DE971185C - Bistabile Schaltung unter Verwendung einer Roehre mit sekundaeremissionsfaehiger Elektrode - Google Patents

Description

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Bei bistabilen Schaltungen handelt es sich um Einrichtungen, deren Betriebszustand zwischen zwei stabilen Lagen über einen labilen Punkt hinweg, jeweils nach einem Anstoß von außen, hin und her kippt; im Gegensatz zu astabilen Schaltungen, die frei schwingen. Die Eccles-Jordan-Schaltung mit zwei Röhren bzw. mit einer Mehrgitterröhre wird allgemein als bistabile Schaltung verwendet.

Fernerhin sind astabile Schaltungen, die den Sekundäremissionseffekt ausnutzen bzw. die nach dem Dynatronprinzip arbeiten, zur Erzeugung von Sägezahnschwingungen und bistabile Schaltungen mit einer Tetrode bekannt. In der letztgenannten Schaltung liegt ein Anodenwiderstand von ίο⁵ Ω und höher in der Anodenzuleitung, wegen des rela tiv kleinen Bereiches der fallenden Ja- t/a-Kennlinie. Die Anodenspannung muß dann entsprechend hoch gewählt werden, damit die Schaltung einwandfrei arbeitet. Abgesehen von ungünstigen Einflüssen, hervorgerufen durch Röhren-Alterungserscheinungen, ergibt sich bei den bekannten, auf dem Dynatronprinzip beruhenden Schaltungen auch der folgende Nachteil: In dem einen stabilen Zustand muß zwangläufig die Spannung zwischen der Dynode, wie die sekundäremissionsfähige Aufprallelektrode bzw. bei der Tetrode die Anode bezeichnet werden soll, und der Kathode so gering sein, daß das Sekundäremissionsverhältnis praktisch Null ist, d. h., daß der gesamte Elektronenstrom

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zur Anode fließt. In dem anderen stabilen Zustand müssen die Potentialverhältnisse der Elektroden so sein, daß das Sekundäremissionsverhältnis größer als Eins werden kann. Um also eine solche Anordnung von dem einen Zustand in den anderen Zustand umzuschalten, muß gleichzeitig die Sekundäremissionsfähigkeit der Dynode erreicht werden. Dies bedeutet eine nachteilige Verlängerung der Schaltimpulszeiten. Auch die bistabilen Schaltungen vom Eccles-Jordan-Typ mit zwei Röhren oder einer Mehrgitterröhre haben unter anderem den Nachteil, daß die Umschaltzeit durch die notwendigen Kapazitäten in den Umschaltzweigen festgelegt ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine bistabile Anordnung mit einer Röhre zu schaffen, die die obenstehenden Nachteile nicht aufweist. Für eine bistabile Schaltung, die einen Eingang zum Empfang von Steuerimpulsen wechselnder ao Polarität oder zwei Eingänge zum Empfang von Steuerimpulsen gleicher Polarität besitzt, mit einer Röhre, die mindestens vier Elektroden, eine Kathode, ein Steuergitter, eine Dynode und eine Auffangelektrode, enthält, besteht die Erfindung darin, daß die Auffangelektrode ein festes Potential besitzt, die Dynode und das Steuergitter jeweils mit einem Abgriff eines zwischen dem festen Potential und einem demgegenüber negativen Potential liegenden Spannungsteilers verbunden ist und daß die Kathode mit dem Abgriff eines dem ersten Spannungsteiler parallel geschalteten zweiten Spannungsleiters verbunden ist, mit der Maßgabe, daß im Ruhezustand sowohl die resultierende Gittervorspannung einen Stromfluß in der Röhre verhindert oder weitgehend unterdrückt, als auch die resultierende Spannung der Dynode gegenüber der Kathode ein Sekundäremissionsverhältnis größer als Eins, insbesondere von ungefähr Eins, sicherstellt und im Arbeitszustand der durch einen Eingangsimpuls ausgelöste Sekundäremissionsstrom die Röhre so lange im leitenden Zustand hält, bis sie durch einen weiteren Eingangsimpuls wieder gesperrt wird. Vorteilhafterweise werden die Arbeitspunkte für die beiden bistabilen Zustände im Kennlinienfeld so gelegt, daß der Ruhezustand bei niedriger Dynodenspannung in der Nähe des Schnittpunktes der für die je nach der Gittervorspannung verschiedenen Kennlinien bei einem Sekundäremissionsverhältnis von Eins liegt und für den Arbeitszustand in dem Bereich des Schnittpunktes bei höheren Dynodenspannungen. Die gewünschte kurze Umschaltzeit ergibt sich also einmal daraus, daß keine Kapazität erforderlich ist und zum anderen zur Umschaltung von dem Ruhezustand in den Arbeitszustand kein Sekundäremissionsverhältnis größer als Null erreicht werden muß. Außerdem entspricht die erforderliche, einzige Betriebsspannung dem gebräuchlichen Wert. Der Aufwand ist gering, da außer der Röhre nur einige Widerstände und Kapazitäten erforderlich sind.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung. An Hand dieser Zeichnung sei die Erfindung nachstehend für ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung enthält das Schaltbild für eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung.

