DE1024644B - Elektronenroehrenschaltung mit einem Hochspannungstransformator - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungsanordnungen mit einem Hochspannungstransformator und einer Elektronenröhre, deren Kathode oder Heizfaden im Betrieb auf einer hohen Wechselspannung oder gleichzeitig auf einer hohen Wechsel- und Gleichspannung liegt, wie dies beispielsweise bei Kippgeräten und Hochspannungsgleichrichtern der Fall ist. Schaltungsanordnungen dieser Art sind aus der Fernsehtechnik bekannt. Andere Schaltungen, bei denen ähnliche Verhältnisse auftreten, werden bei Funkmeßgeräten u. dgl. verwendet.

Eine Schwierigkeit, die beim Betrieb solcher Schaltungen auftritt, besteht darin, daß besondere Schutzvorkehrungen für die Kathode bzw. den Heizfaden getroffen werden müssen. Es war bisher üblich, für direkt oder indirekt geheizte Röhren einen besonderen Heiztransformator vorzusehen, bei dessen Aufbau besonders auf niedrige Kapazität und hohe Isolation zwischen den einzelnen Wicklungen geachtet werden mußte. Bei Verwendung einer indirekt geheizten Röhre war es ferner üblich, dem Heizfaden ein Potentiometer mit Mittelabgriff parallel zu legen und die Kathode mit diesem künstlich erzeugten Mittelabgriff des Heizfadens zu verbinden, da die Isolation zwischen Heizfaden und Kathode keine Hochspannung aushält.

Ein nach den oben angegebenen Gesichtspunkten aufgebauter Transformator erhöht die Kosten wesentlich; ferner vergrößert er die Erdkapazität des Teiles der Schaltung, an den er angeschlossen ist. Außerdem begünstigt er den unerwünschten Übergang von Energie aus dem Schwingkreis in die Stromversorgungskreise, wodurch Rückwirkungen auf andere Teile des Gerätes und auf andere Geräte entstehen können. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile durch eine verbesserte Schaltung zu vermeiden, bei der kein besonders isolierter Heizfaden bzw. Heiztransformator erforderlich ist.

Ferner tritt bei allen Schaltungen, bei denen zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung ein Wechselstrom gleichgerichtet wird, das Problem auf, zwischen den einzelnen Teilen des Schaltkreises eine genügende Isolation zu erhalten. Es hat sich gezeigt, daß für die Teile der Schaltung, die sowohl einer hohen Wechselspannung als auch einer hohen Gleichspannung unterworfen sind, erhöhte Anforderungen an die Isolation gestellt werden müssen, und zwar dann, wenn die Frequenz der Wechselspannung hoch ist, z. B. 20 kHz oder mehr.

Zur ganzen oder teilweisen Behebung dieser Schwierigkeiten werden bei der vorliegenden Gleichrichterschaltung die Schaltelemente, die gleichzeitig einer hohen Wechsel- und Gleichspannung unterworfen sind, verringert.

Elektronenröhrenschaltung
mit einem Hochspannungstransformator

Anmelder:
Cinema-Television Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. W. Lampert, Patentanwalt,
Stuttgart-Frauenkopf, Distlerstr. 33

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 18. April und 2. November 1951

Denis Victor Ridgeway, West Wickham, Kent,
und Kenneth Charles Macleod, Hayes, Bromley, Kent

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

Bei der vorliegenden Schaltungsanordnung mit einem Hochspannungstransformator und einer Elektronenröhre, deren Kathode oder Heizfaden beim Betrieb einer hohen Wechselspannung oder gleichzeitig einer hohen Wechsel- und Gleichspannung gegenüber einem festen Potential unterworfen ist, ist gemäß der Erfindung der nicht dem Hochspannungstransformator entnommene Heizstrom oder der Primärstrom eines besonderen Heiztransfarmotors für die Elektronenröhre über die in zwei gleiche Teile aufgeteilte Wicklung des Hochspannungstransformators zugeführt, und dabei sind die beiden Wicklungsteile so geschaltet, daß sich ihre magnetischen Felder für den Heizstromkreis aufheben.

