-
Steuerschaltung zur Erzeugung einer zeitabhängigen Spannung Die Erfindung
bezieht sich auf elektrische Steuerkreise und insbesondere auf elektrische Zeitkreise.
Der Hauptgegenstand der Erfindung ist, eine Gl.2ichstromausgangsspannung mit einer
Amplitude zu erhalten, die eine vorbestimtnte Funktion, z. B. eine lineare oder
exponentielle Funktion des Zeitintervalles, ist, das zwischen zwei Spannungsimpulsen,
die den Eingangsklemmen aufgedrückt werden, liegt.
-
Die Erfindung wird nunmehr au Hand der Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsfarm und an Hand der Zeichnungen erläutert.
-
Fig. i stellt eine Schaltung gemäß der Erfindung dar; Fig.2 zeigt
die Kurven, die die Abhängigkeit der Spannungsimpulse, die den Eingangsklemmen des
Kreises unter bestimmten Betriebsbedingungen dieses Kreises zugeführt werden, von
der Zeit darstellen; Fig.3 zeigt ähnliche Kurven, die diese Abhängigkeit unter anderen
Betriebsbedingungen darstellen.
-
Nach Fig. i weist eine Entladungsröhre i eine Kathode und zwei zugehörige
Elektroden auf. Sie ist vorzugsweise eine Hochvakuumglühkathodenröhre bekannter
Bauart und besitzt eine Anode und ein Steuergitter. Die Kathode ist über einen Kathodenwiderstand
2- geerdet, der mit einem Kon%lensator 3 überbrückt ist, und ist mit der einen Elektrode
durch einen Widerstand 4 verbunden. Ein Spannungsimpuls e, von der Wellenform, wie
sie in der unteren Kurve der Fig. 2 und 3 dargestellt ist, wird über den Kondensator
5 zwischen Erde und dem Gitter der Röhre aufgedrückt. Ein Spannungsimpuls e1, vorzugsweise
von der in der oberen Kurve der Pig.2 und 3 gezeigten Wellenform, wird zwischen
der Erde und der Anode eingeführt..
Die Ausgangsklemmen 6 und 7
sind mit dem Kathodenwiderstand 2 verbunden.
-
Es ist bekannt, daß bei elektrischen Entladungsröhren ihre Leitfähigkeit
sich stark ändert, von einer Nichtleitfähigkeit zur Leitfähigkeit, wenn die Spannungen
zwischen der Kathode und ihren anderen Elektroden geeignet gewählt sind. In erster
Annäherung sind sie leitfähig, wenn ei + me2 ) K,
wobei m und K Röhrenparameter
sind. Die Spannungen et + e2 sdnd zu den Konstanten der Röhre i so gewählt, daß
sogar der Höchstwert E2 des Spannungsimpulses e2 nicht in der Lage ist, einen Strom
durch die Röhre i zu treiben, wenn ei seinen niedrigen Wert B aufweist. Ferner wird
auch der Maximalwert El des Impulses ei keinen Stromfluß zustande bringen, wenn
der Spannungsimpuls e2 seinen niedrigen Wert D aufweist. Mit anderen Worten ist
B + m.E2 < Kund El + mD < K. Aber der Wert E2
ist so gewählt, daß ei @- naE2 >__ K ist; wenn auch ei seinen niedrigen
Wert B überschreitet. Die Anodenspannungs- und die Steuergitterspannungskurven für
Elektronenröhren sind allgemein bekannt, und es wird daher möglich .sein, die geeigneten
Werte für die Spannungen El, B, E2 und D auszuwählen, um das obenerwähnte
Ziel zu erreichen.
-
Unter den in Fig. 2 dargestellten Bedingungen, d. h. wenn die Spannungsimpulse
gemäß den Kurven ei und e2 niemals gleichzeitig der Röhre i aufgedrückt werden,
wird die letztere niemals, in der Lage sein, Strom von ihrer Anode zur Kathode zu
leiten. Andererseits wird unter der in Fig. 3 dargestellten Arbeitsbedingung, bei
der die Spannung e2 den Wert E2 erreicht, bevor die Spannung ei zu dem niedrigen
Wert B herabfällt, Strom zwischen der Anode und der Kathode der Röhre i fließen
und hierdurch einen Spannungsabfall an dem Kathodenwiderstand 2 und dem La.dungskondensator
3 erzeugen. Es ist klar, daß die Röhre i zur Zeit t1 leitend sein wird, was der
Lage der linken Kante des Spannungsimpulses e2 entspricht, da zu dieser Zeit die
Spannung e2 wenigstens gleich E2 ist und die Spannung ei einen Wert besitzt, der
größer als B ist. Wenn die Röhre i stromdurchlässig ist, wird ihr Anoden-Kathoden-Widerstand
als endlicher Widerstand wirksam sein und über ihn der Kondensator 3 auf die Spannung
ei aufgeladen. Der Wert des Anoden-Kathoden-Widerstan= des hängt von der Größe der
Spannungen ei und e2 zur Zeit t1 ab. Bei geeigneter Wahl dieser Größen kann der
Anoden-Kathoden-Widerstand klein genug gemacht werden, so daß der Kondensator 3
beinahe umgehend auf die Spannung der Stromduelle et zur Zeit t1 aufgeladen wird.
Unter den in Fig. 3 dargestellten Bedingungen hängt die Spannung, auf die der Kondensator
3 aufgeladen wird, von dem Wert ei zur Zeit t1 und infolgedessen von der in der
Figur gezeigten Wellenform ab. Auf <lern abfallenden Ast der Kurve Al-A steigt
die Spannung, auf die der Kondensator 3 aufgeladen wird. wenn das Zeitintervall
tl-to kleiner wird.
