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Schaltanordnung zur Sichtbarmachung zweier Signale Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltungsanordnung zur Sichtbarmachung zweier miteinander zu vergleichender
Signale, die über je einen Eingangskanal einem Elektronenschalter zugeleitet werden,
der wechselseitig die Sperrung bzw. die Freigabe der Signale im Rhythmus von Tastsignalen
bewirkt, und wobei die jeweils freigegebenen Signale einem Oszillographen zugeführt
werden.
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Einrichtungen zum gleichzeitigen Aufnehmen der Spannungskurven mehrerer
Meßkreise, die wechselweise in schneller Folge mittels Entladungsröhren an das Ablenksystem
eines gemeinsamen Kathodenstrahloszillographen angeschlossen werden, wobei die zu
registrierenden Spannungen den Gittern von Verstärkerstufen zugeführt werden, sind
bekannt.
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Bei einer bekannten Einrichtung zum gleichzeitigen Wahrnehmbarmachen
von wenigstens zwei Meß spannungen (im gleichen Zeitmaßstab), die abwechselnd in
schneller Reihenfolge die Ablenkung in einer und der gleichen Richtung des Kathodenstrahlbündels
eines Oszillographen steuern, sind die Zeiten, während deren wenigstens zwei der
Meßspannungen die Ablenkung des Kathodenstrahlbündels steuern, voneinander verschieden.
Dabei werden die Meßspannungen einem Ablenksystem des Kathodenstrahloszillographen
über als trägheitslose Schalter dienende Entladungsstrecken zugeführt, die mittels
einer rechteckigen Hilfswechselspannung (eines unsymmetrischen Multivibrators) abwechselnd
betätigt werden.
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Bei einem weiteren bekannten Elektronenschalter zur Anzeige erdsymmetrischer
Spannungen mit wechselweise geöffneten Elektronenröhren und mit gegeneinander auf
dem Schirm einer Braunschen Röhre verschobenen Null-Linien steuert jede dieser Spannungen
ein in Gegentaktschaltung betriebenes, wechselweise geöffnetes Röhrenpaar, und in
jedem Röhrenpaar arbeitet eine Röhre mit höherem Anodenwiderstand gemeinsam mit
der anderen, mit niedrigerem Anodenwiderstand derart auf den gemeinsamen Ausgangskreis,
daß bei der Umschaltung der an der einen Ablenkelektrode wirksame Anodenspannungsabfall
zunimmt, während der andere abnimmt, und umgekehrt.
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Außerdem ist ein Elektronenschalter bekannt, der dadurch gekennzeichnet
ist, daß er je einen Eingangskanal besitzt und daß in jedem Kanal zwei entgegengesetzt
gepolte Richtleiter (Dioden oder gittergesteuerte Röhren) vorgesehen sind, deren
Sperrung bzw. Freigabe durch Steuerspannungen bewirkt wird, die im Rhythmus einer
Folge von Tastimpulsen erzeugt werden, und daß im Elektronenschalter galvanische
Kopplungen derart vorhanden sind, daß die zugeführten Gleichstromwerte der Signale
an den Eingang des Oszillographen übertragen werden.
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Es ist ferner bekannt, einen Schalter aus zwei entgegengesetzt gepolten
Richtleitern aufzubauen, wobei die Kathode des einen Richtleiters und die Anode
des anderen Richtleiters mit dem Ausgang eines Sinus-Oszillators leitend verbunden
sind, so daß der eine Richtleiter jeweils gesperrt und der andere geöffnet wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung anzugeben,
die sich durch besonders große Eingangswiderstände, eine kleine Eingangskapazität
und eine relativ kurze Umschaltzeit auszeichnet.
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Erfindungsgemäß liegen bei einer Anordnung der eingangs bezeichneten
Art in jedem Eingangskanal je zwei steuerbare Richtleiter in Antiparallelschaltung,
deren Steuerstromkreise jeweils eine von insgesamt vier Sekundärwicklungen eines
Steuertransformators enthalten, dessen Primärwicklung die Tastimpulse zugeführt
sind und deren Sekundärwicklungen derart gepolt sind, daß die Richtleiter des einen
Kanals gleichzeitig geöffnet, die des anderen gleichzeitig gesperrt sind, und umgekehrt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, parallel zu den Enden der Transformator-Sekundärwicklungen
Dämpfungsglieder vorzusehen, die bewirken, daß keine Modulation der Signale durch
Änderung des dynamischen Innenwiderstandes der Elektronenröhre stattfindet, so daß
sich die obere Dachschräge der Steuersignale während der Freigabe nicht ändert.
