DE902044C

DE902044C - Device for generating electrical pulses of high power

Info

Publication number: DE902044C
Application number: DET5247D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Franz Sammer; Dipl-Ing Guenter Wolf
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1943-04-09
Filing date: 1943-04-09
Publication date: 1954-01-18

Description

Einrichtung zur Erzeugung von elektrischen Impulsen hoher Leistung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von elektrischen Impulsen hoher Leistung, die sich insbesondere zur anodenseitigen Eintastung von impulsmäßig betriebenen Senderöhren eignet. Bislang verwendet man zu diesem Zweck meist eine Taststufe mit einer Hochvakuumröhre, die gitterseitig durch rechteckförmige Impulse gesteuert wird und anodenseitig über einen hinreichend breitbandigen Übertrager an die Anode der Senderöhre angeschlossen ist. Die Hochvakuumröhre muß dabei in der Lage sein, eine hohe Anodenspannung zu sperren und bei der Öffnung durch den gitterseitigen Steuerimpuls einen hohen Strom abzugeben. Außerdem muß der Spannungsabfall an der Röhre möglichst niedrig sein, um einen guten Wirkungsgrad zu gewährleisten. Um eine hinreichend große Emission zu erzielen, ist die Verwendung von Oxydkathoden versucht worden. Dabei ergibt sich zwar der Vorteil, daß die erforderliche Heizleistung gegenüber anderen Kathodenarten, z. B. der Thoriumkathode, wesentlich niedriger ist, doch stellt sich gleichzeitig der Nachteil ein, daß die Röhre nur begrenzte Spannungsfestigkeit aufweist. Bei großen Impulsleistungen müssen deshalb Röhren mit Thoriumkathoden verwendet werden, bei denen der Innenwiderstand infolge der erforderlichen großen Elektrodenabstände wesentlich größer ist.Device for generating electrical pulses of high power The invention relates to a device for generating electrical pulses high performance, which is particularly useful for the anode-side keying of pulse-wise operated transmission tubes. So far one has mostly used one for this purpose Sensing stage with a high vacuum tube, the grid side by rectangular pulses is controlled and on the anode side via a sufficiently broadband transformer is connected to the anode of the transmitter tube. The high vacuum tube must be in be able to block a high anode voltage and when opening through the grid-side control pulse to deliver a high current. In addition, the voltage drop must be as low as possible on the tube to ensure good efficiency. In order to achieve a sufficiently large emission, the use of oxide cathodes been tried. This results in the advantage that the required heating power compared to other types of cathodes, e.g. B. the thorium cathode, much lower is, but at the same time there is the disadvantage that the tube is only limited Has dielectric strength. In the case of high pulse powers, tubes must therefore be used can be used with thorium cathodes, where the internal resistance is due to the required large electrode gaps is much larger.

