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Schaltung zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung aus einer niedrigen
Gleichspannung Für viele Zwecke ist es erwünscht, daB eine Quelle hoher Gleichspannung
zur Verfügung steht, die nur von einem geringen Strom belastet wird. Dies trifft
insbesondere bei der Speisung von Kathodenstrahlröhren, z. B. Fernsehröhren, zu,
bei denen Anodenspannungen von einigen Zehn Kilovolt verwendet werden, während die
Stromabnahme nur die Größenordnung von ioo #t Amp. hat.
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Bekanntlich können zur Erzielung so hoher Gleichspannungen die Spannungsimpulse
verwendet werden, die an einer Selbstinduktionsspule entstehen, zu der eine Kapazität
parallel geschaltet ist, wenn in ihrem Stromkreis periodisch ein Strom erzeugt und
unterbrochen wird. Durch Gleichrichtung dieser Spannungsimpulse entsteht dann eine
hohe Gleichspannung.
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Die betreifende Spule kann zu diesem Zweck z. B. in den Ausgangskreis
einer Entladungsröhre aufgenommen werden, die periodisch gesperrt wird. Diese Sperrung
kann entweder mit Hilfe einer einzeln erzeugten Spannung erfolgen, die dem Steuergitter
der Entladungsröhre zugeführt wird, oder auch dadurch herbeigeführt werden, daß
die Entladungsröhre in eine Generatorschaltung aufgenommen wird, bei der periodisch
am Steuergitter der Röhre sperrende Spannungen erzeugt werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung der letztgenannten Art,
die einen zwischen dem Steuergitter und der Kathodenleitung der Röhre geschalteten
Kondensator enthält, der periodisch über eine Impedanz aufgeladen und danach über
die Reihenschaltung eines Gleichrichters mit einer induktiv mit dem Ausgangskreis
der Entladungsröhre gekoppelten Selbstinduktionsspule entladen wird, wobei diese
Kopplung derart ausgebildet ist, da13 der Gleichrichter während der Aufladung des
Kondensators gesperrt wird.
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Bei einer derartigen bekannten Schaltung zur Erzeugung
von
Relaxationsschwingungen kann die Gleichspannung durch Gleichrichtung der Spannungsimpulse
erzielt werden, die über eine mit dem Ausgangskreis gekoppelte Selbstinduktion mit
parallel zu dieser geschalteter Kapazität entstehen.
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Es zeigt sich aber bei einer derartigen Schaltung, daß sich die erzielte
Gleichspannung infolge des in der Schaltung auftretenden inneren Widerstandes mit
der Belastung ändert.
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Eine derartige belastungsabhängige Gleichspannung ist für viele Zwecke,
insbesondere bei der Speisung von Fernsehröhren, unerwünscht. Die erfindungsgemäß
ausgebildete Schaltung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden, indem der erwähnte
innere Widerstand herabgesetzt wird.
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Die Schaltung nach der Erfindung weist das Merkmal auf, daß zwischen
das Steuergitter und die Impedanz ein von einem Widerstand R2 überbrückter Kondensator
C2 geschaltet ist und dem Steuergitter sowohl über einen Widerstand Rl eine von
der Belastung der Gleichspannungsquelle abhängige Regelspannung mit negativer Polarität
als auch über einen Widerstand R, eine feste positive Vorspannung zugeführt wird
und die genannten Widerstände und Kondensatoren derart gewählt sind, daß
ist. Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Die Fig. i zeigt schematisch eine bekannte Schaltung zur Erzeugung
von Relaxationsschwingungen und Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform der Schaltung
gemäß der Erfindung.
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Bei der Schaltung nach Fig. i liegt in dem Steuergitterkreis einerEntladungsröhre
i ein Kondensator Cl, der über einen Widerstand R aus einer nicht dargestellten
Gleichspannungsquelle aufgeladen werden kann.
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Der Ausgangskreis der Röhre i enthält die als Primärwicklung eines
Transformators 3 ausgebildete Spule 2. Die Sekundärwicklung 4 des Transformators
ist einerseits mit dem Steuergitter der Röhre i und andererseits mit der Anode der
Diode 5 verbunden, deren Kathode mit der von dem Steuergitter der Röhre abgewandten
.Belegung des Kondensators C, verbunden ist.
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Wird anfänglich die Röhre i nicht von Strom durchflossen, so wird
der Kondensator Ci über den Widerstand R aufgeladen, wodurch das Potential am Steuergitter
der Röhre i wächst und ein Strom in der Röhre zii fließen anfängt, dessen Stärke
nahezu linear zunimmt. Infolgedessen entsteht ein etwa konstanter Spannungsabfall
über die Wicklung 2 des Transformators 3.
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Auch an der Sekundärwicklung 4 entsteht eine konstante Spannung solcher
Polarität, daß die Diode 5 nichtleitend bleibt.
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Hat die Spannung an dem Kondensator Ci derart zugenommen, daß sie
die an der Wicklung 4 auftretende Spannung übersteigt, so kann die Steuergitterspannung
nicht weiter wachsen, da die Diode leitend wird, wodurch der Kondensator Cl entladen
wird Die Röhre i wird nichtleitend, und die Spule 2 mit des parallel dazu geschalteten
Eigen- und Bedrahtungskapazität fängt an auszuschwingen. Durch die an des Wicklung
4 auftretende Spannung wird der Kondensator Cl über die Diode 5 schnell in umgekehrtes
Richtung aufgeladen, wodurch das Steuergitterpotential der Röhre i stark negativ
wird. Darauf nimmt die Gitterspannung infolge der Umladung des Kondensators Cl über
den Widerstand R wieder langsam zu, und der Cyclus miederholt sich.
