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Einrichtung zum gleichzeitigen Aufnehmen der Spannungskurven mehrerer
Meßkreise mittels einer Kathodenstrahlröhre Die Erfindung bezieht sich auf eine
Einrichtung zum gleichzeitigen Aufnehmen der Spannungslcurven mehrerer Meßkreise,
die wechselweise in schneller Folge an das Ablenksystem eines gemeinsamen Kathodenstrahloszillographen
angeschlossen werden.
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Es sind bereits Einrichtungen dieser Art bekannt, bei denen zum wechselweiseen
Anschließen der Meßkreise an die Kathodenstrahlröhre mechanische Schnellschalter,
z. B. schwingende Kontaktfedern oder rotierende Kommutatoren, verwendet werden.
Hierbei ist wegen der Trägheit der mechanischen Umschaltmittel der ausnutzbare Schaltfrequenzbereich
verhältnismäßig klein. Es ist bereits bekannt, die mechanischen Schaltmittel durch
gittergesteuerte Entladungsröhren zu ersetzen, die in der Sperrperiode durch stark
negative Gitterspannung blockiert werden. Diese als trägheitsfreie Umschalter dienenden
Entladungsröhren sind bei den bekannten Einrichtungen in Reihe mit den aufzunehmenden
Spannungen geschaltet, so daß sie als Widerstände wirken, die zwischen einem sehr
großen und einem sehr kleinen Wert verändert werden können. Mit derartigen tiägheitslosen
U mschaltern lassen sich mehrere auch nichtperiodische Spannungsvorgänge aufnehmen,
indem man die Spannung an den Zeitablenkplatten so wählt, daß der Kathodenstrahl
während der Untersuchungsdauer nur einmal über die Registrierfläche bewegt wird.
Die Verwendung von Hochvakuumröhren in Reihe schaltung mit den Meßspannungen ist
aber wegen des vom Stromdurchgang abhängigen Spannungsabfalls unzweckmäßig. Man
hat daher vorzugsweise Das oder dampfgefüllte gittergestreuertle Entladungsröhren,
z. B. Thyratrons, verwendet, die blei Stromdurchgang einen verhältnismäßig geringen
Spannungsabfall aufweisen. Die Anwendung dieser bekannten Einrichtung hat nun aber
zur Voraussetzung, daß die aufzunehmenden Spannungskurven der verschiedenen Meßkreise
periodisch sind oder wenigstens synchrone Nulldurchgänge haben, damit die Einschaltung
und insbesondere die Ausschaltung der Thyratrons 0. dgl. rechtzeitig erfolgen kann
Der Grund hierfür liegt darin, daß nur die Einschaltung der Thyratrons durch Veränderung
der Gitterspannungen erfolgen kann, die Ausschaltung dagegen von dem Verlauf der
aufzunehmenden Spannungskurven abhängig ist. Würde man unter Verwendung von Thyr,
atronröhren die Aufzeichnung nichtperiodischer Vorgänge in der Weise bewerkstelligen,
das durch ientsprechende Wahl der Spannung an den Zeitablenkplatten während der
Untersuchungsdauer der Kathodenstrahl nur einmal über die Registrierfläche bewegt
wird, so würde man nur mehr oder weniger zusammenhanglose Bruchstücke der Spannungskurven
verhalten, die um so weniger ein klares Bild der letzteren ergeben können, je unregelmäßiger
der
Spannungsverlauf ist und je mehr Spannungskurven gleichzeitig aufzunehmen sind.
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Ausgehend von der Verwendung von ladungsröhren als Schaltmittel bei
der ein- -gangs bezeichneten Einrichtung werden naciider Erfindung die Entladungsröhren
als Verstärkerröhren ausgenutzt, indem die zu registrierenden Spannungen den Röhrengittern
zugeführt werden und die Röhren in an sich bekannter Weise durch Zuführung periodischer,
von den zu registrierenden Spannungen unabhängiger Schaltspannungen eine und ausgeschaltet
werden. Die Nutzbarmachung der Entladungsröhren in der Schaltung als Verstärkerröhren
für die Meßspannungen gestattet nun eine hohe Umschaltfrequenz ohne die Nachteile
der bekannten Reihenschaltung von Schaltröhre und Meßspannung. Die Schaltfrequenz
kann der Kurvenform der zu registrierenden Vorgänge stets in der erforderlichen
Weise angepaßt werden. Gerade für die Mehrfachaufnahme unperiodischer Vorgänge ist
es wesentlich, daß die Umschaltung von einem Kurvensegment auf das nächste ion äußerst
kurzer Zeit stattfindet. Die zur Umschaltung erforderlichen Schaltspannungsstöße
sind verhältnismäßig gering.