Die Kathode der Hochspannungsgleichrichterröhre kann in dieser Anordnung zweckmäßig mit einem Pol der Transformatorwicklung, an der beim Betrieb der Schaltung eine hohe Spannung erzeugt wird, verbunden sein.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die beiden Teile der Wicklung des Hochspannungstransformators, über welche der Heizstrom oder der Primärstrom des Heiztransformators zugeführt wird, bifilar gewickelt sind.

Eine andere vorteilhafte Anordnung ergibt sich, wenn bei dem die Hochspannung führenden Transformator eine der Wicklungen in zwei Teile aufgespalten

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ist, die in entgegengesetzter Richtung aufgebracht und parallel geschaltet sind. Dabei können zur Parallelschaltung der beiden Teile der Hochspannungswicklung jeweils die beiden räumlich zusammenliegenden und die voneinander entfernten Enden der auf den Kern des Transformators, von einem Punkt ausgehend, in entgegengesetzter Richtung aufgebrachten Wicklungen miteinander verbunden sein; außerdem kann der Verbindungspunkt der benachbarten Enden als Hochspannungspol verwendet werden.

Als günstig zeigte es sich hierbei, wenn die beiden Teilwicklungen des Hochspannungstransformators durch Kondensatoren verbunden sind, die bei der Frequenz der Hochspannung eine geringe Impedanz, bei der Frequenz der Heizspannung dagegen eine hohe Impedanz aufweisen.

Die Gleichrichterröhre kann indirekt geheizt und ihre Kathode mit einem gegebenenfalls künstlich geschaffenen Mittelpunktsabgriff des Heizdrahtes verbunden sein. In einem besonderen Ausführungsbeispiel, das sich als zweckmäßig erwiesen hat, ist der Heizdraht der Gleichrichterröhre mit den beiden Leitern über einen Transformator verbunden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher beschrieben, von denen

Fig. 1 einen Teil einer bekannten Kippschaltung darstellt,

Fig. 2 die Anwendung der Erfindung auf die Schaltung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine bekannte Hochspannungsgleichrichterschaltung,

Fig. 4 eine Hochspannungsgleichrichterschaltung gemäß vorliegender Erfindung und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Hochspannungsgleichrichterschaltung gemäß vorliegender Erfindung zeigt.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Anordnung zur Erzeugung sägezahnförmiger Ströme in den Ablenkspulen einer Kathodenstrahlröhre. Der Ablenkkreis weist neben der induktiven noch eine nicht vernachlässigbare ohmsche Komponente auf, zu deren Kompensation besondere Maßnahmen getroffen werden müssen. Zu diesem Zweck sind die Röhren 1 und 2 in Reihe geschaltet und die Anode der Röhre 2 mit dem Heizfaden der Röhre 1 verbunden. Der gemeinsame Punkt ist an eine (nicht gezeichnete) Hochspannungsquelle über die Primärwicklung 3 eines Ausgangstransformators 4 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung 5 die Ablenkspulen 6 einer (nicht gezeichneten) Kathodenstrahlröhre speist. Den Gittern beider Röhren werden vorverzerrte Hilfsspannungen zugeführt, welche den Spannungsabfall an der ohmschen Komponente im Ablenkkreis teilweise oder ganz kompensieren. Wie dargestellt, ist die Röhre 1 direkt geheizt. Der Anschluß der Anode 2 ist also über einen künstliehen Mittelabgriff 7 am Heizfaden der Röhre vorgenommen. Bei Verwendung einer indirekt geheizten Röhre wird die Kathode an diesem Mittelabgriff angeschlossen.

Beim Betrieb werden die Röhre 2 und damit auch die Transformatorwicklung3 sowie die Ablenkmittel 6 von einem Strom durchflossen, der zeitlinear ansteigt, bis die größte Strahlablenkung erreicht ist. Die Röhre 2 wird dann durch einen an ihr Gitter gelegten negativen Impuls gesperrt. Durch das plötzliche Aufhören des Anodenstroms steigt das Anodenpotential schnell an und damit auch das Potential des Heizfadens der Röhre I gegen Erde. Bei Schaltungen, wie sie zur Strahlablenkung bei Fernsehkathodenstrahlröhren verwendet werden, kann das an der Anode der Röhre 2 entstehende Potential 3 kV erreichen. Aus diesem Grund muß die Wicklung des Transformators 8, der den Heizstrom für die Röhre 1 liefert, besonders isoliert werden.

