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Anordnung zur Auslösung von Elektronenstrahloszillographen für einmalige
Zeitablenkung
Bei nicht periodischen Vorgängen ist ein einwandfreies Bild au£ dem
Schirm einer Elektronen strahlröhrexnur dann, zu erhalten, wenn man den Elektronenstrahl
ein einziges Mal über den Schirm dieser Röhre führt. Die einfachste Ausführungsform
einer Anordnung für die einmalige Ablenkung des Elektronenstrahles besteht darin,
durch Schließen eines Kontaktes außerhalb des Elektronenstrahloszillographen den
Zeitkreis und die Hellsteuerung der Elektronenstrahlröhre auszulösen. Mit diesem
Kontakt muß dann entweder der zu untersuchende und aufzunehmende Meß-Vorgang gleichzeitig
ausgelöst werden, oder umgekehrt. Der Kontakt wird mit Hilfe bekannter Anordnungen,,
sei es mechanisch oder elektrisch, vom Vorgang ausgelöst. Bei letzteren. Anordnungen
trägt also der Vorgang selbst schon zur Auslösung der einmaligen Ansenkung bei.
Mechanische oder elektromechanische Geräte der obenerwähnten Art genügen zwar in
manchen Fällen, sie haben jedoch den großen Nachteil, daß ihre Eigenzeit meist erheblich
größer oder in der gleichen Größenordnung ist wie der zu untersuchende Vorgang.
Um die hinsichtlich Trägheitsarmut besonders guten Eigenschaften des Elektronenstrahles
voll auszunutzen, muß es das Ziel sein, Anordnungen zu finden, bei denen die Verzögerung,
die zwischen. dem Auftreten des auslösenden Vorgangs und der
Auslösung
selbst liegt, so klein wie nur irgend möglich ist. Es ist besonders bei der Oszillographi.e
mit Kaltkathodens trahlosz i flographen bekannt, derartige Kipprelais mit Elektronenröhren
aufzubauen, da diese infolge der großen Beweglichkeit ihrer Ladungsträger für den
Aufbau von Kipprelais mit kleinsten Eigenzeiten besonders geeignet sind. Bei dem
Aufbau derartiger Kipprelais ist es üblich, durch den Meßvorgang eine Umschaltung
derart vorzunehmen, daß eine bisher stromführende Röhre stromlos wird, und umgekehrt.
Dieses Umkippen des Kipprelais in einen zweiten stabilen Zustand löst dann den Zeitkreis
und damit die Ablenkung und Hellsteuerung des Elektronenstrahles ans. Es gibt nun
zwei Möglichkeiten der Ausbildung derartiger Kipprelais: Zunächst können sie in
dieser zweiten stabilen Stellung bleiben und müssen zur Wiederinbetriebnahme in
die Ausgangsstellung von Hand zurückgestellt werden. Dieses bringt den grundsätzlichen
Nachteil mit sich, daß die Hellsteuerung des Elektronenstrahles bestehenbleibt oder
mit einer großen Zeitkonstanten abnimmt. Zur Vermeidung dieses Nachteils muß beispielsweise
der Verschluß der Aufnahmekamera nach Beendigung des Vorganges schnell von Hand
oder über ein Zeitrelais geschlossen werden. Bei der Kürze der im allgemeinen zu
beobachtenden Vorgänge ist aber eine unzulässige Schwärzung des Aufnahmematerials
nur in den seltensten Fällen zu vermeiden.
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Ein anderer Weg besteht darin, die Ablenkspannung für die Elektronenstrahlröhre
so groß zu machen, daß das Ende des Vorgangs außerhalb des Schirmes der Röhre fällt.
In diesem Fall ist zwar die Zeit bis zur Schließung des Verschlusses oder zur Dunkelsteuerung
größer, der bereits erwähnte Nachteil ist aber grundsätzlich weiter vorhanden.
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Ferner ist bei Verwendung ausreichend großer AbLenkspannurge.n bekannt,
Anordnungen wie Kammern od. ä, vorzusehen, in die der Elektronenstrahl nach Verlassen
des Schirmes eintritt, um auf diese Weise eine weitere Schwärzung des Aufnahmematerials
zu verhindern. Mit zusätzlichen Anordnungen kann dann hier eine Dunkelsteuerung
bewirkt werden.
