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Verfahren und Schaltungsanordnung zur Herstellung von Expansions-oder
Kontraktionsimpulsen für einen Strahlentransformator mit veränderlicher Elektronenendspannung
Bei einem Strahlentransformator. also bei einer Einrichtung, hei welcher Elektronen
im Wirbelfeld eines magnet sehen Flusses bis auf eine hohe, nach 'Millionen Elektronenvolt
zählende Geschwindigkeit oder Elektronenendspannung beschleunigt werden, verwendet
inan zur Herausführuna, des Elektronenstroms aus clem Gleichgewichtskreis sogenannte
E#xpansions- oder Kontraktionsspulen. Diese Spulen werden vom Haupterregerfluß des
Strahlentransformators durchsetzt.
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Die Fig. i zeigt in schematischer Darstellung einen derartigen Strahlentransformator
mit dem Eisenkörper i o, zwei Spulen i i und 12, weiche den Hauptvi-regerfluß und
gleichzeitig den soglenannten Steuerfluß liefern, und einer ebenso wie der Eisenkörper
und die Erregerspulen im Schnitt dar-,gestellten Kreisringröhre 13, innerhalb
deren die Elektronenbeschleunigung stattfindet. Auf den Polschuhen j-[ und 15 für
den Erregerfluß sind zwei Expansions- oder Kontraktionsspulen 16. 17 angebracht.
die miteinander in Reihe geschaltet sind. Diese Spulen werden nach Erreichung der
gcwünschten Elektronenbeschleunigung mit einem kurzen Stromimpuls gespeist, so daß
der diesem Impuls entsprechende magnetische Fluß hei einer Exparis on der Elektronenkreisbahn
die Polschuhe 1-4, 15 im gleichen Sinn durchsetzt wie der Haupterregerfluß, aber
den Steuerfeldraum des Strahlentransforrnators
im entgegengesetzten
Sinn wie der Steuerfluß, oder, falls eine Kontraktion der Elektronenkreisbahn erwünscht
ist, auch die Polschuhe 14, 15 im entgegengesetzten Sinn wie der Erregerfluß
und den Steuerfeldraum im gleichen Sinn wie der Steuerfluß, so daß dann die Elektronen
den Gleichgewichtskreis, den sie während der Beschleunigungsperiode durchlaufen,
nach außen oder nach innen verlassen und auf die Antikathode auftreffen. je nachdem,
ob diese Antikathode auf einemgrößeren oder auf einemkleineren Radius als der Gleichgewichtskreis
angeordnet ist, werden die Spulen 16,117 als Expansions- bzw. als Kontraktlonsspulen
bezeichnet. Der Einfachheit halber soll im folgenden jedoch durchweg der Ausdruck
Expansionsspulen benutzt werden.
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Wie Fig. i erkennen läßt, sind die Expansionsspulen mit einem Kondensator
18 und mit zwei zueinander parallel geschalteten, aber verschiedene Durchlaßrichtung
besitzenden Röhren ig und 20 in Reihe geschaltet. Wenn die Kurve A in Fig.
2 die durch den Erregerfluß in den Expansionsspulen erzeugte Spannung darstellt
und wenn man die Elektronen in jeder Bcschleunigungsperiode bis auf die maximal
mögliche Elektronenendspannung beschleunigen will, so muß am Kondensator 18 eine
.Spannung nach der Rechteckkurve B in Fig. 2 ber# stehen. Die Phasenlage der Elektronenendspannung
ist in Fig. 2 durch eine punktierte Kurve C angedeutet. Es wird dabei vorausgesetzt,
daß die Elektronenbeschleunigung während der Viertelperiode T, stattfindet, wenn
der Strahlentransformator nur einen in einer bestimmten Umlaufrichtung beschleunigten
Elektronenstrahl besitzt, und gegebenenfallsaußerdemnoch in derViertelperiodeT21
sofern nämlich noch ein zweiter, in umgekehrter Umlaufrichtung beschleunigter Strahl
vorhanden ist. Im Zeitpunkt t, wird die bis dahin mittels einer geeigneten sinusförmigen
Steuergitterspannung geg sperrt gehaltene Röhre ig stromdurchlässig gemacht, und
der Kondensator 18, der vor diesem Zeitpunkt die durch Plus- und Minus,zeichen angedeutete
Ladung besitzt, lädt sich über die Kathoden-Anoden-Strecke von #ig und über die
Expansionsspule 16, 17 auf die entgegengesetzte Polarität um. Der Umladestrom
in Form eines StromimpulsesJ, durchfließt dabeidie Expansionsspulen und bewirkt
die gewünschte Expansion des Bahnkreises. Eine Hall)period,e später, also im Zeitpunkt
t2, d. h. zu Beendigung des Zeitintervalls T, wird die Entladungsstrecke
2o, die bis dahin gesperrt war, stromdurchlässig, und der Kondensator wird wiederum
über die Expansiotisspulen durch einen neuen Stromimpuls J, auf seine alte
Polarität umbesaß. geladen, die er kurz vor dem Zeitpunkt ti \\Tenn der Transformator
einen zweiten Strahl besitzt, wird dieser dabei ebenfalls von dem Gleichgewichtskreis
abgeführt und auf seine Antikathode gelenkt.