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Zur Erzeugung der periodischen, von den zu registrierenden Spannungen
unabhängigen Schaltspannungen gibt es verschiedene an sich bekannte, und zwar in
der Fernmeldetechnik zum wechselweisen Anschließen mehrerer Apparate an eine Fernleitung
oder Antenne angewendete Möglichkeiten. Beispielsweise kann ein Elektronenstrahlschalter
mit mehreren nacheinander zur Wirkung kommenden Strahlauffängern zur Zuführung periodischer
Schaltspannungen nach den Gittern -der Verstärkerröhren benutzt werden, oder es
können zusätzliche Entladungsröhren vorgesehen sein, die durch phasenverschobene
Wechselspannungen gesteuert werden und anodenseitig mit den Gittern der Verstärkerröhren
verbunden sind.
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Die Steuerung dieser Schaltspannungsröhren für die Verstärkerröhren
erfolgt zweckmäßig so, daß die den letzteren zugeführten periodischen Stromstöße
etwa rechteckige Kurven form erhalten, wobei die positiven und negativen Halbwellen
einer jeden Phase der Steuerwechselspannungen zwei verschiedene Schaltspannungsröhren
betätigen können. Die rechteckige Kurvenform der Schaltspannungsstöße empfiehlt
sich im Interesse einer augenblicklichen Ein- und Ausschaltung der Verstärkerröhren.
Die rechteckigen Spannungsstöße können in den Schaltspannungsröhren bei Verwendung
normaler Verstärkerröhren in einfacher Weise durch Übersteuern erzeugt werden. Wenn
nun kleine Steuerspannungen für die Schaltspannungsröhren zur Verfügung stehen,
lassen sich die rechteckigen Spannungsstöße auch durch Ausbildung der Schaltpannungsröhren
als Verstärkerröhren mit Kippcharakteristik erzeugen.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Schaltspannungsröhren beispielsweise
durch entsprechende Gittervorspannungen nur auf die Höchstwerte der Halbwellen der
Steuerspannungen ansprechen zu lassen. Dadurch läßt sich erreichen, daß die von
den verschiedenen Schaltspannungsröhren abgegebenen Spannungsstöße sich kontinuierlich
aneinanderreihen, Anderseits können aber auch die Gittervorspannungen der Schaltspannungsröhre
so gewählt werden, daß sich die abgegebenen Spannungsstöße überlappen. Das Ergebnis
ist dann die gleichzeitige Registrierung sowohl der Spaunungskurven der verschiedenen
Meßkreise als auch einer die Summe sämtlicher Augenblickswerte der Spannungen darstellenden
Kurve.
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Bei großer Zahl der an einen gemeinsamen Kathodenstrahloszillographen
wechselweise anschließbaren Meßkreise muß die PhasenverscmleDung zwischen den bteuerwechselspannungen
für die Schaltspannungsröhren klein sein. In diesem Falle ist es schwierig, eine
einwandfreie Rechteckform der abzugebenden Schaltspannungsstöße zu erzielen. Es
ist dann zweckmäßig, die Schaltspannungsröhren zu den die Meßkreise mit dem Oszillographen
verbindenden Verstärkerröhren so in Beziehung zu setzen, daß sie im Betriebszustand
die Verstärkerröhren sperren, so daß jede Verstärkerröhre nur bei Stromlosigkeit
der zugehörigen Schaltröhre entsperrt ist und sich im Arbeitspunkt der Kennlinie
befindet.
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Ausführungsbeispiele sind auf der Zeichnung dargestellt.
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Abb. I zeigt die Kurven zweier verschiedener elektrischer Vorgänge,
die gleichzeitig mittels einer Einrichtung der vorliegenden Art in Gestalt eines
Oszillogramms aufgenommen sind.
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Abb. 2 zeigt das Schaltschema einer Aufnahmeeinrichtung für zwei
verschiedene Meßkreise.
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Abb. 3 zeigt das Schaltschema einer für sechs verschiedene Meßkreise
bestimmten abgeänderten Ausführungsform der Aufnahmeeinrichtung.
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Abb. 4 zeigt die Schaubilder der bei der Einrichtung nach Abb. 3
sich ergebenden verschiedenphasigen Steuerspannungen für die Schaltröhren und der
von diesen abgegebenen Strom- bzw. Spannungsstöße.
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Abb. 5 zeigt einen Elektron enstrahlschalter, welcher bei der Aufnahmeeinrichtung
nach Abb. 3 an Stelle der sechs Schaltröhren und der zugehörigen Phasenschieber
verwendet werden kann.
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Wie Abb. I zeigt, werden bei der gleichzeitigen Aufnahme zweier Kurven
mittels eines Oszillographen diese Kurven und b mit Unterbrechungen dargestellt,
wobei die durch die Unterbrechungen getrennten Abschnitte der einen Kurve mit den
in der Abszissenrichtung dazu versetzten Abschnitten der anderen Kurve durch senkrechte,
lichtschwache Linien c verbunden sind. Je höher die Umschaltfrequenz des Oszillographen
im Vergleich zu der Vorschubgeschwindigkeit des Aufnahmestreifens o. dgl. ist, um
so dichter reihen sich die Kurvenabschnitte aneinander und um so deutlicher und
genauer werden die Kurvenbilder.