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Unzulässige Schwärzung und erheblicher Aufwand, insbesondere Verwendung
anormaler Elektronenlstrahlröhrenl, beeinträchtigen die Anwendb arkeit derartiger
KippreLairs.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Auslösung von Elektronenstrahloszillographen
für einmaligne Zeitabienkung, ohne d.aß die obenerwähnten Nachteile in Kauf genommen
werden müssen.
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Nach der Erfindung sind zwei Kipprelais vorgesehen,, welche gleichzeitig
vom aufzunehmenden Vorgang ausgelöst werden, und die Rückstellung des einen Kipprelais
erfolgt durch den Zeitablenkvorgang selbst, während das zweite Kipprelais, welches
verhindert, daß Meßspannungen auf das erste Kipprelais gelangen, willkürlich, beispielsweise
durch Betätigung eines Druckknopfes, zurückzustellen ist. Vorzugsweise ist jedes
der beiden Kipprelais nach Art eines mit Triolen ausgerüsteten Kallirotrons ausgebildet.
Das eine Kipprelais, das den Zeitkreis und die Helltastung steuert, wird durch detß
Zeitkreis seLbst wieder zurückgeschaltet. Dieses Kipprelais würde nun sofort wieder
zurückschalten, da an seinem Eingangsrohr normalerweise die Meßspanntung nach wie
vor oder wieder besteht. Durch das zweite Kipprelais wird nun erreicht, daß erst
zu einem beliebigen Zeitpunkt wieder auslösende Meßspannungen auf das erste Kipprelais
gelangen können. Zu diesem Zweck kann von dem zweiten Kipprelais eine dem ersten
Kipprelais zugeordnete Verstärkerröhre so gesteuert werden, daß sie nach der durch
das Eintreffen des Meßvorganges ausgelösten Umschaltung des ersten Kipprelais ge
sperrt ist, so daß an Eingang dieser Verstärkerröhre liegende Meßspannungen nicht
mehr auf das erste Kipprelais gelangen können. Erst bei Be tätigung eines Druddinopfes
wird die Bereitschaft der Anordnung zur erneuten Auslösung wiederhergestellt.
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Der Gegenstand der Erfindung ist an einigen in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Fig. I zeigt ein Kipprelais nach der
Erfindung unter ausschließlicher Verwendung von Hochvakuumröhren in Verbindung mit
einer bekannten Zeitkreisanordnung für die Ablenkung des Elektronenstrahles bei
Oszillographen. Der Grundgedanke der Erfindung läßt sich selbstverständlich auch
bei anderen bekannten Auslöseanordnungen anwenden. Die Kopplung des Kipprelais mit
einem bekannten, aus den Röhren I, II und III bestehenden Zeitkreis ist ebenfalls
nur eine Ausführungsmöglichkeit, die insbesondere angewandt wurde, um das Kipprelais
an einen Elektronenstrahloszillographen mit dem üblichen Zeitkreis für periodische
Vorgänge ohne wesentliche Schaltungsänderungen anschließen zu können.
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Zunächst sei nur die Fig. I betrachtet. Der Zeitkreis für die periodische
Ablenkung des Elektronenstrahles besteht aus der Laderöhre III, welche für eine
konstante Aufladung des Kippkondensators C zu sorgen hat. Die Feineinstellung der
Kippfrequenz erfolgt hier durch Veränderung des Ladestromes mit Hilfe des Katliodenwiderstandes
RK der Laderöhre III. Die schnelle Entladung des Kippkondensators erfolgt über die
Entladeröhre I.
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Das Aufschalten dieser Röhre erfolgt mit Hilfe der Steuerröhre, und
zwar durch das linke System der Doppeltriode II, während das rechte System die Synchronisierröhre
darstellt. Der aus den Röhren I, II, III bestehende Zeitkreis erzeugt eine periodische
Ablenkung des Elektronenstrahles, wenn die in der Figur dargestellten Schalter I
umgeschaltet werden. Die Ablenkspannung für die Elektronenstrahlröhre kann beispielsweise
am Kondensator C abgenommen werden.