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Wenn man eine Schaltungsanordnung nun für einen Strahlentransformator
mit einstellbarerElektronenendspannung verwenden will, so muß der Stromimpuls
J, und bei Vorhandensein von zwei in entgegengesetzter Richtung umlaufenden
Elektronenstrahlen auch der Stromimpuls J2 schon zu irgendeinem Zeitpunkt, der von
der gewünschten Elektronenendspannung abhängig ist, innerhalb des Intervalls Ti
bzw. des Intervalls T2 und nicht erst am Ende des betreffenden Intervalls erzeugt
werden. 'Man kann sich aber leicht davon überzeugen, daß hierzu ein anderer Spannungsvcrlauf
als die Rechteckkurve B am Kondensator 18 erforderlich ist, und zwar nicht nur hinsichtlich
der zeitlichen Lage der senkrechten Flanken dieser Rechteckkurve, sondern vor allem
hinsichtlich der Kurvenamplitude. Es ist nämlich unter der Voraussetzung eines auch
bei den höchsten vorkommenden Induktionen ungesättigten Eisenkerns des Strahlentransformators
offenbar erforderlich, daß die Amplitude des Expansionsimpulses Ji zu der Größe
der jeweils gewünschten Elektronenendspannung immer in demselben Verhältnis steht,
damit der Elektronenbahnkreis immer um denselben Betrag vergrößert wird. Wenn der
Kond,ens#ator,i8 sich jeweils von seinem in Fig. 2 eingezeichneten Maximalwert über
die Expansionsspule entladen würde, würde al>er diese Bedingung nicht erfüllt werden
können, wie man z. B. für den Spezialfall der Zündung der Entladungsstrecke ig im
Zeitpunkt t, (in Fig. 2) leicht einsehen kann. In diesem Zeitpunkt hat die Beschleunigung
der Elek-
tronen schon bis zu einem nennenswerten Bruchteil, nämlich bis etwa
auf V, der maximal möglichen Elektronenendspannung stattgefunden, während
die Spannung an den Expansionsspulen noch nahezu denselben Wert hat wie zu Beginn
der Beschleuni-,gungsperiode Til Der Spannungsunterschied zwischen dem Kondensator
18 und der an der Spule bestehenden Spannung ist also außerordentlich klein, und
dementsprechend würde auch bei Zündung der l-iitladungsstrecke ig im Zeitpunkt t3
der sich ergebende Expansionsimpuls viel zu klein ausfallen, um den 17-Icktronenbahrikreis
bis zum Auftr,effen auf die Antikathode erweitern züi können.
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Durch die Erfindung werden diese Schwierigkeiten überwunden, und es
wird zur Erzielung einer einstellbaren Elektroneriendspannung für eine Sichaltung
der in Fig. t dargestellten Art ein Verfahren angegeben, durch welches bei
jeder gewünschten Endspannung Expansionsstromimpulse der erforderlichen Größe hergestellt
werden können.
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Dieses Verfahren besteht, wie im folgenden an einem Ausführungsbeispiel
einer geeigneten Schaltung noch nähcr erläutert werden wird, darin, die erste Entladungsstrecke
periodisch zu einem willkürlich einstellbaren, von der gewünschten Endspannung abhängigen
Zeitpunkt zu zünden, während die zweite Entladungsstrecke um ungefähr ebensoviel
nach dem für die maximale Eridspannung des zweiten Strahls einzulialtenden Zündzeitpunkt
gezündet wird, wie der Zündzeitpunkt der ersten Entladungsstrecke vor dem für niaximale
Endspannung des ersten Strahls einzuhaltunden Zündzeitpunkt liegt.
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An Hand der 3, welche sich auf ein Ausführungsbeispiel dieses
Verfahrens bezieht, sei dies näher erläutert. 111 Fig. 3 ist mit
A wieder die
durch den Erregerfluß in den Expansionsspulen
erzeugte Spannung bezeichnet. Das Beschleunigungsintervall für den ersten Strahl
ist wieder Ti. Die innerhalb dieses Intervalls erreichbare Endspannung wirddurch
die Ordinuten der Sinuskurve C wiedergegeben, die mit der Kurve
C in Fig. 2 übereinstimmt und willkürlich mit derselben Amplitude wie die
Kurve A -gezeichnet ist. ,%[an kann sich nun beispielsweise auf experimentellem
Weg an Hand einer entsprechenden Schaltung bei einem Strahlentransforniator davon
überzeugen, daß die Entladung des Kondensators ig statt von dem in Fig. 2 eingezeichneten
Spannungswert B aus, der nur bei Beschleunigung bis zur Elektronenhöchstspannung
gilt, von einem stets höher liegenden Spannungswert aus erfolgen muß, wenn der Expansionsstromimpuls
stets imrichtigenVerhältniszuderjeweiligen Elektronenendspannung stehen soll. Dieser
höhere Spannungswert für die Ausgangsspannung des Kondensators liegt, wovon weiter
unten noch die Rede sein wird, auf der Kurve D und ist also verschieden hoch,
je nachdem, in welchem Augenblick innerhalb von T, die Elektronenbeschleunigung
abgebrochen wird. Die Amplitude der Kurve D, die sich aus der Summe (sin
a + cos a) ergibt, ist um die Quadratwurzel aus 2 größer als die Amplitude
der Kurve A. und die Phasenverschiebung von D
gegenüber A beträgt genau 45'.
