DE968870C

DE968870C - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer saegezahn- und/oder rechteckfoermigen Spannung

Info

Publication number: DE968870C
Application number: DEC1903A
Authority: DE
Inventors: Brian Cliffor Fleming-Williams
Original assignee: AC Cossor Ltd
Current assignee: AC Cossor Ltd
Priority date: 1945-01-25
Filing date: 1950-08-05
Publication date: 1958-04-03
Also published as: BE481962A

Description

Die Erfindung betrifft eine umschaltbare eigen- oder fremderregte Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer sägezahn- und/oder rechteckförmigen Spannung mit einer Verstärkerröhre Vi, deren Anode auf das Gitter gegengekoppelt ist, und zwar mittels einer Serienschaltung, die einen Widerstand R12, einen Kondensator C ι und einen weiteren Widerstand Rio enthält, wobei wenigstens ein Teil des Kondensators Ci Teil eines Differentiationsgliedes Ci, R3 ist.

Anordnungen zur Erzeugung einer sägezahnförmigen Spannung sind an sich schon bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Anordnung mit verbesserten Eigenschaften zu schaffen, wobei das besondere Augenmerk auf die Erhöhung der Rücklaufgeschwindigkeit und die Verbesserung der Linearität gerichtet ist.

Es ist auch schon eine Anordnung bekannt, mittels der von einer Sägezahnspannung ein unverzerrter Sägezahnstrom in einer Ablenkspule abgeleitet wird. Durch die Induktivität der Ablenkspule wird bekanntlich die Sägezahnform verändert, und die in dieser Anordnung benutzten Mittel dienen dem Zweck, diese Kurvenänderungen zu verhindern oder

zu vermindern. Davon unterscheidet sich die Erfindung bereits in ihrer Aufgabenstellung grundsätzlich, denn sie betrifft die Erzeugung einer sägezahnförmigen Spannung aus einer Wechselspannung.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Anodenwiderstand R 4 der Röhre Vi eine zweite gittergesteuerte Elektronenröhre V 2 derart angeordnet ist, daß deren Kathodenwiderstand R12 zwischen der Anode der Verstärkerröhre Vi und der Kathode der zweiten Röhre V 2 angeordnet ist und gleichzeitig als Gegenkopplungswiderstand im Gegenkopplungskreis der Röhre Vi liegt, und daß die zweite Röhre V 2 weiterhin so geschaltet ist, daß sie während des Verlaufs des linearen Teiles der Sägezahnkurve oder während des Verlaufs abwechselnder Halbperioden der Rechteckkurven infolge eines im Differentiationsglied fließenden Stromes selbsttätig stromlos ist und bei Beendigung eines jeden solchen linearen Teiles oder jeder solchen Halbwelle leitend wird, um in Reihe mit dem Gegenkopplungskondensator C1 einen Weg niedriger Impedanz zu bilden.

Die Verwendung der Röhre V2 hat den Vorteil, daß während der Rücklaufperioden die wirksame Rückkopplungsimpedanz niedrig ist, weil sie aus der Röhre V2 und dem parallel zu ihr liegenden Widerstand R4 besteht und die Röhre V 2 leitend ist. Dadurch wird die erzielbare Rücklaufgeschwindigkeit erhöht. Als weiterer Vorteil ist zu nennen, daß während des Arbeitshubs die vom Widerstand R 4 gebildete Impedanz groß ist, was zur Folge hat, daß die Verstärkung der Röhre Vx groß ist, wodurch die Linearität verbessert wird. Die Zeichnung gibt ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In dieser Anordnung ist ein gekuppeltes Schalterpaar Si, S2 vorgesehen, um im Bedarfsfalle zwischen zwei verschiedenen Arbeitsweisen wählen zu können. Befinden sich die beiden Schalter 51 und S2 in der Stellung 1, so erzeugt das Gerät bei der Zuführung eines Zündimpulses eine einzige lineare Spannungskippschwingung, der eine schnelle automatische Rückkehr folgt, und es ist dann bereit, dies jederzeit infolge eines weiteren Zündimpulses zu wiederholen. Gleichzeitig wird an einer anderen Ausgangsklemme eine einzige Potential-Rechteckspannungsperiode erzeugt. Befinden sich beide Schalter in der Stellung 2, so arbeitet das Gerät hingegen als selbsttätiger Generator.

