DE895040C

DE895040C - Schaltung zur Erzeugung eines saegezahnfoermigen Stromes in einer Selbstinduktionsspule

Info

Publication number: DE895040C
Application number: DEP23495D
Authority: DE
Inventors: Johann Haantjes; Josue Jean Philippe Valetow
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1946-05-10
Filing date: 1948-12-04
Publication date: 1953-10-29
Also published as: US2489375A; FR946426A; GB647478A; NL77100C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erzeugung eines sägezahnförmigen Stroms in einer Selbstinduktionsspule mit Selbstinduktion L und Widerstand r unter Zuhilfenahme einer irnpulsförmigen Spannung, die zwischen den Impulsen während einer längeren Zeit als die Dauer jedes Impulses einen gleichbleibenden Wert aufweist. Solche Schaltungen werden zum Beispiel zum Ablenken der Elektronenstrahlen bei Elektronenstrahlröhren verwendet, bei denen die Spule als Ablenkspule verwendet wird. Die impulsformige Spannung kann dabei zum Beispiel der Sekundärwicklung eines Transformators entnommen werden, dessen Primärwicklung an den Ausgangskreis eines Sägezahngenerators angeschlossen ist. Dieser Generator ist in diesem Fall derart ausgebildet, daß während des Hubes des Sägezahnstroms des Generators an der Primärwicklung und somit auch an der Sekundärwicklung des Transformators eine Spannung gleichbleibenden Werts auftritt.

Mit Rücksicht auf die Anwendung solcher Schaltungen ist es meistens erwünscht, daß der in der Spule erzeugte sägezahnförmige Strom während des Hubes linear mit der Zeit verläuft. Dies wird jedoch infolge des Vorhandenseins des Widerstands r der Spule nicht der Fall sein. Wird zum Beispiel einer solchen Spule plötzlich eine Gleichspannung E zugeführt, so entsteht in der Spule ein Strom

in der t die Zeit darstellt. Wie Reihenentwicklung

ergibt, ist dabei die Abweichung von der Linearität proportional mit — und mit der Zeit t. Unter dem

Einfluß der vorher erwähnten impulsförmigen Spannung entstehen während des Hubes Ströme in der Spule, deren Abweichung von der Linearität gleichfalls proportional mit -^- und auch mit der Dauer der Periode des sägezahnförmigen Stroms ist.

Nun ist die Dauer der Periode meistens vorgeschrieben, und -£- kann nicht beliebig klein gemacht

werden, da dies zunächst höhere Kosten mit sich bringt und zweitens mit Rücksicht auf die Anwendung eine bestimmte !Bemessung entsprechend dem verfügbaren Raum und den zulässigen Abmessungen erfordert.
Der Zweck der Erfindung ist, eine Schaltung zu schaffen, bei der die Abweichung von der Linearität des sägezahnförmigen Stroms wesentlich geringer ist als bei den bekannten Schaltungen. Ihr liegt die Erkenntnis zugrunde, daß diese Abweichung hauptsächlich durch die Phasenverzerrung für die verschiedenen Frequenzen der Komponenten bedingt ist, in welche die impulsförmig angelegte Spannung zerlegt werden kann.

Wird die angelegte Spannung in sinusförmige Komponenten zersetzt, so würde im Idealfall für eine Kreisfrequenz ω der die Spule durchfließende Strom i gleich

sein müssen, wobei E die angelegte Spannung

jmL

ist. Infolge des Vorhandenseins des Widerstands r entsteht jedoch ein Strom

E E jcoL

r + jcoL jcoL r + jmL

wobei der zweite Faktor die Abweichungen herbeiführt. Wäre dieser Faktor eine Konstante für alle Frequenzen, so^! würde der Idealfall, also ein linear verlaufender, sägezahnförmiger Strom, erreicht sein. Nun ist der Tangens des Phasenwinkels dieses Fäktors, der für die Abweichung von der Linearität die bedeutendste Rolle spielt, für hohe Frequenzen praktisch gleich Null. Für niedrige Frequenzen, besonders die niedrigste, d. h. die Grundfrequenz des sägezahnförmigen Stroms, hat der Tangens jedoch einen verhältnismäßig großen Wert. Wird zum Beispiel eine Spule mit — = iooo see * verwendet, so ist tg φ = —^- bei einer Kreisfrequenz ω = 6 · ίο* see ~^x

CO Lj

gleich Veo-

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltung ist es möglich, diesen Wert für \%φ bei niedriger Frequenz auf einen bedeutend kleineren Wert herunterzubringen, wodurch eine erheblich bessere Annäherung des linearen Verlaufs des sägezahnförmigen Stroms entsteht.