Die Verwendung einer gas- oder dampfgefüllten Stromrichterröhre an Stelle der Hochvakuumröhre würde in dieser Hinsicht einen wesentlichen Fortschritt bringen, weil infolge des kleinen Spannungsabfalls in solchen Röhren ein außerordentlich hoher Wirkungsgrad erzielt werden könnte. Es -gibt jedoch zur Zeit noch keine Stromrichterröhren, die gitterseitig geöffnet und gesperrt werden können und dabei sehr große Ströme liefern. Man ist daher bei der Erzeugung starker Stromimpulse mit Hilfe von Stromrichterröhren darauf angewiesen, nur den Zündeinsatz an einer Gitter- oder Zündelektrode zu steuern und muß die Löschung durch schaltungstechnische Maßnahmen im Anodenkreis erzwingen. Man könnte z. B. einen Stromrichter ohne Zwischenschaltung eines Transformators in Serie mit der Senderöhre arbeiten lassen und die Eintastung des Senders durch den Zündeinsatz der Stromrichterröhre, die Austastung hingegen durch gitterseitige Steuerung der Senderöhre bewirken. Dieser Vorschlag hat jedoch den Nachteil, daß in dem Moment, in dem der Sender gesperrt werden soll, die Spannungsverteilung für die Senderöhre ungünstig wird, weil sich die gesamte Gleichspannung auf die Stromrichterröhxe und die Senderöhre im Verhältnis ihrer Isolationswiderstände aufteilt. Es ist ersichtlich, daß bei einer solchen Schaltung der Hauptvorteil des Impulsbetriebes von Senderöhren, nämlich die Erzielung einer hohen Spannungsfestigkeit durch Anodentastung, zum Teil hinfällig wird,. weil auch nach der Sperrung der Senderöhre noch eine nur langsam abklingende Anodengleichspannung an der Senderöhre anliegt.The use of a gas or steam-filled converter tube The high vacuum tube would be a major step forward in this regard because due to the small voltage drop in such tubes an extremely high efficiency could be achieved. However, there is For the time being, no converter tubes that are opened and locked on the grid side can and thereby deliver very large currents. One is therefore stronger at the creation Current pulses with the help of converter tubes rely only on the ignition insert to be controlled on a grid or ignition electrode and must be extinguished by circuitry Force measures in the anode circuit. One could e.g. B. a converter without interconnection of a transformer in series with the transmitter tube and the keying of the transmitter through the ignition insert of the converter tube, the blanking, however cause by grid-side control of the transmitter tube. However, this proposal has the disadvantage that at the moment when the transmitter is to be blocked, the voltage distribution for the transmitter tube is unfavorable because the entire DC voltage is on the The converter tube and the transmitter tube are divided in the ratio of their insulation resistances. It can be seen that the main advantage of pulse operation in such a circuit of transmission tubes, namely the achievement of a high dielectric strength through anode probing, becomes partially obsolete. because even after the transmitter tube has been blocked, only one slowly decaying anode DC voltage is applied to the transmitter tube.

Die geschilderten Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß im Anodenkreis einer gas- oder dampfgefüllten Stromrichterröhre, die gitterseitig im Rhythmus der Impulsfolge gezündet wird und jeweils durch den Zündeinsatz die Impulsvorderflanke festlegt, ein zur Impulsabnahme dienender Transformator mit einem ferromagnetischen Kern liegt, der bei hoher Anfangspermeabilität einen scharf ausgeprägten Übergang ins Sättigungsgebiet aufweist und jeweils durch Erreichen der Sättigung die Impulshinterflanke festlegt. Der Zeitpunkt der Löschung der Stromrichterröhre ist hierbei für die erzielte Impulsbreite ohne Belang, er kann daher innerhalb gewisser Grenzen beliebig in den Tastpausen liegen. Man kann zur Löschung beispielsweise in Serie mit der Primärwicklung des Transformators einen Kondensator schalten, der jeweils gegen Ende der Tastpausen über einen hohen Widerstand von einer Gleichspannungsquelle, z. B. vom Netzanschlußgerät, aufgeladen wird und sich in den Tastzeiten und zu Beginn der Tastpausen über die Stromrichterröhre entlädt, bis die Stromrichterröhre gelöscht ist.The described difficulties are thereby solved according to the invention avoided that in the anode circuit of a gas or steam-filled converter tube, which is ignited on the grid side in the rhythm of the pulse train and in each case by the Ignition insert defines the leading edge of the pulse, a transformer used for pulse pick-up with a ferromagnetic core, which has a high initial permeability has a sharply pronounced transition into the saturation area and in each case by reaching the saturation determines the pulse trailing edge. The time at which the converter tube is extinguished is irrelevant for the pulse width achieved, it can therefore be within a certain range Any limits can be in the touch pauses. You can delete for example connect a capacitor in series with the primary winding of the transformer, the towards the end of the key pauses via a high resistance from a DC voltage source, z. B. from the power supply unit, is charged and in the sampling times and at the beginning the key pauses over the converter tube discharges until the converter tube is extinguished is.

Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. r dar- ,@ gestellt. Die gasgefüllte Stromrichterröhre z wird gitterseitig durch eine Wechselspannung gezündet, die vom Transformator 2 entnommen wird und die von einer Batterie 3 gelieferte negative Vorspannung U9', überwindet. In Fig. 3 a ist der zeitliche Verlauf der Gitterspannung dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Gitterwechselspannung in den Zeitpunkten a und b die vom Betrag der Anodenspannung abhängige Zündspannung Ugz überschreitet und die Röhre zündet. Im Anodenkreis dieser Röhre liegt nun gemäß der Erfindung ein Transformator q. mit einem ferromagnetischen Kern, der hohe Anfangspermeabilität und einen stark ausgeprägten Übergang ins Sättigungsgebiet aufweist. In Fig. 2 sind die Maggnetisierungskurve sowie der Verlauf der Permeabilitäty für einen solchen Transformator schematisch dargestellt. Man erkennt, daß bei Erreichen der Sättigung die Permeabilität sprunghaft auf einen sehr kleinen Wert absinkt, so daß die Primärseite des Transformators nahezu kurzgeschlossen ist. Sobald der bei Zündung der Stromrichterröhre einsetzende Magnetisierungsstrom die Sättigung des Transformators q. bewirkt, sinkt daher die Sekundärspannung Uz des Transformators sprunghaft ab. Die Breite des sekundärseitig entnommenen Spannungsimpulses ist also nur von der Lage des Sättigungspunktes des Transformators abhängig, jedoch nicht von dem zeitlichen Verlauf des Primärstromes. In Fig. 3 b ist die an der Stromrichterröhre anliegende Spannung U" dargestellt. Es ist ersichtlich, daß diese Spannung im Zündaugenblick ä sprunghaft auf den Wert der Brennspannung Ub der Röhre absinkt. Nach Löschen der Röhre beginnt sich der Kondensator 5 über den Hochohmwiderstand 6 von der Gleichspannungsquelle her aufzuladen, und die Spannung U" steigt wieder an, bis der nächste Zündeinsatz b erfolgt. Die Löschung der Stromrichterröhre erfolgt durch Ausfall der Anodenspannung an einer beliebigen Stelle zwischen den beiden Zündeinsätzen a und b. In Fig. 3 c ist der zeitliche Verlauf des Anodenstromes Ja dargestellt, während die Fig. 3 d den Verlauf der Sekundärspannung U2 des Transformators q. zeigt. Man erkennt, daß die Breite der Spannungsimpulse unabhängig von der Breite der Stromimpulse ist.An exemplary embodiment for this is shown in FIG. the gas-filled converter tube z is ignited on the grid side by an alternating voltage, which is taken from the transformer 2 and the negative supplied by a battery 3 Bias voltage U9 ', overcomes. In Fig. 3a is the time course of the grid voltage shown. It can be seen that the grid alternating voltage in the times a and b exceeds the ignition voltage Ugz, which is dependent on the amount of the anode voltage and the tube ignites. In the anode circuit of this tube is now according to the invention a transformer q. with a ferromagnetic core, the high initial permeability and has a pronounced transition to the saturation area. In Fig. 2 are the magnetization curve and the course of the permeability for such a Transformer shown schematically. It can be seen that when saturation is reached the permeability drops suddenly to a very small value, so that the primary side of the transformer is almost short-circuited. As soon as the on ignition of the converter tube onset of magnetizing current the saturation of the transformer q. causes, sinks therefore the secondary voltage Uz of the transformer drops suddenly. The width of the secondary The voltage pulse taken is therefore only dependent on the position of the saturation point of the Transformer dependent, but not on the temporal course of the primary current. In Fig. 3b, the voltage U "applied to the converter tube is shown. It can be seen that this voltage suddenly increases in value at the instant of ignition the operating voltage Ub of the tube drops. After deleting the tube, the To charge the capacitor 5 via the high-ohmic resistor 6 from the DC voltage source, and the voltage U "rises again until the next ignition start b takes place. The The converter tube is extinguished if the anode voltage fails on one any point between the two ignition inserts a and b. In Fig. 3 c is the Time course of the anode current Yes is shown, while FIG. 3 d shows the course the secondary voltage U2 of the transformer q. shows. You can see that the width the voltage pulse is independent of the width of the current pulse.

