DE969358C - Schwingungserzeuger zur Erzeugung von im wesentlichen saegezahnfoermigen elektrischen Schwingungen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 22. MAI 1958

E 2i6i Villa/2ig

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schwingungserzeuger von sägezahnförmiger Wellenform.

Bei einer Methode zur Erzeugung einer sägezahnförmigen Stromwellenform wird ein Schwingungserzeuger mit sägezahnförmiger Spannung verwendet, z. B. ein Schwingungserzeuger des Typs, in dem ein Kondensator aus einer Quelle hoher Spannung vermittels eines Widerstandes aufgeladen wird. Die sägezahnförmige Spannung, die hierbei entsteht, wird an das Steuergitter einer Verstärkerröhre angelegt, in deren Anodenkreis die sägezahnförmigen Ströme erzeugt werden.

Schwingungserzeuger, die gemäß dieser Methode arbeiten, besitzen indessen gewisse Nachteile. Der sägezahnförmige Strom, den sie erzeugen, soll gewöhnlich in einem induktiven Kreise fließen, welcher für verschiedene Frequenzen eine verschiedene Impedanz besitzt, so daß, wenn die Induktivität dieses Kreises nicht klein ist, die Neigung besteht, daß die Wellenform des Stromes verzerrt wird mit Rücksicht auf die hohe Impedanz, die den Komponenten hoher Frequenz der Wellenform dargeboten wird. Gewöhnlicherweise ist es indessen wünschenswert, daß die Induktivität so groß wie möglich ist,

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da, wenn ζ. B. das magnetische Feld, das durch den Strom erzeugt wird, zur Ablenkung eines Elektronenstrahls benötigt wird wie in der Kathodenstrahlröhre eines Fernsehempfängers, man sich bemüht, die größte Ablenkung von einem gegebenen Strom zu erhalten, und das kann nur erreicht werden, indem man der Induktivität einen hohen Betrag gibt, entweder indem man die Anzahl der Windungen vermehrt, die die Ablenkungsspulen bilden, ίο oder indem man den magnetischen Widerstand des magnetischen Weges herabsetzt, indem man Eisen in die Spule einbaut. Indessen entsteht in solch einem Kreise eine weitere Schwierigkeit hinsichtlich des Abfalls der Sägezahnspannung durch die Wirkung der Kapazität zwischen Anode und Steuerelektrode in der Verstärker- oder Treiberröhre, die den Strom hervorruft. Dieser Effekt ist um so größer, je größer die Induktivität des Lastkreises ist, auf welchen die Verstärker- oder Treiberröhre arbeitet. Wenn der Strom im Anodenkreis sich schnell ändern soll, wie es beim Sägezahnrücklauf verlangt wird, so muß eine große PotentialdifEerenz an der Lastimpedanz aufgebaut werden, da diese Impedanz induktiv ist. Wenn daher der Anstieg des Sägezahnes einem verhältnismäßig schwachen Anstieg des Stromes bei gleichzeitigem geringem Anodenspannungsabfall der Verstärker- oder Treiberröhre entspricht, wird der Sägezahnrücklauf ein verhältnismäßig extrem hohes positives Potential an der Anode hervorrufen. Da zwischen Anode und Steuergitter stets eine Kapazität vorhanden ist, neutralisiert diese hohe Anodenspannung wegen der Kopplung zwischen Anode und Steuergitter das negativ ansteigende Potential, das an das Steuergitter während dieser Rücklaufperiode angelegt wird. Mit anderen Worten, es wird eine Neigung zur Verringerung des Rücklaufweges des Elektronenstrahls bei der Rücklaufperiode bestehen. In der Praxis hat sich ergeben, daß diese Neigung ein beträchtliches Ausmaß hat.

Diese beiden Schwierigkeiten können, wie bekannt, weitgehend beseitigt werden durch Verwendung der Gegenkopplung. Zum Beispiel kann durch Einschaltung eines Widerstandes in den Anodenkreis der Verstärkerröhre eine Spannung gewonnen werden, die proportional dem Strom ist, der darin fließt, und diese Spannung kann in entgegengesetzter Phase zu dem treibenden Sägezahnpotential eingeführt werden, wobei auf diese Weise eine beträchtliehe Verminderung der Verzerrung der Wellenform des Stromes in dem Anodenkreis erzielt wird. Eine solche Rückkopplung führt ebenfalls zu einer Herabsetzung der Verzerrung, die sich aus der Nichtlinearität der Röhrencharakteristik ergibt. Gegenüber einer derartig ausgeführten Anordnung kann man jedoch einen beträchtlichen Einwand machen derart, daß es. immer noch notwendig ist, auf einem verhältnismäßig geraden Teil der Charakteristik zu arbeiten, so daß ein verhältnismäßig schlechtes Verhältnis zwischen der Energie, die an den Lastkreis abgegeben wird, und der von der Stromquelle an die ganze Anordnung gelieferten dabei herauskommt.

