DE838792C - Schaltungsanordnung zum Zaehlen von elektrischen Impulsen - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Zaehlen von elektrischen Impulsen

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DE838792C
DE838792C DEP26516A DEP0026516A DE838792C DE 838792 C DE838792 C DE 838792C DE P26516 A DEP26516 A DE P26516A DE P0026516 A DEP0026516 A DE P0026516A DE 838792 C DE838792 C DE 838792C
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DE
Germany
Prior art keywords
voltage
circuit
pulses
pulse generator
tube
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Expired
Application number
DEP26516A
Other languages
English (en)
Inventor
Pieter Johannes Kraayeveld
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K21/00Details of pulse counters or frequency dividers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/64Generators producing trains of pulses, i.e. finite sequences of pulses
    • H03K3/72Generators producing trains of pulses, i.e. finite sequences of pulses with means for varying repetition rate of trains

Description

  • Schaltungsanordnung zum Zählen von elektrischen Impulsen Zuni Zählen periodischer oder statistisch verteilter Impulse, wie diese z. 13. bei Geiger-Müller-Zählern auftreten, und zum Dividieren derselben durch eine beliebige "Zahl, wurden bisher gewöhnlich Schaltungen verwendet, hei denen z. B. für eine Division durch to eine große .',nzahl elektrischer 1?ntla<lungsr@ilrren erforderlich ist. Eine solche Schaltung ist aus der britischen Patentschrift ,5c92 t7.+ bekannt.
  • Die Erfindung 'hat den Zweck, eine Schaltung zu schaffen, Irei der diese Anzahl erforderlicher Entladungsröhren wesentlich geringer ist.
  • Die crfin<lungsgemäße Schaltung weist das Merkinal auf, daß die zu zählenden Impulse ein-,-in Iml>ulsgeiierator, insbesondere einem Sperrschwinger, zugeführt \\-erden, der Impulse mit einer Frequenz erzeugt, die von der Steuergittervorspannung einer in diesem Impulsgenerator enthaltenen Oszillatorröhre abhängig ist, und daß der Ausgangskreis dieses Impulsgeneratörs ein Fifternetzwerk enthält, mittels dessen eine höhere Harmonische der einer bestimmten Steuergittervorspannung entsprechenden Impulsfrequenz ausgesiebt und der Ausgangsspannung dieses Filternetzwerkes über einen Gleichrichter eine Gleidhspannung entnomm--n wird, die als Steuergittervorspannung der Oszillatorröhre des Impulsgenerators w'i,rksa#n und diese Gleichspannung ein Maß für die Zahl der aufgenommenen Impulse ist.
  • Die erfindungsgemäße Schaltung und ihre Wirkungsweiise werden an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Fig. 1 die Schaltung eines Impulsgenerators in Form eines Sperrschwingers darstellt, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung darstellt, während Fig. 3 einen Überblick über die bei der Schaltung nach Fig. 2 auftretenden Spannungen gibt.
  • Die Wirkungsweise dies in Fig. i dargestellten Sperrschwingers, der eine Entladungsröhre i, die Parallelschaltung eines Widerstandes 2 und eines Kondensators 3 sowie einen Koppeltransformator 4 zwischen Anoden- und Steuergitterkreis enthält, dürfte an sich als genügend bekannt angesehen werden. -Es soll jedoch mit Rücksicht auf nachstehendes darauf 'ingewiesen werden, daß die Breite des mittels eines solchen Impulsgenerators erzeugten Impulses vorwiegend! durch die Eigenschaften des Transformators 4 bedingt ist, während die Impulsfolgefrequenz im wesentlichen durch die Zeitkonstante RC der Parallelschaltung 2, 3 und eine etwaige Steuergittervorspannung der Rohre i bedingt ist.
  • Infolge des Auftretens eines Impulses im Anodelirkreis der Röhre i lädt sich der Kondensator 3 auf eine bestimmte Spannung miteiner solchen Polarität, daß die Röhre i gesperrt wird. Diese Spannung nimmt am Widerstand 2 exponentiell ab, und sobald der untere Punkt der Anodenstrom-Gittersliantiungs-Kennlinie der Röhre i erreicht ist, öffnet sich die Röhre i.
  • \Vird nunmehr z. B. unter Zuhilfenahme einer Batterie 5 und eines Spannungsteilers 6 eine positive Vorspannung dem Steuergitter zugeführt, so öffnet sich die Röhre i eher. Infolge einer positiven Gittervorspannung tritt also eine Erhöhung der Iinpulsfolgefrequenz auf.