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Eine einfache Rechnung zeigt, daß man, wenn die Ladung des Koridensators
18 während des Intervalls Ti im Zündzeitpunkt gerade den durch die Kurve
D angegebenen Wert besitzt, tatsächlich zu einem Expansionsstrotnimpuls solcher
Größe kommt, der zu der gewüiisdhten Elektronenendspannung in demselben Verhältnis
steht wie in Fig. 2 für die Beschleunigung bis auf die maximal mögliche Elektronenendspannung.
Zu diesernZweck sei angenommen, daß der Kondensator 18 in der Schaltung nach Fig.
4, die weiter unten noch ausführlich besprochen werden wird, auf eine Polarität
aufgeladen sein möge, wie sie in Feig. 4 durch die oberhalb derZuführungsleitungen
zumKondensator eingetragenen Plus- und Minuszeichen angedeutet ist. Die Größe dieser
Kondensatorladung soll der Ordinate der Kurve D in Fig- 3, und zwar
im Zeitpunkt t4 entsprechen. Im Zeitpunkt t4 besteht an der E,:xpansionsspule 16,
17 in Fig. 4 eine Gegenspannung zum Kondensator, d. li. eine Spannung
entsprechend den an dieser Spule in Fig.,4 eingetragenen Plus- und Nlinuszeichen
von einer Größe, die der Amplitude der Kurve A in Fig. 3 im Zeitpunkt t4
entspricht. Die Entladung des Kondensators 18 geht im Zeitpunkt t4 über die Entladungsstrecke
ig vor sich und beginnt im Punkt i auf der Kurve D,
der in Fig.
3 eingezeichnet ist. Die Spannung am Kondensator nimmt dabei nach einer sehr
steil verlaufenden Cosinuskurve. in Fig. 3 als senkrechte Linie 21 einUezeichnet.
ab, durchstößt die Kurve A
und endet. dämpfungsfreieEntladungvorausgesetzt,
in einem Punkt 2, der ebensoviel unterhalb der Kurve A liegt wie der Punkt i sich
oberhalb dieser Kurve befindet. Die Ladung am Kondensator 18 hat dann die umgekehrte
Polarität wie vorher, d. h. t' spie hat die Richtung der Plus- und Minuszeichen
die unterhalb der Zuführungsleitun#gen zum Kondensator eingezeichnet sind. Ein Rückfluß
dieser Ladung über die Entladungsstrecke ig kann wegen deren Sperrwirkung nicht
stattfinden, und die zweite Entladungsstrecke :2o im Konidensatorkreis möge zunächst
noch gesperrt sein. Die Kondensator-Iadung bleibt also zunächst konstant,
d. h. sie verläuft vom Zeitpunkt t4 ab vorerst nach der horizontalen Geraden
22.
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Es sei nun zunächst in allgemeiner Form der Nachweis geführt, daß
der Gesamtbetrag der Ladungsänderung am Kondensator proportional der jeweils erreichtenElektronenendspannung
imZündzeitpunkt ist, d. h. daß der entstehende Expansionsimpuls ebenfalls
proportional der Elektronenendspannung ist. Es genügt zu diesem Zweck, zu zeigen,
daß die Differenz zwischen den Ordinaten der Amplituden der Kurven D
und A während des Intervalls T, proportional der jeweiligen Ordinate
der Kurve C ist. Verlegt man den Anfangspunkt der Zeitzählung in den Nulldurchgang
der Kurve C,
d. h. in den Scheitelpunkt der Kurve A, d.
h. legt man den Nullpunkt o der Zeitachse an die in Fig. 3
eingetragene Stelle,
so wird der Ausdruck für die Kurve A eine einfache Cosinuskurve, der
Ausdruck für die Kurve C eine einfache Sinuskurve, und der Ausdruck
f ür die Kur-ve D erhält die folgende Form #2 sin (a wenn mit a die
laufende Zeitkoordinate bezeichnet wird. Die Differenz zwischenden Ordinaten von
D
und A in Jedem Zeitpunkt innerhalb T, wird also 2 sin (a + 45c)
- cOs a = sin a, d. h. sie wird proportional der Elektronenendspannung,
da die Kurve C ja den Verlauf sin a hat. Man sieht also' daß die Kondensatoranfangsspannung
je
nach der Lage des Zündzeitpunktes immer den durch die Kurve D angegebenen
Wert haben muß, um für jede gewählte Elektronenendspannung zu einem Expansionsimpuls
zu kommen, der der Elektronenendspannung proportional ist. Der in Fig. 2 mit B eingezeichnete
Verlauf der Kondensatorspannung für einen Zündzeitpunkt ti und t. steht mit dieser
Behauptung im Einklang, da die Kurve D
f ür maximale Elektronenendspannung,
d. h. am Ende des Intervalls T,' dieselbe Ordinate hat wie die Kurve
A im Scheitelpunkt.
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Einen beliebigen Zündzeitpunkt t4 innerhalb von T, kann man mit Hilfe
der in Fig. 4 dargestellten Schaltung für den Gitterkreis der Röhre ig leicht einstellen.