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Zur Auslösung dieses Zeitkreises in Abhängigkeit vom Meßvorgang dient
ein Kipprelais IV, das eine symmetrische gleichs tromgekoppelte Kallirotronschaltung
Edarstellt. Die beiden für diese Kallirotrons chaltung charakteristischen Röhren
sind im Ausführungsbeispiel in einer Doppel-
triode IV vereint.
Dieses ist außer durch die ohmsche Kopplung von der Anode der einen zum Gitter der
anderen Röhre, insbesondere durch die liocbfrgung der Kathode gegenüber Minus, ermöglicht
worden. Die Dimensionierung des Kipprelais IV wird so vorgenommen, daß jeweils nur
eines der beiden Systeme stromführend ist. Zu diesem Zweck kann eine geringe Unsymmetrie,
z. B. der Gitterableitwiderstände, hervorgerufen werden, sodaß beim Einschalten
immer das gleiche System zuerst stromführend ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
der Fig. I ist das rechte System des Kipprelais IV zuerst stromführend.
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Beim Übergang von der periodischen zur einmaligen Ablenkung des Elektronenstrahles
werden die Schalter I betätigt, so daß der aus den Röhren I, II, III bestehende
Zeitkreis an das Kipprelais IV geschaltet ist. Der durch das rechte System des Kipprelais
IV fließende Strom ruft an dem zugehörigen Anodenwiderstand einen so hohen Spannungsabfall
hervor, daß die Laderöhre III vollkommen gesperrt wird. Um den Kondensator C völlig
zu entladen, wird gleichzeitig das linke System der Röhre II gesperrt. Infolgedessen
fließt durch den Anodenwiderstand RA der Steuerröhre II kein Strom, und das Gitter
der Entladeröhre I hat das höchstmögliche positive Potential, so daß der Kippkondensator
C bis auf Null über die Entladeröhre 1 entladen werden kann. Tritt an den Klemmen
Sy eine Spannung auf, so wird diese über das rechte System der Röhre II kapazitiv
dem Gitter des strnmloseu Systems des Kipprelais IV zugeführt. Es ist auch eine
Anordnung möglich, bei der die Auslösespannung dem Gitter des stromführenden Systems
zugeführt wird, denn das Kipprelais IV hat die Eigenschaft, die Stromführung sofort
zu wechseln, sobald die Symmetrie geändert wird. Dabei ist es belanglos, welche
Polarität der auslösende Impuls hat.
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Durch den Wechsel in der Stromführung vom rechten auf das linke System
des Kipprelais IV verschwindet der weitaus größte Teil des Spannungsabfalls an dem
rechten. Anodenwi derstand. Es bleibt nur der Spannungsabfall übrig, der durch den
Strom bedingt ist, welcher über den ohmschen Spannungsteiler fließt. Im gleichen
Augenblick wird die Sperrung der Laderöhre III und des linken Systems der Röhre
II aufgehoben. Die Freigabe der Lad.eröhreIII ermöglicht die Aufladung des Kippkondensators:
C, da durch das gleichzeitig freigegebene linke System der Röhre II die Entladeröhre
I über den an RA auftretenden Spannungsabfall gesperrt wird. Der an den gleichen
Punkten wie das Gitter der Laderöhre III über ein.en Koppelkondensator angeschlossene
Wehneltzylinder WZ der Elektronenstrahlröhre erhält auf die gleiche Weise zur Hellsteuerung
des Elektronenstrahles einen rechteckförmigen positiven Spannungsimpuls.
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Die Sperrung der Entladeröhre I bleibt auch bei Aufladung des Kippkondensators
C bestehen, jedoch nur so lange, bis die Spannung an der Kathode der Entladeröhre
I in die Nähe ihres Gitterpotentials kommt. Ist dieses der Fall, so wird die Entladeröhre
1 wieder stromführend. Der an dem Entladewiderstand RE auftretende Spannungsabfall
wird über den Koppelkondensator CK und vorzugsweise über einen Gleichrichter dem
Gitter des linken Systems des Kipprelais IV zugeführt.