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ÄVenn ein Steuerspannungs-Tastverhältnis 1 : 1 angewendet wird, dann
ist es günstig, daß in Reihe mit den Wicklungen des Transformators je eine Diode,
je ein Widerstand und je ein Kondensator als Dämpfungsglieder hintereinandergeschaltet
sind.
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Bei einem besonders bewährten Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung
nach der Erfindung wird zwischen den Ausgang des Elektronenschalters und den Eingang
des Oszillographen eine Kathodenverstärkerstufe geschaltet. Außerdem wird zwischen
den Ausgang der vereinigten Eingangskanäle und die eben genannte Kathodenverstärkerstufe
ein Kondensator geschaltet, an dem eine Gleichspannung anliegt.
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Dieses soll derart bemessen werden, daß bei angelegtem Xullpotential
an die Eingangsklemmen der beiden Eingangskanäle auch an der Ausgangsklemme Nullpotential
auftritt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auch eine Verschiebeanordnung vorgesehen,
mittels deren das Tastsignal zeitlich innerhalb derTastperiode verschieh,)ar ist,
so daß die Eichspannung, wie an sich bekannt, an jede beliebige Stelle des Oszillogramms
gerückt werden kann.
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Statt des einen Transformators, mittels dessen die Steuerspannungen
übertragen werden, können für erdsymmetrische Tastsignale auch zwei Teiltransformatoren
mit je einem eigenen Kern vorgesehen werden, von denen der eine die Sekundärwicklungen
des ersten Eingangskanals und eine Primärwicklung und der andere die Sekundärwicklungen
des zweiten Eingangskanals und ebenfalls eine Primärwicklung trägt.
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Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der
Fig. 1 und 2 näher beschrieben, wobei in beiden Figuren vorkommende Schaltelemente
mit gleichen Symbolen bezeichnet sind.
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Diese Figuren zeigen eine Schaltungsanordnung zur Pegelmessung des
Meßsignals. Die Darstellung der Fig. 1 ist schematisch. Fig. 2 zeigt Details der
Schaltungsanordnung.
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Das Meßsignal wird über Klemme 1 und über die Impedanzstufe It dem
Kanal A zugeführt (Fig. 1). Im Kanal A werden zwei Trioden in Antiparallelschaltung
betrieben, die jeweils je nach der Polarität der angelegten Steuerspannung stromdurchlässig
oder -sperrend sind. Das Pegelsignal (als Vergleichswert! wird über die Klemme 2
und über die Impedanzstufe I2 dem Kanal B zugeführt, der ähnlich dem Kanal A aufgebaut
ist. Im Schaltungspunkt 3 vereinigen sich die beiden Kanäle, deren Steuerung derart
erfolgt, daß wechselseitig im Rhythmus der in die Spule 4 des Transformators 5 zugeführten
Steuerimpulse jeweils nur ein Kanal stromdurchlässig ist.
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13 ist eine gemeinsame Kathodenverstärkerstufe. Es wird somit ein
Elektronenschalter gebildet. Wird das Tastverhältnis der Steuerimpulse (d. h. das
Verhältnis von Öffnungszeit zur Sperrzeit) mit 1:1 gewählt, so kann diese Anordnung
beispielsweise als sogenannter »Doppelschreiber« arbeiten. Für Pegelmessungen dagegen
ist es zweckmäßig, das Tastverhältnis 1:10 bis 1: 20 zu wählen, da ein zeitlich
kurzer Pegelimpuls in dem interessierenden Oszillogramm erwünscht ist.
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Die Impedanzstufe Iz (Fig. 2) besteht im wesentlichen aus der Röhre
6 (ECC 85 oder EC 80) und dem Arbeitswiderstand 7 (50 kQ). Das kathodenseitige Ende
des Arbeitswiderstandes 7 ist mit dem Kanal A verbunden, in dem die Röhre 8 (E 88
CC) in gittergesteuerter Antiparallelschaltung vorgesehen ist. Sie wird durch Steuerspannungen
- die in den Wicklungen 9 und 10 des Transformators 5 induziert werden - periodisch
kurzzeitig gesperrt. Die Dioden 11
und 12, die Widerstände 13 und 14 (ie etwa 10
kQ) und die Kondensatoren 15 und 16 (je etwa 50 000 pF) dienen dazu, diese Steuerspannungen
im zeitlichen Verlauf in der positiv gerichteten Amplitude horizontal zu beschneiden,
so daß keine Modulation der Signale durch Änderung des dynamischen Innenwiderstandes
der Elektronenröhren 8 bzw. 17 stattfindet.
