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Schaltungsanordnung für Impulsreihen mit einer Kaltkathoden-Gasentladungsröhre
Zusatz zum Patent 911874
Die Erfindung befallt sich mit der Anwendung von
Mehrstrecken-Gasentladungsröhren, wie sie im Patent 9z i 874 beschrieben
sind.
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Derartige Kaltkathoden -Gasentladun:gsrröhren weisen eine Anzahl von
Entlad!urngsstrecken auf, die bei gemeinsamer Zuführung von Impulsen elektrischer
Energie zu den Stredken in einer vorbestimmten Reihenfolge nacheinander zündien.
Die Zündung wird jeweils :bewirkt durch Ionisation einer ungezündeten Strecke, die
durch die Entladung einer benachbarten gezündeten: Strecke hervorgerufen wird. Der
erste der Röhre zugeführte Impuls bewirkt die Zündung nur einer vorbestimmten sogenannten
Startstrecke. Zur Sicherstellung dieses Vorgangs kann entweder diese Startstrecke
einen geringeren Elektrodenabstand aufweisen oder es wird dieser Startstrecke eine
Vorspannung zugeführt. Ferner besteht die Möglichkeit, in der Startstrecke eine
Ionisation durch eine ständig sich entladende Steuerstrecke zu bewirken, die dieser
Startstrecke benachbart ist.
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Nach einer Folge von Entladungen der Röhrenstrecken, wenn also die
letzte Strecke der vorbestimmten
Reihenfolge gezündet ist, werden
alle Entladungen :gelöscht. Vor Beginn eines anderem Zündumlaufs entionisiert sich
die Röhrte, sodann.
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Soll die Röhre von einer Folge von Impulsen regelmäßigen Abstands
betätigt werden,, so ist der zulässigen Impulswiederholungsfrequenz dadurch eine
Grenze gesetzt, daß die Zeitintervalle zwischen je zwei Impulsen hinreichend lang
sein müssen, um eine Entionisierung der Strecken zu ermöglichen. Andererseits würde
nämlich nicht sichergestellt sein, daß in einem zweiten oder folgenden Impulsumlauf
die Startstrecke zuerst zündet oder daß die vorbestimmte Zündreihenfolge eingehalten
wird.
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Die Verwendung höherer Impulswiederholungsfrequenzen kann beispielsweise
dadurch ermöglicht werden, daß die Entionisierungszeit - vermindert wird. Zum Zwecke
der Erzielung dieses Effektes wurde bereits die Verwendung von Spezialgasfüllungen
vorgeschlagen.
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Andererseits kann man dafür sorgen, daß ein oder mehrere Impulse,
die dem Impuls, der die letzte Strecke gezündet hat, folgen, am Zünden irgendeiner
Strecke der Röhre verhindert werden. Dann steht zur Entionisierung des Gases in
den Strecken eine Zeit zur Verfügung, die größer ist als ein Impulsintervall. Eine
derartige Maßnahme wurde bereits vorgeschlagen, während (unter anderem) die Verminderung
der Spannung zwischen den Elektroden, derart, daß ,die Impulse für die Dauer von
einem oder mehreren Impulsen nicht den zur Zündung notwendigen Wert erreichen, oder
die Verwendung - von zwei oder mehreren abwechselnd betätigten Röhren ebenfalls
bereits beschrieben worden sind.
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Es ist möglich, den Strecken der Röhre eine konstante Spannung zuzuführen,
die selbst nicht imstande ist, in den Strecken eine Entladung einzuleiten, jedoch
für die. Aufrechterhaltung einer einmal gezündeten Entladung ausreicht. Bei Zuführung
einer -solchen Spannung werden alle einmal gezündeten Strecken ihre Entladung aufrechterhalten,
so daß stich also am Ende eines Umlaufs alle Strecken in Entladung befinden und
vor dem Beginn dies nächsten Unilaufs gelösicht werden müssen. Das läßt sich auf
verschiedenen Wegen erreichen, von denen einer bei dem später zu beschreibenden
Erfindungsgegenstand Anwendung findet.
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Wird eine solche die Entladung aufrechterhaltende konstante Spannung
nicht angewendet, so werden die Entladungen jeweils zwischen den Impuilsen während
des: Zündungsumlaufs zusammenbrechen. Das Intervall zwischen den Impulsen braucht
dann nicht mehr so lang zu sein, daß die Ionisation unter den Wert, der zur Sicherung
der folgenden Entladung notwendig ist, abfallen kann. Das ermöglicht die Verwendung
solcher Impulsfolgefrequenzen, bei welchen die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden
Impulsen am Ende des Zündungsumlaufs nach Löschung dier Entlad tung zur Entionisierung
der Röhre nicht hinreichend ist.