  • Diese Eigenschaft des Impua,sgenerators wird nun bei der erfindungsgemäßen Schaltung ausgenutzt. Im Ausgangskreis der Röhre i ist, wie dies in Fig. 2 angegeben ist, über einen Transformator 7 ein Filternetzwerk 8 eingefügt. Dieses Netzwerk ist derart bemessen, daß im wesentlichen nur ein bestimmter, schmaler Frequenzbereich durchgelassen wird. Es weist zu diesem Zweck eine Resonanzkurve von der Art auf, die bei einem einfachen Parallelkreis oder einem Bandfilter auftritt.
  • DieAusgangsspannu@ng des Filternetzwerkes wird erforderlichenfalls unter Zuhilfenahme der Röhre 9 verstärkt und darauf mittels der Gleichrichterröhre io gleichgerichtet.
  • Die am Kondensator i i der Gleichrichterschaltung auftretende Gleichspannung wird dann als Steuergittervorspannung für die Röhre i verwendet. Ist die Spannung am Kondensator i i hinreichend groß, was mittels derVerstärkerschaltuug9 erreicht werden kann, so ergibt sich ein Sperrschwinger, der eine Anzahl bestimmter Impulsfolgefrequenzen erzeugen kann. Dies kann man sich folgendermaßen klarmachen. Es wird zunächst die Steuergittervorspannung der Röhre i als voll einer Batterie geliefert angenommen, wie sie in Fig. i dargestellt ist, wobei die Verbindung zwischen dem Kondensator i i und dem Steuergitter der Röhre i in Fig. 2 als unterbrochen angenommen sei. In Fi.g.3 ist nun waagerecht diese positive Steuergitterdorspannung V$ aufgetragen. Wird h, stärker positiv gemacht, wobei von V$ = o ausgegangen wird, so wird die Impulsfolgefrequenz des Sperrschwingers i, 2, 3, .4, wie vorstehend erörtert, zunehmen. Die Frequenz sämtlicher im Fourrierspektruin der Impulsreihe enthaltenen Komponenten steigert sich proportional damit. Dem Netzwerk 8 werden somit Spannungen mit verschiedenen Frequenzen (gleich den Harmonischen der Impulsfolgefrequenz) zugeführt, die sich alle hinsichtlich der Frequenz steigern. Der Durchlaßbereich des Netzwerkes 8 ist nun so schmal gewählt, daß nicht mehr als eine Harmonische ohne wesentliche Schwächung durchgelassen wird. Weiterhin liegt der Durchlaßbereich bei einer Frequenz, die bedeutend höher als die Impulsfolgefrequenz ist, und zwar bei dem vorliegenden Beispiel etwas oberhalb der zweiunddreißigsten Harmonischen desjenigen Wertes der Impulsfölgefrequenz, der bei V$ = o auftritt. Dies hat zur Folge, daß bereits bei einem .geringen" positiven Wert von V$ die Harmonischen derart in der Frequenz zugenommen haben werden, daß die zweiunddreißigste Harmonische gerade in den Durchlaßbereich des Filters 8 zu fallen beginnt. Bei weiterer Vergrößerung von V, wird diese Harmonische durch den Resonanzbereich des Filters verlaufen, wodurch die Amlilitude der Ausgangsspannung dieses Filters und somit auch die Gleich spannung am Kondensator i i zunehmen und einen Höchstwert aufweisen wird, um darauf wieder abzunehmen. Diese Gleichspannung Vll ist nun senkrecht in Fig. 3 als Funktion von V$ aufgetragen und ist mit der gestrichelten Kurve angegeben. Der angegebene Höchstwert liegt ganz links.
  • Bei,weiterer Zunahme von V$ wird ein zweiter Höchstwert auftreten, sobald die einunddreißigste Harmonische der Impulsfrequenz in den Du@rchlaßbereich des Filters 8 fällt. Dies wird durch den zweiten Höchstwert von links von der gestrichelten Kurve der Fig. 3 angegeben. Die Gleichspannung V11 wird selbstverständlich einen Höchstwert bei allen jenen Werten von V$ aufweisen, bei denen eine (niedrigere) Fourrierkomponente sich ''hinsichtlich der Frequenz mit der Resonanzfrequenz des Filters 8 deckt.
