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Elektronenschalter 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 kann aber auch 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 photographisch 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.
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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 beohachten zu können. Diese bekannten Anordnungen erfordern somit
entweder einen verhältnismäßig hohen Aufwand, oder die Herstellung der Röhren bereitet
Schwierigkeiten, wie es bei den Mehrstrahlröhren der Fall ist.
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Es ist deshalb erwünscht, mit einer üblichen Einstrahlröhre auszukommen
und mit Hilfe dieser ein-
zigen Röhre 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 Elektronenschalter, welcher die Umschaltung bewirkt, besteht bei den bekannten
Anordnungen aus einem Röhrengenerator zur Erzeugung einer Rechteckspannung. die
abwechselnd an je ein Schirm-bzw. Fanggitter zweier Älehrgitterröhren (Schaltverstärkerröhren),
insbesondere Pentoden, zur Verstärkung der beiden Meßspannungen gelegt ist.
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Die an einem gemeinsamen Anodenwiderstand abgenommenen abwechselnd
verstärkten Spannungen werden dann dem Plattenpaar der Braunschen Röhre zugeführt.
Der Röhrengenerator hesteht bei den bekannten Elektronenschaltern im allgemeinen
aus einem Multivibrator.
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Das Ziel eines derartigen Elektronenschalters bei der Entwicklung
besteht darin, eine möglichst hohe Schaltfrequenz zu erzeugen. Für diesen Fall ist
es nämlich nicht nur möglich, die Spannungen bis zu verhältnismäßig hohen Frequenzen
so schnell umzuschalten. daß das entstehende Kurvenbild. dem Auge als durchlaufender
Linienzug erscheint, sondern die Beobachtung und insbesondere die Aufnahme auch
einmaliger Vorgänge ist in einem verhältnismäßig großen Bereich möglich. Die Erfahrung
hat nun gelehrt, daß die Anforderungen hinsichtlich des Frequenzganges der Schaltverstärker
außerordentlich hoch sind. Um eine einwandfreie Übertragung der mit der Meßspannung
überlagerten Rechteckwelle auf die Braunsche Röhre zu erhalten. muß der von einem
derartigen Verstärker zu fordernde Frequenzgang noch gleichmäßige Verstärkung bis
zum hundertfachen der höchsten auftretenden Schaltfrequenz aufweisen. Infolge der
nicht genügenden Aussteuerung der Schaltverstärkerröhren tritt der Nachteil auf,
daß nur kleine Ausgangsamplituden erhalten werden.
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Dieser Nachteil wird bei einem Elektronenschalter für Braunsdie Röhren,
bei dem ein Röhrengenerator zur Erzeugung einer Rechteckspannung dient, die beispielsweise
abwechselnd an je ein Schirm- bzw. Fanggitter zweier Mehrgitterröhren, insbesondere
Pentoden, zur Verstärkung (Schaltverstärkerröhreul der beiden zu vergleichenden
Meßspannungen gelegt ist, so daß an dem gemeinsamen Anodenwiderstand die abwechselnd
verstärkten Spannungen abgenommen und dem Plattenpaar der Braunschen Röhre zugeführt
werden, nach der Erfindung vermieden. Nach der Erfindung ist hinter die Schaltverstärkerröhren
ein gemeinsamer Endverstärker geschaltet. Es zeigte sich nämlich. daß bei einem
solchen Endverstärker die Anforderungen an den Frequenzgang wesentlich geringer
sind. Die Anforderungen betragen etwa ein Zehntel derjenigen, welche an die Schaltverstärker
zu stellen sind. Es bereitet somit keine Sdwierigkeiten, einen Endverstärker mit
einer Leistungsröhre aufzubauen, der den sich unter diesen Umständen ergebenden
Forderungen hinsichtlich des Frequenzganges entspricht, wobei aber andererseits
die am Ausgang dieses Verstärkers auftretenden Spannungen zur vollen Aussteuerung
des Elektronenstrahlrohres ausreichen.
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Der Gegenstand der Erfindung ist an dem in der Abbildung wiedergegebenen
Ausführungsbeispiel eines Elektronenschalters näher erläutert. Die dargestellte
Anordnung ist mit insgesamt sieben Röhren 27, 14, 6, 7, I5, 25, 28 ausgerüstet.
