DE891885C - Einrichtung zur Erzeugung von Spannungs- und Stromimpulsen - Google Patents

Einrichtung zur Erzeugung von Spannungs- und Stromimpulsen

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DE891885C
DE891885C DES16122D DES0016122D DE891885C DE 891885 C DE891885 C DE 891885C DE S16122 D DES16122 D DE S16122D DE S0016122 D DES0016122 D DE S0016122D DE 891885 C DE891885 C DE 891885C
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DE
Germany
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capacitor
pulse
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grid
voltage
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Expired
Application number
DES16122D
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English (en)
Inventor
Hans Henneberg
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback

Landscapes

  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Erzeugung von Spannungs- und Stromimpulsen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Strom- bzw. Spannungsimpulsen. Solche Impulse sind beispielsweise notwendig für bestimmte Zwecke der drahtlosen Nachrichtentechnik, unter Umständen auch für Prüf- und Meßzwecke, z. B. zur Prüfung von Röhren bei hohen Spannungen und Strömen, welchen die Röhren im Dauerbetrieb nicht gewachsen wären. Bei der Impulserzeugung muß man ,im allgemeinen folgende Forderungen stellen: Die Stromstöße müssen wenigstens annähernd rechteckförmig - sein. Die Impulsleistung muß verhältnismäßig groß sein können, d. h. die Spannung muß mehrere iooo Volt, der Strom vielfach mehr als ioo Ampere betragen. Die Stoßdauer muß kurz sein und soll außerdem beispielsweise zwischen io-3 und io-s Sekunden regelbar sein. Auch die Impulsfrequenz muß in vielen Fällen eingestellt werden können. Sie kann z. B. einige ioo in der Sekunde betragen. Die Erfindung gibt nun ein Gerät an, mit Hilfe dessen es möglich ist, die gestellten Forderungen alle, gleichzeitig zu erfüllen, Impulse von kürzester Dauer und hoher Intensität mit einstellbarem Pausenverhältnis und einstellbarer Impulsdauer zu liefern. Die Einrichtung nach der Erfindung besteht aus einem Schwingungskreis, dessen Kapazität über eine Schaltvorrichtung periodisch aufgeladen und an eine Drosselspule geschaltet wird. Die so zunächst entstehenden annähernd sinusförmigen Schwingungen werden zur Bildung von Rechteckimpulsen in der Weise benutzt, daß das erste Viertel einer vollen Schwingung zur Impulserzeugung herangezogen wird. Der für die Rechteckform erforderliche senkrechte Anstieg wird dadurch erreicht, daß der Induktivität des Schwingungskreises parallel eine Kapazität mit vorgeschaltetem Widerstand geschaltet wird, wobei die Kapazität ungefähr ebenso groß wie die vorgenannte Kapazität des Schwingungskreises gewählt ist. Dadurch läßt sich ein praktitsch senkrechter Anstieg ides Stromes und ein nahezu horizontaler Verlauf der Stromhöhe über die erste Viertelperiode der Sinuskurve erreichen. Die übrigen Teile der Kurve werden abgeschnitten, indem z. B. parallel zum Belastungswiderstand eine diesen Belastungswiderstand kurzschließende Schaltvorrichtung angeordnet wird, die im Takt mit der den Kondensator betätigenden Schaltvor. richtung gesteuert wird. Es sind aber auch noch andere, die gewünschte Impulsbegrenzung bewirkende Mittel möglich, die später behandelt sind.
  • In Fig. i ist die Grundschaltung gezeigt; Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit Stromtoren und Fig. 3 eine Ausführung mit einer Funkenstrecke. Das Wort Stromtor genießt Warenzeichenschutz. Im Prinzip ist die Erfindung in der Fig. i der Zeichnung dargestellt. Die Kapazität i des Schwingungskreises kann mit Hilfe eines Umschalters 2 wahlweise an die mit Plus und Minus bezeichnete Gleichspannungsladequelle oder an die Induktivität 3 des Schwingungskreises geschaltet werden. Mit q. ist der Belastungswiderstand bezeichnet, 5 ist ein zum Kurzschließen des Belastungswiderstandes geeigneter Schalter, 6 eine parallel zur Induktivität 3 liegende Kapazität und 7 ein Ohmscher Widerstand.
