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Schaltung zur Erzeugung von Spannungsimpulsen an einer Kapazität mittels
einer Röhre Es ist oft notwendig, an einem Klemmenpaar; das mit einer relativ großen
Kapazität C belastet ist, Spannungsimpulse zu erzeugen, wobei dafür zu sorgen ist,
daß sich die aufeinanderfolgenden Impulse infolge der durch die Kapazität C verursachten
Impulsformverzerrungnichtgegenseitigbeeinflussen. DieSchwierigkeiten werden dabei
mit wachsender Impulsflankensteilheit und abnehmender Impulsdauer sowie mit Zunahme
der Kapazität C rasch größer. Derartige Probleme treten z. B. bei der Tastung der
Kathode einer direkt geheizten Röhre auf, wo die Schaltung zur Heizspannungserzeugung
mit hoch getastet werden muß, ebenso wenn viele eingangsseitig parallel geschaltete
Röhren von einer einzigen Impulsquelle gesteuert werden sollen, wie es bei Impulsmehrkanalanlagen
vorkommen kann. Würde man die-genannten Klemmen einfach zwischen Anode und Kathode
einer Taströhre legen, die den impulsförmigen Stromverlauf liefert, so müßte der
Anodenwiderstand sehr klein sein, um die nötige Bandbreite, d. h. den raschen Impulsabfall
sicherzustellen. Hiermit wäre eine wesentliche Einbuße an Verstärkung verbunden,
so daß man mit vorhandenen Röhren überhaupt keine hohen Impulsspannungen erreichen
könnte.
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An die zwischen einer die Stromimpulse liefernden Röhre und der Kapazität
C liegenden Kopplungselemente ist die Forderung einer Übertragungscharakteristik
mit glockenförmigem Amplitudengang (rechte Symmetriehälfte der Glockenkurve bei
nicht einer Trägerfrequenz aufmodulierten Impulsen) zu stellen, wodurch eine minimale
gegenseitige Störung der Impulse gewährleistet wird, was beispielsweise zur Erzieleng
genügender
Übersprechdämpfung bei Mehrkanalimpulsübertragungssystemen von Wichtigkeit ist.
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Es ist bekannt, daß ein derartig glockenförmiger Amphtudengang z.
B. durch eine Schaltung mit einer Übertragungscharakteristik (Verhältnis von Ausgangsspannung
u zu Eingangsstrom i) von der Form
zu realisieren ist. a und b
haben dabei die Bedeutung von durch die
Schaltelemente bestimmten Konstanten, und co ist die Kreisfrequenz. Die Zahl n (genannt
Ordnung der Schaltung) ist proportional der Zahl der verwendeten Schaltelemente.
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Es ist bekannt, eine glockenförmige Übertragungscharakteristik (rechte
Symmetriehälfte der Glockenkurve) zu verwirklichen durch eine Hintereinanderschaltung
von n gleichartigen, voneinander durch Röhren entkoppelten RC-Ghedern, wobei n möglichst
hoch zu wählen ist, um bei vorgeschriebener Breite des Frequenzbandes eine minimale
zeitliche Breite der Impulse zu erreichen. ' Jede Vergrößerung der Ordnungszahl
um nur eine Einheit bedingt aber in diesem Fall eine Röhrenstufe mehr, was für unseren
Zweck lediglich eine Komplizierung der Schaltung bedeutet und darum unerwünscht
ist.
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Die Erfindung betrifft nun eine Schaltung zur Erzeugung von Spannungsimpulsen
an einer Kapazität C mittels einer Röhre, wobei erfindungsgemäß die Röhre einen
Stromimpuls in einen Vierpol in n-Schaltung liefert, dessen Übertragungscharakteristik
(Ausgangsspannung u zu Eingangsstrom i) der Bedingung genügt und wobei die
Kapazität
C das letzte Querglied des Vierpols bildet.
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An Hand der Fig. z bis q. sowie mit Hilfe von Ausführungsbeispielen
sei die Wirkungsweise der Erfindung erläutert.
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Fig. r zeigt einen beispielsweisen Vierpol in der sogenannten 7c-Schaltung.
Der Längsweg enthält die Induktivitäten L1, L2 und L3 und der Querweg die Kapazitäten
Cl, C2, C3 und C4. Da die Summe der Induktivitäten und Kapazitäten mit der Zahl
7 übereinstimmt, spricht man von einem Vierpol siebenter Ordnung. Weil der Ein-
und Ausgang des Vierpols voraussetzungsgemäß stets durch eine Kapazität abgeschlossen
wird, haben wir immer nur Vierpole ungerader Ordnung zu berücksichtigen. Der in
obiger, die Frequenzcharakteristik beschreibenden Formel befindliche Exponent n
entspricht der Ordnungszahl des Vierpols. Ein Vierpol erster Ordnung würde somit
nur aus der Kapazität Cl bestehen, ein Vierpol dritter Ordnung aus den Elementen
Cl, L1 und C2, ein Vierpol fünfter Ordnung aus den Elementen Cl, L1, C2, L2 und
C3 und entsprechend die Vierpole höherer Ordnung, wobei natürlich in jedem Fall
der Widerstand R als wesentliches Glied bei der Berechnung mit zu berücksichtigen
ist. Jeweils die letztgenannte Kapazität (mit der größten Ordnungszahl) entspricht
dabei der im Patentanspruch genannten Kapazität C.
