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Schaltungsanordnung. zum Auslösen eines Thyratrons Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zum Auslösen eines Thyratrons durch Steuersignale, welche
die Form einer Wechselspannung mit veränderlicher Amplitude haben; die während eines
bestimmten Zeitraumes vor Erreichen ihres Maximalwertes anwächst. Das Thyratron
kann dabei in bekannter Weise den Betrieb eines elektromechanischen oder elektronischen
Relais steuern.
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Ziel der Erfindung ist ein Auslösekreis, durch den die Auslösung des
Thyratrons bei einer durch das Steuersignal gelieferten, gegebenen Maximalspannung
nur dann bewirkt wird, wenn die Maximalamplitude schneller als nach einer vorbestimmten
Zeit erreicht wird.
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Ein Thyratron besteht bekanntlich aus einem mit Gas unter geringem
Druck gefüllten Glaskolben, in dem eine geheizte Kathode, ein Steuergitter und eine
Platte (Anode) angeordnet sind. Die Anode des Thyratrons wird bezüglich der Kathode
auf einem positiven Potential gehalten. Wie bekannt ist, beginnt die Röhre einen
Anodenstrom zu führen, sobald an das Gitter eine bestimmte, im allgemeinen negative
Zündspannung angelegt wird. Danach fließt der Anodenstrom auch dann weiter, wenn
das Gitterpotential niedriger wird, d. h. wenn der Absolutwert seiner negativen
Spannung größer wird.
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Bei der Schaltungsanordnung zum Auslösen eines Thyratrons durch Wechselspannungssignale
variabler Amplitude, die über einen Verbindungskondensator an das Gitter des Thyratrons
angelegt werden, wobei die Auslösung bei negativer Vorspannung des Gitters gegenüber
der Kathode erfolgt, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das Gitter durch eine
Gleichspannungsquelle eine zur Zündung nicht ausreichende negative Grundspannung
erhält und die weitere negative Vorspannung des Gitters von einem Vorspannungskondensator
abgenommen wird, dessen eine Kondensatorplatte einerseits über einen Widerstand
mit dem Gitter und andererseits über eine Reihenschaltung eines weiteren Widerstandes
und eines zweiten Verbindungskondensators mit der Signalquelle verbunden ist, während
die Gleichspannungsquelle mit ihrem positiven Pol an die vom Gitter abgewandte zweite
Kondensatorplatte des Vorspannungskondensators und mit ihrem anderen Pol über eine
Diode an den Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Verbindungskondensator und dem
zweiten Widerstand geschaltet ist mit der Maßgabe, daß die Widerstände und Kondensatoren
der Teilstromkreise so bemessen sind, daß die Zeitkonstante für die Teilentladung
des Vorspannungskondensators über den zweiten Widerstand, die Diode und die Gleichspannungsquelle
während der positiven Halbperioden der Steuersignale größer ist als die für seine
Aufladung durch die negativen Halbperioden der Steuersignale, so daß sich der Vorspannungskondensator
allmählich höher auflädt und die Zeitkonstanten aller Teilstromkreise groß sind
gegenüber der Zeit, die die Wechselspannungssignale bis zur Erreichung ihrer maximalen
Amplitude benötigen.
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Vorzugsweise ist die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung so ausgebildet,
daß der zweite Widerstand viel größer ist als der erste Widerstand und der Vorspannungskondensator
eine viel größere Kapazität hat als der erste Verbindungskondensator, welcher seinerseits
eine viel größere Kapazität als der zweite Verbindungskondensator aufweist.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise
beschrieben; in dieser zeigt Fig. 1 das Schaltschema einer Ausführungsform der Erfindung
und Fig. 2 Diagramme, die der Erläuterung dienen und das Prinzip der Arbeitsweise
des in Fig. 1 dargestellten Kreises veranschaulichen.
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In Fig. 1 ist ein Thyratron T dargestellt, das eine mit Masse verbundene
und durch einen nicht dargestellten Glühdraht geheizte Kathode C, ein Steuergitter
G und eine Platte als Anode P aufweist. Ein schematisch angedeutetes Verbrauchergerät
U ist zwischen die Platte P und die positive Klemme einer Gleichstromquelle E, geschaltet,
deren negative Klemme
an Masse liegt. Das Gitter G ist bezüglich
der Kathode (oder der Masse) negativ vorgespannt. Dies wird durch die in Reihe geschalteten
beiden Widerstände R, und R2, eine Diode D und eine Gleichspannungsquelle E2 erreicht,
deren positive Klemme an Masse liegt. Der Wert von R2 wird viel größer gewählt als
der von R,, z. B. R2 = 5 R,. Der Verbindungspunkt von R2 mit der Diode D ist mit
der Quelle S über einen Kondensator C2 und der Verbindungspunkt von R2 mit dem Widerstand
R, ist mit der Masse über einen Kondensator C3 verbunden. Der Wert des Kondensators
C3 ist viel größer als der des Kondensators C,, z. B. C3, = 10 C,, während- C, seinerseits
viel größer als C2 ist, z. B. Cl = 5 C2.
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Die Arbeitsweise der Schaltung ist wie folgt: Wenn kein Signal vorhanden
ist, lädt sich der Kondensator C3 bezüglich Masse auf eine negative Spannung auf,
die gleich der Spannung E2 ist; es fließt kein Strom durch R,, und das Gitter G
befindet sich auf dem Potential-E2. Dieses ist so gewählt, daß sein Wert unterhalb
der Zündspannung des Thyratrons liegt.
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Wenn die Quelle S Wechselspannungssignale liefert, werden diese über
den Kondensator C, sofort auf das Gitter und über den Kondensator C2 an die Diode
D übertragen. Während des negativen Teiles der Periode der Wechselspannung fließt
negative Ladung auf den Kondensator C3 und erhöht dessen anfängliche Rufladung.
