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Schaltungsanordnung, bei der ein gewünschtes Potential an einem bestimmten
Punkt erscheint In Fernmeldeanlagen, insbesondere Fernsprechanlagen, wird häufig
,die Forderung gestellt, daß unter gewissen Umständen an einem bestimmten Punkt
ein bestimmtes Potential erscheinen soll. Es kann beispielsweise auf diese Art ein
vollständig belegtes Bündel von Leitungen gekennzeichnet werden.
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Eine derartige Schaltungsanordnung, bei der ein Potential zur Verfügung
gestellt werden soll, wird vornehmlich bei elektrischen Entladungsvorrichtungen
benötigt, um eine gasgefüllte Entladungsrähre zum Zünden zu bringen. Eine solche
Röhre enthält außer der kalten Kathode eine Steuerelektrode und eine Anode. Um sie:
leitend zu machen, muß der Raum zwischen Kathode und Gitter ionisiert werden, und
die Anode muß gegen über der Kathode positiv vorgespannt werden. Beispielsweise
genügt bei einer Anodenspannung von 130 Volt oder mehr der durch eine Ionisationsspannung
von etwa 70 Volt zwischen Kathode und Steuergitter erzeugte Strom, um die
Röhre leitend zu machen.
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Es ist bekannt, derartige Röhren in Reihe zu schalten. Die Kathode
einer jeden solchen Röhre wird über einen Widerstand, dem ein Kondensator parallel
liegt, geerdet. Ein Punkt .dieses Widerstandes ist mit dem Steuergitter der nächsten
Röhre verbunden, wobei die Schaltungsglieder so gewählt sind, daß zwischen Steuergitter
und
Kathode einer Röhre eine Spannung von 35 Volt liegt, sobald
die vorhergehende Röhre leitend wird.
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Dies genügt nicht, um den Raum zwischen den beiden Elektroden leitend
zu machen.
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Auf die Steuergitter aller Röhren. wird dann gleichzeitig ein Impuls
gegeben, der deren. Spannung um 35 Volt gegen Erde steigert. Die durch einen solchen
Impuls zugeführte Spannung genügt dann, um diejenigen Röhren leitend zu machen,
deren Steuergitter durch die vorhergehende _ Röhre bereits vorgespannt ist. Es besteht
nun die Schwierigkeit, auf .das Gitter der ersten Röhre einer Röhrenkette die 35-Volt-Vorspannung
zu bringen, die notwendig ist, um sie .durch einen Impuls zu zünden, wenn zwei -oder
mehrere Röhren leitend sind.
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Die Erfindung betrifft nun eine Schaltungsanordnung, bei der unter
gewissen Umständen eine gewünschte Spannung einem bestimmten Punkt, z. B. eine Vonspannung
der Steuerelektrode einer Gasentladungsröhre, zur Verfügung gestellt werden soll.
Die Anordnung enthält eine Anzahl Steuerpunkte, von ,denen Leitungen über Gleichrichter
zu einem gemeinsamen. Anschlußpunkt führen. Erfindungsgemäß wird nun erreicht, !daß
sich die. am gemeinsamen Anschlußpunkt bei Zuführung der gleichen Spannung an alle
Steuerpunkte auftretende Spannung von derjenigen Spannung unterscheidet, die am
gemeinsamen Anschlußpunkt auftritt, wenn nur einige, aber nicht alle Steuerpunkte
die gleiche Spannjung erhalten.
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Die Schaltungsanordnung der Erfindung kann noch .dadurch abgeändert
werden., daß an Stelle eines Gleichrichterelements ein Widerstand Verwendung findet,
dessen Wert zwischen dem Vorwärts- und Rückwärtswiderstand des Gleichrichters liegt.