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Damit findet keine zusätzliche Steuerung, die sich multiplikativ der
zu untersuchenden Spannung aus dem Eingang 1 überlagern würde, statt.
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Der Kanal B dieser Schaltanordnung mit der Röhre 17 (E 88 CC), den
Dioden 18 und 19, den Widerständen 20 und 21 und den Kondensatoren 22 und 23, gespeist
aus den Sekundärwicklungen 24 und 25 des Transformators 5, arbeitet in gleicher
Weise wie die Antiparallelschaltung mit der Röhre 8, aber mit dem Unterschied, daß
während der Sperrzeit der Röhre 8 die Röhre 17 geöffnet ist, und umgekehrt. Der
Eingang 2 für die Pegelspannung wird ebenfalls über eine Impedanzstufe I2 (Impedanzwandler),
bestehend aus der Röhre 26 (ECC 85 oder EC 80) mit dem Arbeitswiderstand 27 (50
kQ), gegeben. Diese beiden Kanäle mit den Impedanzwandlern sind gleichartig aufgehaut
und entsprechend einer Durchlaßbandbreite von 1 MHz verdrahtet.
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Über die Klemme 28 wird ein Tastsignal dem Steuergitter der Röhre
29 (ECC 85 oder E 88 CC) zugeführt und mittels der Primärwicklung 4 des Transformators
5 die Steuerspannungen zur Steuerung der Röhren 8 und 17 (abgenommen von den Wicklungen
9, 10 bzw. 24, 25) induziert.
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Das Tastsignal soll am Eingang der Röhre 28 positiv gerichtet sein
und ein Tastverhältnis von etwa 1:15 haben. Die Diode 30 (Typ RL 31 J oder DS 162)
verhindert (wie die Dioden 11, 12, 18 und 19) ein Überschwingen.
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Am Schaltungspunkt 3 wird das Mischsignal - bestehend aus Anteilen
der bei Klemme 1 und 2 zugeführten Signale - abgenommen und der Impedanzstufe 13
mit der Röhre 31 (EC 80) zugeführt. Am Arbeitswiderstand 32 (50kr) wird die Ausgangsspannung
abgenommen und einem (nicht eingezeichneten) Oszillographen zugeleitet.
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Da die Impedanzstufen It, I2 und 13 etwa einen Verstärkungsfaktor
von 1 : 0,98 aufweisen, wird zusätzlich an den Kondensator 33 eine Gleichspannung
(Innenwiderstand der Gleichstromquelle <500 Q) gelegt, die mittels der Gleichrichteranordnung
34 und mittels der Wicklung 36 des Transformators 37, einstellbar am Widerstand
35, gewonnen wird. Diese Gleichspannung ist mittels des Widerstandes 35 auf einen
derartigen Wert einzustellen (etwa 6 bis 10 Volt), daß bei angelegtem Nullpotential
an den Klemmen 1 und 2 am Ausgang 38 wieder Nullpotential erscheint.
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Es ist ferner möglich, den Transformator 5 derart in zwei Transformatoren
aufzuteilen, daß die Wicklungen 4, 9 und 10 auf einem und die Wicklungen 4', 24
und 25 auf dem zweiten Transformator aufgebracht sind. Die Umtastung wird dann durch
zwei Röhren (ähnlich der Röhre 29) mit gleichen Anodenkreis-Schaltelementen vorgenommen.
Der Transformator 5 bzw. die beiden getrennten Transformatoren sind kapazitätsarm
aufgebaut. Die Wicklungen 9 und 10 bzw. 24 und 25 sind deshalb in Form von Rundleiterhündeln
(kleinste Oberfläche) gegen die Lagenwicklang 4 bzw. 4' ausgeführt mit einem mehrere
Millimeter betragenden Abstand der Wicklungen voneinander. Damit kann erreicht werden,
daß die beiden Kanäle im Schaltungspunkt 3 (mit den Röhren 8 bzw.
