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Schaltungsanordnung zur Herstellung einer Impulsreihe Es ist ein Frequenzteiler
für Impulse bekannt, der einen Kondensator enthält, mit dem die Anoden-Kathoden-Strecke
einer Glühkathodenröhre, ein Widerstand und eine Gleichstromquelle iri Reihe geschaltet
sind. Parallel zum Kondensator liegt eine Entladungseinrichtung, z. B. eine Neonlampe.
Diese Entladungseinrichtung führt dann Strom, wenn am Kondensator eine Spannung
auftritt, die größer ist als ein bestimmter kritischer Wert. Am Steuergitter der
Glühkathodenröhre liegen die in ihrer Frequenz zu teilenden Impulse mit positiver
Polarität. Bei jedem Impuls wird der Kondensator geladen. Bei dieser Schaltungsanordnung
müssen die Impulse konstante Dauer und konstante Amplitude haben und außerdem die
Gleichspannungsquelle eine konstante Spannung aufweisen, wenn das Teilungsverhältnis
des Frequenzteilers unverändert bleiben soll. Auch wenn man, wie es ebenfalls bekannt
ist, die Aufladung des Kondensators über eine gesättigte Zweipolröhre mittels eines
Gleichstroms bewerkstelligt und parallel
zum Kondensator als Entladungseinrichtung
eine Doppelgitterröhre anbringt, welcher an ihrem einen Gitter eine in ihrer Frequenz
zu teilende Wechselspannung zugeführt wird, dürfen sich die Betriebseigenschaften
der Doppelgitterröhre nicht ändern, --wenn das :Teilungsverhältnis konstant bleiben
soll. Es ist ferner bekannt, aus einer sinusförmigen Schwingung dadurch eine Spannung
von geringerer Frequenz abzuleiten, daß die Sinusschwingung einem Relaxationsschwingungserzeuger
zugeführt wird und jeweils nach Ablauf einer ganzen Anzahl der primären Sinusschwingungen
ein Kippvorgang in dem Relaxationsschwingungserzeuger stattfindet. Die Frequenz
der Relaxationsschwingungen steht aber nur dann in einem konstanten Verhältnis zu
der Frequenz der Sinusschwingungen, wenn die Sinusamplitude konstant bleibt. Die
Amplitude der Sinusschwingungen wird bei derartigen Schaltungen sogar, dazu benutzt,
um das Frequenzteilungsverhältnis zu ändern.
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Es ist auch bereits eine Schaltungsanordnung zur Impulszählung bekannt,
bei der an einer Gleichspannungsquelle zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren liegen,
die durch die eintreffenden Impulse in ihrem Ladungszustand derart beeinflußt werden,
daß der erste Kondensator nach jedem Impuls seinen ursprünglichen Ladungszustand
wieder annimmt, während der zweite Kondensator die durch die einzelnen Impulse aufgenommenen
Ladungen akkumuliert. Dabei liegt jedoch in Reihe mit dem zweiten Kondensator ein
Widerstand und parallel zu dieser Reihenschaltung ein weiterer Widerstand, so daß
die Zeitkonstante der Schaltung verhältnismäßig groß ist. Die Zahl der in einer
bestimmten Zeit auftretenden Impulse wird durch die in dieser Zeit akkumulierte
Ladung des zweiten Kondensators gemessen.
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Dagegen ist gemäß der Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Frequenzteilung
einer Impulsfolge mit zwei in der vorstehend erwähnten Weise in Reihe an eine Spannungsquelle
angeschalteten Kondensatoren derart ausgebildet, daß die beiden Kondensatoren derart
in Reihe geschaltet . sind, daß der gleiche Ladestrom von der Gleichspannungsquelle
durch. beide Kondensatoren fließt, und daß die Kapazität des ersten Kondensators
wesentlich kleiner als die Kapazität des zweiten Kondensators ist, so daß der Ladungszuwachs
des zweiten Kondensators jeweils sehr schnell und jedesmal mit im wesentlichen dem
gleichen Betrag eintritt.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der
Zeichnungen beschrieben. Die in Abb. z dargestellte Anordnung enthält eine Pentode
V1, deren Anode und deren Schirmgitter vermöge der Spannungsquelle B1 auf geeigneten
positiven Potentialen -gehalten werden. Der negative Pol der Spannungsquelle B1
ist mit der geerdeten Kathöde der Röhre V1 verbunden. Der Anodenkreis enthält einen
Widerstand R, dessen von der Spannungsquelle B1 abgewandtes Ende mit einem Pol des
Kondensators Cl verbunden ist. Der andere Pol dieses Kondensators ist sowohl finit
der Kathode der Diode V2 als auch mit der Anode der Diode V3 verbunden.. Die Anode
von V2 ist geerdet. Die Kathode von V3 ist über einen Kondensator C2 mit der Erde
verbunden. Der Kondensator C2 wird durch einen Nebenschluß X, auf dessen Ausbildung
weiter unten eingegangen wird, überbrückt.