Es ist ferner von Bedeutung, daß die Kapazität am Heizfaden der Röhre 1 die Strahlrücklaufzeit beeinflußt. Eine große Kapazität an dieser Stelle führt zu einem langsamen Rücklauf. Die Kapazität der Sekundärwicklung des Transformators 8 gegen Erde muß daher so niedrig wie möglich gehalten werden. Dies kann zwar durch eine besonders kapazitätsarme Ausführung des Transformators erreicht werden, was jedoch wieder eine Erhöhung der Herstellungskosten zur Folge hat.

Fig. 2 zeigt die gleiche Schaltung wie Fig. 1, jedoch erfindungsgemäß abgeändert. Dabei sind Teile mit gleichen Funktionen in beiden Figuren auch mit gleichen Ziffern bezeichnet. Der Transformator 4 hat eine zweiteilige Primärwicklung ZA, 3 B. Jeder Teil der Wicklung hat die gleiche Anzahl von Windungen wie die Wicklung 3 in Fig. 1. Die beiden Teilwicklungen sind in die Hin- bzw. Rückleitung des Heizstroms vom Transformator 8 zur Röhre 1 eingeschaltet. Bei einer derartigen Anordnung heben sich die magnetischen Felder auf, die durch die Heizströme in den Wicklungen 3 A, 3 B entstehen, so daß in der Wicklung 5 keine niederfrequenten Spannungen auftreten.

Die Anode der Röhre 2 ist wie in Fig. 1 mit einem künstlichen Mittelabgriff 7 der Kathode der Röhre 1 verbunden. Der Anodenstrom dieser Röhre 2 wird der Sekundärwicklung des Transformators 8 symmetrisch über den Mittelabgriff 12 oder 9 zugeführt. Durch Verschiebung des Mittelabgriffs 9 kann eine Brummspannung ausgeglichen werden, die am Punkt 7 infolge Ungleichheit der Widerstände der Wicklungen ZA und 3 B entstehen kann.

Die beiden Wicklungsteile der Sekundärwicklung des Transformators 8 können vorteilhafterweise mit den Kapazitäten 10 und 11 gegen Erde überbrückt werden. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad der Schaltung verbessert und die Energierücklieferung über den Transformator 8 an die Stromversorgungsquelle klein gemacht. Zusätzlich können zur Überbrückung der Primärwicklung des Transformators 8 Kapazitäten 13 und 14 von geeigneter Größe verwendet werden.

Bei Anwendung der oben beschriebenen Erfindung genügt es, den Transformator 8 so zu isolieren, daß er die wenigen Hundert Volt aushält, die von der Anodenspannungsquelle zur Speisung der Röhre 2 an seine Sekundärwicklung gelegt sind. Es brauchen keine besonderen Vorkehrungen hinsichtlich der Kapazität zwischen den Wicklungen getroffen zu werden. Die Heizspannung für die Röhre 2 kann einer auf dem Netztransformator üblicher Bauart aufgebrachten Wicklung entnommen werden. Der Spannungsabfall in den Teilen 3 A und 3 B der Tranformatorwicklung kann dabei beträchtlich sein, so daß eine entsprechende Erhöhung der vom Transformotor 8 gelieferten Spannung notwendig ist. Da der Leiterquerschnitt der beiden Wicklungen 3 A und 3 B nach dem Heizstrom der Röhre 1 bemessen sein muß, wird die Ausführung des Transformators 4 mitunter unwirtschaftlich. In solchen Fällen kann ein kleiner Transformator zwischen den Heizfaden der Röhre 1 und die Wicklungen 3 A und 3 B geschaltet werden, so daß nur ein verhältnismäßig kleiner Strom bei angelegter höherer Spannung durch diese Wicklungen geht. Bei diesem zusätzlichen Transformator muß keine besondere Isolie-