Die Schaltung nach der Erfindung hat das Merkmal, daß die impulsförmige Spannung einem Kreis zugeführt wird, der aus der Reihenschaltung einer Hilfsspule mit Selbstinduktion L₁ und Widerstand Y₁ und eines Parallelkreises besteht, bei dem der eine Zweig die Selbstinduktionsspule (L, y) und der andere Zweig eine Hilfsspule mit SelbstinduktionL₂ und Widerstand^ enthält, wobei diese Hilfsspulen derart bemessen sind,

daß -p- größer als -y und -p- kleiner als -=- -| 1— ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert, in- der eine solche Schaltung und die ihr zugeführte impulsförmige Spannung in den Fig. ι bzw. 2 dargestellt sind.

Die Schaltung nach Fig. ι besteht aus der Reihenschaltung der Spule ι (L₁, Y₁) mit dem Parallelkreis, dessen einer Zweig die Spule 2 (L₂, Y₂) und dessen anderer Zweig die Spule 3 (L, y) enthält. Den Eingangsklemmen 4,5 wird eine impulsförmige Spannung der u\ Fig. 2 dargestellten Gestalt zugeführt. Diese Spannung besteht aus periodisch auftretenden Impulsen mit" einer Zeitdauer t_it zwischen denen eine gleichbleibende Spannung während einer Zeit t₀ auftritt, die größer als t_{ ist. Eine solche Spannung kann auf verschiedene, für die Erfindung nicht wesentliche Weise erzeugt werden.

Wird diese Spannung als in sinusförmige Komponenten zersetzt angenommen und treten dabei in den verschiedenen Spulen gemäß der Schaltung nach Fig. ι die angegebenen Stromstärken i_v i₂ und i auf, so gelten für jede Kreisfrequenz ω nachfolgende Beziehungen:

^E = h (^ri

i (r + jcoL} = i_% [r₂ + JwL₂),

H = H + * ·
Hieraus folgt nach Umrechnung:

jmL YY₁ + YY₂ + Y₁Y₂ + jxo {r₂L + yL₂ + Y₂L₁ + YL₁ + Y₁L₂ + Y₁L) — ω² (LL₁ + LL₂ + L₁L₂)

wobei für den Tangens des Phasenwinkel des eingeklammerten Faktors, welcher Faktor die Verzerrung herbeiführt, gefunden wirdt

Y₁Yl + yy\ + YY₁Y₂ + ω² (Y₁Ll + Y₁LL₂ +J¹L₁L₂ + rLl — Y₂L₁L)

(Y₁T₂L + y\L_x + y\L + YY₂L₁ — YY₁L₂) + co³(LL₁L₂ + L₁Ll

Wie dies vorstehend bereits abgeleitet wurde entsteht, wenn die impulsförmige Spannung unmittelbar der Spule (L, r) zugeführt wird, ein Tangens des Phasenwinkels, der gleich -^y- = tg(p_v Zur Er-

0) J

reichung einer geringeren Phasenverzerrung wird also stets tgq> kleiner als tg^ sein müssen.

Eine nähere Betrachtung des für tg<p gefundenen ίο Werts ergibt, daß tg<p tatsächlich stets kleiner als

tg W₁ sein wird, wenn die Bedingungen, daß -^- größer

als — und zugleich ~- kleiner als — -\ f- ist,

erfüllt werden. Hierbei gibt die erste Bedingung an, daß die Güte der Hilfsspule (L₂, r₂), die parallel zur Spule (L, r) geschaltet ist, schlechter sein muß als die Güte der zuletzt erwähnten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Hilfsspule (L₁, r-λ derart bemessen, daß -=Λ- kleiner

als -γ- ist, so daß also die Güte der in Reihe geschal-

teten Spule besser als die der Spule (r, L) ist. Hieraus ergibt sich eine weitere Verringerung des Werts

von tg<p.
Bei einer weiteren Ausführungsform der neuen

Schaltung wird die günstige Wirkung der Schaltung dadurch erreicht, daß für eine solche Bemessung der Hilfsspule Sorge getragen wird, daß die Bedingung:

erfüllt ist.

Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird bei niedrigerer Kreisfrequenz ω ein weitestgehend kleiner Wert für tg 99 gefunden. Eine Betrachtung des für tg<p

gefundenen Ausdrucks, der sich wie tg φ =

α+ δω²

cm ₊ dm³

schreiben läßt, in dem a, b, c und d Funktionen der Selbstinduktionen und Widerstände sind, ergibt, daß dieser für großes ω, infolge des Vorhandenseins des Glieds mit co³ im Nenner des Bruchs, nach Null geht. Bei kleinerem ω ist jedoch das Glied mit ω² im Zähler sehr wichtig. Der Koeffizient b ist nun gleich:

.„ „ 7· 2 1 _v τ τ 1 _vj τ i_rr2 -v T T

Wird dieser Koeffizient gleich Null gesetzt, so wird die vorstehend angegebene Bedingung gefunden.

Wird zum Beispiel für den Fall, daß L₁ = ¹J₂ L, L₂ = 2 L und T₁ = ¹I₂ r, was unter Zuhilfenahme der letzten Bedingung ergibt, daß r₂ — i6r, der tg φ

für die Spule berechnet, bei der -=- = 1000, so wird für eine Kreisfrequenz co von 6,10⁴SeC"¹ in der Sekunde ein Wert von —— gefunden, also annähernd

64mal kleiner als für den Fall, daß diese Spule unmittelbar an die zugeführte Spannung angeschlossen

war. Infolgedessen entsteht eine bedeutend bessere Annäherung der Linearität des Sägezahnstroms.

Gemäß einer weiteren besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung ist in den Parallelzweig, der die Hilfsspule (L₂, ^2) enthält, eine Kapazität C₂ in Reihe mit dieser Spule eingefügt. Hierdurch ist eine weitere Verbesserung der Gestalt des Sägezahn-Stroms möglich, welche Verbesserung maximal ist,

LL₁

rr₂

Eine solche Schaltung ist schematisch in Fig. 3 dargestellt, wobei die den Teilen der Schaltung nach Fig. 1 entsprechenden Schaltungsteile mit entsprechenden Bezugsziffern bezeichnet sind.

Auch bei dieser Schaltung kann gemäß einer der vorangehenden ähnlichen Berechnung der die Spule (L, r) durchfließende Strom i für eine bestimmte Kreisfrequenz berechnet werden, für den wieder

gefunden wird, daß i =
⁰

mal einem die Ver-

zerrung herbeiführenden Faktor ist. Es zeigt sich wieder, daß der Tangens des Phasenwinkels dieses Faktors herabgesetzt werden kann, wenn die früher abgeleiteten Bedingungen erfüllt werden. Infolge des Vorhandenseins der Kapazität kann nun jedoch auch dafür gesorgt werden, daß der absolute Wert des Faktors sich sogar über den ganzen Frequenzbereich nur wenig ändert. Das Optimum dafür wird erreicht, wenn der Kapazität C₂ der vorstehend angegebene Wert erteilt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Schaltung zur Erzeugung eines sägezahnförmigen Stroms in einer Selbstinduktionsspule mit Selbstinduktion L und Widerstand r unter Zuhilfenahme einer impulsförmigen Spannung, die zwischen den Impulsen und während einer längeren Zeit als die Dauer jedes Impulses einen gleichbleibenden Wert aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß diese impulsförmige Spannung einem Kreis zugeführt wird, der aus der Reihenschaltung einer Hilfsspule mit Selbstinduktion L₁ und Widerstand T₁ und eines Parallelkreises besteht, dessen einer Zweig die Selbstinduktionsspule (L, r) und dessen anderer Zweig eine Hilfsspule mit Selbstinduktion L₂ und Widerstand r₂ enthält, wobei diese Hüfsspulen derart bemessen

sind, daß —- größer als — und -^- kleiner als

ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspule (L₁, T₁) derart bemessen ist, daß -i- kleiner als -ζ- ist.

L₁ L
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß
messen sind, daß

die Hilfsspulen derart beL,

L₁
4. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Hilfsspule (L₂, r_a) enthaltenden Parallelzweig eine Kapazität C₂ in Reihe mit dieser Spule eingefügt ist.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität C₂ derart bemessen

ist, daß C₂ =

L₁L

ist.

Angezogene Druckschriften: Italienische Patentschrift Nr. 351 939; französische Patentschrift Nr. 823 067.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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