Die Hauptröhre Vi ist eine Pentode. Die Kathode der Pentode Vi ist über einen Vorspannungswiderstand R 5 an Erde gelegt. Das Steuergitter der Pentode Vi ist durch einen Kondensator Ci an einen Punkt im Anodenkreis der Röhre Vi angekoppelt und liegt außerdem über einen hohen Widerstand R 3 an der positiven Leitung, die sich auf einer vorzugsweise stabilisierten Spannung von 300 Volt gegenüber Erde befinden kann. Ein kleiner Sperrwiderstand R10 ist in die Leitung zum Steuergitter eingeschaltet, um Störschwingungen zu unterdrükken. Eine Diode D 2, deren Kathode an Erde liegt, bewirkt, daß das Steuergitterpotential der Pentoder Vi nicht merklich über Erdpotential steigen kann.

Die Anode der Pentode Vi ist über eine Anodenbelastung, die zwei parallele Wege aufweist, an die positive Leitung angeschlossen. Einer dieser Wege besteht aus dem Widerstand R 4. Der andere Weg besteht aus der Entladungsstrecke einer zweiten Pentode V2, die in Reihe mit Widerständen R11 und R12 liegt. Die Anode der Pentode Vi ist außerdem über die Diode D1 und den Widerstand R13 an den Gleitschieber eines Potentiometers R ι gelegt, das zwischen die positive Leitung und Erde geschaltet ist. Dieser Diodenkreis verhindert, daß das Anodenpotential der Pentode Vi merklich über das durch den Gleitschieber des Potentiometers Ri ausgewählte Potential steigt.

Wenn sich die Schaltung S 2 in der Stellung 1 befindet, so sind Schirm- und Fanggitter der Pentode Vi durch den Kondensator C 2 gekoppelt. Der Schirmgitterstrom wird über die Widerstände R6 und R7 aus der positiven Leitung entnommen, wobei die Spannung am Widerstand R6 durch einen Kondensator C'4 gegen Erde geglättet wird. Das Fanggitter ist über den Widerstand R2 von einer Spannungsquelle vorgespannt, die etwa —15 Volt gegenüber Erde betragen mag.

Zwischen Fanggitter undKathode der Pentode Vi ist eine Diode D 4 vorgesehen, damit das Fanggitterpotential nicht merklich über das Kathodenpotential steigen kann.

Die Schaltung kann z. B. durch die im folgenden beschriebenen Mittel entweder durch positive oder durch negative Impulse gezündet werden. Die Klemme T 3 zur Anlegung negativer Zündimpulse ist über den Kondensator C 5 mit der Kathode der Diode D1 gekoppelt. Die zur Zuführung positiver Zündimpulse dienende Klemme Γι ist über den Kondensator C3 mit der Anode der Diode .D 3 gekoppelt. Die Anode der Diode D 3 ist durch den Gleitschieber des Potentiometers R14 vorgespannt, dessen Spannung durch den Kondensator C 4 geglättet wird.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Kreises bei der Einstellung der beiden Schalter auf die Stellung ι beschrieben.

Die Schaltung befindet sich im stabilen Zustande, wenn die Anode der Pentode Vi sich angenähert no auf dem Potential des Gleitschiebers am Potentiometer R ι und das Fanggitter auf dem Potential seiner Vorspannungsquelle befindet. Dann fließt der gesamte Kathodenstrom der Pentode Vi zum Schirmgitter, das Steuergitter wird durch die Diode D2 angenähert auf Erdpotential gehalten, und das Potential zwischen der Kathode und dem Steuergitter wird daher durch den Widerstand R ζ bestimmt.

