-
Anordnung zur Erzielung eines sprunghaften Einsetzens des Anodenstroms
einer Elektronenröhre In den Fällen, in denen eine Schaltungsanordnung benötigt
wird, die trägheitslos auf einen bestimmten Spannungswert oder auf eine beliebige
andere Größe, die als Spannung dargestellt werden kann, ansprechen soll, werden
vielfach dampf- oder gasgefüllte Entladungsgefäße verwendet. Einige bekannte Anwendungsbeispiele
hierfür sind: Schaltungen, die auf Überspannung, Überstrom usw. ansprechen, Schaltungen
zur Erzeugung von Spannungsstößen mit steiler Front und ferner Steuerschaltungen
für Schnellregler, die nach Art eines Tirillreglers arbeiten. Bei a11 diesen Schaltungen
wird von der Eigenschaft Gebrauch gemacht, daß der Anodenstrom in dampf- oder gasgefüllten
Entladungsstrecken bei einem durch Gitter- und Anodenspannung bestimmten Wert (Zündpunkt
auf der Zündkennlinie) sprunghaft einsetzt. Die Verwendung dampf- oder gasgefüllter
Entladungsstrecken, besonders solcher mit Glühkathode, wie sie für Steuerzwecke
bevorzugt in Frage kommen, bringt jedoch folgende Nachteile mit sich: Verhältnismäßig
lange Anheizzeit, Abhängigkeit von der Außentemperatur und die in manchen Fällen
schwierige Beschaffung von Ersatzröhren.
-
Die Erfindung bezweckt, die Dampf- oder Gasentladungsstrecken zu vermeiden,
aber das gleiche elektrotechnische Ergebnis (steiles Einsetzen des Anodenstromes)
mittels einer Elektronenröhre sicherzustellen. Die Erfindung bezieht sich daher
auf
eine Anordnung zur Erzielung des sprunghaften Einsetzens des Anodenstromes einer
Elektronenröhre nach Art des Einsetzens des Anodenstromes in gittergesteuerten Dampf-
oder Gasentladungsstrecken. Sie ist gekennzeichnet durch eine Elektronenröhre mit
einer Wechselspannung als Speisespannung des Anodenstromkreises und mit einer derart
starken Rückkopplung, daß beim Einsetzen des Anodenstromes die Gitterspannung im
positiven Sinn stark verändert wird und daß der Anodenstrom erst bei Erreichen sehr
kleiner Augenblickswerte der speisenden Wechselspannung zu Null wird.
-
Fig. r a der Zeichnung zeigt ein grundsätzliches Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Fig. i b und i c dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise. Die Anodenspannung
der Elektronenröhre i ist eine Wechselspannung, die durch einen Umspanner 2 einem
Wechselstromnetz entnommen wird. Im Anodenkreis befindet sich weiterhin ein Widerstand
3, dem ein Übertrager 3 parallel geschaltet ist. Das Gitter ist über einen Schutzwiderstand
5, die Sekundärwicklung des Übertragers 4 und eine Gleichspannung 6 mit der Kathode
verbunden.
-
Bezüglich der Wirkungsweise ergibt sich folgendes: Zur Erläuterung
ist in Fig. z b eine Stromspannungscharakteristik der Röhre i bei verschiedenen
Gitterspannungen UG1 ... UGS und in Fig. i c der Verlauf der Ströme und Spannungen
in bzw. an der Röhre dargestellt. Die Gittervorsp-annung 6 sei nun so gewählt, daß
etwa im Scheitelpunkt der Wechselspannung ein Anodenstrom im Zeitpunkt 7 einsetzt.
