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Elektronenschalter für Braunsche Röhren
Es ergibt sich in der Praxis
häufig die Aufgabe, zwei Vorgänge miteinander zu vergleichen, und zwar sowohl bei
Vorgängen nieder- als auch bei Vorgängen hochfrequenter Natur. In manchen Fällen
interessiert die Kurvenform im Vergleich zu einer anderen Kurve. Von Interesse können
aber audh die Phasenlage, die Frequenz, die Amplitude von mehreren Vorgängen sein,
insbesondere dann, wenn die Vorgänge in einer besonderen Beziehung zueinander stehen,
wie Strom und Spannung einer Impedanz.
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Eine Möglichkeit zum Vergleich zweier Vorgänge besteht darin, daß
die Oszillogramme der Vorgänge photogrpahisch aufgenommen und dann die Photographien
verglichen werden. Dieses Verfahren ist sehr zeitraubend und kostspielig.
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Ferner ist es bekannt, zum Vergleich mehrerer Vorgänge einen Mehrfachoszillographen
zu verwenden. Dieser Mehrfachoszillograph ist entweder mit einer der Anzahl der
zu vergleichenden Vorgänge entsprechenden Zahl von Einstrahlröhren oder mit einer
Mehrstrahlröhre ausgerüstet. Bei der Verwendung von mehreren Einstrahlröhren wird
zweckmäßig eine entsprechende Optik vorgesehen, um die Oszillogramme gleichzeitig
auf einer Fläche beobachten zu können. Diese bekannten Anordnungen erfordern somit
entweder einen verhältnismäßig hohen Aufwand, oder die Herstellung der
Röhren
bereitet Schwierigkeiten, wie es bei den NIehrstrahlröhren der Fall ist.
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Es ist deshalb erwünscht, mit einer üblichen Einstrahlröhre auszukommen
und mit Hilfe dieser einzigen Rohre sowohl einen Vorgang als auch mehrere Vorgänge
gleichzeitig beobachten zu können. Zu diesem Zweck ist es bereits bekannt, ein Zusatzgerät
zu verwenden, welches ermöglicht, abwechselnd zwei Vorgänge an das Meßplattenpaar
des Elektronenstrahloszillographen derart zu schalten, daß bei genügend schneller
Umschaltung der Vorgänge auf dem Leuchtschirm der Einstrahlröhre die beiden Oszillogramme
für das menschliche Auge gleichzeitig zu erkennen sind. Der Elektronensehalter,
welcher die Umschaltung bewirkt, besteht bei der bekannten Anordnung aus einem Röhrengenerator
zur Erzeugung einer Rechteckspannung, die beispielsweise abwechselnd an je ein Schirm-
bzw. Fanggitter zweier Mehrgitterröhren (5 chaltverstärkerröliren) insbesondere
Pentoden, zur Verstärkung der beiden Meßspannungen gelegt ist. Die an einem gemeinsamen
Anodenwiderstand abgenommenen abwechselnd verstärkten Spannungen werden dann dem
Plattenpaar der Braunschen Röhre zugeführt. Der Röhrengenerator besteht bei den
bekannten Elektronenschaltern im allgemeinen aus einem Multivibrator.
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Es ist nun erwünscht, mit dem Elektronenschalter eine möglichst hohe
Schaltfrequenz zu erzeugen, da dann einerseits die spannungen so schnell umgeschaltet
werden können, daß das entsprechende Kurvenbild dem Auge als durchlaufender Linienzug
erscheint und andererseits die Beobachtung und insbesondere Aufnahme auch einmaliger
Vorgänge in einem verhältnismäßig großen Bereich möglich ist. Nun zeigte es sich
aber, daß an den Frequenzgang der Schaltverstärker außerordentlich hohe Anforderungen
gestellt werden müssen. Der von einem solchen Schaltverstärker zu fordernde Frequenzgang
muß, um eine einwandfreie Übertragung der mit der Meßspannung überlagerten rechteckförmigen
Welle auf die Braunsche Röhre zu erhalten, noch eine gleichmäßige Verstärkung bis
zum 100 fachen der höchsten auftretenden Schaltfrequenz aufweisen. Damit ergeben
sich Schweierigkeiten bei der Verlagerung der Nullinie (Höhenverschiebung). Die
höhenverschiebung kann ans ich durch verschieden große Ruheströme in den beiden
Schaltverstarkerröhren erreicht werden.
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Eine Verschiebung des Ruhestroms bringt aber eine Verlagerung des
Arbeitspunktes mit sich, was wegen der dabei auftretenden Verzerrung bzw.
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Verstärkungsänderung unerwünscht ist. Dieser Nachteil wird bei einem
Elektronenschalter für Braunsche Röhren, bei dem ein Röhrengenerator zur Erzeugung
einer Rechteckspannung dient, die beispielsweise abwechselnd an je ein Schrim- bzw.