  • Zur Erklärung der Wirkungsweise der Schaltung diene folgendes: Über den Schalter :2 kann zunächst die Kapazität i bis auf den vollen Wert der Gleichspannungsquelle aufgeladen werden. Wird dann über den Schalter 2 die aufgeladene Kapazität i an die Induktivität 3 geschaltet, so würde ohne Vorhandensein der Kapazität 6 eine annähernd sinusförmig verlaufende Schwingung in dem aus Kapazität i und Induktivität 3 gebildeten Schwingungskreis entstehen, die langsam abklingen würde. Infolge der im Moment dieses Anschaltens erfolgendenstoßartigenAufladung desKondensators6 wird aber tatsächlich die Spannung bzw. der Strom im Schwingungskreis nicht sinusförmig, sondern ganz steil ansteigen, und es ist bei richtiger Bemessung der Kapazität 6 und des Ohmschen Widerstandes 7 möglich, diesen Anstieg praktisch senkrecht erfolgen zu lassen. Während der ersten Viertelperiode wird auch die Stromstärke nahezu unverändert aufrechterhalten, indem stets etwa um den Betrag, um den sich der Stromfluß zum Kondensator 6 verringert, die Stromaufnahme der Induktivität 3 sich vermehrt. Den erforderlichen, möglichst senkrechten Abstieg des Stromes erzielt man durch die Schaltvorrichtung 5, die .nach einer Viertelperiode derEigenfrequenz des Schwingungskxeises eingeschaltet wird und so momentan jeder weiteren Stromdurchgang durch den Belastungswiderstand q. verhindert.
  • In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit Stromtoren gezeigt.
  • Der Kondensator i 1 wind über .das gittergesteuerte Stromtor 12 von dem Netz (-I-, -) aufgeladen. An Odem Kondensator,m- liegt der Entlade-, kreis, der aus dem Stromtor 13, dem Prüfling 1,4 und der Drosselspule 15 besteht. Wenn T die gewünschte Impulsdauer bedeutet, dann werden die Konstanten des Schwingungskreises _ so gewählt, daß seine Resonanzfrequenz ungefähr 1 : q. T beträgt. Sobald das Stromtor 13 zündet, kann also eine Schwingung in dem Schwingungskreis zustande kommen, wobei die Entladung die Form einer Sinushalbwelle von der Dauer 2 T haben würde. Parallel zu der Drosselspule 15 ist die vorbeschriebene Serienschaltung eines Kondensators 16 und eines Ohmschen Widerstandes 17 gelegt. Es sei dann angenommen, daß das Stromtor 13 gezündet habe, so daß also der Impuls eingeleitet wird. Will man einen Impuls von der Dauer T erreichen, dann muß man dafür sorgen, daß der Entladekreis nach Ablauf dieser Zeit kurzgeschlossen und damit der Stromfluß durch den Prüfling unterbrochen wird. Dies geschieht mit Hilfe eines weiteren Stromtores 18, das gleichfalls mit einer Gittersteuerung versehen ist. Durch die Zündung dieses Stromtores wird die zweite Hälfte der Halbwelle abgeschnitten, so daß also ein Rechteckimpuls entsteht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Schaltung liegt die Anode des Stromtores i8 an einer Anzapfung ig der Drosselspule 15. Dadurch erreicht man, daß beim Zünden das Stromtor 18 wie ein Autotransformator wirkt und auf diese Weise rascher die Löschung des Stromtores 13 und damit die Unterbrechung der Entladung durch den Prüfling 14 hindurch erzielt wird.
  • Bei den bisherigen Überlegungen wurde unterstellt, daß die Stromtore im richtigen Augenblick gezündet bzw. gelöscht werden, so daß auf diese Weise in den gewünschten Zeitpunkten Einsatz und Unterbrechung des Impulses erfolgt. Um dies zu erreichen, muß jedoch die Steuerung der Stromtore in einem bestimmten Rhythmus erfolgen. Zu diesem Zweck wird die ganze Schaltung von einem Taktgeber, z. B. einem Schwebungssummer, gesteuert, dessen Spannung den Steuertransformatoren 2o, 21 und 22 zugeführt wird. Diese sind so angeschlossen, daß bei einer bestimmten Halbwelle der Steuerspannung, z. B. bei der positiven Halbwelle, das Gitter 12 gezündet, die beiden anderen Stromtore 13 und 18 hingegen verriegelt werden, während in der anderen Halbwelle der Steuerspannung mit den durch die Schaltelemente der Gitterkreise bestimmten Verzögerungen die Zündung der Stromtore 13 und i8 erfolgt, während das Stromtor 12 gesperrt wird.