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Bei der Röhrenkette gemäß der Erfindung liegt die Kathode einer jeden
Röhre für sich über eine niederohmlige Schaltungsanordnung an Erde und ist jeweils
über Gleichrichterelemente mit dem Steuergitter der Anfangsröhre verbunden;. Die
Schaltungsglieder des niederohmigen Kreises, die Kennlinien der Gleichrichter, die
Richtung, mit welcher sie in den Kreis eingefügt sind, sowie die den einzelnen:
Steuergittern zugeführten Spannungen sind so gewählt, daß nur eine verhältnismäßig
kleine Spannung auf .das Gitter der Anfangsröhre gelangt, bis alle anderen Röhren
leitend geworden sind; erst dann erhält .das Gitter der Anfangsröhre das richtige
Potential.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematische Ausführungsformen
der Erfindung, und zwar in Fig. i eine Schaltung gemäß der Erfindung mit drei Röhren,
in Fig2 Einzelheiten der Schaltung gemäß Fig. i, in Fig. 3 eine allgemein gehaltene
Schaltung nach Fig. i, und in Fig. q. schließlich, eine Schaltungsanordnung der
Erfindung mit sechs Röhren.
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In Fig. i sind drei Röhren gleicher Art i, 2, 3 dargestellt. Jede
Röhre hat drei Elektroden, ist gasgefüllt und hat eine kalte Kathode, ein Steuergitter
und eine Anode. Das Steuergitter ist als ` Pfeilspitze dargestellt, die Kathode
als kleiner Kreis. Die Kathode liegt bei jeder Röhre rechts. An der Anode jeder
Röhre mögen 130 Volt liegen. Sobald irgendeine Röhre, z. B. i, leitend wird, ist
der Spannungsabfall zwischen Anode und Kathode etwa 70 Volt, und die Spannung
an den Widerständen q. und 5 steigt nach einer kurzen Pause, die durch die Aufladung
des parallel geschalteten Kondensators auf :etwa 6o Volt hervorgerufen wird. Der
Verbindungspunkt der Widerstände q. und 5 wird mit Erde verbunden, und zwar nicht
nur über den Widerstand 5, sondern auch über einen Gleichrichter 6, der in umgekehrter
Richtung über einen Widerstand .7 und einen Widerstand 8 an Erde liegt. Der Verbindungspunkt
zwischen .dem Gleichrichter 6 und .dem Widerstand 7 liegt über einen Widerstand
9 am Steuergitter der Röhre 2. Der Rückwärtswiderstand des Gleichrichters 6 ist
etwa 2o Megohm und die Widerstände 7 und 8 zusammen etwa 1/2 Megohm. Der Potentialabfall
zwischen dem Steuergitter und der Kathode der Röhre 2 beträgt daher nur wenige Volt
und genügt nicht, um die Röhre :2 leitend zu machen, sogar dann nicht, wenn auf
die Leitung io zum Steuergitter der Röhre 2 ein Impuls kommt.
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Angenommen, an Stelle der Röhre i würde nun Röhre- 3 leitend. Der
Strom dieser Röhre fließt über .die Widerstände i i und 8 nach Erde, ebenso auch
über den Widerstand 7, Gleichrichter 6 und Widerstand 5, wobei der Gleichrichter
6 in Vorwärtsrichtung .durchflossen wird.
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Der Widerstandswert des Gleichrichters 6 in: Vorwärtsrichtung liegt
bei 30 ooo Ohm, so däß der Widerstand 7 hiergegen groß ist; und die Spannung am
Verbindungspunkt des Widerstandes 7 mit dem Gleichrichter 6, die -durch den Strom
in der Röhre 3 entsteht, beträgt nur wenige Volt. Die Tatsache, daß (die Röhre 3
leitend wird, genügt aber nicht zur Zündung der Röhre 2 durch einen auf der Leitung
i o erscheinenden Impuljs-.