Die Gitterspannung besteht aus der Reihünschaltung zweier Spannungen, die von zwei
getrennten Wicklungen eines DrehtransformatOrS 23 abgenommen werden. Der
erste Spannungsanteil wird dabei von einer ersten Sekundärwicklung 24 abgegriffen,
an welche eine Doppelwellengleichrichteranordnung, bestehend aus den Ventilen
25, 2,6 und aus dem Lastwiderstand 27, angeschlossen ist. Der zweite
Spannungsanteil wird von einer zweiten Sekun#därwicklung 28 abgegriffen,
die mechanisch fest mit der ersten Sekundärwicklung 24
verbunden
ist und mit ihr zusammen gegenüber der Primärwicklung 29 verstellt werden kann.
An der zweiten Sekundärwicklung liegt eine Schaltung zur Phasenverschiebung dieser
Sekundärspannung um 45', bestehend aus einem Widerstand 30 und einem Kondensator
31. Die Spann-ung am Kondensator 31 ist mit der Spannung am Lastwiderstand
27 in Reilie geschaltet. Die Primärwicklung 29 liegt parallel zur Erregerwicklung
32 des Strahlentransformators. Wie man an Hand der Fig. 5 leicht verfolgen
kann, läßt sich mit dieser Gitterschaltung ein beliebig liegender Zündzeitpunkt
t4 innerhalb von Ti einstellen. Am Lastwiderstand 27 entsteht nämlich eine
pulsierende Gleichspannung nach der punktierten Kurve33, am Koridensator3i eine
Sinusspannung nach der punktierten Kurve 34 und am Gitter von ig daher die Summe
dieser beiden Spannungen, d. h. die Spannung nach der ausgezogenen Kurve
35. Die Spitzen dieser Kurve 35
dienen zur Zündungder Röhre ig und
die Phasenlage dieser Spitzen kann durch Verstellung des Drehtransformators innerhalb
von Ti beliebig geändert werden.
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Innerhalb des Zeitintervalls T2 in Fig. 3 findet nun die Zündung
der zweiten Entladungsstrecke 2o statt, und zwar vermöge der in Fig. 4 dargestellten
Schaltung durch die aus drei in Reihe zueinander geschalteten Einzelspannungen bestehende
Gesamtgitterspannung.
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Der erste Anteil dieser Gitterspannung ist die Spannung am Kondensator
18 selbst, da der Leitungsweg zwischen der Kathode der Entladungsstrecke 2o und
ihrem Steuergitter zunächst den Kondensator 18 enthält.
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Des weiteren enthält der Gitterkreis die Sekundärwicklung
36 eines Transformators 37, dessen Primär,%vicklung 38,an einen Kondensator
39 angeschlossen ist, der in Reihe mit einem Widerstand 40 an die Erregerwicklung
32 des Strahl,entransformators angeschlossen ist. Das Widerstandskondensatorglied
39, 40 bewirkt eine Phasenverschiebung der an der Erregerwicklung
32 liegenden Spannung ull1 45c. so daß an der Sekundärwicklung
36 eine Spannung entsteht, welche nach Größe und Phasenel la-e ebenfalls
nach der Kurve D in Fig. 3 verläuft. Die Kurve D ist in Fig.
3 gleichzeitig mit G2 bezeichnet. um anzudeuten, daß sie den
zweiten Anteil der Gitterspannung für das Entladungsgefäß 20 bildet.
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Der. dritte Anteil der Gitterspannung ist in seinem zeitlichen Verlauf
in Fig. 6 dargestellt. Er besteht aus einer Sinus-kurve, deren obere Kuppen
für die Dauer einer Viertelperiode, welche mit dem Intervall T, zusammenfällt,
abgeschnitten sind. Der abgeschnittene Teil der Sinuskurve ist in Fig.
6
punktiert eingetragen; der dritte Anteil der Gitterspannung ist also stets
negativ, mit Ausnaihme der Intervalle T" in denen er Null ist. Der gesamte
zeitliche Verlauf des dritten Anteils der Gitterspannung ist also der in Fig.
6 durch eine ausgezogene Linie dargestellte. Diese Gitterspannung wird mit
Hilfe eines Transformators 41 hergestellt, dessen Primärwicklun942 über ein eine
Phasendrehung bewirkend-es Widerstandskondensat orglied 43,44 zur Erregerwicklung
32 parallel geschaltet ist und zu dessen Sekundärwicklung ein durch eine
Spannungsquelle 46 vorgespannter Gleichrichter 47 parallel liegt.
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Im Gitterkreis des Entladungsgefäßes 2o ist also die Reibenschaltung
a) der Spannung am Kondensator 18, b) der Spannung G., die von der Wicklung
36 geliefert wird, wirksam und c) der dritte Anteil der Gitterspannung, nämlich
die Spannun nach Fig. 6, die nur im Intervall T2 eine Zündung der Entladungsstrecke
2o erlaubt, im übrigen aber das Steuergitter dieser Röhre verriegelt. Die Kondensatorspannung
und die Spannung an 36 wird durch den Spannungsteiler 48 auf ein dem Aussteuerbereich
des Gitters der Röhre 20 entsprechendes Maß herabgesetzt. Innerhalb des Intervalls
T2 hat derjenige Teil der Kondensatorspannung, der wegen des Spannungsteilers 48
im Gitterkreis der Röhre 2o liegt, die Größe und Polarität, welche der horizontalen
Linie 22 in Fig. 3 entspricht. Die Kurve G., d. h. der Bruchteil der
von der Wick-Iting 36 herrührenden Spannung, hat zu Beginn des Intervalls
T2 einen negativen Wert, der noch bedeutend größer ist als die Ordinate der Geraden