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Dieser Spannungsimpuls ruft eine erneute Umschaltung des Kipprelais
IV hervor und sperrt damit die Laderöhre III und Steuerröhre II sofort wieder, während
gleichzeitig der positive Spannungsimpuls am Wehneltzylinder aufhört. Der Gleichrichter
G1 verhindert eine Umschaltung schon beim Verschieben der Spannung an RE zu Beginn
des Kippvorganges. Die Anordnung ist also wieder in den ursprünglichen Zustand zurückgekippt.
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Die einmalige Ablenkung verläuft also wie folgt: Beim Eintreffen
der Meßspannung an der Klemme Sy beginnt die Aufladung von: C über die Laderöhre
III, und der gleichzeitig hellgesteuerte Elektronenstrahl bewegt sich zeitproportional
über den Schirm der Elektronenstrahlröhre, bis C so weit aufgeladen ist, daß die
Entladeröhre 1 stromführend wird. Infolge des hierdurch bedingten Umkippen des Kipprelais
IV wird die Laderöhre III gesperrt und der Strahl gleichzeitig wieder dunkel gesteuert.
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An Stelle der im Ausführungsbeispiel dargestellten Art der Verriegelung
der Laderöhre III kann die Sperrung auch über einem ohmschen Spannungsteiler mit
Gegenspannung erfolgen. Die Verwendung anderer Gitter an Stelle des Steuer gitters
ist ebenfalls grundsätzlich möglich.
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Die Beendigung des Kippvorganges, d. h. die Wiederdunkelsteuerung
des Strahles, kann auch in Abhängigkeit von der Stromführungszeit der Lade röhre,
z. B. an RK, ferner in Abhängigkeit von der Spannung am Kippkondensator außer dem
in Fig. I gezeigten Beispiel mit Hilfe einer Glimmlample erfolgen, die bei Überschreiten
bestimmter Spannungswerte anspricht.
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Würde man nur das Kipprelais IV vorsehen, so träte der einganges
geschilderte Fall ein, daß bei Weitervorhandensein der Meßspannung Zeitablenlçun,g
und Hellsteuerung erneut ausgelöst werden, denn nach der zweiten Umschaltung des
Kippreiais IV sind die Verhältnisse die gleichen wie vor Beginn der einmaligen Ablenkung.
Für den Fall, daß der Meßvorgang inzwischen. abgeklungen ist, ist der Kippvorgang
ordnungsgemäß verlaufen.
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Ist aber die Meßspannung noch nicht verschwunden, so erfolgt sofort
eine weitere Umschaltung des Kipprelais IV usw., d. h. der Zeitkreis und das Kipprelais
kippen mit einer durch ihre Umschaltzeit bedingten Eigenfrequenz. Im gleichen Takt
leuchtet daher auch der Elektronenstrahl auf. Um diese Wirkung zu vermeiden, wird
die Anordnung gemäß Fig. Ia ausgebildet werden. In diesem Fall erfolgt die Verriegelung
des Kippreiais IV mit Hilfe eines mechanischen Relais B, weiches im Anodenkreis
der Steuerröhre II allein oder in Reihe mit einem ohmschen Widerstand angeordnet
ist und so den Anodenwiderstand RA darstellt. Bei
Freigabe der Steuerröhre
II nach Auftreffen des ersten Impulses spricht das Relais B mit seiner Eigenzeit
an und hält sich über den Kontakt b1 selbst. Über den zweiten Kontakt b2 wird die
Synchronisierröhre II verriegelt, so daß keine Impulse mehr auf das Gitter des Kipprelais
IV gefangen können.
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In gleicher Weise könnte auch durch b2 die Zuführung zum Gitter des
Kipprelais IV selbst unterbrochen werden. Der parallel zur Steuerröhre II liegende
Widerstand dient zur Einstellung des Ansprechwertes der Entladeröhre 1. Bei Betätigung
des Druckknopfes Da fällt das Relais B wieder ab, während der gleichzeitig betätigte
Druckknopf D1 die sichere Bereitschaftsstellung des Kipprelais IV wiederherstellt.