In diesem stabilen Zustand der Schaltung wird der Kathodenstrom in der anderen Pentode V2 auf einen Bruchteil eines Milliamperes gedrosselt. Dieser niedrige Strom baut am Widerstand R12 einen Spannungsabfall auf, der das Steuergitter dieser Pentode genügend negativ hält, um ihren Strom zu i«5 begrenzen. Der Gesamtstrom durch die Diode D1

wird von diesem kleinen Strom zusammen mit einem Strom ähnlicher Größe auf dem Parallelweg durch den Widerstand R 4 gebildet.

Nimmt man an, daß nun der Klemme T 3 ein negativer Impuls zugeführt wird, so fällt das Anodenpotential der Pentode Vi. Dasselbe gilt vom Steuergitterpotential der Pentode V'2 und damit von dem Potential ihrer Kathode. Infolge der Kopplung zwischen der Kathode der Pentode V 2 und dem Steuergitter der Pentode Vi über den Kondensator Ci wird das Steuergitter negativer werden, so daß die Diode Ό 2 unterbrochen und der Kathodenstrom der Pentode Vi herabgesetzt wird. Das Schirmgitterpotential der Pentode Vi steigt infolgedessen und nimmt wegen seiner Kopplung über den Kondensator C 2 das Fanggitterpotential mit. Dann beginnt der Anodenstrom in der Pentode Vi zu fließen und verursacht eine weitere Herabsetzung der Potentiale der Anode der Pentode V1 und des Steuergitters und der Kathode der Pentode V2. Die Wirkung ist kumulativ und schreitet außerordentlich schnell fort, bis ein metastabiler Zustand erreicht ist, bei dem der Anodenstrom der Pentode Vi angenähert gleich der Summe der Ströme durch die Widerstände i?3 und R4 ist. Der Kondensator C1 wird nun über die Anoden-Kathoden-Strecke der Pentode Vi und den Widerstand R12 entladen, und der Strom durch diesen Widerstand ist jetzt mehr als stark genug, um die Pentode V2 vollständig zu unterbrechen.

Während des Überganges vom stabilen zum metastabilen Zustand beträgt die Potentialerniedrigung an der Anode der Pentode Vi nicht mehr als etwa 6 Volt, während die der Kathode der Pentode V2 und des Steuergitters der Pentode Vi je nur etwa 3 Volt betragen. Gleichzeitig kann das Schirmgitterpotential der Pentode Vi um etwa 60 Volt ansteigen. Das Fanggitter dieser Pentode wird jedoch durch die Diode D 4 daran gehindert, merklich über das Kathodenpotential zu steigen, und der Kondensator C2 wird daher aufgeladen. DieseLadung fließt später allmählich über den Widerstand R2 ab, kann jedoch auf dem Fanggitter bei der Ankunft des nächsten Zündimpulses eine wesentlich negativere Vorspannung zurücklassen, als sie durch die negative Vorspannungsquelle allein geliefert würde. Das Fanggitter ist daher in gewissem Maße automatisch vorgespannt, und infolgedessen ist der tatsächliche Wert der angelegten negativen Vorspannung nicht sehr kritisch.

Während des metastabilen Zustandes wird das Anodenpotential der Pentode V1 eine lineare Kippschwingung abwärts und ihr Steuergitterpotential innerhalb eines kleinen Teiles seines Gitteraus-Steuerungsbereiches eine im wesentlichen lineare Kippschwingung aufwärts durchführen. Die Geschwindigkeiten dieser Potentialkippschwingungen sind durch die Werte des Widerstandes R3 und des Kondensators Ci bestimmt. Die Entladungsgeschwindigkeit des Kondensators C1 wird nahezu der Entladungsgeschwindigkeit entsprechen, die er haben würde, wenn er in Reihe mit einem Widerstand, der G-mal so groß wäre wie der Widerstand i?3, an eine Gleichspannungsstelle gelegt wäre, die G-mal so groß wäre wie die Spannung der positiven Leitung, wo G der Verstärkungsfaktor der Pentode Vi als Verstärker in der dargestellten Schaltung bei gesperrter Pentode V2 ist. Während dieser Potential-Kippschwingungen an Anode und Steuergitter der Pentode Vi bleibt das Schirmgitterpotential nahezu konstant und daher auch das Potential des Fanggitters, da die Zeitkonstante C2R2 groß ist im Verhältnis zur Dauer der Kippschwingung.