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Nun soll der Fall betrachtet werden., Klaß sowohl die Röhre i als
auch die Röhre 3 leitend sind, wobei vorerst die Verbindung über den Gleichrichter
6 und den Widerstand 7 vernachlässigt werden soll. Der Verbindungspunkt zwischen
den Widerständen q. und 5 ist auf dem gleichen Potential wie der Verbindungspunkt
der Widerstände i i und B. Die Verbindung dieser zwei Punkte über den Gleichrichter
6 und den Widerstand 7 stört den Potenti.alraidienten nicht, und der Verbindungspunkt
zwischen dem Gleichrichter 6 und dem Widerstand 7 liegt dann auf dem positiven Potential
von 35 Volt, das dem Steuergitter der Röhre 2 aufgegeben wird.
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Das Leitendwerden,der Röhren i und 3 hat also die Wirkung, daß .die
Steuerstrecke der Röhre 2 ionisiert wird, sobald der nächste Impuls auf der Leitung
io ankommt.
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Man kann leicht einsehen, @daß es von der richtigen Wahl der Werte
der festen Widerstände und der Werte des Vorwärts- und Rückwärtswider-
Standes
der Gleichrichter abhängt, ob die Bedingungen erfüllt sind, unter denen die Steuergiitterstrecke
einer Endröhre unter der Einswirkung eines Impulses nur dann ionisiert wird, wenn
.drei, vier oder mehr vorhergehende Röhren leitend werden. Die einzige bleibende
Wirkung einer leitend gewordenen Röhre besteht in einer Stromleitung zwischen Kathode
und Anode. Wenn die Kathode an Erde oder am negativen Pol einer Spannungsquelle
liegt, deren positiver Pol mit der Anode verbunden ist, so findet längs eines Widerstandes
ein Spannungsabfall statt, der parallel zur Kathoden-und Anodenstrecke liegt. An
diesem Widerstand kann man dann jede beliebige Spannung abgreifen. Die Verbindungspunkte
zwischen den Widerständen q. und 5 und zwischen 8 und i i stellen solche Spannungsabgriffe
dar.
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Um daher den Kreis zu berechnen, der :die Anfangsröhre zünden läßt,
nachdem eine beliebige Anzahl nachfolgender Röhren vorher gezündet worden ist, ist
es lediglich nötig, die Spannungen an den Abgriffen an einer Anzahl ähnlich i und
3 in Fig. i verbundener Röhren zu betrachten.
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Fig. 2 stellt schematisch eine Anordnung .dar, in der die Bedingungen
nach Fig. i verwirklicht sind, so kann' der Punkt 12 als der Verbindungspunkt zwischen
den Widerständen ¢ und 5 der Fig. i betrachtet werden. Punkt 13 entspricht ebenso
dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen i i und B. Der Widerstand 16 entspricht
dem Widerstand! 7 der Fig. i, der Punkt 1q. der Steuerelektrode der Röhre 2. Der
Widerstand 9,der Fig. z ist aus .dem entsprechenden Kreis der Fig.2 fortgelassen
und spielt in dem Kreis, -der zur .Aufgabe der von .den. Punkten 12 und 13 erhaltenen
Spannung an dem Punkt 1q. bestimmt ist, keine Rolle. Er ist lediglich zurBegrenzung
des über dieSteuerstrecke der Röhre 2 fließenden Stromes nach einsetzender Ionisation:
erforderlich.
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Der Zweck dieses Kreises liegt also darin, dem Punkt 1¢ ein Potential
zu geben, wobei 1q. hochohmig geigen Erde ist, sobald die Punkte i2 und 13, die
niederohmig gegen Erde sind, eine Spannung erhalten, jede Spannung von 1q. jedoch
fern zu halten, wenn keiner der Punkte 12 und 13 oder nur einer von ihnen Spannung
hat. Der geringe Widerstand gegen Erde der Punkte i2 und 13 wird durch die Widerstände
17 und 1$ dargestellt, die den Erdverbindunigswiderständen q. und 5 bei der Röhre
i und dem Widerstand 8 und i i bei der Röhre 3 (Fig. i) entsprechen.