Die dabei am Widerstand 3 und Übertrager 4 entstehende Spannung wird so in den Gitterkreis
eingefügt, daß das Gitter eine hoch positive Spannung erhält, so daß der Anodenstrom
steil zunimmt. Der dabei erzielte Wert des Anodenstromes wird praktisch nur durch
Anodenspannung, Innenwiderstand der Röhren und die Widerstände im Anodenkreis bestimmt,
d. h. die ursprünglich im Gitterkreis vorhandene Steuerspannung ist wirkungslos
geworden und könnte erst wieder wirksam werden, wenn sie auf stark negative Werte
vergrößert würde. Das Anwachsen des Anodenstromes geht sprunghaft vor sich, da die
zusätzliche Spannung im Gitterkreis ohne Verzögerung auftritt. Nach dem Einsetzen
des Anodenstromes bleibt dieser so lange bestehen, bis die vom Umspanner 2 vorgegebene
Anodenspannung abnimmt und damit die Spannung am Gitter so weit abgesunken ist,
daß der Anodenstrom ebenfalls abnimmt. In diesem Augenblick findet ein Zurückkippen
statt. Der Verlauf dieses Vorganges ist aus Fig. i c ersichtlich, in welchem Kurve
8 die Spannung an der Röhre, Kurve 9 den Strom und Kurve io die Gitterspannung,
gemessen zwischen Kathode und dem Punkt i i in Fig. i a, darstellt. Die der ursprünglich
allein vorhandenen Gittergleichspannung überlagerte Spannung io entspricht der am
Widerstand 3 oder am Übertrager 4. Die Arbeitskurve der Röhre läßt sich aus der
Stromspannungscharakteristik (Fi:g. i b) entnehmen. Beim Stromeinsatz 7 springen
Strom und Spannung nach 12, der weitere Verlauf erfolgt dann auf Z'Gl=const, und
zwar ist HG = Null (da die positive Gitterspannung infolge .des Gitterstromes
vom Vorwiderstand 5 abfällt, ist die Spannung am Gitter selbst praktisch Null),
bis bei 13 das Zurückkippen auf den Stromwert Null stattfindet. Zum einwandfreien
Arbeiten müssen der Widerstand 3 und der Übertrager 4 so abgeglichen sein, daß der
magnetische Flüß bis zum neuen Einsatz völlig abgeklungen ist und daß dann keinerlei
Restmagnetisierung mehr vorhanden ist, da sonst ein allmähliches Sättigen des Übertragers
eintritt. Wenn die am Cmspanner 4. entstehenden Spannungsimpulse zum Steuern weiterer
Röhren benutzt werden sollen, kann man z. B. auch den Umspanner mit weiteren Wicklungen
ausrüsten, denen diese Steuerspannungen entnommen werden.
-
Wie aus der Arbeitsweise hervorgeht, ist die Lage des Ansprechpunktes,
der dem Zündeinsatz einer dampf- oder gasgefüllten Entladungsstrecke entspricht,
von der Höhe der Anoden- und negativen Gittervorspannung abhängig, und es läßt sich
eine entsprechende Ansprechkennlinie, wie z. B. in F ig. 2 gezeigt ist, aufstellen.
Hieraus ist ersichtlich, daß sich verschiedene Möglichkeiten bieten, um den Ansprechpünkt
in seiner Phasenlage in bezog auf die Anodenspannungshalbwelle beliebig verschieben
zu können. Dies kann zunächst dadurch geschehen, claß die negative Gittervorspannung
verkleinert wird. Der Einsatz des Anodenstromes erfolgt dann, wie in Fig. 3 a und
3 b gezeigt ist, entsprechend früher, z. B. bei .den Punkten 14 oder 15.
Fig. 3 a entspricht dabei Fig. i U und Fig. 3 b entspricht Fig. i c. Eine gleichartige
Verschiebung läßt sich auch durch Vergrößern der Anodenspannung erreichen.
