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Verfahren zur Speicherung von Impulsen mittels Kathodenstrahlen Auf
dem Gebiet der Meß- und Regeltechnik tritt häufig die Forderung auf, einen kurzzeitigen
Meßimpuls so lange zu speichern, bis ein neuer Impuls eintrifft. Die gespeicherten
Impulse werden dann beispielsweise zum Auslösen weiterer Regelvorgänge o. dgl. benutzt.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Speicherung kurzer NLIeßimpuls,e
mit Hilfe von Kathodenstrahlen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Strahlstrorn eines auf einen im Innern einer Kathodenstrahlröhre angebrachten, als
Widerstand aus-" gebildeten Auffangschirm auftreffenden Kathodenstrahles an dem
Schirmwiderstand und an einem zusätzlichen, mit diesem in Reihe geschalteten äußeren
Widerstand einen Spannungsabfall solcher Größe hervorruft, daß die Spannung an dem
äußeren Wide;stand und an der mit diesem verbundenen Ablenkplatte der Kathodenstrahlröhre
gleich der Spannung ist, die der Strom eines kurzen Meßimpulses an dem gleichen
Widerstand bewirkt, so daß der Kathodenstrahl auch nach Abschaltung des Impulses
um den gleichen Winkel ausgelenkt bleibt, um den er bei Anlegen des Meßstromes ausgelenkt
wurde.
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Es ist bereits eine Einrichtung mit einer Braunschen Röhre bekanntgeworden,
bei der der Schirm als Widerstand ausgebildet ist -, an dem bei der Auslenkung des
Strahls Spannungsabfälle #erzeugt werden, die auf das Ablenkplattenpaar rückgekoppelt
werden.
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Die bekannte Schaltungsanordnung hat den Zweck, bei schwacher Ablenkung
des Strahls durch negative Aufladung der Ablenkplatte
die Auslenkung
des Strahls in der ursprün.-1-lichen Richtung zu vergrößern. Eine Speicherung von
Meßinipulsen wird jedoch durch diese Schaltungsanordnung nicht erreicht und auch
nicht beabsichtigt.
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Die Erfindung soll an Hand von vier Figuren t' b
näher erläutert
werden. Fig. i zeigt eine Kathodenstrahlröhre i mit dem Plattenpaar 2 und einem
Auffangschirm3. DieserAuffangschirin ist ein metallischer Streifen, der zwischen
den Punkten A und B einen gewissen Ohmschen Widerstand hat. Die beiden Ablenkplatten
2a und 2b sind mit den Enden A bzw. B des Auffangstreifens verbunden.
' \,lit den gleichen Punkten A und B sind je ein äußerer Widerstand
R, tind R.. verbunden, die mit ihrem freien Ende an Erde liegen. Die Kathode K der
Kathodenstrahlröhre liegt über eine Vorspannbatterie B ebenfalls an Erde. Der Kathodenstrahl
befindet sich in der Ruhe in der Mitte des Auffan-,-schirmes 3 bei
C und führt den Strom J, Wird der Kathodenstrahl beispielsweise durch
Anlegen einer Spannung an die Ablenkplatte 2, von C nach dem Punkte P auf
den -,'£uffangschirrfl 3 abgelenkt, so teilt sich derStrahlstroml, in dernAuftreffpunktP
in zwei Strörne i, -und L Diese Ströme fließen über die Widerstände #?, bzw.
R. nach Erde ab. Die an den Widerständen auftretenden Spannungsabfälle liegen
als Ablenkspannungen an den Ablenlplatten2" und.2b.