Der metastabile Zustand endigt automatisch, wenn die Anode der Pentode V1 ein sehr niedriges Potential erreicht hat, da ihr Anodenstrom schnell abfällt und damit ihr Schirmgitterstrom steigt, so daß die Potentiale von Schirmgitter und Fanggitter abfallen. Der Anodenstrom der Pentode Vi wird dann unterbrochen, und die Spannung am Widerstand R12 verschwindet. Die Pentode V2 wird sofort hoch leitfähig, und der Kondensator C1 wird schnell über den Widerstand Rn, die Anoden-Kathoden-Strecke der Pentode V2 und die Diode Ό 2 aufgeladen. Das Steuergitterpotential der Pentode Vi steigt auf Erdpotential, und der sich ergebende Anstieg des Schirmgitterstromes senkt die Potentiale von Schirmgitter und Fanggitter weiter. Die Diode Ό2 bewirkt, daß das Steuergitterpotential der Pentode Vi nicht über Erdpotential steigen kann. Wenn das Anodenpotential der Pentode Vi das Potential des Gleitschiebers am Potentiometer Ri erreicht, ist der stabile Zustand wiederhergestellt, und die Schaltung ist wieder bereit, auf einen Zündimpuls anzusprechen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß das durch den Gleitschieber am Potentiometer Ri ausgewählte Potential die Amplitude der Kippschwingung an der Anode der Pentode Vi unabhängig von der Geschwindigkeit der Kippschwingung festlegt.

Wenn die Zündung mittels eines über die Klemme Ti an das Schirmgitter der Pentode Vi gelegten positiven Zündimpulses erfolgt, so wird der Übergang vom stabilen zum metastabilen Zustand erfolgen, sobald die Diode D 3 leitfähig geworden ist, da derselbe kumulative Effekt auftritt, der für einen negativen Zündimpuls beschrieben wurde, welcher über die Klemme T3 der Anode der Pentode Vi zugeführt wird.

Wird der Gleitschieber des Potentiometers R14 so eingestellt, daß das Potential, auf welches die Anode der Diode D 3 vorgespannt ist, gleich dem Potential ist, welches das Schirmgitter der Pentode Vi während des stabilen Zustandes annimmt, dann wird ein Zündimpuls von kleiner Amplitude genügen. Diese Anordnung bietet jedoch die Möglichkeit, der Anode der Diode D 3 eine einstellbare zusätzliche Gittervorspannung zu geben, so daß der Zündimpuls diese zusätzliche Vorspannung übersteigen muß, bevor er wirken kann. Außerdem wird bei der Verwendung einer solchen zusätzlichen Vorspannung der Kondensator C 3 zusätzlich durch den Strom aufgeladen, der durch die Diode £>3 infolge eines angemessenen Zündimpulses fließt, und diese zusätzliche Aufladung hat die Wirkung, die Di-

ode Ds für einen Zeitabschnitt nach der Zündung noch höher vorzuspannen als das Potential des Gleitschiebers des Potentiometers R14.. Diese zusätzliche Vorspannung verschwindet allmählich, wenn sich der Kondensator C 3 über das Potentiometer R14 entlädt, aber während seines Bestehens bewirkt er, daß ein Zündimpuls von noch größerer Amplitude erforderlich sein würde, um die Schaltung wieder zu zünden.
Die Dioden Dχ und D 3 dienen während des metastabilen Zustandes dazu, die betrachtete Generatorschaltung von den nicht dargestellten, an die Klemmen Γ3 und Ti angeschlossenen Schaltungen zu trennen, die für die Zündung vorgesehen sind. Wenn die Schaltung eine zeitlineare Kippschwingung liefern soll, kann diese von der Klemme T 5 abgenommen werden, die an die Kathode der Pentode V2 angeschlossen ist. Falls ein rechteckiger Spannungsverlauf gewünscht wird, kann man diesen von der Klemme T₄ abnehmen, die an das Schirmgitter der Pentode Vx angeschlossen ist. Die Form der Front der rechteckigen Spannungskurve ist identisch mit dem oberen Teil eines positiven Zündimpulses, der an die Klemme Tx angelegt wird, vorausgesetzt, daß dieser Impuls schnell ansteigt. Das Schirmgitter der Röhre Vx befindet sich während der Sperrperiode dieser Röhre auf einem niedrigen Potential, während sich die Anode der Röhre V2 nur während der Rückführung auf niedrigem Potential befindet. Man kann daher eine rechteckige Spannungskurve von derselben Frequenz, aber anderer Länge als der an T₄ erhaltenen mittels einer Anzapfung an der Anode der Röhre V2 erhalten.