Es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, einen Sägezahnschwingungserzeuger herzustellen mit der Absicht, diese Nachteile zu vermeiden, indem man einen Schwingungserzeuger baut, in dem die vorderseitige oder lange Flanke der Wellenform stärker linear ist, als es sonst der Fall sein würde.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Schal- Ί° tungsanordnung zur Erzeugung eines sägezahnförmigen Stromes in einer induktiven Belastung im Ausgangskreis einer Röhre, in deren Eingangskreis ein periodisch geladener und entladener Kondensator liegt, bei welcher zwischen dem Ausgangskreis und dem Eingangskreis eine in linearisierendem Sinne auf den Sägezahnstrom wirkende Kopplung vorgesehen ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der zwischen dem Ausgangskreis und dem Ladekondensator eingeschaltete Kopplungsweg derart ausgebildet ist, daß er einen Ableitungsweg für den Kondensator in der Weise bildet, daß der normalen Tendenz, den Kondensator aufzuladen, in solcher Weise entgegengewirkt wird, daß während des Sägezahnhinlaufs am Gitter der Röhre ein annähernd gleichförmiges Potential besteht, welches der zeitlichen Ableitung des Stromes im Ausgangskreis proportionale Änderungen erfährt, die in linearisierendem Sinne auf den Sägezahnstrom wirken.

Die Erfindung wird nun beispielsweise in der Zeichnung erläutert.

Fig. ι stellt schematisch die wesentlichen Merkmale eines Stromkreises zur Erzeugung von Sägezahnstrom dar, wobei die Stromquellen und andere Einzelheiten ausgelassen sind;

Fig. 2 zeigt in ähnlicher Weise wie Fig. 1 einen Stromkreis desselben Typs, wobei dieselben Bezugsnummern ähnliche Bestandteile bezeichnen, aber worin bestimmte Verfeinerungen durchgeführt sind mit Rücksicht auf bestimmte Notwendigkeiten, die sich aus der Praxis ergeben, so aus der Tatsache, daß eine induktive Impedanz eine beträchtliche Eigenkapazität besitzen kann und ebenfalls eine beträchtliche Widerstandskomponente.

In Fig. ι ist der Kondensator 10 der Ladekondensator; dieser ist so geschaltet, daß er vom positiven Pol einer Stromquelle, die nicht gezeichnet ist, von wesentlich konstantem hohem Potential über einen Ladewiderstand 11 geladen wird. Die Belegung des Kondensators 10, die mit diesem Widerstand verbunden ist, ist zu dem Steuergitter 14 der Röhre 12 über den Kopplungskondensator 15 geführt, wobei das Gitter 14 mit einer Ableitung mit Erde und zur Kathode 13 über den Widerstand 16 versehen ist, während die andere Belegung des Kondensators direkt mit Erde verbunden ist. Im Anodenkreis der Röhre 12 und direkt verbunden mit der Anode 17 befindet sich die Induktanz 18, in der die Sägezahnströme erzeugt werden sollen. Die zuvor erwähnte Rückkopplungsverbindung ist hergestellt durch den Blockkondensator 19 und den verhältnismäßighohen Widerstand 20 in Serie, und diese Verbindung verbindet die Anode 17 mit der Belegung des Kondensators 10, die nicht mit der Erde verbunden ist. Die Röhre 21 ist eine Sperrkippsenderröhre und dient

dazu, periodisch die Ladung von dem Kondensator io zu entfernen. Diese Röhre und die damit verbundene Schaltung ist nicht im einzelnen dargestellt, da sie im Einklang mit wohlbekannten Grundlagen arbeitet und keine wesentlichen Teile der Erfindung darstellt.