22. Der dritte Anteil der Gitterspannung, d. h. die Kurve in Fig.
6, nimmt zu Beginn des Intervalls T2 den Wert Null an; die Verriegelung der
Röhre 20 wird also aufgehoben. Wenn im Verlauf des Intervalls T2 die Kurve
G2 die Gerade 22 schneidet, d. h. im Zeitpunkt t.' wird die Gitterspannung
für die Röhre 2o positiv, da die für das Steuergitter positive Kondensatorspannung
die für das Steuergitter noch negative Sekundärspannung an der Wicklung
36 überwiegt, so daß die Röhre 20 gezündet wird. Jetzt lädt sich der Kondensator
18 wieder durch die Expansionsspule 16, 17 und das Entladungsgefäß 20
UM, wobei in der Expansionsspule wieder ein Expansionsimpuls von der gleichen
Größe, aber von umgekehrter Richtung entstellt wie im Zeitpunkt t4. Der entsprechende
Spannungssprung am Kon#densator 18, der in Fig. 3 wieder als eine senkrechte
Linie. nämlich als die Linie 49 eingetragen ist. endet im Punkt 4, der von dein
Augenblickswert der Kurve A im Punkt t. nach oben ebenso weit entfernt ist, wie
der Punkt 3 nach unten von dieser Kurve entfernt ist, also bei einem Spannungswert,
der ebenso hoch liegt wie der lltinkt i im Zündzeitpunkt t4 innerhalb des Zündintervalls
der ersten Entladungsstrecke ig, sofern man wieder eine dämpfungsfreie Kondensatorumladung
voraussetzt. Von nun an verläuft die Kondensatorspannung, da die Röhre 2o
null sperrt und die 1Zölire ig zunächst noch durch die Spannung all ihrem Steuergitter
verriegelt ist, wieder'nach einer horizontalen Geraden. nämlich der Geraden 5o,
1)ii# im Punkt i'. der dem Punkt i entspricht, die geschilderten Vorgänge sich zu
wiederholen be-innen.
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Wenn die Zündung der ersten Entladungsstrecke zu einem anderen Zeitpunkt
innerhalb von Ti erfolgt, beispielsweise im Zeitpunkt t., so hat der Kondensator
18 zunächst eine Spannung, die der Ordinate der Kurve D in diesem Zeitpunkt entspricht,
und
die Entladung des Kondensators beginnt also im Punkt 5. Die Entladung setzt
sich, nachdem die Kondensatorspannung bis auf den W'ert abgeklungen ist, welcher
der Gegenspannung Z,
der Spule 16,17 entspricht, bis zu einem Spannungswert
6 fort, der ebensoviel unterhalb der Kurve A 11,el-t, N\ ie sich der
Punkt 5 oberhalb dieser Kurve befindet, wenn man wieder einen dämpfungsfreien
zi annimmt. Die Spannungsänderung ain Kondcnsator ist in Fig. 3 durch eine
punktierte senkrechte Linie5i angedeutet. Es sei jedoch bemerkt, (laß es sich bei
Zündung der Röhre [9 im Zeitpunkt t6 nicht um eine Urnladung des Konclensators
iii derriseibün Sinn wie bei Zündung im Zeitpunkt t,handelt, sondern daß auch im
Punkt6 der Kondensator noch eine solche Ladung besitzt, bei welcher seine rechte
Belegung positiv gegenüber seiner linken Ist. N oni l'unkt 6 an verläuft
die zunächst wieder zeitlich konstaiit, d. li. sie \-erlätift nach der punktierten
Linie ,52, biS 1111 l'Unkt 7 die für das Steuergitter der Röhre
.2o Konden-#atorspannung durch die Spanntiii,- a ii der Sektiii(I'il-#\-icl<Iung36.
die vorn Punkt 7 ab größer wird als die Kondensatorspannung, übertroffen
wird. Nunmehr kommt ein neuer Spannung,#sprung am Kondensator bis zum Punkt8 zustande
-der durch die punktierte Linie 53 angedeutet ist und cler abermals ohne
Vorzeichenwechsel der Kondensatoraufladung \-or sich geht und ledig-]ich eine Andertuilg
der Größe der am Kondensator 18 auftretenden Spannung bedeutet. Vom Punkt
8
an :ill(Icrt sich die Kotidensatorspannung zunächst wieder nach der
horizontalen Geraden 5,4, bis der Punkt s' erreicht ist, welcher dem Punkt
5 entspr clit und in welchem die geschilderten Vorgänge ,;ich zu wiederholen
beginnen.
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Es sei ferner bemerkt, daß die Minimalwerte, auf die die Kondensatorspannung
springt, also die Punkte 2 bzw. 6 für eine Zündung der Röhre ig im Zeitpunkt
t4 bzw. t6, auf einer Sinuskurve E liegen, welche 1-e-enüber der Kurve
D um go' voreilt und dieselbe Aniplitude besitzt wie die Kurve
D. Gegenüber dein Sc liei telpurikt der Kurve A ist die Kurve
D
also um 45- iiacheilend und die Kurve E um 45' \-oreilend verschoben,
wenn man die Phasenverschiebun- 'e#vells zwischen den Scheitelpunkten mißt.