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Gemäß Abb. 2 sind die Spannungen zweier verschiedener Meßkreise bei
; (t und I K2 als Gitterspannungen an zwei Verstärkerröhren V1, V angelegt, welche
im Anodenkreis parallel geschaltet sind. Parallel zum Anodenwiderstand W liegt eine
Braunsche Röhre B bekannter Bauart. Die Gitterkreise der Verstärkerröhren V1, V2
sind von einem eine Dreielektrodenröhre S als Schaltröhre enthaltenden Schaltkreis
derart abgezweigt, daß sich beim Betrieb der Schaltröhre S an den Widerständen X
und Y der Gitterkreise der Verstärkerröhren V1, V2 zeitweise Stromstöße entgegengesetzter
Richtung ergeben. Die Verstärkerröhren V1, V2 erhalten unterschiedliche Gittervorspannungen,
und zwar werden diese derart eingestellt, daß die eine Röhre sich auf dem Arbeitspunkt
der Kennlinie befindet, während bei der anderen das Fließen eines Anodenstromes
durch die Vorspannung verhindert wird. Die von der Schaltröhre ausgehenden Stromstößle
müssen dann so bemessen sein, daß die zunächst im Arbeitspunkt befindliche Verstärkerröhre
eine starke negative Vorspannung erhält und dadurch ausgeschaltet wird und gleichzeitig
die Vorspannung der anderen Röhre bis zum Arbeitspunkt vermindert wird.
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Damit das Ein- und Ausschalten der Verstärkerröhren V1, V2 augenblicklich
erfolgt und sich eine verzerrungsfreie Verstärkung der Meßkreisspannungen ergibt,
müssen die von der Schaltröhre S abgegebenen Stromstöße eine rechteckige Kurvenform
erhalten.
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Zur Erzeugung derartiger rechteckiger Stromstöße wird die Schaltröhre
S von einem Röhrensender einem Glimmlampensummer 0. dgl. übersteuert.
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Die in Abb. 3 dargestlellte Einrichtung dient zur gleichzeitigen
Aufnahme von sechs verschiedenen Vorgängen. Hierbei sind sechs Verstärkerröhren
V1 bis V6 in Parallelschaltung vorgesehen, in deren Anodenkreis wiederum die Braunsche
Röhre angeordnet ist und an die die Meßspannungen als Gitterspannungen gelegt sind.
Den Verstärkerröhren ist eine gleiche Anzahl von Schaltröhren S1 bis S5 zugeordnet.
Die Verstärkerröhren V1 bis V6 besitzen getrennte Schalt- und Steuergitter.
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Günstige Ergebnisse wurden erzielt mit Verstärkerröhren' der Type
RES. I64, bei denen das Schirmgitter als Steuergitter zur Verstärkung der Meßspannung
und das eigentliche Gitter als Schaltgitter angeordnet waren. Die Gitterspannungen
je zweier benachbarter Schaltröhren werden mittels eines Transformators T1 bzw.
T2 bzw. T3 von einem für sämtliche Schaltröhren gemeinsamen Wechselstromerzeuger
abgenommen, und zwar derart, daß die eine der beiden Röhren durch die positive Halbwelle
und die andere durch die negative Halbwelle der Sekundärspannungskurve des zugehörigen
Transformators betätigt wird und die Sekundärspannungskurven sämtlicher Transformatoren
zueinander phasenverschoben sind. Durch geeignete Gittervorspannung der Schaltröhren
wird dafür gesorgt, daß jeweils nur die Spitzen der Halbwellen die Schaltröhren
aussteuern.
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Diese Vorgänge sind in der Abb. 4 erläutert.
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Die phasenverschobenen Sekundärspannungskurven der Transformatoren
sind mit r, y, z bezeichnet. Die Gittervorspannung der Schaltröhren ist durch das
Maßv angedeutet. Die Kurven der von den Schaltröhren S1 bis sol in die Gitterkreise
der Verstärkerröhren abgegebenen Ströme sind bei x1 x., y1, y2, z1 z angedeutet,
und es ist ersichtlich, daß die rechteckigen Stromstöße sich kontinuierlich aneinanderreihen,
ohne sich zu überschneiden.
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Der in Abb. 5 dargestellte, an Stelle der Schaltröhren und ihrer
Anschlußmittel zu verwendende Elektronenstrahlschalter E besitzt im wesentlichen
den Aufbau einer Braunschen Röhre, bei der besonderer Wert auf starken Strahlstrom
gelegt ist. Das Strahlerzeugungssystem ist bei M und das Ablenksystem bei N angedeutet.
An Stelle des Fluoreszenzschirmes sind entsprechend der Anzahl der vorhandenen Meßstellen
mehrere voneinander isolierte Strahlauffänger F1 bis F6 angeordnet, die mit den
Schaltgittern der Verstärkerröhren verbunden sind. Das Ablerksystem der Röhre wird
durch geeignete Stromzuführung so betätigt, daß der Strahl die Reihe sämtlicher
plattenförmiger Strahlauffänger überstreicht.
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Dadurch ergeben sich in den Gitterkreisen der Verstärkerröhren die
gewünschten rechteckigen Stromstöße, welche die Verstärkerröhren wechselweise in
schneller Folge in Betrieb setzen.