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17) nur mit maximal 150 pF belastet werden. Von der Qualität dieses
Transformators hängt weitgehend die Durchlaßbandbreite der Schaltung ab, da sich
dessen kapazitive Belastung ja an den Arbeitswiderständen 7 und 27 auswirkt. Es
ist somit mit dieser Anordnung möglich, Signale auf ihren Gleichstrom- und Wechselstromanteil
zu untersuchen, sofern die maximalen Spannungsspitzen zwischen +200 und -200 Volt
liegen. Die kleinste zu übertragende Spannung ist durch die Feinstufigkeit der regelbaren
Pegelspannung gegeben (zugeführt über Klemme 2) und ist im beschriebenen Falle etwa
0,1 Volt.
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Als Tastsignal (Klemme 28) wird ein Rechtecksignal benutzt. Die Flankensteilheit
dieses Rechtecksignals soll etwa 1,5 MHz betragen. Der Transformator 5 muß imstande
sein, diese Flankensteilheit ebenfalls zu übertragen. Es wurde ein Spezialsdinitt
verwendet, etwa in der Größe M 85 mit vergrößertem Wickelquerschnitt. Das Tastsignal
wurde von dem Zeitsägezahn des angeschlossenen Oszillographen abgeleitet, nach dem
es durch eine Verschiebeanordnung (über etwa 800/0 der Periode) mit anschließender
Übersteuerung umgeformt wurde. Eine Verschiebeanordnung ist sinnvoll, um das Pegelsignal
zeitlich an jede Stelle des Oszillogramms zu schieben. Vorzugsweise sollte das Pegelsignal
im Rücklauf liegen, da dann die Pegelsignallinie sich über das ganze Oszillogramm
erstreckt, sofern der Rücklauf selbst nicht dunkel getastet wird und die Pegelsignallänge
gleich der Rücklauflänge ist. Die Verschiebung des Signals und seine anschließende
Übersteuerung wird mit einer bekannten Verstärkeranordnung durchgeführt. Die untere
Frequenz der Pegelsignaleintastung liegt bei etwa 10 Hz (wegen der vollständigen
Sperrung der Röhren 17, gegeben durch ihre Gitterzeitkonstanten). Die obere Frequenz
liegt bei etwa 10 kHz und ist durch die Dimensionierung der Kreise der Röhre 29
gegeben.
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Die Pegelspannungserzeugung geschieht in bekannter Weise derart,
daß als geeichte Meßspannungsbereiche drei Dekaden vorhanden sind (0 bis 1 Volt,
1 bis 10 Volt und 10 bis 100 Volt), die mit einer Spannung von - 100 bis + 100 Volt
(zwanzig Grobstufen) und einer kontinuierlich regelbaren Spannung von 0 bis 10 Volt
kombiniert werden können. Dies bringt die Vorteile mit sich, daß bei Messungen,
bei denen ausschließlich die Wechselstromkomponenten interessieren, mittels dieser
zusätzlichen Spannungsregelung das Pegel signal auf den Minimalwert der Wechselspannungskomponente
eingestellt werden kann, so daß bei deren Änderung der Meßwert an den geeichten
Dekaden abgelesen werden kann (ohne Umrechnungen vornehmen zu müssen).
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Es ist ein besonderer Vorteil der beschriebenen Schaltanordnung,
daß wegen der Verwendung von Impedanzstufen (Kathodenstufen) besonders günstige
Eingangsverhältnisse vorliegen (Eingangswiderstand > 10t4 MQ, Eingangskapazität
<5 pF).
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PATENTANSPRt8CHE: 1. Schaltungsanordnung zur Sichtbarmachung zweier
miteinander zu vergleichender Signale, die über je einen Eingangskanal einem Elektronenschalter
zugeleitet werden, der wechselseitig die Sperrung bzw. die Freigabe der Signale
im Rhythmus von Tastsignalen bewirkt, und wobei die jeweils freigegebenen Signale
einen Oszillographen
zugeführt werden, dadurch gekennzeidiiiet, daß in jedem Eingangskanal
(A und B) je zwei steuerbare Richtleiter (8, 8; 17, 17) in Antiparallelschaltung
liegen, deren Steuerkreise jeweils eine von insgesamt vier Sekundärwicklungen eines
Steuertransformators (5) enthalten, dessen Primärwicklung (4) die Tastimpulse zugeführt
sind und deren Sekundärwicklungen derart gepolt sind, daß die Richtleiter des einen
Kanals (A) gleichzeitig geöffnet, die des anderen (B) gleichzeitig gesperrt sind,
und umgekehrt.