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An Hand der Fi-. 3 kann man sich leicht davon überzeugen. (laß
für jede Lage des Zündzeitpunktes innerhalb des Intervalls Ti mit der einzigen Ausnahme
eines Zündzeitpunktes, der mit dem Ende von T, zusammenfällt, die Kondensatorspannung
nach einer Rechteckkurve erfolgt, deren positive und negative Halbwellen nicht gleich
lang sind. Dies mag angesichts der dem Anschein nach vollkommen symmetrischen Schaltung,
bestehend aus den Expansionsspulen 16, 17, dem Kondensator iS und den beiden
Röhren 19, 20. überraschend erscheinen. Es findet aber seine Erklärung darin,
daß die ganze Schaltung nur in (lern einzigen erwähnten Ausnahmefall s,#,mnietri-#cli
arbeitet, während für jede Lage des Zün,dzeitpunktes innerhalb des Intervalls
T, der zweite Strahl. wenn ein solcher in dem betreffenden Strahlentransform-ator
vorhanden ist, obwohl die gleiche Elcktronenendspannung erreicht wird, einer Beschleunigung
unterworfen ist, die zeitlich keinesweas mit der Beschleunigungsdauer des ersten
Strahls übereinstimmt.
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Wie in Fi-. 7 dar-estellt, findet, wenn die Zün-'#> !21 dung
der Röhre ig im- Zeitpunkt t stattfindet, die t' 4 Beschleunigung des ersten
Strahls während der Dauer Ti minus der DauerT, statt, also für eine Zeit, die um
T,? kleiner ist als die Viertelperiod#endauer der Erregerspannung, während dagegen
der zweite Strahl seine Beschleunigung bereits im Zeitpunkt t. zu erhalten beginnt,
sodann zunächst bis auf die maximal mögliche Elektronenendspannung' die im Zeitpunkt
t. erreicht ist, beschleunigt wird, um anschließend während des Intervalls T, wieder
eine Abbremsung zu erfahren, die erst im Zeitpunkt ti, ihr Ende findet. In diesem
Zeitpunkt tj, ist die erreichte Elektronenendspannung des zweiten Strahls ebenso
groß wie diejenige des ersten Strahls im Zeitpunkt t4- In Fig. 7 ist durch
eine ausgezogene Darstellung der Sinuskurve innerhalb der Beschleunigungsintervalle
und durch punktierte Darstellung des Restes der Sinuskurve besonders deutlich gemacht,
daß d-ie nur (mit Ausnahme des obenerwähnten Spezialfalls) dem äußeren Anschein
nach symmetrische Schaltung in Fig. 4 unsymmetrisch betrieben wird. Lediglich in
diesem erwähnten Spezialfall, in welchem die Rechteckkurve für die Kondensatorspannung,
wie oben bereits bemerkt, gleich lange positive und negative Halbwellen annimmt,
schrumpft das Intervall T, auf Null zusammen, und der Betrieb der Schaltung wird
genau symmetrisch.
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Es soll nun angenommen werden, daß lediglich ein Elektronenstrahl
vorhanden sei, und zwar derjenige, der während des ganzen Intervalls Ti oder eines
Teiles desselben beschleunigt wird. Auch in diesem letzteren Fall muß die in Fig.
4 dargestellte Schaltung mit allen ihren in dieser Figur enthaltenen Bestandteilen
vorhanden sein, und die Umladungsvorgänge des Kondensators 18 sowie die Steuerung
der Röhren ig und 20 müssen sich genau in der beschriebenen Weist abspielen. Der
Expansionsimpuls, welcher bei der Umladung des Kondensators 18 im Zeitpunkt t. oder
bei der Ladungsänderung im Zeitpunkt t , entsteht, dient lediglich, sofern
der Strahlentransformator nur einen Strahl besitzt, dazu, am Kondensator 18 wieder
diejenige Ladung herzustellen, nämlich die Ladung, die den Punkten 4 bzw.
8 entspricht, welche nötig ist, um bei der nächsten Strahlenbeschleunigung
wieder im richtigen Zeitpunkt innerhalb von Ti die Strahlenbeschleunigung zu unterbrechen.
In Wirklichkeit besteht ein sehr nennenswerter Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung
darin, daß man ohne Z, eD irgendwelchen Mehraufwand in dem der Erzeugung
der Expansionsimpulse dienen-den Teil der Schaltung im Strahlentransformator nach
Belieben auch einen zweiten Strahl anbringen kann und die Ausbeute an Riintgenstrahlenergie
gegenüber einem nur einen Elektronenstrahl besitzenden Transformator also verdoppelt.
Es
sei außerdem ausdrücklichdarauf hingewiesen, (laß sich die richtige Anfangsspatinung
am Kondensator 18 für eine willkürlich gewählte Lage des Zündzeitpunktes innerhalb
des Intervalls T, ganz von selbst einstellt, ohne daß man die an Hand der Fig.