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Das Relais B arbeitet zufriedenstellend, solange die Zeit für die
einmalige Ablenkung nicht kleiner als die Ansprechzeit (Eigenzeit) des Relais B
ist.
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Bei größeren Ablenkgeschwindigkeiten muß das Relais B durch andere
Verriegelungsanordnungen ersetzt werden, die entweder mit Gasentladungsröhren oder
mit Hochvakuumröhren arbeiten.
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Fig. 1 b zeigt die Verriegelung mit Hilfe einer Gasentladungsröhre
Vb. Zu Beginn des Vorganges fließt durch diese Röhre kein Strom. Die Gittervorspannung
erhält die Sperrung aufrecht, bis bei der ersten Umschaltung des Kipprelais IV der
an dem Anodenwiderstand des rechtem Systems des Kipprelais IV auftretende positive
Impuls die Zündung der Röhre Vb bewirkt. Der durch den Anodenstrom dieser Röhre
erzeugte Spannung abfall an dem zugehörigen Anodenwiderstand sperrt die Synchronisierröhre
(rechtes System der Röhre II), so daß auf das Kipprelais IV keine weiteren Impulse
gelangen können. Jede weitere Umschaltung von IV wird auf diese Weise vermieden.
Durch Unterbrechung des Anodenstromes der Röhre Vb mit dem Druckknopf Db, welcher
wieder gleichzeitig mit D1 betätigt wird, wird die Bereitschaftsstellung des Kipprelais
IV wiederhergestellt.
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An Stelle der Röhre Vb kann eine genau wie das Kipprelais IV aufgebaute
zweite Kallirotronschaltung Vc benutzt werden. Die Wirkungsweise geht aus der Fig.
1c ohne weiteres hervor. Der in der Steuerleitung des linken Systems des Kipprelais
Vc vorgesehene Gleichrichter G2 soll verhüten, daß sowohl der der ersten Umschaltung
des Kipprelais IV (erstes Auftreten der Meßspannung) entsprechende Impuls als auch
der bei der Zurückschaltung auftretende zweite Impuls eine Umschaltung des Kipprelais
Vc hervorrufen. Durch die Anordnung des Gleichrichters G2 kann also wahlweise die:
Verriegelung der Synchronisierröhre II gleich nach Beginn des einmaligen Kippvorganges
oder an seinem Ende vorgenommen werden.
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An Stelle der mit einer Doppeltriode IV bzw. Ve aufgebauten Kallirotronschaltung
sind auch solche möglich, bei denen je zwei einzelne Trioden oder zweckmäßig auch
Mehrgitterröhren vorgesehen sind. Eine Anordnung mit Pentoden, bei denen das Bremsgitter
herausgeführt ist, ergibt noch besondere Vorteile. Fig. 2 zeigt die praktische Ausführung
einer Kipp relaisanordnung entsprechend Fig. 1 c. Für die Kallirotronschaltung der
beiden Kipprelais sind Bremsgitter und Anoden der Röhren VI, VII bzw. VIII, IX benutzt.
Je nach der Bremsgittercharakteristik der verwendeten Röhre ist es hierbei erforderlich,
eine mehr oder weniger hohe negative Vorspannung für die Bremsgitter zu verwenden.
Die Schirmgitter liegen auf einem, konstanten Potential und sind gegen Erde abgeblockt.
Die Umschaltung der Kipprelais erfolgt durch Zuführung von Spannungen in den Steuergitterkreis.
Durch diese Anordnung wird einerseits verhindert, daß Spannungen aus den Kipprelais
auf den' Meßkreis gelangen, und andererseits. erreicht, daß verhältnismäßig kleine
Spannungen zur Auslösung ausreichen. Die Kapazität des Bremsgitters gegenüber Kathode
und die schädlichen Schaltkapazitäten haben bei Verwendung normaler ohmscher Spannungsteiler
zur Folge, daß - infolge des Ladestromstoßes für diese Kapazitäten die Kippspannungen
verspätet an das Bremsgitter der anderen Röhren gelangen.. Um diesen Einfluß zu
beseitigen, wird der ohmsche Spannungsteiler durch kleine Kapazitäten überbrückt.