Während es bei Taststufen mit Hochvakuumröhren erforderlich ist, die gitterseitige Eintastung durch rechteckförmige Steuerimpulse vorzunehmen, kann man bei gasgefüllten Stromrichterröhren in der erfindungsgemäßen Schaltung beliebige Wechselstromkurven zur gitterseitigen Steuerung anwenden, weil die Impulsform einerseits durch den Zündeinsatz der Stromrichterröhre und andererseits durch die Sättigung des Transformators eindeutig festgelegt wird. Durch den Fortfall eines Impulsgenerators für die Steuerimpulse ergibt sich eine wesentliche apparative Vereinfachung.While it is necessary for key stages with high vacuum tubes that It is possible to make grid-side keying by means of rectangular control pulses in the case of gas-filled converter tubes in the circuit according to the invention, any Use AC curves for grid-side control because the pulse shape on the one hand through the ignition insert of the converter tube and, on the other hand, through saturation of the transformer is clearly defined. By eliminating a pulse generator for the control pulses there is a significant simplification of the apparatus.

Wenn man die Anodenspannung der Stromrichterröhre in der geschilderten Weise von einem über einen Hochohmwiderstand aufgeladenen Kondensator entnimmt, kann man wegen des Verlustes am Ladewiderstand nur einen Wirkungsgrad von etwa 50 0/, im Ladekreis erhalten. Diesen Leistungsverlust kann man umgehen, wenn man die Anodenspeisung mit Hilfe einer Wechselspannungaquelle mit der Impulsfrequenz durchführt. Ein solches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. q. dargestellt. Zur Erzeugung der Leistungsimpulse dient hier ein Ignitron 7, dem die Anodenspannung über einen Transformator 8 zugeführt wird. Der Name Ignitron genießt Warenzeichenschutz. Die Steuerimpulse für die Senderöhre werden wieder über einen Transformator g mit einem ferromagnetischen Kern hoher Anfangspermeabilität und stark geknickter Magnetisierungskurve entnommen. Die gitterseitige Eintastung des Ignitrons erfolgt mit Hilfe einer Gasentladungsröhre xo, deren Gitterkreis über einen parallel zum Transformator 8 geschalteten Transformator fi im Rhythmus der Impulsfolge gezündet wird. Im Anodenkreis dieser Röhre befindet sich ein Kondensatorladekreis mit verhältnismäßig kleiner Kapazität 12 und großem Ladewiderstand i3.If you take the anode voltage of the converter tube in the manner described from a capacitor charged via a high-resistance resistor, you can only get an efficiency of about 50 Ω / □ in the charging circuit because of the loss in the charging resistor. This loss of power can be avoided if the anode is fed with the aid of an alternating voltage source with the pulse frequency. Such an embodiment of the invention is shown in Fig. Q. shown. An ignitron 7, to which the anode voltage is fed via a transformer 8, is used to generate the power pulses. The Ignitron name enjoys trademark protection. The control pulses for the transmitter tube are taken again via a transformer g with a ferromagnetic core of high initial permeability and a strongly kinked magnetization curve. The grid-side keying in of the ignitrone takes place with the aid of a gas discharge tube xo, the grid circle of which is ignited in the rhythm of the pulse train via a transformer fi connected in parallel with the transformer 8. In the anode circuit of this tube there is a capacitor charging circuit with a relatively small capacity 12 and a large charging resistor i3.

In Fig. 5 a ist die zeitliche Folge der Zündimpulse Z für das Ignitron 7 dargestellt. Die Fig. 5 b zeigt den Verlauf der an der Anode des Ignitrons liegenden Spannung U", die nach Zünden des Ignitrons plötzlich auf die Brennspannung Ub absinkt. In Fig. 5 c und 5 d sind ferner der Anodenstrom I" und die Sekundärspannung Uz des Transformators 9 dargestellt.In Fig. 5 a is the time sequence of the ignition pulses Z for the ignitron 7 shown. Fig. 5 b shows the course of the lying at the anode of the ignitrone Voltage U ", which suddenly drops to the operating voltage Ub after ignition of the ignitrone. In Fig. 5 c and 5 d are also the anode current I "and the secondary voltage Uz des Transformer 9 shown.

