentlich, dagegen durch die Änderung des Verhältnisses der Streuinduktivitäten zur Ablenkinduktivität sehr stark ändern läßt. Die Größe der Ablenkspuleninduktivität L. und der Ablenkspulenkapazität C bestimmen die Grundfrequenz des Ablenksystems. Wenn das Kipp-Schwingungssystem einen periodischen Rücklauf besitzt, wird die Rücklaufzeit der Sägezahnschwingung durch die Grundfrequenz des Ablenksystems bestimmt, und infolgedessen ist die Rücklauf zeit entsprechend der Thornsonschen Schwingungsformel von der Größe der Induktivität L abhängig. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zur Erreichung der Abstimmung die Streuinduktivität (L₂₈ + L₃₈) geändert, entweder durch eine Zusatzstreuinduktivität L₄ oder aber auch durch geeignete Wahl des Abstandes zwischen L₂ und (L₁ + L₃).

Bei der praktischen Ausführung wird es sich zur Erzielung eines kurzen Rücklaufes up allgemein empfehlen, durch besonderen Aufbau des Transformators, z. B. durch Scheibenwicklungen, die Wicklungskapazitäten so klein wie möglich zu halten.

Weiterhin wirkt bei dieser Schaltung die Gitterkathadenstrecke der Kippröhre 1 als eine Art vorgespannte Diodenstrecke, wobei die Vorspannung mit Hilfe der aus dem Widerstands und der Kapazität 6 bestehenden Schaltanordnung erhalten wird. Diese Diodenstrecke bewirkt, daß Schwingungen nach Art der Kurve b in Fig. 2 a nur während der

Rücklaufszeit der Kippkurve auftreten können und während des Stromanstieges (Hinlaufes) der Kippkurve unterdrückt werden. Denn sobald die Spulenspannung größer wird als die durch das i?C-Glied 5, 6 erzeugte Vorspannung der Gitterkathodenstrecke, wird diese leitend, und sowohl Grundwelle als auch die überlagerten Oberschwingungen werden abgeschnitten.

Messungen an einer wie vorstehend beschriebenen ausgebildeten Kippschaltung ergaben, daß z. B. bei einem Zeilenkippgerät für Fernsehzwecke (11 kHz) mit io°/o Rücklaufszeit bei einer Hochspannungsentnahme von 7 kV eine Belastungsabhängigkeit von

erzielt werden konnte. Die Win-

nur

ι uA

dungszahlen des Kipptransformators betrugen L₁ = 500 Windungen, L₂ = 300 Windungen, L₃ = 300 Windungen bei einer Windungsinduktivität -^f- = 60 · 10—⁷ Hy des Kipptransformators. Die Windungszahl der Ablenkspulen betrug L = 2 X 500 Windungen

bei einer Windungsinduktivität —5- = 0,5 ·

10—⁷ Hy des Ablenkspulensystems.

Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, außer der dritten Harmonischen auch noch höhere Harmonische von geeigneter Amplitude zur Stabilisierung der Gleichspannung zu verwenden.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Verringerung der Belastungsabhängigkeit bei einer Schaltung zum Erzeugen einer hohen Gleichspannung mittels Gleichrichterröhren aus Spannungsimpulsen, die ungefähr die Form einer Sinushalbwelle besitzen und die an Induktivitäten abgenommen werden, die von Sägezahnströmen mit kurzem Rücklauf durchflossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Rücklaufperiode auftretenden gleichzurichtenden Impulse mit einer harmonischen Oberschwingung überlagert werden, deren Frequenz dreimal so hoch wie die Rücklaufgrundfrequenz ist und deren Beginn praktisch gleichphasig (Kurve a, b in Abb. 2 a) mit der Grundschwingung auftritt.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktivitätssystem als Transformatorrückkopplungsschaltung ausgebildet ist, bei der die Eigenfrequenz der Streuinduktivitätsschwingung der Hochspannungs- und Gitterwicklung dreimal so hoch gewählt wird wie die Eigenschwingung des Schwingungskreises, welcher aus der Gitterbetriebskapazität und der zwischen Gitter und Kathode wirksamen Induktivität besteht.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung des bzw. der gekoppelten schwingungsfähigen Kreise durch Veränderung einer zusätzlichen Induktivität (L₄) in der Hochspannungsleitung erfolgt.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung durch geeignete Wahl des Abstandes zwischen Gitter- und Hochspannungswicklung erfolgt.

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

Deutsche Patentschrift Xr. 607 223; französische Patentschrift Xr. 808 979; britische Patentschrift Xr. 267 886.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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