Befinden sich die gekuppelten Schalter vS"i und 6*2 in ihrer Stellung 2, so ist die Arbeitsweise der Schaltung mit den im folgenden beschriebenen Ausnahmen ähnlich der, die für die Stellung 1 beschrieben wurde.

Der metastabile Zustand wird in folgender Weise beendigt: Wenn die Anode der Pentode Vx ein sehr niedriges Potential erreicht hat, so fällt ihr Anodenstrom ab, so daß die Spannung am Widerstand R12 kleiner wird, die Pentode Vz leitend wird und das Anodenpotential der Pentode V2 sinkt. Da diese Anode über den Kondensator C 2 mit dem Fanggitter der Pentode Vx gekoppelt ist, wird das Potential dieses Fanggitters gesenkt, und der Anodenstrom der Pentode Vi wird weiterhin herabgesetzt. Dieser Effekt ist kumulativ, und der Anodenstrom durch die Pentode Vx wird daher sehr schnell vollständig unterbrochen.

Der Kondensator C ι lädt sich nun sehr schnell über die Anoden-Kathoden-Strecke der Pentode V2 auf, wie dies für die Schalterstellung 1 beschrieben wurde. Sobald diese Aufladung beendigt ist, steigen das Anodenpotential der Pentode V2 und damit " in gleicherweise das Fanggitterpotential der Pentode Vx wieder an, und der Anodenstrom in der Pentode Vx beginnt zu fließen. Dieser Anodenstromfluß leitet den Beginn des metastabilen Zustandes wieder ein, und es beginnt, ohne daß ein Zündimpuls erforderlich wäre, eine weitere Kippschwingung.

Eine automatische Gittervorspannung am Fanggitter der Pentode Vi tritt, wenn sich die Schalter in der Stellung 2 befinden, nicht auf, da der Potentialanstieg des Schirmgitters der Pentode Vi nicht zu einem ähnlichen Anstieg des Fanggitterpotentials führt, so daß ein starker Fanggitterstrom oder Strom durch die Diode D₄ fließt.

Man erkennt, daß, sobald sich die Schalter S1 und S2 beide in der Stellung 2 befinden, eine selbsttätig arbeitende Zeitablenkung vorliegt, die eine zeitlineare Kippschwingung an der Ausgangsklemme Γ5 liefert, während synchron hierzu an der Ausgangsklemme T₄ oder an der Anode von V2 eine rechteckige Potentialwelle auftritt. Eine Synchronisierung der Zeitablenkung kann durch die Zuführung von positiven oder negativen Synchronisierungsimpulsen erhalten werden. Positive Synchronisierungsimpulse wird man an die Klemme Tx anlegen, um den metastabilen Zustand etwas früher zu beenden, als er von selbst bei frei arbeitender Zeitablenkung endigen würde. Negative Synchronisierungsimpulse wird man andererseits an die Klemme Tj, legen, um die Amplitude der Aufladung des Kondensators Cx zu begrenzen und damit den metastabilen Zustand etwas eher einzuleiten, als er selbsttätig eingeleitet würde, wenn die Zeitablenkung frei arbeiten würde.