Bei gitter- und anodenseitiger Steuerung der Stromrichterröhre mit Wechselspannungen kann man durch Abkappen der positiven Halbsinuswellen erreichen, daß der Stromflußwinkel im Primärkreis des Transformators sehr klein ist, wodurch der Wirkungsgrad noch weiterhin gesteigert wird. Zur Beseitigung einer Gleichstromvormagnetisierung kann man den Transformator mit einer Kompensationswicklung ausrüsten. Durch die Einregelung des Kompensationsstromes kann man den Zeitpunkt des Überganges vom ungesättigten in den gesättigten Zustand einregem. Der Kompensationsstrom kann entweder ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom sein.With grid and anode-side control of the converter tube with AC voltages can be achieved by cutting off the positive half-sine waves, that the current conduction angle in the primary circuit of the transformer is very small, whereby the efficiency is further increased. To eliminate DC bias you can equip the transformer with a compensation winding. Through the Adjustment of the compensation current can be the point in time of the transition from the unsaturated in the saturated state. The compensation current can either be a direct current or an alternating current.

Durch die Verwendung von gasgefüllten Stromrichterröhren kann man einen praktisch unbegrenzt hohen Primärstrom erzielen. Die maximale Impulsfolgefrequenz ist durch die Entionisierungszeit der Stromrichterröhre vorgegeben, jedoch ist man in der Lage, durch Einbau von Entionisierungsflächen und durch Potentialsteuerung derselben bzw. durch Anwendung bestimmter Edelgasmischungen und Variation des Druckes die Entionisierungszeit in der für große Impulsfolgefrequenzen erforderlichen Weise zu verkürzen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von gasgefüllten Stromrichterröhren für den Impulsbetrieb besteht in der Verkleinerung des Gerätes, weil die Verlustleistung infolge des kleinen Spannungsabfalles sehr klein ist und weil fernerhin wegen der großen Kathodenergiebigkeit solcher Röhren die Ausmaße derselben wesentlich kleiner sind als die von Hochvakuumröhren gleicher Leistung.By using gas-filled converter tubes, you can achieve a practically unlimited high primary current. The maximum pulse repetition rate is given by the deionization time of the converter tube, but one is able to do so through the installation of deionization surfaces and through potential control the same or by using certain inert gas mixtures and varying the pressure the deionization time as required for high pulse repetition rates To shorten. Another advantage of using gas-filled converter tubes for pulse operation consists in reducing the size of the device because of the power loss as a result of the small voltage drop is very small and because furthermore because of the large cathode yield of such tubes, the dimensions of the same are much smaller are of the same power as those of high vacuum tubes.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for generating electrical impulses high performance, especially for the anode-side keying in of pulsed Transmission tubes, characterized in that in the anode circuit of a gas discharge tube, which is ignited on the grid side in the rhythm of the pulse train and in each case by the Ignition insert defines the leading edge of the pulse, a transformer used for pulse pick-up with a ferromagnetic core, which has a high initial permeability has a sharply pronounced transition into the saturation area and in each case by reaching the saturation determines the pulse trailing edge.

2. Device according to claim i, characterized characterized in that a capacitor in series with the primary winding of the transformer is located, which is in the pauses over a high resistance from a DC voltage source (Power supply unit) is charged and discharged through the gas discharge tube.

3. Device according to claim i, characterized in that the anode feed of the Gas discharge tube by an alternating voltage source with the pulse repetition frequency he follows. q ..

Device according to Claim 3, characterized in that the gas discharge tube The grid and anode side are controlled by alternating voltages that oppose each other are out of phase in such a way that only a small current conduction angle results.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that Means are provided for the preferably variable pre-magnetization of the transformer are.