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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.
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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.
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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.
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In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit Stromtoren gezeigt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem die
Stromtore durch andere, einfachere Mittel ersetzt sind.
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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.
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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.