In der Beschreibung wird unter einer Dynode der Röhre eine sekundäremissionsfähige Elektrode verstanden, deren Sekundäremissionsverhältnis größer als Eins ist für einen Teil des Energiebereiches der Elektronen, die auf die Elektrodenfläche treffen können.

Der erfindungsgemäße Kippkreis vom Sekundäremmissionstyp umfaßt, kurz ausgedrückt, zwei stabile Zustände und enthält für diesen Zweck nur eine einzige Röhre. In dem einen stabilen Zustand ist die Röhre nichtleitend bzw. nur schwach leitend, so daß kein Strom vom Auffanggitter zur Dynode fließt. Die Röhre befindet sich im »Aus«- Zustand. In dem anderen stabilen Betriebszustand, dem sogenannten »Ein«-Zustand, fließt infolge der einsetzenden Sekundäremission ein Strom von der Dynode zum Auffanggitter. Wenn sich die Röhre im »Aus «-Zustand befindet, genügt die relative Spannung zwischen der Dynode und der Kathode der Röhre, um ein Sekundäremissionsverhältnis größer als Eins zu schaffen. Die Stromkreisanordnung ist jedoch derart eingerichtet, daß die Leitung der Röhre verhindert wird. Durch die nachfolgende Zuleitung eines Impulses an das Steuergitter bzw. an die Kathode im Stromkreis wird die Röhre leitend für Dynodenstrom gemacht und nimmt schnell den »Ein«-Zustand ein, da das Sekundäremissionsverhältnis schon größer als Eins ist, wenn der Impuls angelegt wird.

Die nachstehende Beschreibung des Kippkreises nach der Erfindung erfolgt an Hand bestimmter Werte für die angelegten Spannungen und für die Bemessung der benutzten Schaltungselemente. Diese Werte sind angegeben, um die innerhalb des erfindungsgemäßen Kippkreises an den verschiedenen Stellen auftretenden Spannungen leichter übersehen zu können. Diese Werte sind jedoch nur beispielhaft und können sich im Rahmen der Erfindung über einen weiten Bereich ändern.