-
Bei. den beiden eben erwähnten Anordnungen läßt sich der Ansprechpunkt
nur von der Mitte der Halbwelle nach vorn verschieben. Soll der Ansprechpunkt über
den ganzen Bereich der Halbwelle verschoben werden, so wird vorteilhaft in den Gitterkreis
eine mit der Anodenspannung synchrone, in der Phase verschiebbare Wechselspannung
eingefügt. Der Stromeinsatz wird dann durch den Schnittpunkt der Gittersteuerungsspannung
mit der Ansprechkennlinie bestimmt. Die Arbeitsweise ist also weitgehend der einer
dampf-oder gasgefüllten Entladungsstrecke ähnlich.
-
Bei der Verwendung handelsüblicher Elektronenröhren besteht jedoch
gegenüber Dampf- oder Gasentladungsstrecken eine Einschränkung. Um z. B. eine Überspannungsauslösung
hervorzurufen, vergleicht man gewöhnlich die Amplitude der Wechselspannung mit einer
konstant gehaltenen Gleichspannung und wählt die Absolutwerte der beiden zu vergleichenden
Spannungen möglichst hoch. Da die handelsüblichen Elektronenröhren jedoch im Gitterkreis
für geringere Spannungen als @d.ampf-oder gasgefüllte Entladungsstrecken ausgelegt
sind und sich durch die Rückkopplung nicht beliebig hohe Spannungen erreichen lassen,
kann zur Erreichung einer gleichen Genauigkeit mit Vorteil vor das Ansprechglied
ein ein- oder mehrstufiger Verstärker
geschaltet werden, der nur
einen bestimmten gerade benötigten Teil, im vorliegenden Fall den Scheitel der zu
vergleichenden Wechselspannung herausgreift und verstärkt. Die Wirkungsweise eines
solchen Verstärkers geht aus Fig. 4 hervor.
-
Falls ein Ansprechen in beiden Wechselspannungshalbwellen erwünscht
ist, werden Anodenspannung und Gitterspannung in normaler Zweiwegschaltung gleichgerichtet.
An Stelle einer sinusförmigen Anodenwechselspannung kann auch eine Gleichspannung
treten, die durch eine Hilfsspannung periodisch kurzzeitig zu Null gemacht wird.
-
Die hier beschriebene Anordnung mit einer z. B. sinusförmigen, in
ihrer Amplitude regelbaren oder in ihrer Phasenlage verschiebbaren Steuerspannung,
die in den Gitterkreis eingefügt ist, ist das einfachste Anwendungsbeispiel. Es
stellt eine Anordnung vor, die einmal dazu dienen kann, auf eine bestimmte Höhe
der Wechselspannung anzusprechen und ein überspannungsrelais mit einer Röhre darstellt,
und die zweitens dafür verwendet werden kann, um eine Steuerspannung mit geringer
Anstiegsgeschwindigkeit in eine Steuerspannung mit steiler Front umzuwandeln.
-
Als weiteres Ausführungsbeispiel sei ein Regler beschrieben, der nach
Art eines Tirillreglers arbeitet, indem die Erregerspannung, die von, einem gittergesteuerten
Gleichrichter geliefert wird, stets im vollen Betrag periodisch ein- oder ausgeschaltet
wird und deren Mittelwert sich aus dem Schaltverhältnis bestimmt. Eine solche Schaltungsanordnung
ist in Fig. 5 gezeigt. Die vom Generator i9 abgegebene Spannung soll bei allen Belastungszuständen
konstant sein, und bei Belastungsänderungen soll ein möglichst schnelles Ausregeln
erfolgen. Die Erregerwicklung 2o erhält ihren Strom vom ,Umspanner 2 r über das
gittergesteuerte Gleichrichtergefäß 22, dessen Hilfsbogenkreis nicht dargestellt
ist und dessen Gitter positiv gehalten werden, wenn die Generatorspannung unter
dem Sollwert liegt, die Erregerspannung eingeschaltet und der Erregerstrom vergrößert
werden soll, und dessen Gitter negativ gemacht werden, wenn die Generatorspannung
den Sollwert übersteigt, die Erregerspannung abgeschaltet werden und der Erregerstrom
abfallen soll. Zum Abklingen des Erregerstromes bei gesperrten Erregeranoden ist
im gleichen Gefäß eine Nullanode vorgesehen. Als Istwert wird die Spannung der Phasen
R und S in den Regler eingeführt. Zur Einstellung des Spannungswertes ist ein Spannungsteiler
23 vorgesehen; die von ihm abgenommene Spannung wird durch den Umspanner
24 angepaßt, durch die Gleichrichter 25 gleichgerichtet und liegt danach am Widerstand