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Unter »diesen Strecken« werden im folgenden jeweils nur die an dem
Zündungsumlauf beteiligten Strecken verstanden, nicht also. eine .Steuerstrecke.
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Weiterhin ist unter »Entionisierung der Str.ekken« zu verstehen, daß
eine Startstrecke, die unter dem Einfluß einer benachbarten sich entladenden Steuerstrecke
ständig im ionisierten Zustand gehalten wird, nicht eingeschlossen ist.
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Ein Merkmal der Erfindung stellt deswegen eine auf sich wiederholende
Impulse elektrischer Energie ansprechende Einrichtung dar, mit einer .gasgefüllten
Kaltkathoden-Entladungsröhre mit drei oder mehr Entladungsstrecken, die entsprechend
allen Strecken :gemeinsam zugeführten Impulsen dadurch in einer vorbestimmten Reihenfolge
zünden können, daß eine Entladung in einer gezündeten Strecke jeweils eine Ionisation
und eine folgende Zündung der benachbarten ungezündeten Strecke bewirkt, und die
ferner eiine Vielzahl von Entladungsiumläufen der Strecken bewerkstelligen können,
von: denen jeder darin besteht, d'aß alle Sürecken der Reiiie nach zünden und, erlöschen,
und -diie Strecken, sich vor dem Beginn eines folgenden Umlaufs zu einem Zustand
erhollen, der eine Wiederholung der Zündung in der vorher beschriebenen Reihenfolge
erlaubt.
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Ferner kann die Röhre entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung
an einem vorbestimmten Punkt eines -vollständigen Arbeitsumlaufs ein Signal geben.
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Im folgenden wird an Hand der Zeichnung eine beispielsweise Ausführung
der Erfindung beschrieben.
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Die dargestellte Kaltkathoden-Gasentladungsröhre z weist eine Startstrecke
auf und weitere Strecken 3 bis g. Eine Spannungsquelle in Form der Batteriie ro
wird an ,alle Strecken gemeinsam angelegt, und zwar über die Impedanz r z an die
allen Strecken gemeinsame Anode 12, über die Impedanz 13 an die Kaihode der Starits&ecke2
sowie über eine weitere Impedanz 1q. an die Kathode der Strecken 3 bis 8 und schließlich
über eine Impedanz 15 .an die Kathode der Strecke g.
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In dieser Zeichnung ist die Strecke :2 kürzer als die übrigen. Die
Verwendung von verschiedenen Impedanzen in den Kathodenwegen der Strecken 2 und
3 bis 8 ist nicht wesentlich.
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Wäre jedoch der Strecke 2, die in diesem Falle die gleiche Lage haben
würde wie die übrigen Strecken, eine getrennte Vorspannung zugeführt, so würde ,eine
getrennte Verbindung notwendig werden. Diese Vorspannungsquelle könnte den Platz
von 13 einnehmen.
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Die Impulse werden den Klemmen 16 zugeführt und gelangen über den
Kondensator 17 zur Anode. Die Strecken zünden der Reihe nach in der vorher beschriebenen
Weise. Die Batterie ist bei Abwesenheit eines Impulses nicht imstande, die Strecken,
zu zünden, und awch bei zusätzlicher Zuführung eines, Impulses wird nur dann eine
Zündung bewirkt, wenn die betreffende Strecke durch die Entladung einer benachbarten
Strecke ionisiert ist. Das trifft natürlich nicht zu für die Startstrecke 2, bei
welcher andere Hilfsmaßnahmen
Anwendung finden (beispielsweise geringe
Länge dieser Strecke).
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Der Kondensator 18, der zwischen der Anode und der Kathode der letzten
Strecke g liegt und normalerweise etwas oberhalb der Batteriespannung aufgeladen
ist, entlädt sich bei Zündung dieser Strecke 9 und vermindert dadurch die Anodenspannung
unter den Wert, der zur Aufrechterhaltung der Entladungen in den Strecken notwendig
ist, so daß diese nunmehr erlöschen.
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Die Kathode der Strecke 9 kann eine größere Fläche haben als die anderen
Kathoden, so daß diese Strecke einen größeren Strom leitet als die übrigen und dadurch
die Entladung des Kondensators 18 beschleunigt. Der anwachsende Spannungsabfall
über die gemeinsame Impedanz i i unterstützt noch den notwendigen Abfall der Spannung
über den Elektroden.