Von diesen Röhren werden die Pentoden 6 und 7 in Multivibratorschaltung zur Schwingungserzeugung
benutzt, indem die Steuergitter 9, 1 1 und die Schirmgitter 8 und 10 dieser beiden
Röhren wechselseitig über die Kondensatoren 23, 24 miteinander verbunden sind. Die
an den Anoden I2 und I3 der beiden Kippröhren 6, 7 abgenommenen Kippspannungen werden
kapazitiv auf die Bremsgitter 16, I7 der Schaltverstärkerröhren 14, 15 gegeben.
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Die Bremsgitter I6. I7 haben die Wirkung von Schaltern. welche den
Anodenstrom der Röhren periodisch sperren und öffnen. Die zu verstärkenden Spannungen
werden den Steuergittem Ig und 19 der Röhren 14 und 15 zugeleitet. Die Schaltverstärkerröhren
14 und 15 haben einen gemeinsamen Anodeuwiderstand' 20, an welchem die verstärkte
Spannung abgenommen wird. Die genaue Gegenphase der beiden Schaltverstärkerröhren
14, 15 wird zwangsläufig erreicht, indem die Steuerspannungen an den Anoden der
Kippröhren abgenommen werden. Zur Regelung der den Schaltverstärkern zugeführten
Meßspannungen I, 3 sind Amplitudenregler 2I, 22 vorgesehen. Die an dem gemeinsamen
Anodenwiderstand 20 abgenommenen und den Meßplatten 5 zugeführten Spannungen können
somit in ihrer Amplitude jede für sich eingestellt werden.
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An dem Punkt 4 liegt eine Anodengleichspannung von beispielsweise
300 Volt.
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Die Pentode 25 dient zur Höhenverschiebung.
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Diese Röhre ist parallel zu der Kippröhre 7 geschaltet, indem das
Bremsgitter 26 ebenso wie das Bremsgitter I7 mit der Anode I3 der Kippröhre 7 verbunden
ist. Im Gegensatz zu der Schaltverstärkerröhre 7 wird die Pentode 25 jedoch nicht
mit einer der zu verstärkenden NIeßspannungen beaufschlagt.
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Ferner wird bei dem Ausführungsbeispiel, um eine wesentlich gesteigerte
Ausnutzung des Elektronenschalters zu erzielen, nicht mit einer festen Schaltfrequenz
gearbeitet, sondern dieselbe ist einstellbar, so daß sie zu der für die Zeitablenkung
der Meß spannung an der Elektronenstrahlröhre verwendeten Kippspannung bzw. deren
Frequenz in ein festes Verhältnis gebracht werden kann. Da die Zeitablenkfrequenz
von der Meßspannung synchronisiert werden soll, so genügt es, wenn sowohl die Schaltfrequenz
als auch die Zeitabienkfrequenz von der Meßfrequenz her synchronisiert werden. Es
ist möglich, für die Synchronisierung des Schaltmultivibrators außer den Kathoden
jede Elektrode
zu verwenden. Es hat sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, eine Synchronisierung 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
besondere Anordnungen vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel ist eine Synchronisierröhre
27 vorgesehen, der die Synchronisierspannung bei 2 zugeführt wird.
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Die Synchronisierung der Schaltfrequenz ermöglicht eine Beobachtung
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.
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Im ersten Fall erscheint während der Gesamtperiode der Meßspannung
die Umschaltung mehrfach. Die Umschaltung selbst wird um so weniger sichtbar, je
größer der Frequenzunterschied ist. Im zweiten Fall 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 1 : 2 verhält, denn
in diesem Fall wird zunächst 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 diesen Umständen
ergebende Bild unterscheidet sich praktisch von dem bei Verwendung einer Zweistrahlröhre
zu beobachtenden nur durch die verringerte Helligkeit.
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Eine derartige Einstellung der Schaltfrequenz hat allerdings zur
Voraussetzung, daß die Halbwellen in ihrer Dauer weitgehend übereinstimmen.
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Das würde bedeuten, daß die Koppelkondlensatoren, 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 Stellung des Regelwiderstandes den gleichen Wert aufweisen. Für die Feinregelung
kann außer der in der Abbildung gezeigten Regelung 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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Hinter den beiden Schaltverstärkerröhren 14 und 15 ist eine zusätzliche
gemeinsame Endstufe geschaltet. Dieser Endverstärker ist mit einer Pentode 28 aufgebaut.
Auf diese Weise wird eine volle Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Elektronenstrahlröhren
ermöglicht.