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Solange kein Impuls an das Steuergitter von V 1 gelangt, ist dieses
Gitter im wesentlichen auf Erdpotential. Die Steuerimpulse werden dem Gitter in
negativem Sinn zugeführt, und zwar- mit einer derartigen Stärke, daß das Gitter
dadurch unterhalb des unteren Knickpunktes vorgespannt wird. Wie bereits erwähnt
wurde, ist die Röhre V1 eine Pentode. Der Anodenwiderstand wird so groß gemacht,
daß der Anodenstrom zwischen den Impulsen ziemlich begrenzt ist, da das Anodenpotential
klein ist verglichen mit dem Potential am oberen Ende des WiderstandesR. Wenn beim
Eintreffen eines Impulses der Anodenstrom abgeschnitten wird, steigt das Potential
der Anode auf den Potentialwert, der am oberen Ende des Widerstandes R herrscht.
Je mehr sich diese Änderung des Anodenpotentials dem Hochspannungspotential nähert,
um so geringer wird der eventuelle prozentuale Einfluß auf diese Änderung durch
eine Änderung der Röhrencharakteristik. Man könnte auch eine Triode mit kleinem
innerem Widerstand mit dem großen Anodenwiderstand verwenden. In diesem Fall müßten
die erforderlichen Impulsamplituden wesentlich größer sein, um den Anodenstrom abzuschneiden.
In der folgenden Ableitung ist angenommen, daß das Anodenpotential zwischen den
Impulsen so niedrig ist, daß die beim Eintreffen eines Impulses auftretende Potentialänderung
an der Anode im wesentlichen gleich der verwendeten Hochspannung ist.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun die folgende: Es sei zunächst
angenommen, daß der Kondensator C2 anfangs völlig entladen ist. Wenn nun an das
Steuergitter der Röhre V1 ein negativer Impuls von genügend großer Amplitude gelangt,
dann wird der Anodenstrom von V1 abgeschnitten, das Anodenpotential steigt auf den
Wert Ei, der gleich der an der Spannungsquelle B1 auftretenden Spannung ist. Dieses
Anodenpotential El wird in einer Zeit erreicht, die durch die Zeitkonstante der
in Reihe liegenden Elemente Cl, C2 und R bestimmt ist. Der negative Impuls soll
dabei mindestens- eine Zeit andauern, die gleich einem Vielfachen, z. B. dem Fünffachen
dieser Zeitkonstante ist. Bei dieser Bemessung ist jeder Stromimpuls, der den Kondensator
C2 auflädt, praktisch unabhängig von der Dauer des Impulses am Gitter von V1, da
die erwähnte Zeitkonstantenbemessung darauf hinausläuft, daß aus den gegebenen Impulsen
Hilfsimpulse (Aufladungsstromstöße) hergeleitet werden, die bereits abgeklungen
sind, bevor der Impuls am Gitter von V1 zu Ende ist.
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Die Kondensatoren Cl und C2 werden über die Diode V3 geladen bis zu
einer Potentialdifferenz El. Die an dem Kondensator C2 auftretende Spannung ist
dann durch den folgenden Ausdruck gegeben:
Die Kapazität von C2 ist dabei vorzugsweise ungefähr zehn- bis hundertmal so groß
wie die Kapazität von Cl.
Bei Beendigung des negativen Impulses
sinkt das Anodenpotential der Röhre V1 wieder nahezu auf das Erdpotential, da die
Röhre V1 wieder besser leitet. Cl wird dann über V2 und V1 entladen, so daß der
rechte Beleg des Kondensators Cl im wesentlichen Erdpotential erhält, Der Kondensator
C2 behält dagegen seine Ladung, die beim Eintreffen des nächsten Impulses einen
weiteren Zuwachs erhält. Der zweite Zuwachs ist nicht ganz so groß wie der erste.
Er verursacht einen Potentialanstieg, dessen Größe durch den folgenden Ausdruck
gegeben wird:
Der Potentialanstieg an dem Kondensator C2, der von dem durch den n-ten Impuls ausgelösten
Ladungszuwachs herrührt, ist
Das Potential des Kondensators C2 nach dem n-ten Ladungszuwachs wird dann durch
den folgenden Ausdruck dargestellt:
Die an dem Kondensator C2 auftretende Spannung ist also von der Zahl der an der
Röhre V1 wirksamen Impulse abhängig und proportional El. Wenn man nun die Einrichtung
X bezüglich ihrer Ansprechspannung auch proportional El macht, erhält man das gewünschte
Ergebnis eines von Spannungsschwankungen von Bl unabhängigen Tellerverhältnisses.