Die Herabsetzung der Auslösezeit durch diese Maßnahme ist erheblich, zumal die Widerstände
des ohmschen Spannungsteilers nicht beliebig klein gemacht werden können. In diesem
Zusammenhang ist auch die Anordnung eines Widerstandes WVI, WVII, WVIII, WIX unmittelbar
vor dem Bremsgitter der Röhre von Wichtigkeit, da er die über das Bremsgitter fließenden
Ströme in ihrer Größe herabsetzt.
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Wie oben schon geschildert, bedingt der aus ohmscher Widerständen
aufgebaute Spannung teiler der Kipprelais das ständige Fließen eines Gleichstromes,
unabhängig davon, ob die zugehörige Röhre Strom führt oder nicht. Während der Sperrzeit
einer Kippröhre tritt daher immer noch an ihrem Anodenwiderstand ein Spannungsabfall
auf. Dieser Spannungsabfall verhindert eine völlige Freigabe der zugeordneten zu
steuernden Röhre. Da ferner die Widerstände des Kipprelais den Kippbedingungen entsprechend
dimensioni,ert werden müssen, sind ihrer Verringerung Grenzen gesetzt. Das hat zur
Folge, daß an diesen Widerständen auftretende Spannungen infolge der bei den kurzen
Zeiten endlichen Aufladungszeiten keine völlige einwandfreie' Rechteckform aufweisen.
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Eine Weiterbildung besteht nun in der Anordnung einer Röhre X, die
gleichzeitig mit einer der Kippröhren gesteuert wird. Da sie nicht zum eigentlichen
Kipprelais gehört, bereitet es keine Schwierigkeiten, sie so zu schalten, daß bei
völliger Sperrung an ihrem Anodenwiderstand kein Spannungsabfall lauftnitt. Die
Fig. 2 zeigt eine Anordnnng, bei der das Steuergitter dieser Röhre X mit dem Bremsgitter
einer Kippröhre, nämlich der Röhre VII, galvanisch verbunden Zeit.
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Bei der in der Fig. 1 gezeigten Anordnung der Synchronisierröhre
II tritt infolge der Empfindlichkeit der Kipprelais unter Umständen der Fall ein,
daß
die Verriegelung der Synchronisierröhre II selbst infolge der hierdurch bedingten
Spannung änderung an iihrem Anodenwfderstand RA ein erneutes Kippen des Kipprelais
IV hervorruft. Eine in dlileser Hinsicht günstigere Anordnung zeigt die Fig. 2.
Hier ist die Synchronisierröhre XI den Kipprelais VI-VII und VIII-IX zugeordnet,
und zwar ist sie als Kathodenverstärker geschaltet. Die den Kippvorgang auslösenden
Meßspannungen werden kapazitiv dem Bremsgitter dieser Synchronisierröhre XI zugeführt.
Am Kathodenwiderstand WXI dieser Röhre treten die Spannungen in Phase mit der Eingangsspannung
auf und werden zur Auslösung den Kipprelais VI-VII und VIII-IX zugeführt, und zwar
bei dem Ausführungsbeispiel den Steuergittern der beiden vor der Auslösung stromführenden
Röhiren VII, IX. Nach Auslösung der Kipprelais steuert das Kipprelais VI-VII über
die Schaltröhre X den Zeitkreis I-II-III und die Helilsteuerung WZ. Das Kipprelais
VIII-IX, das über ohmsche Spannungsteiler aufgebaut ist, steuert das Gitter der
Synchronisierröhre XI so, daß sie völlig gesperrt ist. Spannungen am Bremsgitter
dieser Röhre bleiben dann ohne Einfluß.
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Die Kallirotronschaltung dieser Kipprelais kann auch so abgeändert
werden, daß der eigentliche Kippvorgang mit dem Steuergitter arbeitet, während die
Auslösespannungen dem Bremsgitter zugeführt werden.