Die folgende Zusammenstellung gibt eine Reihe von Werten für die verschiedenen Schaltelemente, wie sie für die Benutzung bei der Erzeugung linearer Potentialkippschwingung und rechteckiger Potentialwellen mit einer Dauer in der Größenordnung von 500 MikroSekunden geeignet sind.

Vi	= VR. 116
V2	= VR. 65
Ri	= 50 Kiloohm (Potentiometer)
i?2	= 100 Kiloohm
J? 3	= 1,4 Megohm (Höchstwert)
R₄	= ι Megohm
R5	= 200 Ohm
R6	= 10 Kiloohm
R₇	= 5 Kiloohm
Rio	= 500 Ohm
Rxx	= 22 Kiloohm
RX2	= 50 Kiloohm
Rn	= 22 Kiloohm
Rx4	= 50 Kiloohm (Potentiometer)
Cx	= 0,0005 Mikrofarad
C2	= 0,0005 Mikrofarad
	= ο,οΐ Mikrofarad
C₄	= 2 Mikrofarad
es	= 0,00005 Mikrofarad

Durch geeignete Änderung der Werte der Schaltelemente kann die Dauer der erzeugten Kippschwingungen und Rechteckspannungen wesentlich verkürzt oder auf mehrere Sekunden verlängert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

I. Umschaltbare eigen- oder fremderregte Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer i»5 sägezahn- und/oder rechteckförmigen Span-

nung mit einer Verstärkerröhre (Vi)₁ deren Anode auf das Gitter gegengekoppelt ist, und zwar mittels einer Serienschaltung, die einen Widerstand (R12), einen Kondensator (Ci) und einen weiteren Widerstand (.Rio) enthält, wobei wenigstens ein Teil des Kondensators (Ci) Teil eines Differentiationsgliedes (Ci,i?3) ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Anodenwiderstand (R4) der Röhre (Vi) eine zweite gittergesteuerte Elektronenröhre (V2) derart angeordnet ist, daß deren Kathodenwiderstand (R 12) zwischen der Anode der Verstärkerröhre (Vi) und der Kathode der zweiten Röhre (V2) angeordnet ist und gleichzeitig als Gegenkopplungswiderstand im Gegenkopplungskreis der Röhre (Vi) liegt, und daß die zweite Röhre (V2) weiterhin so geschaltet ist, daß sie während des Verlaufs des linearen Teiles der Sägezahnkurve oder während des Verlaufs abwechselnder Halbperioden der Rechteckkurven infolge eines im Differentiationsglied fließenden Stromes selbsttätig stromlos ist und bei Beendigung eines jeden solchen linearen Teiles oder jeder solchen Halbwelle leitend wird, um in Reihe mit dem Gegenkopplungskondensator (C 1) einen Weg niedriger Impedanz zu bilden.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Röhre (V2) selbsttätig durch eine an ihre Kathode derart angeschlossene Impedanz (R 12) gesperrt wird, wenn sie von einem im Differentiationsglied fließenden Strom durchflossen wird.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Anodenkreis der den Verstärker bildenden Elektronenröhre (Vi) die Anoden-Kathoden-Strecke der weiteren Elektronenröhre (V2) in Reihe mit dessen Kathodenwiderstand (R 12) eingeschaltet und die kapazitive Impedanz (Ci) unmittelbar an die Kathode der ersterwähnten Elektronenröhre (V2) angeschlossen ist.
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerröhre (Fi) eine Pentode ist und ihr Fanggitter (über C 2, 6*2) an den Anodenkreis der zweiten Elektronenröhre (V2) angekoppelt ist, wodurch die Schaltung als selbsttätiger Generator arbeitet.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltvorrichtung (Si₁ S 2) vorgesehen ist, um die Vorspannung des Fanggitters zu ändern und das Fanggitter entweder an den Anodenkreis der zweiten Elektronenröhre (V2) oder an das Schirmgitter der Verstärkerröhre (Vi) anzuschließen, so daß die Schaltung nach Wunsch entweder als selbsttätiger Generator oder als ein Zündspannungen erfordernder Generator benutzt werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 879 740.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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