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Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Impulse Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen äußerst kurzer Dauer, etwa von der Größenordnung
o,z,us mit einer Scheitelspannung von 5oo Volt und einstellbarer Impulsbreite, wie
sie z. B. für Hochleistungsoszillographen, für impulsgetastete Sender, für die Fernsehtechnik
u. a. m. gebraucht werden. Auch bei Funkmeßanlagen, beim Fernsehen und beispielsweise
zur Überprüfung von Leitungen und Geräten benötigt man Einrichtungen zur Erzeugung
von Impulsen, die nicht nur von äußerst kurzer Dauer sind, sondern auch eine sehr
steile Anstiegsflanke bzw. Vorderflanke und eine sehr steile Abstiegsflanke bzw.
Rückflanke haben.
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Bisher hat man zur Erzeugung von Impulsen Multivibratoren, Sperrschwinger
oder stark gedämpfte Schwingkreise benutzt. Diese bekannten Impulsererzeugungsverfahren
befriedigen deshalb nicht, weil sie nur bei größtem Aufwand ausreichend steile Impulsflanken
erzeugen. Ferner hängt der Verlauf der Impulsflanken sowohl von der aufgewendeten
Steuerleistung als auch von dem Verlauf der Flanke des Steuerimpulses ab: Es ist
auch schon ein Impulsgenerator bekanntgeworden, bei dem zwei gittergesteuerte Gas-
oder Dampfentladungsgefäße in der Weise geschaltet sind, daß durch Zündung der ersten
Gas- oder Dampfentladungsröhre die Vorderflanke bzw. Anstiegsflanke und durch darauffolgende
Zündung der zweiten Gas- oder Dampfentladungsröhre die Rückflanke bzw. Abstiegsflanke
eines Impulses gebildet wird und die gebildeten Impulse an einer im Stromkreise
der ersten Gas- oder Dampfentladungsröhre liegenden Reihenimpedanz abgenommen werden.
Die mit diesem Impulsgenerator erzeugten Impulse haben zwar eine ziemlich steile
Anstiegsflanke, aber eine nicht genügend steile Abstiegsflanke, außerdem ist der
Aufwand an
Schalteinrichtungen außerordentlich groß (AEUe 19q.7,
S. 1o8 bis 1z3).
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Die Erfindung geht von dieser bekannten Einrichtung aus und sieht
vor, daß die beiden Gas- oder Dampfentladungsgefäße miteinander hinsichtlich ihrer
Entladungsstrecken in Reihe geschaltet sind und die Enden der Reihenschaltung, gegebenenfalls
über Zwischenglieder, an eine Spannungsquelle von einer zur Zündung wenigstens eines
der beiden Entladungsgefäße hinreichenden Spannung angeschlossen sind und daß die
im Entladungsstromkreis des ersten Entladungsgefäßes Rö, liegende Impedanz R3, an
welcher die gebildeten Impulse abgenommen werden, mit dem Entladungspfad des zweiten
Entladungsgefäßes Rö, parallel geschaltet ist.
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Für die Steuerung der Röhren ist es erforderlich, deren Gitter gegenüber
ihren Kathoden kurzzeitig positiv zu machen. Für die Steilheit der Impulsflanken
ist es außerdem sehr wesentlich, daß nicht die Entionisierungszeit, sondern die
Durchbruchszeit der Röhren maßgebend ist.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer Einrichtung nach der
Erfindung beispielsweise dargestellt.
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In der Zeichnung sind die beiden Röhren mit Rö, und Rö" bezeichnet.
Es sind gittergesteuerte Gasentladungsgefäße mit einer Füllung von vorzugsweise
Wasserstoff, Helium oder Argon.
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Zunächst wird der Kondensator C, über die Widerstände R, und R2 aus
einer Gleichstromquelle aufgeladen. Der Widerstand R, liegt einerseits- an -;- tooo
Volt, andererseits an der Anode der Röhre Rd, bzw. an der einen Belegung des Kondensators
Cl. Der Widerstand R2 liegt einerseits am Nulleiter, andererseits an der zweiten
Belegung des Kondensators C,.
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Die Zündspannung des Gefäßes Rö, ist so gewählt, daß die Klemmenspannung
des Kondensators C, nach völliger Aufladung ausreicht, um das Gefäß Rö, sicher zu
zünden. Die Kapazität des Kondensators C, beträgt in dem gezeichneten Beispiel etwa
tooo pF.
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Die Kondensatorspannung von Cl liegt nach erfolgter Zündung von Rö,
fast vollständig an dem Widerstand R3. Die Geschwindigkeit, mit der die Spannung
an dem Widerstand R3 aufgebaut wird, hängt von der Durchbruchsgeschwindigkeit der
Entladungsstrecke in dem Gefäß Rö, ab. Der Zeitpunkt der Zündung von Rö, wird mit
Hilfe der Gittersteuerung dieses Gefäßes eingestellt.