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Der Kreis der Fig. 2 entspricht dem in Fig. i gezeigten Kreis, ist
jedoch ein Spezialfall des allgemeineren Kreises, der in Fig. 3 gezeigt ist. Die
Arbeitsweise des Kreises der Fig.2 wird besser verständlich werden, wenn die Arbeitsweise
des in Fig. 3 dargestellten Kreises beschrieben worden ist.
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Der einzige Unterschied zwischen Fig.3 und Fing. 2 liegt darin, daß
der Widerstand 16 in Fig. 3 durch einen Gleichrichter i9 mit denselben Merkmalen
wie der Gleichrichter 15 ersetzt ist.
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Beider Betrachtung der Fig. 3 wird klar, -daß am Punkt 1q. kein Potential
entstehen kann, wenn weder am Punkt 12, noch am Punkt 13 Spannung vorhanden ist.
Wenn jedoch ein positives Potential am Punkt 12 auftritt, während Punkt 13 auf Erdpotential
bleibt, so wird der Gleichrichter 15 durch die Spannung am Punkt 12 .in seiner Rückwärtswiderstandsrichtung
(hoher Widerstand) beansprucht, wodurch der Kreis als Spannungsteiler mit großem
Teilungsverhältnis zwischen den Punkten 12 und 13 zum Punkt 14. wirkt. Eine kleine
Spannung erscheint dann am Punkt 14, ist jedoch gegenüber der Spannung am Punkt
1¢ zu vernachlässigen, da sie den Gleichrichter i9 in seiner Vorwärtsrichtung ('kleiner
Widerstand) beansprucht.
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Es ist klar, daß genau die gleiche Wirkung erzielt wird, wenn an Iden
Punkt 13 ein positives Potential gelegt wird, während 12 auf Erdpotential bleibt.
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Wenn jedoch .an 12 und 13 ein gleiches Potential liegt, so erscheint
diese Spannung natürlich auch am Punkt 1q., der hohen Widerstand gegen Erde hat.
Man kann sofort erkennen, daß weitere 12 und 13 entsprechende Punkte mit dem gemeinsamen
Punkt 2o durch Gleichrichter verbunden werden können, die den Gleichrichtern 15
und 19 ähnlich sind. Hierbei wird istets dann in 1q. kein wesentliches Potential
entstehen, wenn die übrigen Punkte 12, 13 usw. auf einem positiven. Potential liegen.
Es gibt natürlich eine Grenze in der Zahl der Verbindungen, die zum Punkt 2o geführt
werden können. Sie wird bestimmt durch das Verhältnis der Vorwärts- zu den Rückwärtsw
iderstän.den der Gleichrichter. Wenn die größtmögliche Anzahl Gleichrichter mit
n bezeichnet wird und R (rückwärts) bzw. R (vorwärts) die Widerstände
eines Gleichrichters sind., dann kann ia durch folgende Formel bestimmt werden:
Angenommen, R (rückwärts) sei 2o Megohm und R (vorwärts) 30
000 Ohm, so würde es theoretisch möglich sein, mehr als sechshundert Gleichrichter
mit Punkt 2o zu verbinden, ohne daß die Spannung an 14 auf die Spannung an den Punkten
12, 13 usw. mit einer Ausnahme absinkt.
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Um aber die Spannung am Punkt 1q. auf einem vernachlässigbar kleinen.
Wert zu halten, müßte man die Zahl von sechshundert stark herabsetzen, so @daß in
Praxis die Anzahl der Gleichrichter durch den Spannungsanstieg bestimmt ist, der
am Punkt 1q. zugelassen werden kann.
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Um nun zu dem in Fig.'2 dargestellten Kreis zurückzukehren, so kann
man darauf hinweisen, daß er lediglich eine vereinfachte Form des in Fig. 3 gezeigten
Kreises ist. Der Widerstand 16 ersetzt den Gleichrichter i9, und der erwünschte
Wert R dieses Widerstandes wird durch deri Ausdruck
gegeben,
Setzt man die Werte von 2o Megohm für R (rückwärts) und
30 000 Ohm für R (vorwärts) ein, so ergibt sich für R ein Widerstandswert
von 8oo ooo Ohm, -so sieht man, daß der Kreis der Fig. 2 ähnlich dem Kreis :der
Fig. 3 ist, denn der Widerstand von 8oö ooo Ohm ist klein im Vergleich zum Rückwärtswiderstand
und :groß im Vergleich zum Vorwärtswiderstand des Gleichrichters 15.