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In der Kathodenleitung der Röhre i liegt weiterhin eine Batterie 6,
die zur richtigen Einstellung dieser Röhre dient.
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Die Amplitude der an dem Kondensator Ci auftretenden Sägezahnspannungen
wird zweckmäßig groß gegenüber dem Gittersteuerbereich der Röhre i gewählt; die
mittlere Gitterspannung kann unterhalb der Gittersperrspannung der Röhre gelegt
werden. Infolgedessen steht hinreichend Zeit zum Ausschwingen der Spule 2 im Ausgangskreis
der Röhre i zur Verfügung.
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Bei gegebenen Werten des Widerstandes R und der Kapazität des Kondensators
C, liegt die Neigung der Flanken der Sägezahnspannung fest.
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Zugleich liegt hiermit bei einer bestimmten Röhre und einem bestimmten
Transformator die Spannung an der Wicklung 4 und infolgedessen die Spannung fest,
bei der die Diode 5 leitend wird. Das Leitendwerden der Diode 5 erfolgt bei bestimmten
Werten der Steuergitterspannung und des Anodenstroms der Röhre i.
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In jeder Periode wird also immer die gleiche Menge Energie in der
Spule 2 erzeugt. Nur die Frequenz ist durch die angegebenen Schaltungselemente noch
nicht festgelegt, weil sie belastungsabhängig ist. Es gehört nämlich zu einer bestimmten
Belastung der an die Spule 2 anzuschließenden Gleichrichtschaltung, also zu einer
bestimmten Dämpfung während des Auftretens der ersten Spitzen der Eigenschwingung
an der Spule 2 einer bestimmten Sägezahnamplitude und, da der obere Pegel dieser
Amplitude gegeben ist, eine bestimmte Frequenz. Bei wachsender Belastung nimmt die
Sägezahnamplitude ab, und demnach wächst die Frequenz und infolgedessen die aufgenommene
Leistung. Es wird aber die erzielte Gleichspannung abnehmen, woraus hervorgeht,
daß bei Gleichrichtung der an der Spule 2 auftretenden Spannungsimpulse eine Gleichspannn
ngsquelle mit einem gewissen inneren Widerstand entsteht.
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Es kann nun zur Verringerung des inneren Widerstandes eine von der
Belastung abhängige Regelspannung verwendet werden.
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Bei eixer Schaltung der in Fig. i dargestellten Art stößt man aber
bei Verwendung einer derartigen Regelspannung auf Schwierigkeiten.
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Grundsätzlich ist es möglich, die Regelspannung der Kathodenleitung
der Diode 5 zu entnehmen. Zu diesem Zweck muß diese Spannung dann aber als Spannungsabfall
an einem niedrigen Widerstand erzeugt werden, wogegen praktische Bedenken bestehen.
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Würde man andererseits die Sägezahnspannung im Steuergitterkreis über
einen Kondensator dem Steuergitter
zuführen und dieses Gitter über
einen hohen Widerstand an einen von der Regelspannung beeinflußten Gleichspannungspegel
anlegen, so ist keine stabile Schwingung möglich.
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Bei Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Schaltung nach der Erfindung
ist es möglich, die mittlere Steuergitterspannung unter Beibehaltung stabiler Schwingungen
durch eine Regelspannung zu beeinflussen.
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In Fig. 2 sind mit Fig. i übereinstimmende Teile der Schaltung mit
den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Primärwicklung 2 des Transformators 3 ist
in dieser Schaltung über die Verbindungsstelle mit der Anode der Röhre i hinaus
verlängert, wodurch ein größerer Spannungsimpuls an dieser Wicklung entsteht, ohne
daß die Anodenspannung der Röhre i unzulässig hoch wird.
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Die an der Spule 2 auftretenden Spannungsimpulse werden mittels einer
Spannungsvervielfachungsschaltung io in bekannter Weise gleichgerichtet, und die
Gleichspannung kann der Klemme ii entnommen werden.
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Der Sekundärwicklung 7 des Transformators 3 wird über eine Diode 8,
die mit der Diode 5 zu einer einzigen Röhre vereinigt ist, eine an dem Kondensator
9 auftretende Regelspannung entnommen.
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Der Wickelsinn der Wicklung 7 wird zweckmäßig derart gewählt, daß
die erste negative Spannungsspitze, die beim Ausschwingen der Spule 2 entsteht,
gleichgerichtet wird, da dieser Spitzenwert sich stärker als die erste positive
@ Spannungsspitze mit der Belastung der Gleichspannungsquelle ändert.
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Zwischen Steuergitter und Kathodenleitung liegt wieder der Kondensator
Cl, aber zwischen das Steuergitter und den Widerstand R ist ein von einem Widerstand
R2 überbrückter Kondensator C2 geschaltet. Infolgedessen wird nur ein Teil, nämlich
der im Punkt 12 auftretenden Sägezahnspannung dem Steuergitter der Röhre i zugeführt.
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Die Regelspannung wird dem Kondensator 9 entnommen und mit negativer
Polarität dem Steuergitter über einen Widerstand R1 zugeführt.
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Um die gewünschte Vorspannung des Steuergitters zu erzielen, wird
dem Steuergitter eine positive Spannung über den Widerstand R3 zugeführt.
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Wenn V1 die mittlere im Punkt 12 auftretende Spannung, V2 die Regelspannung
und V3 die an den Widerstand R3 angelegte Vorspannung darstellt, ist die mittlere
Steuergitterspannung gleich
Die Änderungen der Regelspannung V2 gelangen maximal im Verhältnis
an das Steuergitter.
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Um stabile Schwingungen zu erzielen, muß der Bedingung entsprochen
werden, daß
Die Frequenz wird durch die Größe des Widerstandes R, die Kapazität
und die dem Widerstand R zugeführte Spannung bestimmt.