  • Nach dieser Überlegung denkt malt sich nun die Lage, welche entsteht, wenn V$ nicht länger einer Batterie, sondern dem Kondensator i i entnommen wird. Offenbar ist dann V$ = Vli. Diese Beziehung ist in Fig. 3 durch eine Linie C angegeben. Diese Linie 'hat mit der gestrichelten Kurve eine Anzahl von nicht näher dargestellten Schnittpunkten, die mögliche Lagen dieser Schaltung. angeben,. Man kann sich einfach klarmachen, daß die Schnittpunkte rechts von jedem Höchstwert der gestrichelten Kurve stabil sind und die anderen nicht. In der Umgebung dieser rechts liegenden Schnittpunkte hat nämlich eine spontan auftretende Erniedrigung der Impulsfolgefrequenz zur Folge, daß die Ausgangsspannung des Filters 8 zunimmt, da die durchgelassene Harmonische der Impulsfrequenz näher an die lZesonanzfrequenz des Filters heranrückt. Dadurch nimmt VLl zu, und da Vg=Vll ist, nimmt auch V, zu. Dadurch Nimmt die Impulsfr,-quenz wieder zu, so daß <las spontane Absinken hintangehalten wird.
  • Wenn die Stärke vier Impulse (die im Spannung-Zeit-Diagramm enthaltene Fläche) konstant ist und somit nicht voti der Frequenz abhängt, werden die aufeinanderfolgenden \laxiina der gestrichelten Kurve in Fig. 3 stets hei höheren Werten von Vli zur Auflage koninien, wie dies durch die ansteigende Linie .9 angegeben ist. Dies rührt daher, daß (las Filter im Falle der kesonanz durchschnittlich je Periode der Resonanzfrequenz einen um so größeren Betrag der je Impuls zugeführten Energie zugeführt bekommt, je niedriger die Harmonische ist, bei der die lZesonanz auftritt. 1)ie zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen liegendeZa'hl der Perioden der lZesonanzfrequenz ist ja gerade gleich der Rangnuinmer dieser Ilannonischen.
  • Hat Vg ei-nen solchen Wert, daß die Resonanzfrequenz des Filters 8 gerade in der Mitte zwischen zwei HarinonisAen der Impulsfrequenz liegt, so ist die Ausgangsspannung dieses Filters und somit auch V11 dennoch nicht gleich Null, da das Filter nunmehr diese beiden Ilartnonischen, obgleich verhältnismäßig stark gedämpft, <loch in geringem Maße durchlassen wird. Daher weist die gestrichelte Kurve auch Minima bei positiven Werten von r'" auf.
  • Es ist vorteilhaft, diese Minima zu beheben, indem (lein in d.eü Gleichrichterkreis eingefügten Gleichrichter io eine negative, von der Batterie 12 gelieferte Vorspannung zugeführt wird. In Fig.3 hat dies eine Verschiebung der gestrichelten Kurve nach unten zur Folge, wodurch die gestrichelte in die ausgezogene Linie übergeht. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Maxima von V" liegt nunmehr ein Bereich in (lern V11 = o. In diesem Bereich verhütet der Gleichrichter to, (laß der Kondensator ii eine negative Spannung aufweist. Die Linie C schneidet nunmehr (s. Fig. 3) alle Resonanzflanken, und es ergibt sich außerdem, daß die Stabilität sämtlicher stabilen Schnittpunkte vergrößert ist. Die SÜlieitelverbindu.ngslinie _d geht nunmehr in die Linie 13 über.
  • Wird einer der Elektroden der Röhre i, z. B. (lein Steuergitter, zwischen den Klemmen 13 und 1:I, ein Spannungsimpuls zugeführt, so wird sich infolgedessen die Inipulsfolgefrequenz zeitweise @indern. hält der Spannungsimpuls genügend lang an, so liat unterdessen die Spannung Vll einen anderen Wert angeiioninieu, so daß, wenn der Spannungsinipuls vorül>(#r ist, die Schaltung in eine neue (ileichgewickitslage versetzt worden ist.
  • l)ie zu zählenden Impulse werden nun einer Elektro(Ie der Röhre t, z. B. über die Atischlußklemmen 13, 14 der Steuerelektrode, zugeführt.
  • Ursprünglich erzeugte der Sperrschwinger Impulse finit einer l)estimtnteii Frequenz, und eine ihr entsprechende Kondensatorspannung V" trat auf.
  • jeder zti zählende Impuls bewirkt nun einen Chergang nach einer iiiiclistfolgenden stabilen Einstellung, wodurch ein Spannungsanstieg am Kondensator entsteht, so daß die Spannung V" nach Eichung der Schaltung zum Zählen der zugeführten Impulse verwendbar ist. Die Spannung 111 läßt sich mittels des in Reihe mit dem Widerstand I I gelegten Meßgerätes festlegen.