Die bistabile Kippschaltung enthält eine Elektronenröhre 10, deren Betriebspotentiale an der Klemmen +150 Volt und an der Klemme 12 — 100 Volt betragen. Ein aus den Widerständen 13, 14 und 15 von 300, 270 bzw. 200 kOhm zusammengesetzter Spannungsteiler liegt zwischen den Klemmen 11 und 12. Ein zweiter Spannungsteiler, der die Widerstände 16 und 17 von 51 bzw. kOhm umfaßt, ist ebenfalls zwischen die Klemmen 11 und 12 geschaltet. Die Kathode der Röhre 10 liegt an der Verbindungsstelle 20 der Widerstände 16 und 17. Das Steuergitter der Röhre 10 ist über einen Begrenzungswiderstand 21 an einen Punkt 22 zwischen den Widerständen 14 und 15 und das Auffanggitter 18 unmittelbar an die 150-Volt-Klemme 11 angeschlossen. Die Dynode der Röhre 10 ist mit einem Punkt 23 zwischen den Widerständen 13 und 14 verbunden. Zur Erielung einer hohen Sekundäremission enthält die

emittierende Oberfläche der Dynode beispielsweise eine Legierung von Silber und Magnesium, die auf besondere Weise vorbehandelt ist.

Mit den angegebenen Werten übersieht man, daß die Kathode, das Steuergitter und die Dynode zu Beginn ein Potential von —20, —35 bzw. + 52 Volt haben. Der Spannungsunterschied zwischen der Kathode und der Dynode beträgt daher 72 Volt. Dieser reicht aus, um ein Sekundäremissionsverhältnis größer als Eins sicherzustellen. Wäre die Röhre 10 leitend, so ergäbe sich ein Elektronenfluß in Richtung von der Dynode weg. Jedoch genügt die negative Steuergittervorspannung von —15 Volt, um die Röhre nichtleitend zu erhalten, so daß der Stromkreis im »Aus«-Zustand bleibt.

Wenn ein positiver Spannungsimpuls von ausreichender Stärke der Klemme 24, mit der der Kopplungskondensator 25 verbunden ist, zugeführt wird, bewirkt er, daß die Röhre stromleitend wird. Der Elektronenfluß verläuft dann von der Kathode aus über das Auffanggitter 18 zur Dynode 19. Das Sekundäremissionsverhältnis ist sofort größer als Eins, und es entsteht ein Elektronenfluß von der Dynode zum Fanggitter. Wie schon oben erwähnt, beträgt die Spannung zwischen der Kathode und der Dynode im »Aus «-Zustand 72VoIt₁ Infolgedessen ist das Sekundäremissionsverhältnis bei der Umschaltung der bistabilen Schaltung sofort größer als Eins, d. h., die erfindungsgemäße Schaltung wird schneller in den anderen Betriebszustand umgeschaltet als in dem Falle, in dem sich das Sekundäremissionsverhältnis größer als Eins erst nach dem Leitendwerden der Röhre einstellen muß.

Dieser Elektronennuß bewirkt, daß die Spannung der Dynode zunimmt, bis sie annähernd gleich der Spannung amFanggitter ist, welche etwa +150 Volt beträgt. Der genaue Wert, auf den die Spannung der Dynode ansteigt, ist durch die Belastung bestimmt, die durch den die Widerstände 13, 14 und 15 umfassenden Spannungsteiler entsteht. Diese Belastung wird durch den Einsatz von Widerständen mit großem Ohmwert verkleinert. Das Steuergitter erreicht schließlich ein Potential von annähernd + 7 Volt ebenso wie die Kathode. Der Kathodenstrom fließt über den Widerstand 17, und wenn die Kathodenspannung über etwa + 7 Volt steigt, bewirkt die so bezüglich der Steuergitterspannung geschaffene Vorspannung eine Verminderung des Kathodenstroms und eine entsprechende Erhöhung der Kathodenspannung.

Der Kippkreis befindet sich jetzt im »Ein«-Zustand. Jede Stromherabsetzung über die Röhre führt zu einer weniger negativen Gittervorspannung, die dazu neigt, den Strom zu erhöhen, und jede Stromerhöhung bewirkt eine stärkere negative Gittervorspannung, die wiederum die Neigung hat, den Strom herabzusetzen.

Der Kippkreis läßt sich durch die Einführung eines negativen Impulses bestimmter Amplitude an der Klemme 24 in den »Aus«-Zustand zurückführen, da die negative Steuergittervorspannung unter den Abschaltwert der Röhre absinkt.