rung zwischen den Wicklungen oder ein kapazitätsarmer Aufbau vorgesehen werden. Es kann ein Autotransformator verwandt werden, der jedoch gut gegen Erde isoliert sein muß und nur eine geringe Kapazität gegen Erde haben darf. Die Forderungen sind leicht dadurch zu erfüllen, daß der Transformator über dem Chassis auf isolierten Stützen angeordnet oder unmittelbar auf dem Stiftbrett des Ausgangstransformators befestigt wird.

Fig. 3 zeigt eine bekannte Schaltung zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung aus einer Quelle 15, die eine Wechselspannung von niedrigem Potential und hoher Frequenz liefert. Der Strom aus dieser Quelle fließt durch die Primärwicklung des Transformators 16 und erzeugt in der Sekundärwicklung eine hohe ¹S Wechselspannung, die in bekannter Weise an eine Spannungsverdopplerschaltung gelegt wird, die aus den Kapazitäten 17 und 18 und den Gleichrichterröhren 19 und 20 besteht. Diese sind in Kaskade geschaltet und erzeugen an der Klemme 21 gegenüber dem Nullpunkt bzw. der Erde eine Gleichspannung, die doppelt so groß ist wie die von einem normalen Einweggleichrichter erzeugte.

Bei dieser Schaltung liegt die Heizung der Röhre 20 wechselstrommäßig an Erde, aber gleichstrommäßig an der vollen Ausgangsspannung. Sie empfängt ihren Heizstrom von der Wechselspannungsquelle über einen Transformator 22, dessen Isolierung deshalb nach der zwischen den Wicklungen herrschenden Gleichspannung bemessen sein muß.

Die Heizung der Röhre 19 andererseits liegt an der halben Gleichspannung gegen Erde und ist zusätzlich einer Wechselspannung unterworfen, die in der Sekundärwicklung des Transformators 6 entsteht. Der Transformator 23, durch den der Heizstrom für die Heizung dieser Röhre von der Wechselspannungsquelle geliefert wird, muß daher so isoliert sein, daß er diese beiden überlagerten Spannungen aushält.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß es mit beträchtlichen Schwierigkeiten verbunden ist, einen Transformator herzustellen, der diesen Anforderungen während einer langen Zeitdauer gewachsen ist, besonders dann, wenn die Ausgangsspannung einen beträchtlichen Wert hat. Diese Schwierigkeiten beruhen darauf, daß in den Lücken in der Isolation eine Ionisation erfolgt, die eine Glimmentladung mit nachfolgendem Durchschlag der Isolation zur Folge hat.

Diese Schwierigkeiten werden vermieden oder verringert, wenn die Überlagerung von Wechsel- und Gleichspannung gemäß der vorliegenden Erfindung vermieden wird. Fig. 4 zeigt ein Verfahren, bei dem diese Trennung durch Verwendung eines Transformators erzielt wird, dessen Sekundärwicklung aus zwei Leitern besteht, die bifilar, aber gegeneinander isoliert gewickelt sind.