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Wird der Schalter S geschlossen, so verläuft ein Strom vorn
Pluspol der BatterieE über den Schalter S, den Widerstand Rl, über Erde zum
Minuspol der Batterie E. Die damit an der Ablenkplatte 2a infolgedes Spannungsabfalls
'an R, liegende Spannung bewirkt eine Ablenkung des Kathodenstrahles von seinem
Ruhepunkt C nach dein Punkt P des Auf fangschirmes 3. Gleichzeitig
bewirkt der Strahlstrom I, der sich an dem Auftreffpunkt P in die Ströme
J, und 1. teilt, Spannungsabfälle an AP und R, sowie an BP und
R.. Der Widerstand der StreckeAP ist klein, der Widerstand der Strecke
BP dagegen groß. Iniolgedessen ist der Spannungsahfall an R, -rößer als der
an R.- Die Strahlstromstärke ist von solcher Grüe, daß der Spannungsabfall an R,
und damit die Spannun- an der Ablenkplatte:2, gerade so groß ist wie der Spannungsabfall
an R, der durch das Schließen des Schalters S hervorgerufen wird. Wird also der
Schalter S geöffnet, so bleibt der Strahl infolge des durch den Strahlstrom
erzielten Spannungsabfalles an R, in dem Punkt P stehen und kehrt nicht in die Ruhelage
C zurück. Sorgt man dafür, daß die Widerstände R', und R. einander
gleich sind (R, = R. =
R), und sorgt man weiter
dafür, daß zwischen Z>
dem Widerstand R, der Ablenkkonstante c Langeneinheitswiderstand
2 des Auffaligschirmes, (ler Schirmlänge 2" (= A B) und dem t# Emissionsstrom
J, der Kathode die Beziehung
besteht, so läßt sich zeigen, daß der Strahl in jeder Auslenkung im indifferenten
Gleiebgewicht ist. Daß die Bedingung i erfüllbar ist, en
erkennt man aus folgenden
Beispielen: Die Werte R i M r, 0 =:: 124 Qi'clu,
a B = 4 cni c 0,5 mmiv, i. == o, i rnA erfüllen die Gleichung.
Diese Daten entsprechen durchaus den Werten einer normalen Kathodenstrahlröhre.
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Wie bereits dargelegt, teilt sich der Einissionsstrom J, im
Auftreffpunkt P in die zwei Ströme J, und J#. die über die Widerstände R,
und R. nach Erde fließen; unter der bei Iaeeignetem Widerstandsmaterial erlaubten
Vernachlässigung der Sekundärelektrodenemission ist: JO = J, + j2. Zwischen
den Strömen 1, und 1. muß weiter folgende Beziehung bestehen:
Bezeichnet V die Strahlahlenkung aus der Mittellage, 2" den gesamten Ablenkbereich
und o den Widerstand des Auffangschirmes je Lä#geneinheit, so ist
die Spannung nvischen dem Auftreffpunkt F
und Erde: Über R. U,
= ', (R. a (2) über R. Cp = J.,
(R. a, y) (3)
Daraus folgt --ii- - _&.'
+ Q a + L) 3, J2 RI +Qa-,ov (4)
Unter Benutzung von Gleichung (i) ergibt sich
Für die Spannungenii, und ii, an den Ablenkel -
platten folgt sofort
Für die Ablenkung ist die Differenz der C-,
Plattenspannungen maßgebend. Es
ist el
Nun ist die Ablenkung y der Spannung J it =
it, - it. prop ortional y # c- (ul-U2) (10)
Aus den beiden letzten
Gleichungen folgt -.
Daraus ergibt sich folgende Bedingung.
Durch die letzte Gleichung ist ein Wert für y
el eindeutig festgelegt,
die Anordnung wäre für Regelzwecke unbrauchbar. Macht man aber ,RI = R2 = R, (12)
so vereinfacht sich die Gleichung (iia) zu y (R 1 0 a) = CJO
R 0 y (13)
Diese Gleichung gilt für jeden Wert von
y.
Gleichzeitig muß die folgende oben dargelegte Bedingung erfüllt sein:
Die nach diesem Verfahren beliebig lange gespeicherten Impulse lassen sich zum Auslösen
weiterer Regelvorgänge benutzen. Man braucht z. B. nur einen der Widerstände R in
den Gitterkreis einer Verstärkerröhre zu legen, um durch weitere Verstärkung. die
für irgendwelche Regelzwecke erforderliche Leistung zu erhalten.