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Die Steuerung der Röhren Rö, und Rö, erfolgt von einem Impulsgenerator
J aus, der einerseits Steuerimpulse über den Kondensator C2 auf das Gitter der Röhre
Rö,, andererseits Steuerimpulse über das Verzögerungsglied V und den Kondensator
C3 auf das Gitter der Röhre R2 gibt.
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Nach Zündung der Röhre Rö, entlädt sich der Kondensator C, über den
Widerstand R3; für den Entladungskreis ergibt sich die Zeitkonstante zu zE@ - C,
. (R2 -I- R3) .
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Wird noch während dieser Zeit die parallel zu dem Widerstand R3 liegende
Röhre Rö, durch einen positiven Steuerimpuls gezündet, so bricht die Spannung am
Widerstand R3 auf die Brennspannung dieses Gefäßes zusammen. Die Zündung der Röhre
R62 kann auch durch Überschreiten der Zündspannung der Röhre während der Zeit erfolgen,
während der sich die Kondensatorspannung von C, an dem Widerstand R3 aufbaut. In
diesem Falle erhält man allerdings einen dreieckförmigen Impuls.
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Nach erfolgter Zündung des Gefäßes Rö, baut sich die Spannung am Widerstand
R2 auf, der klein sein kann (z. B. etwa ioo Ohm), so daß die Entladung sehr schnell
nach der Zeitkonstanten @Fl - C, . R2 erfolgt.
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Der Widerstand R2 übernimmt die Dämpfung der selbst bei noch so günstigem
räumlichem Aufbau der Schaltung nach dem Zünden der Röhre Rö2 entstehenden, schwer
zu beherrschenden hochfrequenten Schwingungen (wilde Schwingungen). Der Widerstand
R, dient auch zur Strombegrenzung für den Fall, daß sowohl Röi als auch Rö, gezündet
haben.
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Unterschreitet die Kondensatorspannung die Löschspannung beider Röhren,
so erlöschen diese, und es erfolgt von neuem die Aufladung des Kondensators C, über
die Widerstände R, und R2.
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Die Impulsfolgefrequenz fi ist von der Ladezeit 1.,1 und Entladezeit
tE des Kondensators C, nach folgender Gleichung abhängig:
Um die Ladezeit 1A des Kondensators C, klein zu halten, muß die Zeitkonstante t
4 = C, ' (:Ra -f- R2) möglichst klein sein.
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Da R, während der Entladezeit nur einen verhältnismäßig kleinen Strom
führen darf, ist seine Größe gegeben, z. B. 5oo kOhm, d. h. es muß C, entsprechend
klein gemacht werden.
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Die Spannung am Kondensator C, nimmt während der Impulsdauer 1i nach
folgender Gleichung ab
Hieraus ergibt sich die Impulsdauer zu
Für den Fall, daß die Spannungsabnahme nur 1 °/o betragen soll, muß ztEl = ioo #
ti werden. Dies läßt sich für höhere Impulsfolgefrequenzen bei größeren Impulsbreiten
nicht verwirklichen. Der Kondensator C, kann also nicht mehr über einen Widerstand
entladen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Kondensator
C, über eine Drossel Dr entladen, die an die Stelle des Widerstandes R3 tritt. Die
Kondensatorspannung klingt in diesem Falle stark gedämpft ab, weil der Widerstand
R2 im Entladekreis liegt.
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Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß die Röhre Rd, durch
Zündimpulse auf das Steuergitter gesteuert wird, während die Röhre Rö. für die Erzeugung
kurzer
Impulse durch Spannungsanstieg an der Anode zur Zündung gebracht wird, für die Erzeugung
von Impulsen regelbarer Dauer dagegen durch einen phasenverschobenen Gitterspannungsimpuls
gezündet wird.
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Mit der neuen Einrichtung kann sowohl die Zündspannung der Röhre Rö2
im Falle der Erzeugung von Kurzimpulsen als auch die Dauer der längeren Impulse
im Falle der Gittersteuerung durch Wahl der Gittervorspannung an den Potentiometern
der Kathodenwiderstände eingestellt werden.
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Die Einrichtung nach der Erfindung hat den großen Vorteil, steile
Impulse, deren Breite durch die Gittersteuerung in einem sehr großen Bereich regelbar
ist, erzielen zu können. Die Form der Impulse kommt der Rechteckform sehr nahe,
die kürzesten Impulse haben Dreieckform.
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Bei Verwendung von Wasserstoffröhren ergibt sich die kürzeste Impulsdauer,
etwa o, i ,us für 500 Volt am Fuße des Impulses gemessen, bei Verwendung
von Heliumröhren etwa o,i ,us.
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Bisher wurden Impulsbreiten von 20,us Dauer bei einer Folgefrequenz
von io kHz erreicht. Für schmale Impulse liegt die Folgefrequenz höher.
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Die mit der Einrichtung nach der Erfindung gewonnenen Impulse eignen
sich auch zur Weiterverstärkung, so daß höhere Spannungen und Leistungen, z. B.
zum Tasten von Sendern, erzielt werden können.