Im Betriebe und während des langen Vorwärtsanstiegs der Sägezahnwelle, die in der Induktivität 18 erzeugt werden soll, wird der Kondensator io durch die vorher erwähnte Stromquelle, die nicht dargestellt ist, über den Ladewiderstand 11 aufgeladen. Infolgedessen bleibt das Steuergitter 14 der Röhre 12 positiv, so daß der Anodenwiderstand der Röhre einen kleinen Wert hat im Vergleich mit der Impedanz der Induktanz 18, und infolgedessen steigt der Strom durch diese Induktanz linear mit der Zeit an. Hierbei nimmt das Anodenpotential der Röhre 12 einen konstanten Wert an, der sich dem Erdpotential nähert. Das führt dazu, daß sich der Kondensator 10 über den Widerstand 20 entlädt. Wenn die Größe dieses Widerstandes richtig gewählt ist, so wird sich schnell ein Gleichgewicht einstellen, bei welchem die Ladung vom Kondensator über den Widerstand 20 ebenso schnell abfließt, wie sie über den Ladewiderstand 11 geliefert wird. Auf diese Weise bleibt das Gitter 14 zunächst auf gleichförmigem Potential.

Da die Röhrenimpedanz nicht unabhängig ist von dem Strom, der durch die Röhre geht, so weicht der Strom von dem gleichmäßigen Anstieg in der Anstiegperiode ab, und es tritt deshalb eine Verzerrung der gewünschten Sägezahnwellenform auf. Diese Verzerrung wird indessen wesentlich beseitigt durch die Rückkopplungsverbindung, die den Widerstand 20 enthält. Denn wenn der Strom durch die Induktanz 18 weniger schnell ansteigt, so vermindert sich die PotentialdifFerenz an der Induktanz, so daß das Anodenpotential der Röhre 17 stärker positiv ist, mit dem Resultat, daß das Steuergitter stärker positiv wird entsprechend der Wirkung der Rückkopplungsverbindung. In dem dargestellten Beispiel besteht die Wirkung der Rückkopplungsverbindung darin, die Ladungsableitung von dem Kondensator 10 herabzusetzen, so daß das Steuergitter stärker positiv wird, wie vorher angegeben. Es wird darauf hingewiesen, daß die Rückkopplungsverbindung an das Steuergitter der Röhre 12 zusätzlich zit dem vorher erwähnten gleichförmigen Potential ein weiteres Potential heranbringt, das aus der Induktanz 18 entnommen ist, welch letztere eine Spannung erzeugt, die wesentlich proportional der Ableitung mit Bezug auf die Zeit des Stromes in obenerwähnter Induktanz ist. Dementsprechend bleibt der Betrag des Stromanstieges durch die Induktanz 18 aufrechterhalten. Wenn die Steilheit der Röhre 12 unendlich wäre, würde der Betrag des Anstiegs vollständig gleichförmig bleiben. In der Praxis ist diese Bedingung mit großer Annäherung erreicht.

Das Ende des Anstiegs (Vorlaufperiode) wird bestimmt durch die Periode des Blockoszillators 21. Wenn diese Röhre leitend wird, so entfernt sie während der kleinen Periode ihres leitenden Zustandes den größten Teil der Ladung, die durch den Kondensator 10 aufgespeichert ist. Die Röhre 12 wird nichtleitend, und der Strom in der Induktanz 18 geht sehr schnell auf Null herab, während das Potential an der Anode 17 zur selben Zeit sehr hohe positive Werte annimmt. Dieses hohe Potential hat in der Praxis mit Rücksicht auf die Eigenkapazität der Induktanz Schwingneigung und bleibt hierbei auf großen positiven Werten, selbst dann, wenn der Blockoszillator 21 aufgehört hat zu leiten. Aus dieser Quelle hohen Potentials wird der Kondensator 10 schnell aufgeladen, bis das Gitter 14 auf das normale Arbeitspotential während des Anstiegs zurückgegangen ist.