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Die Erholung der Spannung zwischen den Elektroden der Röhre auf die
Batteriespannung ist abhängig von der Zeitkonstante, die der Kondensator 18 zusammen
mit den verschiedenen Widerständen aufweist, durch die der Ladestrom fließen muß.
(In der Praxis ist das vor allem der Widerstand i i, der im allgemeinen groß gegen
den Widerstand 15 ist, zu dem dann irgendeine Schaltung .an den Klemmen i9 parallel
oder an den Klemmen 2o in: Reihe liegt.) Ein Ausgangskreis kann, je nach Eignung,
parallel an i9 oder in Reihe an 2o liegen. Im ersteren Falle müßte 2o kurzgeschlossen
sein; im zweiten Falle müßte die an 2o angeschlossene Schaltung einen ständig leitenden
Stromweg aufweisen. Ist diese Zeitkonstante etwas kleiner als der Zwischenraum zwischen
aufeinanderfolgenden Impulsen, so wird der Impuls, der dem die Strecke 9 zündenden
Impuls folgt, eine Wiederzündung der Strecke :2 bewirken und einen neuen Zündumlauf
einleiten.
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Es kann jedoch eine größere Zeitkonstante gewählt werden, bei welcher
einer oder mehrere folgende Impulse nicht in der Lage sind, irgendeine Strecke der
Röhre zu zünden. Eine Art der Durchführung einer solchen Maßnahme wurde bereits
beschrieben. Sie besteht darin, daß eine derartige Impulswiederholungsfrequenz verwendet
wird, daß das Intervall zwischen den Impulsen zu kurz ist, um eine Entionisierung
der Strecken zu ermög-1 ichen.
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Um trotz der zu verschiedenen Zeiten unterschiedlichen Anzahl von
gezündeten Strecken eine konstante Spannung aufredhtzue@halte@n, sind. die Spule
21 und der Gleichrichter 22 in Reihe zwischen Anode 12 und einem Abgriff 23 der
Batterie io geschaltet.
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Der Abgriff ist so gewählt, daß die Spannung an der Anode bei Zündung
mehrerer Strecken abzufallen neigt. Dadurch wird der Gleichrichter 22 bei Beginn
der Entladung in der Strecke 9 in der Sperrichtung vorgespannt, so daß die Sperrung
rechtzeitig vollständig ist, um zu verhindern, daß der sich durch die Entladung
in der Strecke g einstellende Spannungsabfall beeinflußt wird. Befinden sich weniger
Strecken in Entladung, so ist die Anodenspannung größer und der Gleichrichter leitend.
Dadurch wird die Anode mit der tieferen Spannung des Abgriffs 23 verbunden. Die
Anodenspannung stabilisiert sich auf einen Wert in der Nachbarschaft des Punktes
23 oberhalb des Entladungspunktes in, 9.
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Mit Anwachsen der Fläche der Kathode der Strecke 9 besteht durch Schaffung
einer erheblich größeren allgemeinen Höhe der Ionisation in der Röhre die Möglichkeit
einer nachteiligen Beeinflussung der Arbeitsweise der Röhre. In extremen Fällen
kann dadurch die kritische Zündspannung dieser Strecken auf einen Wert vermindert
werden, bei welchem diese durch den Impuls, der die Strecke 9 zünidet, trotz dies
Abfalls der Anodenspannung wieder zu zünden imstande sind.
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Je größer also, allgemein gesagt, die Anzahl der Strecken in der Röhre
ist, desto größer muß zum Zwecke der Erzeugung des notwendigen Spannungsabfalls
die Fläche der Kathode der letzten Strecke sein.
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Bei Verwendung einer der Zeichnung entsprechenden Schaltung kann es
daher schwer sein, die Anzahl der Strecken über einen gewissen Wert anwachsen zu
lassen.
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Oft ist es deswegen wünschenswert, auf andere Mittel zur Löschung
der Entladung zurückzugreifen. Diesem Zweck dient beispielsweise eine außerhalb
der Röhre befindliche Schaltung, die durch die Entladung in der letzten Strecke
ausgelöst wird und die Batterie abscihailtet oder aber eine entgegengesetzte Spannung
zuführt.
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Entweder die Impulse oder die Batterie oder beide können einer anderen
ähnlichen Röhre oder einer Reihe von Röhren zugeführt werden, wobei jede Röhre jeweils
einen Zündungsumlauf ihrer Strecken vervollständigt, während die anderen ruhen.
Die erste Röhre beginnt erst wieder zu arbeiten, wenn die letzte ihren Umlauf beendet
hat.
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Eine derartige Anordnung weist erhebliche Vorteile auf, wenn in einer
Zähleinrichtung ein langer Zählumlauf gefordert ist oder in einem Frequenzteiler
ein großes Teilverhältnis.