26. In einer Vorstufe werden jetzt, wie in Fig.4 gezeigt, die Scheitel verstärkt.
Zu diesem Zweck wird die Spannung am Widerstand 26 in Reihe mit der negativen Vorspannung
27 auf das Gitter der Verstärkerröhre 28 gegeben. Die verstärkten Scheitel treten
am Widerstand 29 auf und werden mittels des Umspanners 3o auf die Aiisl>recliröhre
3 i übertragen. Die Sekundärwicklung des Umspanners 30 liegt in Reihe mit der negativen
Vorspännung 32, die gleichzeitig den Sollwert darstellt und mit einer Wicklung des
Rückkopplungsumspanners 33 im Gitterkreis der Röhre 3z, deren Anodenspannung aus
ebenfalls gleichgerichteten Wechselspannungshalbwellen besteht. Beim Erreichen oder
Überschreiten des Ansprechpunktes erfolgt der Stromeinsatz entsprechend der vorangegangenen
Beschreibung und Fig. r. Wenn die Generatorspannung also den Sollwert überschreitet,
entsteht am Umspanner 33 ein Spannungsimpuls, der in der Kurvenform und der Dauer
unabhängig von der Höhe ist, um die die Istspannung die Sollspannung übersteigt.
Der von einer dritten Wicklung des Umspanners 33 abgenommene Spannungsimpuls dient
zum Steuern der Steuerstufe für den Erregergleichrichter. Als Steuerspannung für
das Gefäß, das mit Rücksicht auf eine kurze Inbetriebsetzungszeit eines mit flüssiger
Kathode ist, wird eine Spannung spitzer Kurvenform verwendet, die: vom Umspanner
35 geliefert wird. Zur Erfassung .der beiden Halbwellen wird diese Spannung ebenfalls
gleichgerichtet. Das Gitter der Röhre 34 liegt bei nichtstromführender Röhre 31
auf Kathodenpotential, wodurch die gleichgerichtete Spannung des Umspanners 35,
vermindert um den Spannungsabfall in der Röhre 34, am Widerstand 36 liegt und damit
das Gefäß 22 freigibt. Hierdurch wird der Erregerstrom erhöht. Überschreitet die
Generatorspannung den Sollwert und kommt die Röhre 31
zum Ansprechen, dann
gibt der Umspanner 33 eine Spannung ab, die in der Lage ist, die Röhre 34 zu sperren.
An den Gittern des Erregergefäßes 22 verbleibt dann, nur die negative Vorspannung
37, so daß die Erregerspannung abgeschaltet wird und der Erregerstrom über die Nullanode
weiterfließt. Ein @derartiger Regler zeichnet sich durch eine sehr kurze Inbetriebsetzungszeit
aus, die nur ,durch die Anheizzeit der Elektronenröhren, die bei modernen Typen
bei 25 Sekunden liegt, gegeben ist. Zur Inbetriebnahme des Reglers kann z. B. eine
Hilfsgleichspannung für die Auferregung vorgesehen werden, die nach Erreichen der
Nennspannung des Generators z. B. selbsttätig abgeschaltet wird.
-
Der Erfindungsgedanke ist nicht auf die angeführten Beispiele beschränkt,
sondern er kann sinngemäß auf alle Schaltungen angewendet werden, bei denen eine
gas- oder dampfgefüllte Entladungsstrecke mit Wechselspannungen im Gitter und Anodenkreis
verwendet wird und die eine Anwendung der Rückkopplung zulassen.