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Die Stabilisierung der zunächst noch indifferenten Strahllage kann
dadurch erfolgen, daß man den Widerstand Ry = p - y =
AB
des Auffangschirmes abstuft. 9 ist also keine Konstante mehr. Gibt
man nämlich dem Widerstand AB keine lineare Kennlinie, wie in Fig. 2 durch
die Gerade I dargestellt ist, sondern eine nichtlineare, wie etwa den gebrochenen
Kurvenzug II, so tritt folgendes ein: Zunächst stellen nur di.#- Schnittpunkte der
Linien I und II Gleichgewichtslagen dar. Bei Ablenkungen aus diesen Punkten ändert
sich Ry in den Punkten, i und 3 schwächer und in den Punkten:2 und 4 stärker
als bei der Gemden I. Entsprechend sind im ersten Falle dieAblenkspannungen zu klein
und im zweiten Falle zu groß. Im zweiten Falle wandert der Strahl weiter aus, im
ersten wird er zurückgeholt. Daher sind nur die Punkte i und 3
stabil.
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Es ist natürlich ohne weiteres möglich, durch eine entsprechend feine
kasterung beliebig viele Widerstandspunkte herzustellen. Es reicht sogar schon die
Inhomogenität der Widerstandsoberfläche zur Stabilisierung aus. Eine zusätzliche
Stabilisierung' läßt sich in einfacher Weise durch die in Fig- 3 dargestellte
Schaltung erreichen.
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In Fig. 3 liegen in Reihe mit den Widerständen R,
und R, die Primärwicklungen zweier gleicher übertrager U, und
U, Die Sekundärwicklungen sind einpolig geerdet. Die freien Enden der Sekundärwicklungen
liegen. über Kreuz an einem zweiten Ablenkplattenpaar4, das dieselbe Ablenkebene
hat wie das Ablenkplattenpaar 2. Die Schaltung wirkt in folgender Weise: Wandert
der Strahl von seinem Auftreffpunkt P auf den Auffangschirm 3 nach oben aus,
so tritt in der Primärwicklung des Übertragers U, ein Stromstoß in der gezeichneten
Pfeilrichtung auf. Dieser induziert in der Sekundärwicklung einen Spannungsstoß
solcher Richtung, daß er über die untere Ablenkplatte 4b den Strahl zurückholt.
In derselben Weise wirkt der Ubertrager U,
Die inden Fig. i und
3 dargestellten Schaltungen setz-en voraus, daß der Spannungs.abfall an den
Widerständen R so groß ist wie die erforderliche Ablenkspannung. Wegen des verhältnismäßig
kleinen Wertes des Strahlstromes 1, kann dies zu so großen Widerständen R
führen, daß ihr Wert in der Nähe des Isolationswiderstandes liegt. Um die hierdurch
bedingte Unsicherheit zu vermeiden, ist es zweckmäßig, Verstärker vorzusehen. Eine
entsprechende Schaltung zeigt Fig. 4.
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In der Fig. 4 liegen die Widerstände R, und R, im Gitterkreis
je einer Kathodenröhre KR, und K&.. Die Spannungsabfälle an den Widerständen
R, und R, werden also iden entsprechenden Verstärkerrohren zugeführt, so daß sich
am Ausgang des Verstärkers bzw. an den Ablenkplatten 2" und 2 b eine
gegenüber den Spannungen an R, und R, verstärkte Spannung ergibt. Die Widerstände
R, und R, können daher wesentlich kleiner sein als bei den in Fig. i und Fi-. 2
betracliteten Fällen.
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Für besondere Zwecke können in der Kathodenstrahlröhre mehrere in
ihrem Widerstandswert verschiedene Auffangschirme nebeneinander angeordnet werden.
Durch ein Ablenkplattenpaar mit einer um go' gedrehten Ablenkebene wird dann der
Kathodenstrahl auf :den gewünschten Auffangschirm ver-. schoben,