Während der positiven Halbwellen entlädt sich dieser Kondensator zum Zeil, und seine
Ladung wird geringer. Die Rufladungen des Kondensators C3 erfolgen hauptsächlich
über den Kondensator C, und den Widerstand R,, weil die Impedanz von C, geringer
als die Impedanz von C2 ist C Cl << c2 und R, << R2) , während die Teilentladung
von C3 über den Widerstand R2, die Diode D und die Spannungsquelle E2 erfolgt. Die
Diode hat nämlich während der positiven Halbwellen der Signale einen sehr geringen
Widerstand, d. h., sie wird leitend. Da die Zeitkonstante C,R, geringer als C,R2
ist; ergibt sich, daß bei Wechselspannungssignalen mit zunehmender Amplitude die
negativen Rufladungen des Kondensators C3 größer als seine Teilentladungen sind,
bis eine Stabilisierung erreicht ist.
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In Fig.2 oben sind zwei verschiedene von der Quelle S gelieferte Steuersignale
Ut' und Ut" dargestellt. Die Zeit t ist auf der Abszisse und die Spannung U auf
der Ordinate aufgetragen. Die beiden Signale U' und U" erreichen das
gleiche Amplitudenmaximum Am., aber nach verschiedenen Steigerungszeiten. Das Signal
U3' wächst langsam, während das Signal U," schnell anwächst.
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In Fig. 2 unten sind entsprechend den Signalen U,' und U," der Quelle
S die an den Klemmen des Kondensators C3 auftretenden Spannungen US und U," sowie
die an dem Gitter des Thyratrons auftretenden Spannungen U9' und Ug" aufgetragen.
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Das durch eine strichpunktierte Linie dargestellte Spannungsniveau
Uam entspricht der Zündspannung, die an das Gitter des Thyratrons angelegt werden
muß, um die Röhre auszulösen. Wenn kein Signal vorhanden ist, befindet sich das
Gitter G auf demselben Potential wie der Kondensator C3, der negativ auf das Potential
der Spannungsquelle -E2 aufgeladen ist.
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Wenn das von der Quelle S gelieferte Signal die Form U,s hat, d. h.
wenn ein langsames Anwachsen während eines Zeitraumes erfolgt, der gegenüber der
Zeitkonstanten C3R1 und C3R2 nicht zu kurz ist, kann in dieser Zeit der Absolutwert
der negativen Ladun# des Kondensators C3 beträchtlich anwachsen, bevor das Signal
US seinen Maximalwert erreicht. Der Linienzug Ue, der die Spannung an den Klemmen
des Kondensators C3 darstellt, ist aus einzelnen Kurvenstücken zusammengesetzt,
die den aufeinanderfolgenden Ladungen und Teilentladungen entsprechen, welche das
Potential dieses Kondensators bei der Änderung seines Wertes von (-E2) bis -(E2+A.)
beeinflussen. Daraus folgt, daß die durch die Kurve Ug' dargestellte Gitterspannung,
die sich aus der Über-Lagerung der Kurven US und Ue' ergibt, in keinem Augenblick
das Niveau der Zündspannung U".. erreicht. Die Empfindlichkeit des Thyratrons ist
beträchtlich herabgesetzt, und die Röhre schaltet sich nicht ein, wenn das Signal
U,' sein Maximum erreicht hat.
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Anders verhält es sich im Falle des schnell anwachsenden Signals U,".
Hier ist der Absolutwert des negativen Potentials U," des Kondensators C3 noch im
Anwachsen begriffen, wie das durch den gebrochenen Linienzug U," dargestellt ist.
Da aber das Signal U"" schneller wächst, erreicht die Summe der Spannungen U"" und
UJ ', d. h. die an dem Gitter G auftretende Spannung Ug", jetzt die Zündspannung
Uam an dem Punkt P. Das Thyratron ist sogar schon ausgelöst (gezündet), bevor das
angelegte Signal U"" sein Amplitudenmaximum erreicht. Das Potential bei G fällt
nach dem Erreichen eines Maximums wieder ab; dadurch wird aber - wie bekannt ist-
der Strom durch das einmal gezündete Thyratron nicht wieder unterbrochen.
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Bei einer praktisch ausgeführten, der obigen Beschreibung entsprechenden
Schaltung betragen die Werte der Widerstände R, und R2 0,47 bzw. 2,7 MSZ. Als Diode
D wird ein Kristallgleichrichter verwendet. Die Werte der Kondensatoren C,, C2 und
C3 betragen 5,1 bzw. 40 nF.
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Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, welche für verschiedene
Anwendungen geeignet ist, dient insbesondere als Auslösekreis, der durch auf Grund
des »Doppler-Effektes« entstehende Signale gesteuert wird. Wie bekannt ist, tritt
ein Doppler-Effekt auf, wenn von einem Punkt A ausgesandte Signale mit den von einem
Punkt B zurückreflektierten Signalen B gemischt werden, wobei sich der Abstand mischen
den Punkten A und B mit der Zeit verändert. Die sich daraus ergebenden Schwellungen
bilden eine Folge von Tönen, deren Frequenz fortschreitend abnimmt, durch ein Minimum
läuft und dann als Funktion der Veränderung des Abstandes zwischen den Punkten A
und B von neuem größer wird, während die Intensität der Schwellung größer wird,
durch ein LVIaximum läuft und wieder geringer wird.
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Unter diesen Bedingungen kann man das Thyratron znd damit ein Relais
mit Hilfe von Schwellungen auslösen, die eine minimale vorbestimmte Anwachs-;eschwindigkeit
überschreiten, indem man den be->chriebenen Kreisen der Schaltung die richtigen
leitkonstanten gibt.