Eine Anschlußklemme 26 ist über einen Kondensator 27 mit der Kathode der Röhre 10 verbunden. Durch die Anlegung eines negativen Impulses an die Klemme26 läßt sich der Kippkreis vom »Aus«- in den »Ein«-Zustand schalten. Durch die Einführung eines positiven Impulses ergibt sich eine Umschaltung vom »Ein«- in den »Aus«-Zustand.

Die Polarität dieser Impulse ist offensichtlich entgegengesetzt der Polarität jener Impulse, die benutzt werden, wenn der Kippkreis auf an die Klemme 24 angelegte Impulse hin umgeschaltet wird. Die Umschaltung läßt sich mit gleicher Leichtigkeit durch Anlegung des geeigneten Impulses ausschließlich an einer der Klemmen 24 oder oder durch Impulse zu einer der Klemmen in der gewünschten Reihenfolge· erreichen.

Die unmittelbar mit dem Punkt 20 zwischen den Widerständen 16 und 17 verbundene Klemme 28 liefert eine negative Spannung, wenn sich der Kippkreis in dem »Aus«-Zustand befindet, und eine positive Spannung, wenn sich der Kippkreis im »Ein«- Zustand befindet. Die Ausgangsspannung läßt sich an irgendeiner Stelle der Widerstände 13,14,15,16 oder 17 abnehmen.

Claims (5)

PATENTANSPKCCHE:

1. Bistabile Schaltung, die einen Eingang zum Empfang von Steuerimpulsen wechselnder Polarität · oder zwei Eingänge zum Empfang von Steuerimpulsen gleicher Polarität besitzt, mit einer Röhre, die mindestens vier Elektroden, eine Kathode, ein Steuergitter, eine Dynode und eine Auffangelektrode enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangelektrode (18) ein festes Potential (+150 Volt) besitzt, die Dynode (19) und das Steuergitter jeweils mit einem Abgriff (23, 22) eines zwischen dem festen Potential (+150 Volt) und einem demgegenüber negativen Potential liegenden Spannungsteiler (13, 14, 15) verbunden ist und daß die Kathode mit dem Abgriff (20) eines dem ersten Spannungsteiler (13, 14, 15) parallel geschalteten zweiten Spannungsteilers (16, 17) verbunden ist, mit der Maßgabe, daß im Ruhezustand sowohl die resultierende Gittervorspannung einen Stromfluß in der Röhre verhindert oder weitgehend unterdrückt, als auch die resultierende Spannung der Dynode gegenüber der Kathode ein Sekundäremissionsverhältnis größer als Eins, insbesondere um Eins, sicherstellt und im Arbeitszustand der durch einen Eingangsimpuls ausgelöste Sekundäremissionsstrom die Röhre so lange im leitenden Zustand hält, bis sie durch einen weiteren Eingangsimpuls wieder gesperrt wird.

2. Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spannungsteiler (13, 14, 15) höherohmig ist gegenüber dem zweiten Spannungsteiler (16, 17).

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Widerstandswerte der Widerstände zwischen

Dynode und Steuergitter und zwischen Steuergitter und negativem Potential (—100 Volt) so gewählt wird, daß im Arbeitszustand der Röhre die Dynode ungefähr den Wert des festen positiven Potentials (+150 Volt) erreicht.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundäremissionsverhältnis im Arbeitszustand der Röhre in jedem Falle größer als das im Ruhezustand der Röhre ist.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl positive Impulse dem Gitter (22) der Röhre zum öffnen und der Kathode (20) zum Sperren als auch negative Impulse der Kathode (20) zum öffnen und dem Gitter (22) zum Sperren zugeführt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 707 416, 690 643, 103;

britische Patentschriften Nr. 485120, 518240, 411;

Richter, »Elektrische Kippschwingungen«, 1940, S. 110, in; Möller, »Elektronenröhren«, 1929, S.248,249.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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