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Fanggitter zweier mehrgitterröhren, insbesondere Pentoden, zur Verstärkung
(schalterstärkerröhren) der beiden zu vergleichenden Meßsapnnungen gelegt ist, so
daß an deren gemeinsamem Anodenwiderstand die abwechselnd vrstärkten Spannungen
abgenommen und dem Plattenpaar der Braunschen Röhren zugeführt werden, nach der
Erfindung vermieden. Nach der Erfindung ist parallel zu einer der Schaltverstärkerröhren
eine weitere Mehrgitterröhre, insbesondere Pentode, gesohaltet, deren Gitter nicht
mit einer der zu verstärkenden Meßspannungen beaufschlagt wird. Es wird dabei von
der Erkenntnis ausgegeangen, daß bei fehlender Zuführung der Rechteckimpulse auf
das Bremsgitter dieser Zusatzröhre die Röhre für die Höhenverschiebung trotz sich
ändernder Anodenspannung einen konstanten Strom liefern würde, so daß ihre Wirkung
auf die relative Lage der von den beiden Schaltverstäkrerröhren geleiferten Spannungsanteile
der einzelnen mehrgitterröhren nicht feststellbar wäre. Da aber dem Bremsgitter
der Zusatzröhre die gleiche Rechteckspannung wie einer der Schaltverstärkerröhren
zugeführt wird, fließt der konstante, von der anodenspannung unabhängige Strom nur
während eines Teiles der Schawlpteriode, verlagert also die bei'den während der
einzelnen Teile der Schaltperiode übertragenden Spannungen gegeneinander. Die Höhenverschiebungsröhre
läßt sich in gleicher Weise wie die Laderöhre in üblichen Kippschaltungen schalten.
Es kann somit die Einstellung, des Stromes und damit die Höhenverschiebung erfolgen,
indem beispielsweise die Steuergitterspannung verändert wird. Gegebenenfalls kann
auch die Schirmgitterspannung verändert werden.
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Der Gegenstand der Erfindung ist im folgenden an einem in der Abbildung
wiedergegebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert. Zur Schwingungserzeugung {dient
ein mit den Pentoden 6 und 7, welche über Kondensatoren 23, 24 wechselseitig miteinander
gekoppelt sind, ausgerüsteter Multivibrator. Zur Schwingungserzeugung werden die
Steuergitter 9, 11 und die Schirmgitter 8, 10 der bieden Röhren 6, 7 benutzt. Das
Steuergitte r9 der Röhre 6 ist zu diesem Zweck über dem Kondensator 23 mit dem.
Schirmgitter I0 der Röhre 7 verbunden, während das Steuergitter 11 der Röhre 7 mit
dem Schirmgitter 8 über den Koppelkondensator 24 verbunden ist. Durch diese Maßnahme
hat die erzeugte Kippspannung jeweils bei der Spannung der zugehqrigen Röhre infolge
der vqlligen Unterdrückung des Anodenstroms eine Horizontale. Die an den Anoden
I2, I3 der Kippröhren abgenommenen Kippspannungen werden kapazitiv auf die Bremsgitter
I6, I7 der Sclialtverstärkerröhre I4, I5 gegeben. Die Bremsgitter der Schaltverstärkerröhren
wirken als Schalter, welche den Anodenstrm der Röhren periodish sperren und öffnen.
Den Steuergitern 18, 19 der Schaltverstärkerröhren 14, 15 wird die zu verstärkende
Spannung zugeführt. Beide Schaltverstärkerröhren sind mit einem gemeinsamen Anodenwiderstand
20 versehen, an dem die verstärkte Spannung abgenommen wird. Die genaue Gegenphase
der beiden Schaltverstärkerröhren wird zwangsläufig erreicht, indem die Steuerspannungen
an den Anoden der Kippröhren abgenommen werden. Eine Regelupng der den Schaltverstärkern
zugeführten Meßspannungen 1, 3 mit Amplitudenreglern 21, 22
erfolgt
in der üblichen Weise. Die an dem gemeinsamen Anodenwiderstand 20 ab, genommenen
und den Meßplatten 5 der Braunschen Röhre zugeführten Spannungen können somit in
ihrer Amplitude jede für sich eingestellt werden. die Verwendung der Schaltverstärker
ergibt ferner eine im lallgemeinen erwünschte Verstärkung, die sich zu der Hauptaufgabe
des Elektronenschalters zusätzlich engibt. Falls diese Verstärkung nicht ausreicht,
können noch Vorverstärker in Anwendung kommen. zur Erzielung der Höhenverschiebung
ist nach der erfindung eine weitere Mehrgitterröhre, nämlich die Pentode 25, vorgesehen,
deren Bremsgitter 216 ebenfalls wie das Bremsgitter I7 der einen Schaltverstärkerröhre
I5 mit der Anode I3 der Kippröhre 7 verbunden ist. Die Zusatzpentode 25 wird jedoch
im Gegensatz zu der Schaltverstärkerröhre 7 nicht mit einer der zu verstärkenden
Meßspannungen beaufschlagt.