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Fi,g.4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der sechs Röhren
mit kalten Kathoden so verbunden sind, daß die Hauptröhre nur .dann leitend werden
kann, wenn alle anderen fünf Röhren leitend. geworden sind.
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Die fünf Röhren' 2i bis 25 einschließlich haben positive Anodenspannungen.
Die durch Pfeile gekennzeichneten Steuergitter sind stets an der linken Seite gezeichnet
und die Röhren können durch entsprechende Spannungen .an diesen Gittern leitend
gemacht werden, die von irgendwelchen Quellen, z. B. von den Kathodenkreisen, ähnlich
geschalteter anderer Röhren oder als Impulse von Generatoren oder aus einer Batterie
stammen. Die Hauptröhre, die nur dann eine Spannung an ihrem Steuergitter hat, wenn
alle anderen fünf Röhren leitend sind, ist mit 26 bezeichnet. Die Kathoden der Röhren
2i bis 25 liegen über jeweils einen der Widerstände 27 bis 31 an Erde.. Die Gleichrichter
32 .bis 36 liegen an den Widerständen 27 bis 3 1 und an der gemeinsamen Leitung
37. Die Gleichrichter -sind so eingeschaltet, daß ihr hoher Widerstandswert an Aden
positiven Spannungen liegt, die an den Kathoden, derjenigen Röhren vorhanden ist,
mit denen sie im einzelnen verbunden sind. Die gemeinsame Leitung 37 ist mit den
Steuergittern. der Röhre 26 verbunden. Solange eine der Röhren 21 bis 25 leitend
ist, macht die kleine Spannung am Gitter der Röhre 26 nichts aus; die dort durch
die kleinen Ströme entstanden ist, welche durch die mit den Röhren verbundenen Gleichrichter
fließen, solange eine .der Röhren 2:i bis 25 noch: nicht leitend ist. Angenommen,
die Röhren 21, 22, 23 und 25 sind leitend, die Röhre 2:4 aber nicht, dann werden
die Gleichrichter 32, 33, 34 und 36 an ihrer hochohmigen Seite auf ein hohes Potential
gebracht. Die kleinen Ströme, die sie dann durchfließen, laden den Gleichrichter
35 an seiner niederohmigen Saite :auf, so daß über ihn und einen 'heil des Widerstandes
30 ti.n Strom fließt.
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Die Hauptleitung 37 und .das Steuergitter der Röhre 26 werden dann
auf einem Potential gehalten, das sich nicht viel vom Erdpotential unterscheidet.
Sobald jedoch die Röhre 24 auch noch leitend wird, tritt am hochohmigen Ende des
Gleichrichters 3@5 eine Spannung auf, und die an den fünf Anschlüssen der Widerstände
27 bis 31 vorhandene Spannung tritt an dem Steuergitter der Röhre 26 auf.
Diese Spannung kann so hoch gewählt werden, daß die Röhre ionisiert wird, gewöhnlich
wird sie aber nur so hoch gehalten, daß die Röhre gerade noch nicht ionisiert -wird;
sondern hierzu ein zusätzlicher Impuls auf der Leitung 38 nötig ist. Die Spannung,
die am Leiter 37 auftritt, wenn alle Röhren leitend sind, ist jedenfalls stets durch
die Wähl der Anschlußpunkte der Widerstände 27 bis 3 1 gegeben.
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Bei eileer so getroffenen Anordnung kann eine Hauptröhre nur leitend
gemacht werden, wenn vorher eine Reihe von Bedingungen erfüllt und eine Mehrzahl
von Röhren vorher leitend gemacht worden sind.