-
`'Fenn nun der Kondensator 3 auf die Spannung ei geladen ist, wird
der Strom durch die Röhre z aufhören zu fließen, weil nach der Zeit t1 die Spannung
ei kleiner wird als die, auf die der Kondensator 3 eben aufgeladen ist. ei kann
jetzt keinen Ladestrom durch die Röhre mit ihrer einseitigen Leitfähigkeit mehr
treiben.
-
Wenn der Kurventeil A-.41 des Spannungsimpulses ei linear gewählt
ist, dann wird die Spannung, auf die der Kondensator 3 aufgeladen wird, proportional
dem Zeitintervall tl-to sein oder, mit anderen Worten, der kondensator wird auf
eine Spannung aufgeladen, die in linearer Abhängigkeit von dem Zeitintervall t,
-t. steht. Wenn andererseits der Teil A-A1 des Spannungsimpulses ei einen exponentiellen
Verlauf zeigt, so wird die Spannung, auf die der Kondensator aufgeladen wird, in
exponentieller Abhängigkeit von dem Zeitintervall stehen. In gleicher Weise kann
die Wellenform des Spannungsimpulses ei zwischen den Werten A und A1 irgendwie wunschgemäß
geändert werden. Es wird dann die Spannung, auf die der Kondensator 3 aufgeladen
wird, eine entsprechende Abhängigkeit von dem genannten Zeitintervall aufweisen.
Wenn die Kurvenzüge ei und e2 nicht periodisch sind, .d. h. sich nicht wiederholen,
dann wird der Kondensator 3 auf die oben beschriebene Spannung aufgeladen bleiben,
bis er sich entweder über die an den Klemmen 6 und 7 angeschlossene Belastungsimpedanz
oder über die Ableitung durch den Widerstand 2 entlädt. Je höher der Wert des Widerstandes
2 ist, desto langsamer wird der Kondensator 3 sich unter den zuletzt genannten Bedingungen
entladen. Insbesondere kann bei Fortlassen des Widerstandes 2 die Kondensatoraufladung
auf dem beschriebenen Wert erhalten bleiben, bis der Kondensator sich über den an
den Klemmen 6 und 7 angeschlossenen Belastungswiderstand entlädt.
-
Es kann andererseits auch erwünscht sein, daß die Spannungsimpulse
ei und e2 sich häufiger wiederholen, z. B. eine Reihe von regelmäßig wiederkehrender
Impulse der Schaltung aufgedrückt wird. In diesem Fall muß der Widerstand 2 im Verhältnis
zum Kondensator 3 so bemessen sein, daß der Kondensator in einer Zeit entladen wird,
die viel länger dauert als die Periode der Impulse. Die Impulsteile El und E2 können
verschieden geformt sein. Sie müssen jedoch dein Kriterium ei + mey > K durch die
Impulsbreite hindurch, die dem gewünschten, maximalen Wert tl-to entspricht, genügen.
Auch die übrigen Impulsteile können von den konstanten Werten B, C und
D abweichen, solange die Forderung ei + me, < K erfüllt
wird.
-
Indem man den Impulsen im wesentlichen senkrechte, linke Flanken gibt
und die Werte für B, C und D entsprechend wählt, werden die erwähnten Ungleichheiten
stark abnehmen. Es soll bemerkt werden, daß die Schaltung noch betriebsfähig ist,
wenn die Spannung mit der Wellenform ei denn Gitter und e2 der Anode aufgedrückt
würden. Die Röhre würde dann störanfälliger auf unerwünschte Änderungen von ei oder
e2 sein. Bei dem beschrie= benen System hat der Impuls e2, der zeitlich nach ei
einsetzt, einen flachen Scheitel. Wenn eine Ausgangsspannung an den Klemmen 6 und
7 erzielt
werden soll, die fällt, anstatt anzusteigen, wenn das
Zeitintervall geringer wird, dann weist der Impuls oben keinen waagerechten Teil
auf, sondern er ist nach rechts abwärts oben geneigt, während die Breite des anderen
Impulses wesentlich schmaler als früher ist.
-
Durch den Kondensator 5 und den Widerstand 4 wird das Gitter in an
sich bekannter Weise negativ vorgespannt, wodurch eine Entladung in der Röhre erst
beginnen kann, wenn der positive Spannungsimpuls e2 angelegt wird.
-
Ne oben beschriebene Schaltung kann z. B. in Verbindung mit Radargeräten
zum Messen und Anzeigen der Entfernung eines Gegenstandes verwendet werden. Für
diesen Zweck kann die Spannung ei in bekannter Weise von einem elektromagnetischen
Wellenimpuls, der von einem Radarsender ausgestrahlt wird, abgeleitet werden, während
die Spannung e2 von dem Impuls abgeleitet wird, der von dem entfernten Gegenstand
reflektiert und zum Radarempfänger zurückläuft. Unter diesen Bedingungen ist das
Zeitintervall tl-t. eine Funktion von der Entfernung des den Impuls reflektierenden
Gegenstandes. Die Spannung tritt am Kondensator 3 auf und kann direkt zur Entfernungsanzeige
verwendet werden. Es kann z. B. ein Voltmeter an den Ausgangsklemmen 6 und 7 angeschlossen
werden, das in :Meilen oder Kilometer geeicht ist.