  • Wird nun z. B., wie in der Fig. 2 nicht näher dargestellt, parallel zum Kondensator i i die Reihenschaltung einer Batterie eines Widerstandes und einer Entladungsröhre mit bestimmter Durchschlagspannung geschaltet, so kann durch eine solche Wahl der Batteriespannung, daß die Durchschlagspannung der Röhre nach einem z. B. zehn gezählten Impulsen entsprechenden Spannungsanstieg des Kondensators i i erreicht wird, der Kondensator entladen werden.
  • Nachdem also zehn Impulse der Röhre i zugeführt worden sind, kehrt die Schaltung in ihren ursprünglichen Zustand, also ohne Gittervorspannung, zurück und ist erneut fertig zum Zählen von zehn Impulsen. Nach je zehn Impulsen kann dem Widerstand im Entladekreis des Kondensators ein Impuls entnommen werden, der einer Elektrode einer Röhre der nächstfolgenden Zählschaltung zugeführt werden kann.
  • Bei der Schaltung nach Fig.2 ist eine andere, jedoch besonders vorteilhafte Lösung zum Entladen des Kondensatots angegeben. Parallel zum Kondensator liegt die Reihenschaltung eines Widerstandes 15 und einer gittergesteuerten Gasentladungsröhre 16.
  • Dem Steuergitter der Röhre 16 wird eine Spannung zugeführt, die, gegebenenfalls nach nicht dargestellter Gleichrichtung, dem Schwingungskreis 17 entnommen wird.
  • Der Kreis 17 ist über einen Transformator in den Ausgangskreis der Röhre i des Impulsgenerators eingefügt. Er ist auf diejenilge Impulsfrequenz des Sperrschwingers abgestimmt, welche auftritt, nachdem eine gewisse Zahl der zu zählenden Impulse, z. B. zehn, der Röhre i zugeführt worden sind.
  • Sobald zehn Impulse gezählt worden sind, tritt am Kreis 17 eine Wechselspannung auf, so d'aß sich die Röhre 16 öffnet und am Widerstand 15 ein Spannungsimpuls auftritt, der einer nachfolgenden Zählschaltung zugeführt werden kann.
  • Unter Zuhilfenahme der Batterie 18 kann dem Steuergitter der Röhre 16 eine entsprechende negative Vorspannung zugeführt werden.
  • Eine solche Schaltung zum Entladen des Kondensators i i hat den Vorteil, daß sie nahezu unabhängig von Spannungsschwankungen ist und auch beim Ersatz der Röhre 16 durch eine andere kein schwierige Einstellung erfordert.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltungsanordnung zum Zählen von elektrischen Impulsen, dadurch gekennzeichnet, d'aß die zu zählenden Impulse einem Impulsgenerator (i, 2, 3, .4), insbesondere einem Sperrschwinger, zugeführt werden, der Impulse mit einer Frequenz erzeugt, die von der Steuergittervorspannung einer in diesem Impulsgenerator (i, 2, 3, 4) enthaltenen Oszillatorröhre (i) abhängig ist, und daß der Ausgangskreis (7) dieses Impulsgenerators ein Filternetzwerk (8) enthält, mittels dessen eine höhere Harmonische der einer bestimmten Steuergittervorspannung entsprechenden Impulsfrequenz ausgesiebt und der Ausgangsspannung dieses hilternetz«-erkes (8) über einen Gleichrichter (to) eine Gleichspannung entnommen wird, die als Steuergittervorspannung der Oszillatorrahre des Impulsgenerators wirksam und diese Gleichtspannung ein Maß für die Zahl der aufgenommenen ltnpulse ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruc1t i, dadurch gekennzeichnet, claß die Ausgangsspannung des Filternetzwerks (8) i-erstärkt ist.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, <laß der Vtn Gleichriehterkreis enthaltene Gleichrichter (io) negativ vorgespannt ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich finit der dem Filternetzwerk (8) über dem Gleichrichter (io) entnommenen Gleichspannung ein Kondensator (ii) lädt, der sich nach Erreichen einer vorgegebenen, insbesondere einem wä lilbaren Vielfachen der zu zählenden Impulse entsprechenden Spannung durch entsprechende Schaltelemente schnell entlädt.
  5. 5. Sdhaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch ,gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (ii) die Reili-enschaltung eines Widerstandes (i5) und einer gittergesteuerten Gasentladungsröhre (i6) liegt und dem Steuergitter der Entladungsröhre (t6) eine Spannung zugeführt wird, die einem im Ausgangskreis des Impulsgenerators (i, 2, 3, 4) enthaltenen Schwingungskreis (i7) entnommen wird, der auf die bei einer bestimmten Zahl <fier zu zählenden Impulse auftretende Irnl)ul@sfrequetiz des Impulsgenerators (i, 2, 3, 4) abgestimmt ist.
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