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Die Signale können allen oder einigen der Röhren einer solchen Vielröhrenanordnung
entnommen werden.
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Um die in der oben beschriebenen Weise zusammengeschalteten Röhren
als Zähler zu verwenden, wird ein Impuls durch eine Schaltung abgegeben, die beispielsweise
an den Klemmen i9 oder 2o angeschaltet ist. So ist es natürlich ohne weiteres möglich,
alle oder einzelne Strecken der Röhre getrennt herauszuführen und an diesen Klemmen
wahlweise bei Entladung einer oder mehrerer Strecken Ausgangsimpulse abzunehmen.
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Bei der Verwendung der Anordnung als Frequenzteiler treten die gleichen
Verhältnisse auf. Die Frequenzteilung kann hierbei von der Entladung irgendeiner
gewählten Strecke (oder Strecken) erhalten bzw. geliefert werden.
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Falls ein oder mehrere Impulse am Schlusse jedes Zyklus zwecks Vergrößerung
der IonI,sationszeit
unterdrückt werden, muß diesen nicht zur Geltung
kommenden Impulsen bei der Zählung bzw. Frequenzteilung Rechnung getragen werden.
Da weiterhin im ersteren Falle dien erste der Röhre zugeführte Impulszug einen Ausgangsimpuls
nach einer Anzahl von Impulsen erzeugt, die gleich ist der Anzahl der gezündeten
Strecken, wird eine Phasenverschiebung entstehen, die nicht behoben wird, wenn die
Schaltung in aufeinanderfolgenden Umläufen einen Ausgang für jeweils n+x Impulse
erzeugt, worin n die Anzahl der Strecken in der Röhre bedeutet und x die Anzahl
der Impulse nach der Zündung der letzten Strecke, die keine Entladung in der Röhre
bewirken können. Diese Phasenverschiebung wird aber in diesen Fällen unerheblich
sein. Sie kann korrigiert werden oder zulässig sein.
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Bei Verwendung von Röhren des beschriebenen Typs für Zählzwecke können
mehrere Zählstufen durch Verwendung mehrerer Röhren gebildet werden, wobei die Ausgangsimpulse
einer Röhre die nächstfolgende Röhre steuern. Dadurch wird, verglichen mit einer
einzelnen Röhre, die Zahl der möglichen Rechenoperationen wesentlich erweitert.
Weiter ergibt sich der Vorteily .daß die Ausgangsimpulse jeder Röhre an eine Aufzeichnungs-
oder Speichereiniri,dhtung geführt werden können und daß die gleichen Impulse auch
zur Steuerung für die nächstfolgende Röhre verwendet werden können.
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Eine derartige Anordnung kann beispielsweise eine Kombination von
Röhren darstellen, von denen jede einen Zählumlauf von je zehn Impulsen aufweist.
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ImAusgangskreis der ersten Röhre werden dann Zählimpulse für die Zehner"im
Ausgangskrens der zweiten Röhre für die iooer ,und bei der drItten Röhre für die
ioooer usw. einer dekadischen Ziffer auftreten. Auch können Röhren mit unterschiedlichen
Umläufen verwendet werden, beispielsweise eine solche mit zwölf Impulsen, die mit
einer 2o-Impuls-Röhre zusammenarbeitet, wobei die. erste mit Impulsen beschickt
wird, die Pence darstellen, während die zweite Röhre Ausgangsimpulse liefert, die
Pounds darstellen:.
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Eine ähnli.dhe Anordnung, -die als Frequenzteiler arbeitet, könnte
in gleicher Weise mehr als einen Frequenzteiler aufweisen.
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Die zweite und die folgenden Röhren in, einer solchen Reihe würden
fortschreitende geringere Arbeitsfrequenzen haben. Für jedes Glied der Kette müßten
Röhren und Kreise gewählt werden, die für derartige Frequenzen geeignet sind.
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Im Falle von Frequenzteilern, bei denen Impulse mit reduzierter Frequenz
gefordert sind, können diese Impulse direkt von dem Ausgangskreis der Röhre erhalten
werden. Hierzu dient beispielsweise ein Transformator in Reihe mit der Verbindung
zu der gewählten Strecke.
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Ist die Impulsform nicht geeignet oder sind andere Wellenformen (beispielsweise
Sinuswellen) gefordert, bedarf es der Verwendung von Umformer-Schaltungen, die die
Weiflen, in, der gewünschten Form liefern, oder aber die Ausgangsimpulsewerden verwendet,
um einen besonderen Impulsgenerator auszulösen oder zu synchronisieren.