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Für jede Ordnung werden nun an die Größenverhältnisse von Cl, L1,
C2, L2 usw. ganz bestimmte Anforderungen gestellt, falls die Bedingung der glockenförmigen
Charakteristik erfüllt sein soll. Vergleicht man die Vierpole erster, dritter und
fünfter Ordnung miteinander, so kommt man, unter der Bedingung, daß der eingangsseitige
Abschlußwiderstand R für alle Fälle gleich und der ausgangsseitige Widerstand unendlich
groß ist, zu folgendem Ergebnis: Der Vierpol erster Ordnung, mit unmittelbar parallel
geschalteter Ein- und Ausgangskapazität Cl, der natürlich nichts anderes als ein
gewöhnliches R C-Glied darstellt, weist eine Frequenzcharakteristik
auf. Definiert man als c)" diejenige Frequenz einer Schwingung, deren Amplitude
beim Durchlaufen des Vierpols auf den ö,7fachen Betrag des Eingangswertes absinkt,
so gilt für den Vierpol erster Ordnung die Beziehung
Der Vierpol dritter Ordnung mit der Eingangskapazität Cl und der Ausgangskapazität
C2 genügt der verlangten Frequenzcharakteristik
falls gleichzeitig die Bedingungen
und
R2 erfüllt sind. Die Grenzfrequenz ist dann gegeben durch den Ausdruck
Der Vierpol fünfter Ordnung mit der Eingangskapazität Cl und der Ausgangskapazität
C3 genügt der Bedingung der glockenförmigen Frequenzcharakteristik
falls die Bedingungen
und ZZ = 3,o6 L1 erfüllt sind. Die Grenzfrequenz ist dann gegeben durch den Ausdruck
Bei gleicher Ausgangskapazität und gleichbleibendem R gewinnt man mit steigender
Ordnungszahl an Bandbreite, und gleichzeitig wird die gegenseitige Beeinflussung
der Impulse als Folge der wachsenden Ordnungszahl kleiner werden.
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Eine Steigerung der Ordnungszahl des Vierpols über 5 lohnt sich nicht,
da die Mindestkapazität des Röhrenausganges, welche parallel zur Eingangskapazität
Cl des Vierpols liegt und oft mit dieser identisch ist, nicht beliebig klein gemacht
werden kann. Außerdem nimmt mit höherer Ordnungszahl der Einfluß der Spuleneigenkapazitäten
zu, und die Abstimmschwierigkeiten wachsen stark.
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Eine Schaltung mit Koppelvierpol dritter oder fünfter Ordnung gemäß
Fig. r eignet sich beispielsweise zur Übertragung von Gleichstromimpulsen kurzer
Dauer, wie z. B. in dem eingangs erwähnten Fall der Tastung der Kathode einer direkt
geheizten Röhre. Benutzt man nun die zu tastende große Kapazität als Endkapazität
des Vierpols dritter oder fünfter Ordnung; so kann die Taströhre an die viel kleinere
Eingangskapazität ( der großen Endkapazität) der
anderen Seite des Vierpols angeschlossen werden, was eine enorme Erleichterung für
die Impulstastung bedeutet.
Sollen die einer Trägerfrequenz aufmodulierten
Impulse übertragen werden, so sind die Querkapazitäten in Fig. i durch auf die Trägerfrequenz
abgestimmte Parallelschwingkreise (Li Cl , ZZ C, , L3 C3 in Fig. 2)
zu ersetzen und die Längsinduktivitäten der Fig. i durch auf die Trägerfrequenz
abgestimmte Reihenschwingkreise (L,Ci , L,Cä in Fig. 2.) In der Formel für
die Frequenzcharakteristik hat dann a) die Bedeutung der auf
die Trägerfrequenz normierten Kreisfrequenz.
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Die Kapazitäten Cl, C2, C3 derParallelschwingkreise in Fig. 2 müssen
dabei genau die gleichen Bedingungen erfüllen wie die entsprechenden Kapazitäten
Cl , Cl, C3 in Fig. i. Ebenso haben die Induktivitäten L1, L2 der Fig. 2 den gleichen
Bedingungen zu gehorchen wie die entsprechenden Induktivitäten L1, L2 in Fig. i.
Die Induktivitäten
sowie die Kapazitäten
sind dann entsprechend den Resonanzbedingungen der Parallel- bzw. Reihenschwingkreise
zu dimensionieren.
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Die zahlenmäßige Festlegung des Vierpols dritter Ordnung mit
usw. gilt für das Verhältnis von Ausgangsspannung zu Eingangsstrom, d. h. für einen
unendliche hohen Abschlußwiderstand (Leerlauf). Man kann selbstverständlich den
Abschlußwiderstand auch endlich setzen, erhält dann aber andere Zahlenwerte, bei
denen der Erfindungsvorteil nach wie vor erhalten bleibt. Die Berechnung der Zahlenwerte
erfolgt einfach durch Bestimmung der gegenseitigen Beziehungen der zu berechnenden
Größen in der Fig. q., welche nach der Fig. 3 umgezeichnet ist, und durch anschließenden
Vergleich der erhaltenen Beziehungen mit der allgemeinen Formel
woraus sich dann die einzelnen Zahlenwerte unmittelbar ergeben. Die gleichen Überlegungen
sind für den Vierpol fünfter Ordnung zu machen.
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Es ist natürlich auch möglich, als Eingangskapazität des Vierpols
allein die Ausgangskapazität der am Eingang des Vierpols liegenden Röhre anzusetzen,
wie dies in der Fig. i durch Punktierung der zu der Kapazität Cl führenden Leitungen
angedeutet ist.
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Oft ist es vorteilhaft, die in den Längswegen des Koppelvierpols liegenden
Induktivitäten zur Verkleinerung deren Eigenkapazität in Teilinduktivitäten zu zerlegen,
d. h. also eine Induktivität durch eine Reihe von getrennten Spulen zu realisieren.