In Fig. 2, die identisch ist mit Fig. 1, soweit grundlegende Merkmale in Frage kommen, und in der dieselben Bezugsnummern ähnliche Bestandteile bezeichnen, ist die Induktanz 18, die beispielsweise in den Ablenkspulen zur Ablenkung eines Kathodenstrahls bestehen kann, mit der Röhre 12 durch den Transformator 18' gekoppelt. Der Transformator und derartige Spulen besitzen einen merklichen Widerstand und Eigenkapazität zusätzlich zur Induktivität. Der Widerstand liegt effektiv in Serie mit der Induktivität im Anodenkreis der Röhre 12, und das führt dazu, daß der Strom, der durch die Spulen während des Anstiegs geht, eine schwach exponentiell Form (Exponentialkurve) hat. Die exponentiell Form entspricht einem teilweisen Verlust von niederfrequenten Komponenten, die durch einen ähnlichen Verlust in der Rückkopplungsverbindung ausgeglichen werden kann. Zur Vermeidung von Schwingungen beim Sägezahnrücklauf infolge der Eigenkapazität und zur Steuerung der Schärfe des Sägezahnrücklaufs ist das aus dem Widerstand 23 in Serie mit der Parallelkombination der Induktivität 24 und dem Widerstand25 bestehende Netzwerk mit dem Kondensator 10 verbunden, so daß too ■—· wie dargestellt — daraus ein Netzwerk gebildet wird, das dem äquivalenten Netzwerk des Transformators und der Spulen 18' annähernd invers ist. Dieses Netzwerk bewirkt in Verbindung mit der Kapazität zwischen Anode und Steuergitter der Röhre, daß das Gitterpotential eine solche Funktion des Anodenpotentials ist, daß das Anodenpotential ungefähr eine halbe Schwingung ausführt und dann verschwindet.

Die verschiedenen Bestandteile einer typischen Schaltung, wie oben beschrieben, haben folgende Werte:

Widerstand 11 100 000 Ohm

Widerstand 20 ..... 1750000hm

Widerstand 23 2 700 0hm

Widerstand 25 350 0hm

Kondensator 10 .... 340 Picofarad

Kondensator 19 .... 0,005 Microfarad

Ein passender Wert der Stromquelle ist 350 Volt, ein Wert, der angenehm niedrig ist. Diese Annehmlichkeit stellt einen von den Vorteilen der Anordnung dar.

In Fig. 2 gestattet das Potentiometer 22, den Ladungsbetrag über den Widerstand 11 zu regulieren. Dieselbe Regelung kann auch erreicht werden,

indem man den Widerstand in der Rückkopplungsverbindung einstellbar macht.

Claims (3)

1. PaTENTANSPKÜCHE:

   i. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines sägezahnförmigen Stromes in einer induktiven Belastung im Ausgangskreis einer Röhre, in

   ίο deren Eingangskreis ein periodisch geladener und entladener Kondensator liegt, bei welcher zwischen dem Ausgangskreis und dem Eingangskreis eine in linearisierendem Sinne auf den Sägezahnstrom wirkende Kopplung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Ausgangskreis (18) und dem Ladekondensator (10) eingeschaltete Kopplungsweg (19, 20) derart ausgebildet ist, daß er einen Ableitungsweg für den Kondensator in der Weise bildet, daß der normalen Tendenz, den Kondensator aufzuladen, in solcher Weise entgegengewirkt wird, daß während des Sägezahnhinlaufs am Gitter der Röhre ein annähernd gleichförmiges Potential besteht, welches der zeitlichen Ableitung des Stromes im Ausgangskreis proportionale Änderungen erfährt, die in linearisierendem Sinne auf den Sägezahnstrom wirken.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ladekondensator Impedanzelemente verbunden sind, welche zusammen mit dem Ladekondensator in dem Stromkreis zwischen der Steuerelektrode und der Kathode der Röhre ein Netzwerk bilden, das angenähert invers zu demjenigen im Ausgangskreis ist und mit der Kapazität zwischen dem Ausgang und der Steuerelektrode der Röhre so zusammenarbeitet, daß an der Ausgangselektrode der Röhre während der Periode des Sägezahnstromkurvenabfalls ein Potential entsteht, das ungefähr einer einzelnen positiven Halbwelle derart entspricht, daß die Länge der Abfallperiode verkleinert wird.
3. 3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsverbindung für niederfrequente Komponenten gedämpft ist, so daß nichtlineare Verzerrungen des Sägezahnstromes im Ausgangskreis, durch den Widerstand im besagten Ausgangskreis hervorgerufen, im wesentlichen beseitigt oder herabgesetzt sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 916 561;
   britische Patentschriften Nr. 479 113, 485 120;
   »Telefunkenröhre«, Nr. 77, S. 9 ff.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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