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Ferner wird bei dem aufsührungsbeispiel, um eine wesentlich gesteigerte
ausnutzung der Elektronenschalters zu erzielen, nicht mit einer festen Schaltfrequenz
gearbeitet, sondern dieselbe ist einstellbar, so daß sie zu der für die Zeitablenkung
der Meßspannung an der Elektronenstrahlröhre verwendeten Kippspannung bzw. deren
Frequenz in ein festes Verhältnis gebracht werden (kann. Es genügt, wenn sowohl
die Schaltfrequenz als auch die Zeitablenkfrequenz von der Meßfrequenz ber synchronisiert
werden. Es sit möglich, für die Synchronisierung des Schaltmultivibrators außer
den Kathoden jede Elektrode zu verwenden. Es hat sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, eine Synchron ski erdung auf die Steuergitter vorzunehmen. Besonders vorteilhaft
sind bei einer derartigen Synchronisierung Anordnungen, bei denen die Synchronisierung
den beiden Kippröhren gleichmäßig zugeführt wird. Bei der dargestellten Anordnung
erfolgt eine solche symmetrische Zuführung der Synchronisierspannung auf die Steuergitter.
Eine entsprechende Anordnung läßt sich auch bei Synchronisierung auf die Schirmgitter
bzw. die Anoden durchführen. Da an sämtlichen Elektroden des Kippmultivibrators
sehr schnell Spannungsänderungen auftreten, würden sich über die Synchronisierleitung
Impulse auf die jeweils zur Synchronisierung benutzte Meßspannung übertragen. Zur
Vermeidung solcher Rückwirkungen sind zwischen Meßspannung und Synchronisierpunkt
besodnere Anordnungen vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeoispiel ist eine synchronisierröhre
27 vorgesehen, der die synchronisierspannung bei 2 zugeführt wird.
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Die Synchronisierung der Schaltfrequenz ermöglicht eine Beobachtmig
nicht nur mit einer sehr hohen Schaltfrequenz, d. h. einer Frequenz, die wesentlich
über der Meßfrequenz liegt, sondern auch das Umgekehrte, d. h. die Beobachtung einer
Meßfrequenz, die über der Schaltfrequenz liegt. Im ersten Falle erscheint während
der Gesamptperiode der Meßspannung die Umschaltung mehrfahc. Die Umschaltung selbst
wird um so weniger sichtbar. je größer der Frequenzunterschied ist. Im zweiten Falle
wird zunächst eine der beiden Spannungen mehrmals geschrieben, ehe eine Umschaltung
erfolgt, und dann die andere Spannung entsprechend oft. Das auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre
sichtbare Bild wird jedoch um so eher zu einem verwaschenen Band, je größer der
Frequenzunterschied ist.
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Für die Beobachtung periodischer Vorgänge hat sich jedoch am günstigsten
erwiesen, wenn sich die Schaltfrequenz zur Kippfrequenz wie I : 2 verhält, denn
in diesem Falle wird zunädhst eine Spannung einmal über den Schirm der Elektronenstrahlröhre
geschrieben, dann erfolgt während des Rücklaufs die Umschaltung, die andere Spannung
wird geschrieben, und während des neuen Rücklaufs erfolgt die zweite Umschaltung
und damit die Rückschaltung auf die erste Spannung. Das sich unter fd, iesen Umständen
ergebende Bild unterscheidet sich prawktisch von dem bei Verwendung einer Zweistrahlröhre
zu beobachtenden nur durch die verringerte Helligkeit.
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Eine derartige Einstellung d'er Schaltfrequenz hat allerdings zur
Voraussetzung, daß die Halbwellen in ihrer Dauer weitgehend übereinstimmen.
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Das würde bedeuten, daß die Koppelkondensatoren, die für die Grobeinstellung
der Schaltfrequenz benutzt und gemeinsam umgeschaltet werden, in jeder Stellung
genau gleich sind und daß die für die Feinregelung benutzten Widerstände ebenfalls
in jeder Steillung des Regelwiderstandes dengleichen Wert aufweisen. Für die Feinregelung
kann außer der in der Abbildung gezeigten Reglung der Gitterwiderstände auch die
Regelung der Schirmgitterwiderstände benutzt werden. Auch die Änderung der Gittervorspannungen
stellt eine Möglichkeit dar, die Frequenz fein zu regeln.
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Es sit ferner noch hinter den beiden Schaltverstärkerröhren eine
gemeinsame Endverstärkerstufe mit einer Pentode 28 vorgesehen. An dem Punkt 4 liegt
die Anodengleichspannung von beispielsweise 400 volt.