3 ausführlich geschilderten Vorgänge überhaupt zu kennen braucht. Es ist
lediglich notwendig, (laß man in der Schaltung nach Fig.,4 die Steuerspannung für
die Entladungsstrecke ig nach Fig. aufbaut. d. h. den Zündzeitpunkt innerhalb
von T, entsprechend der gewünschten Elektronenendspannun" einmal einstellt. Die
richtige Steuerung der zweiten Entladungsstrecke 2o stellt sich dann bei unveränderter
Anwendung der in Fig. -1 dargestellten Schaltung ganz von selbst ein, ohnedaß man
an dieser Schaltung eine von der gewünschten Elektronenendspannung abhängige Einstellung
vorzunehmen hätte.
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Im Zusammenhang hiermit sei wenigstens für einen Spezialfall der Nachweis
geführt, daß der Kondensator 18 je nach der Lage des Zündzeitpunktes innerbalb
des Intervalls T, sich tatsächlich auf denjenigen Spannungswert auflädt, welcher
durch die Ordinate der Kurve D bei dem jeweils betrachteten Zündzeitpunekt
gegeben ist. Man kann diesen Nachweis dadurch führen, daß man nach dein Prinzip
der virtuellen Verschiebung am Kondensator 18 einen Spannungswert annimmt, welcher
von (lern durch die Kurve D vorgeschriebenen Spannungswert abweicht und sodann
zeigt, daß die Ix-i diesem willkürlich angenommenen anfänglichen Spannungswert sich
abspielenden Vorgänge dazu el führen, daß die nach zweimaliger Umladung bzw.
nach zweimaliger Ladungsänderung am Kondensator 18 sich ergeben-de Spannung dem
durch die Kurve D angegebenen Wert näher liegt als der willkürlich angenommene
anfängliche Wert der Kondensatorspantiung. Es sei also z. B. angenommen, daß der
Kondensator 18 den anfänglichen Spannungsv,-ert entsprechend dein l'unkt i" in Fig.
3
besitzen möge. Er lädt sich dann beim Zünden der Röhre ig auf eine neue
Spannung 2" Urn, welche uni ebensoviel unterhalb der Kurve A liegt, wie sieh der
Punkt C oberhalb dieser Kurve befindet. lin Zeitpunkt 3" erfolgt nun eine
neue Ladungsänderung am Kondensator 18, und zwar nimmt die Ladung nun auf eine Spannung
zu, die ebensoviel oberhalb der Kurve -4 liegt, wie sich der Punkt 3"
unterhalb
dieser Kurve befindet. Man sieht bereits, (laß der Punkt 4" sehr viel näher an der
Kurve E
liegt als der Punkt C auf der Kurve D, d. li. also, daß am
Kondensator 18 sich wirklich bei jederLage des Zündzeitpunktes innerhalb des Intervalls
T, eine Kondensatorspannungentspreelien,dderKurveD ausbildet, genauer gesagt eine
Kondensatorspannun-, die rechteckförmig zwischen den Kurven D
und
E verläuft.
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Es soll nun die für die Besprechung der Fig. 3
geinachte
Voraussetzung fallengelassen werden, daß der Eisenkern des Strahlentransformators
bis zu den höchsten vorkommenden Induktionen ungesättigt bleibt. \Venn man eine
gewisse Sättigung in der ?# Nähe der Kuppe der Kurven b A und C voraussetzt, so
bleiben die an Hand der Fig. 3 besprochenen Verhältnisse qualitativ unverändert.
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Lediglich die Kurven, A und C erfahren in der Nähe ihrer
'Maximal- und 'I\,lininial-,vert-e eine gewisse Abflachung, und dasselbe gilt von
der Kurve D und somit auch von der Kurve G2, welche nach wie vor ebenso wie
die Kurve D verlaufen muß. Eine genaue Überlegung der bei Sättigung des Transformatorkerns
auftretenden Verhältnisse ergibt folgendes: Bei einer Magnetisierung des Zentralkerns
bis in das Sättigungsgebiet hinein wird die Kurve A in Fig. 2 und 3 in der
in Fig. 8
stark übertrieben gezeichneten \\'eise deformiert. Diese Deformation
ist jedoch in Wirklichkeit so gering, daß sie vernachlässigt werden kann. Eine andere
und viel wichtigere Folge der Sättigung ist iedoch die Veränderung des Durchmessers
des #ileidligewichtskreises für die bewegten: Elektronen. Dieser Gleichgewichtskreis
wird nämlich verkleinürt, weil das Beschleunigungsfeld im Verhältnis #zu dein von
den nicht gesättigten Steuerpolen erzeugten Steuerfeld kleiner wird als im ungesättigten
Fall. Sollen, die Elektronen durch Expansion des Gleichgewichtskreises auf die Antikathode
geführt werden, so ist wegen der genannten Durchmesserverkleinerung, ein größerer
Expansionsimpuls notwendig al,s bei ungesättigtem Zentralkern. Geschieht die Elektronenausführung
aber durch Kontraktion, so muß (ler K(>iitra"ltionsimpuls kleiner sein als im ungesättigten
Fall. Die für die Herausführung der E lektronen in Abhängigkeit von
der gewünschten Endspann:ung notwendigen Impulsström-e.sind in der Fig.
9 dargestellt. Die Fig. io enthält ebenfalls eine Darstellung dieser notwendigen
Impulsströme in Abhängigkeit von der gewünschten Endspannung, jedoch bezogen auf
denselben Maximalwert der Endspannung. In beiden Fig. 9 und io abzieht sich
die Kurve i auf den ungesättigtien Fall, die Kurve 2 auf den Fall der Sättigung
und auf Expansion des Gleichgewichtskreises, wiilir,en#d die Kurve 3 sich
auf Sättigung und Kontraktion des Gleichgewichtskreises bezieht.