  • Der Steuerkreis des Stromtores 12 ist so aufgebaut, daß während der negativen Halbwelle der Steuerspannung das Gitter stark negativ ist (negative Vorspannung) und daß während der positiven Halbwelle die Gitterspannung allmählich dadurch ansteigt, daß der Koniden,Sator 23 über den Widerstand 24 geladen wird.; dadurch tritt eine Verzögerung des Zündens des Stromtores 12 ein, die nötig ist, um den Stromtoren 13 und 18 Zeit für den Entionisierungsvorgang zu lassen. Der Gleichrichter 25 sorgt für unverzögertes Negativwerden des Gitters des Stromtores 12.
  • Das Zünden des Stromtores 18 ist von dem Zündvorgang des Stromtores 13 insofern abhängig, als durch den Abstand der beiden Zündvorgänge die Impulsdauer bestimmt wird. Während der am Stromtor i2 positiven Halbwelle der Steuerspannung wird von der Transformatorwicklung 22 aus über das Ventil 26 der Kondensator 27 so aufgeladen, daß das Gitter des Stromtores 18 eine negative Vorspannung erhält. Durch das Vorhandensein des Ventils 26 wird in der folgenden Halbwelle der Steuerspannung eine Umladung des Kondensators 27 verhindert. Erst nach Zündung des Stromtores 13 tritt am Prüfling 14 eine Spannung auf, von der der Kondensator 27 über einen Widerstand 28 allmählich aufgeladen wird, so daß die Spannung am Steuergitter der Röhre 18 bis zur Zündung ansteigt. Der Zündzeitpunkt und damit die Impulslänge ist durch die Zeitkonstante R28' C27 gegeben.
  • Durch die Steuerfrequenz V und die Impulsdauer T ist das Impulsverhältnis festgelegt. Man kann es ändern durch Änderung von T, was einer Änderung des Widerstandes 28 entspricht, oder auch durch Änderung der Steuerfrequenz h. Das letztere ist leistungsmäßig günstiger.
  • Dadurch, daß in der ganzen Schaltung als einleitende und begrenzende Elemente für den Impuls Stromtore verwendet werden, ist die Möglichkeit vorhanden, eine sehr kurze Impulsdauer zu erzielen, da die Zündvorgänge in den Stromtoren äußerst rasch verlaufen. Die Steuerfrequenz muß so gewählt werden, daß auch die Löschvorgänge in den Stromtoren jedesmal vor Einleitung eines neuen Stromstoßes abgeklungen sind. Dies wird durch die dargestellte Schaltung erreicht.
  • In der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem die Stromtore durch andere, einfachere Mittel ersetzt sind.
  • Der Schalter :2 der Fig. z wird in diesem Fall von einer Funkenstrecke gebildet, die aus den vier festen Kontakten 29, 30, 31 und 32 und einem um eine Achse 33 drehbaren Kontaktarm 34 besteht, der von einem Motor 35 angetrieben wird. Die Kontakte 3 1 und 32 sind miteinander und mit der Kapazität 36 des Schwingungskreises verbunden, während der Kontakt 29 an die eine Seite der Spannungsquelle 37 und der Kontakt 3o an die Induktivität 38 des Schwingungskreises geschaltet ist. Mit 39 und 40 ist die parallel zur Induktivität 38 geschaltete Kapazität bzw. ider Ohm@sche Widerstand bezeichnet, entsprechend den Teilen 6 und 7 der Fig. r. 41 ist der Belastungswiderstand. Diesem sind parallel eine Kapazität 4a und eine Induktivität 43 geschaltet. Bei der Rotation des Armes 34 wird die Kapazität 36 abwechselnd an die Spannungsquelle 37, und zwar über die Pole 29 und 3 r, und an die Induktivität 38, und zwar über die Pole 30 und 32 gelegt. Infolgedessen wird bei jeder Drehung des Armes 34 ein Impuls dem Belastungswiderstand 41 zugeführt. Zum Abschneiden des Impulses dient in diesem Fall keine Schaltvorrichtung, sondern ein aus der Kapazität 42 und der Induktivität 43 bestehendes Schwingungsgebilde, das derart bemessen ist, daß in ihm eine Schwingung der vierfachen Frequenz von der Grundfrequenz entsteht. Dadurch wird erreicht, daß innerhalb des ersten Teiles des Impulses eine Reduktion des dem Belastungswiderstand 41 zugeführten Stromes eintritt. Da diese Reduktion im wesentlichen sinusförmig verläuft, so wird dadurch der Verlauf des Impulses günstig beeinflußt, indem eine gewisse Stromerhöhung in der Impulsmitte dadurch ausgeglichen wird. Die zweite Halbperiode des aus den Teilen 42 und 43 bestehenden Schwingungsgebildes dient dazu, den an sich noch langsam verlaufenden Abfall des Spannungsimpulses zu beschleunigen, so daß der Impuls, wenn auch nicht ganz, so doch nahezu senkrecht auf Null abfällt.