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Bei der in Abb. 2 dargestellten Anordnung besteht die Einrichtung
X aus einer Röhre V4 mit von El abhängigem Kathodenpotential und einem Multivibrator.
Im übrigen ist die Anordnung mit den Röhren V1, V2 und V3 die gleiche wie die in
Abb. z dargestellte. Die an dem Kondensator C2 auftretende Potentialdifferenz wird
dem Steuergitter der Röhre V4 und der Anode der Röhre V5 zugeführt. Die Kathode
der Röhre V4 ist mit einer regelbaren Anzapfung des aus den hintereinandergeschalteten
Widerständen R1 und R2 gebildeten Spannungsteilers verbunden. Die Röhre V4 wird
auf diese Weise so vorgespannt, daß kein Strom durch sie fließt, solange die an
dem Kondensator C2 auftretende Spannung nicht einen vorgegebenen Wert erreicht.
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Wie aus Abb.2 zu erkennen ist, ist ein Multivibrator mit den Röhren
VS und V6 vorgesehen. Die Röhre V, ist eine Pentode, deren Schirmgitter für den
Multivibrator als Anode wirkt, während die Anoden-Kathoden-Strecke zur Entladung
des Kondensators C2 dient. Das Schirmgitter der Röhre V5 und die Anode von V4 sind
über den Widerstand R4 mit einer positiven Stelle der Spannungsquelle B1 verbunden.
Die Anode der Röhre V6 ist über eine Vorspannungsbatterie B2 mit dem Steuergitter
der Röhre VE verbunden. Das Schirmgitter von V5 ist über einen Kondensator C3 mit
dem Steuergitter der Röhre V6 verbunden. Der Kondensator C3 ist noch mit einem Ableitwiderstand
R3 versehen. Während der Zeit, in welcher der Kondensator C2 aufgeladen wird, ist
die Röhre V5 durch die Batterie B2 so vorgespannt, daß kein Anodenstrom hindurchfließt,
die Röhre V, führt dagegen Anodenstrom.
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Die Spannung des Kondensators C2, bei der die Entladung einsetzt,
ist nahezu gleich dem Potential der Kathode V4, dessen Größe durch den folgenden
Ausdruck gegeben ist
Die Zahl n (die Zahl der Ladungsimpulse, die eintreten, bevor der Kondensator C2
entladen wird) kann aus der folgenden Gleichung bestimmt werden:
Daraus folgt:
Wie man sieht, hängt n im wesentlichen nur von den Verhältnissen
ab. Wenn es gewünscht wird, können diese beiden Verhältnisse variabel gemacht werden.
Die Anordnung arbeitet also als Frequenzteiler, und zwar werden Impulse an der Anode
von V6 erzeugt, deren Frequenz gleich
der Frequenz der V1 zugeführten Impulse ist. Die geteilte Frequenz ist dagegen unabhängig
von der Spannung Ei, da die erreichte Spannung am Kondensator C2 und die Spannung,
bei der durch Zündung der Röhre V4 dieser Kondensator wieder entladen wird, beide
proportional El sind. Die Impulse an der Anode von V6 können, wenn gewünscht, einem
weiteren Teiler zugeleitet werden. Die Röhre V5 der Abb. 2 kann auch durch zwei
Trioden ersetzt werden, deren Gitter miteinander verbunden sind. Die Anode der einen
Röhre wird
dann in dem Multivibratorkreis verwendet und die andere
zur Entladung des Kondensators C2.
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Die obere Grenze für das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Impulsen, für welche das Frequenzteilungsverhältnis noch unabhängig von El sein
soll, ist durch den Isolationswiderstand des Kondensators C2 gegeben. Durch geeignete
Wahl des Isolationsmaterials kann dieses Intervall sehr lang gemacht werden.
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Die Dauer des bei der Entladung des Kondensators C2 auftretenden Impulses
ist durch die Zeitkonstante von C3 und R3 bestimmt. Sie wird vorzugsweise so gewählt,
daß sie kleiner ist als das kleinste Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden,
der Röhre Vl zugeführten Impulsen.
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In Abb. 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein zweistufiger Frequenzteiler,
bei dem Sperrschwinger verwendet sind, dargestellt. Die Röhre V1' ist ein Sperrschwinger
bekannter Art und ersetzt die Röhren V4, V5 und V6. Ihre Kathode ist an einen Spannungsteiler
angeschlossen, der an der Anodenspannungsquelle von V1 liegt. Der Sperrschwinger
Vl' wirkt auch noch in der zweiten Teilerstufe als die der Röhre V1 entsprechende
Röhre. Die Dioden V2' und V3 erfüllen genau die gleichen Funktionen wie die Dioden
V2 und V3 der ersten Stufe und entsprechen den ebenso bezeichneten Röhren
in den Abb. i und ?-