Die in Fig. 4 gezeigte Schaltung ist identisch mit der in Fig. 3 gezeigten, mit Ausnahme der Methode, wie der Wechselstrom der Primärwicklung des Heiztransformators 23 für die Röhren 19 zugeführt wird. Bei der vorliegenden Schaltung ist die Heizspannungsquelle mit diesem Transformator über einen weiteren Transformator 16 verbunden, der, wie gezeigt, eine doppelteilige Sekundärwicklung hat. Auf diese Art und Weise wird der ganze Transformator23 auf einem Potential gegen Erde gehalten, das gleich der vollen Wechselspannung ist, die in der Sekundärwicklung des Transformators 16 entsteht. Die Isolation zwischen den einzelnen Wicklungen des Transformators 23 ist daher keiner Wechselspannung mehr unterworfen, sondern nur noch der Gleichspannung, auf der die Heizung der Röhre 19 gehalten wird. Dadurch kann eine Verringerung der Isolation vorgenommen werden, und die Möglichkeit, daß sich ein Durchschlag ereignet, ist ganz beseitigt, zumindest jedoch wesentlich verkleinert. Die beiden Leiter, welche die Sekundärwicklung des Transformators 16 bilden, sind an ihren Enden durch Kapazitäten 24,25 überbrückt, die so gewählt sind, daß sie bei der Frequenz der von der Quelle 15 gelieferten Spannung eine geringe Impedanz haben. Diese Kapazitäten sind vorgesehen, um zu erreichen, daß der Belastungsstrom zu gleichen Teilen auf die beiden Hälften der Wicklung aufgeteilt wird.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung auf eine Spannungsvervielfacherschaltung angewendet. Die beiden zusätzlichen Gleichrichter 19 „4 und 26^4 werden über die Kapazitäten A und 18^4 so gespeist, daß an der Klemme 21 eine viermal so große Gleichspannung auftritt, wie die bei Verwendung eines einzigen Gleichrichters erzeugte. Im vorliegenden Falle werden die Heizdrähte der Röhren 19 A und 20^4, wie in der Zeichnung angegeben, durch zusätzliche Wicklungen auf den Transformatoren 22 und 23 gespeist. Die Isolation zwischen diesen Wicklungen ist natürlich so gewählt, daß sie die erhöhte, an sie gelegte Gleichspannung aushält.

Die vorliegende Schaltung kann bei jeder Schaltung verwendet werden, bei der an der Kathode der Röhre bzw. am Heizfaden hohe Impuls- oder Wechselspannungen entstehen, die beispielsweise in einer Transformatorwicklung erzeugt werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schaltanordnung mit einem Hochspannungstransformator und einer Elektronenröhre, deren Kathode oder Heizfaden beim Betrieb einer hohen Wechselspannung oder gleichzeitig einer hohen Wechsel- und Gleichspannung gegenüber einem festen Potential unterworfen ist, insbesondere für Kippgeräte und Hochspannungsgleichrichter, dadadurch gekennzeichnet, daß der nicht dem Hochspannungstransformator entnommene Heizstrom oder der Primärstrom eines besonderen Heiztransformators für die Elektronenröhre über die in zwei gleiche Teile aufgeteilte Wicklung des Hochspannungstransformators zugeführt ist und daß die beiden Wicklungsteile so geschaltet sind, daß sich ihre magnetischen Felder für den Heizstromkreis aufheben.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der Hochspannungsgleichrichterröhre mit einem Pol der Transformatorwicklung verbunden ist, an der beim Betrieb der Schaltung eine hohe Spannung erzeugt wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile der Wicklung des Hochspannungstransformators, über welche der Heizstrom oder der Primärstrom des Heiztransformators zugeführt wird, bifilar gewickelt sind.

4. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem die Hochspannung führenden Transformator eine der Wicklungen in zwei Teile aufgespalten ist, die in entgegengesetzter Richtung aufgebracht und parallel geschaltet sind.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Parallelschaltung der beiden Teile der Hochspannungswicklung jeweils die bei-

den räumlich zusammenliegenden und die voneinander entfernten Enden der auf den Kern des Transformators, von einem Punkt ausgehend, in entgegengesetzter Richtung aufgebrachten Wicklungen miteinander verbunden sind.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt der benachbarten Enden als Hochspannungspol verwendet wird.

7. Schaltung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilwicklungen des Hochspannungstransformators durch Kondensatoren verbunden sind, die bei der Frequenz der Hochspannung eine geringe Impedanz,

bei der Frequenz der Heizspannung dagegen eine hohe Impedanz aufweisen.

8. Schaltung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterröhre indirekt geheizt wird und die Kathode mit einem gegebenenfalls künstlich geschaffenen Mittelpunktsabgriff des Heizdrahtes verbunden ist.

9. Schaltung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht der Gleichrichterröhre mit den beiden Leitern über einen Transformator verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 686 269.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©709 880/351 2.58