  • Es hat sich gezeigt, daß in mancher Hinsicht die in der Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der in der Fig. 2 dargestellten überlegen ist, insbesondere ist es möglich, mit Spannungen zu arbeiten, für die zur Zeit Stromtore nicht zur Verfügung stehen, und auch die Frequenz gegenüber der Anwendung von Stromtoren noch weiter zu steigern. Auch sind die zur Anwendung kommenden Mittel gegenüber der Verwendung von Stromtoren billiger und einfacher.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Einrichtung zur Erzeugung kurzzeitiger Strom- oder Spannungsimpulse, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Teil eines Schwingungskreises bildender Kondensator über eine Schaltvorrichtung periodisch aufgeladen bzw. entladen wird und daß die Dauer der Entladung durch eine weitere Schaltvorrichtung begrenzt wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Drosselspule ein mit einem Ohmschen Widerstand in Serie geschalteter Kondensator liegt, wobei Widerstand und Kondensator derart bemessen sind, daß sich bei Beginn der Kondensatorentladung ein annähernd rechteckiger zeitlicher Stromverlauf ergibt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einer einen Teil des Schwingungskreises bildenden Drossel eine Kapazität zweckmäßig in Reihe mit einem Widerstand geschaltet ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß als - Schaltvorrichtungen Stromtone verwendet werden. Das Wort Stromtor genießt Warenzeichenschutz.
  5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen r bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Stromtore von einer gemeinsamen Steuerwechselspannung derart gesteuert werden, daß die zur "Einleitung und zur Begrenzung des Impulses dienenden Stromtore während der Ladezeit des Kondensators gesperrt gehalten werden.
  6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen i, q. und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter des im Ladekreis liegenden Stromtores an einer negativen Vorspannung liegt und seine Steuerwechselspannung über eine solche Kombination von Widerstand und Kapazität erhält, daß das Ladestromtor erst nach völliger Entionisierung der beiden anderen Stromtore entsperrt wird.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gitter und der Kathode des zur Impulsbegrenzung dienenden Stromtores die Sekundärspule und in Serie mit dieser ein Ventil liegt, über das während der positiven Halbwelle der Steuerwechselspannung ein gleichfalls zwischen Gitter und Kathode liegender Kondensator derart aufgeladen wird, daß das Gitter eine negative Vorspannung erhält und daß der Kondensator gitterseitig mit der positiven Seite des Belastungswiderstandes über einen Widerstand verbunden ist, derart, daß nach Einsetzen des Impulses der Kondensator über den Widerstand während der gewünschten Impulsdauer auf eine zur Zündung des Stromtores ausreichende Spannung aufgeladen wird. B. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, ;daß als Schaltvorrichtung zum Anschließen des Kondensators an den Lade-bzw. Entladekreis eine Funkenstrecke dient, deren Zündspannung im Takt der gewünschten Impulsfrequenz beeinflußt wird. g. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch b -kennzeidhr@e:t, d'aß ein als idienernder Teil der Funkenstrecke von einem Motor mit einer .der Impulsfrequenz entsprechenden Geschwindigkeit gedreht wird. io. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zum Belastungswiderstand geschaltete Schaltvorrichtung durch eine Reihenschaltung von Kapazität und Induktivität gebildet wind, die `so bemessen sind, daß am Ende jedes Impulses der Abfall möglichst steil verläuft.
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