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In Fig. i i sind die für Expansion geltenden Verhältnisse graphisch
dargestellt, und zwar unter Benutzung dersclben Buchstabenbezeichnung für die verschiedenen
Kurven Nvie in Fig. 2 und 3.
Die gestrichenen Bezugszeichen beziehen sich
auf den Fall einer Sättigung dies Zentralkerns, während die ungestrichenen Bezugszeichen
den, Kurvenverlauf ohne Sättigung darstellen, d.h. den Kurvenverlauf, der schon
in Fig. 3 gezeichnet und an! Hand dieser Figur ausführlich Ixsprochen worden
ist. Auch die Rechteckkurvc, welch-e den Verlauf der Kondensatorspannung in Fig,
3 für verschiedene Lagen des Zündzeitpunktes, icl. h. für verschiedene Eltiktronenendspan,nungen,
wiedergibt, ist für eine bestimmte Elektronenend-span:nung in Fig. i i enthalten.
Aus Fig. i i ist ferner u. a. ersichtlich, daß die für die Zündung der zweiten Entla#dungsstrecke
benötigte Spannung D' beispielsweise durch eine Pha,senverschiebung der für
den ungesättigten Kern notwendigen Spannung T) gewonnen werden kann, denn praktisch
ist nur d-er Verlauf in demjenigen
Teil der Kurve D' von
Interesse, der kurz vor dem aufsteigenden Nulldurchgang dieser Spannung liegt, Man
sieht also, daß der Winkel, um den der Zündzeitpunkt der zweiten Entladungsstrecke
nach dem für die maximale Endspannung d-es zweiten Strahls einzufialtenden Zündzeitpunkt
liegen muß, nun nicht mehr -genau, wie es im ungesättigten Fall gilt, sondern nur
mehr annähernd um ebensoviel nach dem für die maximale Endspannung des zweiten Strahls
einzuhaltenden Zündzeitpunkt lieg-en muß, wie der Zün-dzeitpunkt der ersten Entladungsstrecke
vor dem für maximale Endspannung des ersten Strahls einzuhaltenden Zün#dzeitpunkt
liegt.
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Es gilt aber unverändert auch bei Vorhandensein einer Sättigung im
Eisenkern des Stralhlentransformators die schon für den ungesättigten Fall weiter
ausgesprochene Tats-atlie, daß die Spannung am Kondensator 18 sich vollkommen selbsttätig
auf den jeweils benötigten Wert stabil einstellt, und ferner auch, (laß bei Anwendung
der Schaltung nach Fig. 4 die zweite Entladuiigisstreclü 20 selbsttätig jeweils
im richtigen .#ugerrblick gezündet wird, um eine senkrechte Flanke der Rechteckspannung
von der richtignen Höhe zu durchlaufen.
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Somit lj(!steht das Verfahren zur Herstellung von Expansions- oder
Kontraktionsimpulsen für einen Strahlentranisformator mit veränderliciher Elektronenendspannung
und mit einem Elektronenstrahl oder mit zwei in entgegengesetzten Richtungen umlaufenden
Elektronenstrahlen unter Verwendung tiner Expansions- bzw. Kontraktionsspule, die
vom Erreg,erfluß,dcs Strählentransformators erregt wird, sowie unter Verwendung
eines mit dieser Spule in Serie geschalteten Koadensators und zweier dazu ebenfalls
in Serie geschalteter, aber unter sich mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel
geschalteter gittergesteuerter Entludungsstrecken für den allgemeinen Fall darin,
daß die erste Entla-dungsstrecke periodisch zu einem will-kürlieh einstellbaren,
von der gewünschten Endspann#ung abhingigen, Zeitpunkt gezündet wird:, während d,ie
zweite Entladungsstrecke ungefähr ebensoviel nach dem für die maximale Endspannung
des zweiten Strahls einzulialtenden Zündzeitpunkt gezündet wird, wie der Zündzeitpunkt
der ersten En#tla-dungsstrecke vor dem für maximale Endspannung des ersten Stralils
cinzufialtenden Zündzeitpunkt liegt.
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Die Tatsache, daß in dieser Düfinition des Zünde zeitpunktes für die
zweiteEntladungsstreckeauf,das #'oel-i,ati,d#eii,sülti eines zweiten Strahls im
Strahlentransformator Bezug genommen ist, entspricht der Tatsache, daß man lediglich
die Einrichtung zur Erzeugungeines solchen zweiten Elcktronenstrafils in die 13es(-#lilctiniguti#gsr61ire
des Transformators einzubauen braucht, ohne aber an dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung der Expansions- oder Kontraktionsirripulse irgend etwas ändern zu
müssen. Auch die Schaltung zur Herstellung dieser Impulse bzw. die Schaltungen zur
.,-#tis#it)ung des Verfahrens bedürfen keiner Ändierung, wenn man von einem Einstrahlentransformator
auf einen Zweistrahlentransformator, bei dem beide Strahlen auf die gleiche Elektronenendspannung
beschleunigt werden sollen, übergehen will,