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Elektronischer Schalter mit drei gesteuerten Elektronenstrecken Die
Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter mit drei gesteuerten Elektronenstreclren,
bei dem der Schaltzustand einer Elektronenstrecke vom Schaltzustand der beiden anderen
Elektronenstrecken verschieden ist und durch von außen zugeführte untereinander
gleichartige Steuerimpulse in zyklischer Reihenfolge geändert werden kann.
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Es sind bereits elektronische Schalter mit drei Röhren bekannt, bei
denen jeweils eine Röhre leitend und die beiden anderen gesperrt sind. Die gegenseitige
Steuerung der Röhren erfolgt dabei mittels ZeitkoIlstantengliedern, die zwischen
den Anoden und den Steuergittern der Röhren angeordnet sind. Die Impulse zur zyklischen
Vertauschung des Schaltzustandes der Röhren werden den Kathoden der Entladungsstrecken
zugeführt.
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Für einen elektronischen Schalter mit zwei Schaltzuständen (bistabiler
Multivibrator) ist es ferner bekann, die Impulse zur Umsteuerung in den anderen
Schaltzustand den Steuerelektroden der Entladungsstrecken zuzuführen.
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Erfindungsgemäß erfolgt die gegenseitige Steuerung der Elektronenstrecken
eines elektronischen Schalters mit drei gesteuerten Elektronenstrecken derart, daß
die Ausgangselektrode jeder El ektronenstrede einerseits über einen Richtleiter,
andererseits über einen Widerstand mit den geeignet vorgespannten Steuerelektroden
der beiden anderen Elektronenstrecken verbunden ist.
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Der Schaltzustand des elektronischen Schalters wird durch untereinander
gleichartige Steuerimpulse, die gemeinsam an die Steuerelektroden der Elektronenstrecken
angelegt-werden, in zyklischer Vertauschung geändert.
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Ein derartiger Elektronenschalter weist den Vorteil auf, daß durch
die Wahl der Polarität der Richtleiter erreicht werden kann, daß jeweils eine Elektronenstrecke
leitend und die beiden anderen gesperrt oder auch eine Elektronenstrecke gesperrt
und die beiden anderen leitend sind. Der elektronische Schalter kann mit Vorteil
dazu benutzt werden, um Verstärkerröhren zu steuern, über die ein Signal abwechselnd
zu drei verschiedenen -Verbrauchern weitergeleitet wird, oder drei Signale abwechselnd
einem gemeinsamen Verbraucher zugeführt werden, indem jeweils eine Verstärkerröhre
vom Elektronenschalter in den leitenden Zustand gesteuert wird, während die beiden
anderen Verstärkerröhren gesperrt bleiben. Eine bevorzugte Anwendung-der vom elektronischen
Schalter gesteuerten Verstärkerröhren ist die abwechselnde Zuführung von drei verschiedenen
periodischen Vorgängen zu einer Einstrahl-Kathodenstrahlröhre.
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Da sowohl die gegenseitige Steuerung der Entladnngsstrecken als auch
die Zuführung der Steuerimpulse an den Steuerelektroden der Elektronenstrekken erfolgt,
steht eine stromführende Elektrode jeder Entladungsstrecke, z.B. die Kathode, für
Schaltzwecke zur Verfügung. Die Steuerung der Verstärkerröhren kann daher in besonders
einfacher Weise über je einen gemeinsamen Kathodenwiderstand für die Elektronenstrecke
des Schalters und die zugehörige Verstärkerröhre vorgenommen werden.
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Die Erfindung soll nachstehend am Beispiel eines derartigen Dreifach-Elektronenschalters
für die gleichzeitige Aufzeichnung von drei periodischen Vorgängen, z. B. von Fernsehsignalen
oder Impulsfolgen, mittels einer Einstrahl-Kathodenstrahlröhre unterVerwendung von
Hochvakuum-Entladungsstrecken (Röhren) an Hand der beigegebenen Figur näher erläutert
werden.
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In der Zeichnung bedeuten 11, 21, 31 die drei Entladungsstrecken,
die in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel als Röhren mit einem Gitter (Trioden)
ausgebildet sind. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß jeweils eine Triode
stromführend ist, während die beiden- anderen gesperrt sind. Die Steuerimpulse zum
Umschalten der Einrichtung werden am Anschluß 41 mit negativer Polarität zugeführt
und gelangen über die Kondensatoren 12,22,32 gleichzeitig an die Steuergitter der
Röhren il, 21, 31. Die Steuergitter der Röhren liegen außerdem an der Verbindungsstelle
je eines Spannungsteilers mit den Widerständen 14, 24, 34 (z. B. 0,5 MQ) und den
Widerständen 15, 25, 35 (z. B.
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1 MQ). Die Enden der Widerstände 15, 25, 35 erhalten eine hohe negative
Vorspannung von z. B. - 200 Vf Das andere Ende des Spannungsteilers jeder Röhre
(Widerstände 14, 24, 34) ist über je einen Widerstand 17, 27, 37 von z. 13. 25 kQ
einerseits und einen Richtleiter 18, 28, 38 andererseits mit den Anoden der bei
den anderen Röhren verbunden. Es liegt also der zum Gitter der Röhre 11 führende
Widerstand 14 über den Richtleiter 38 -der Anode der Röhre 21 und über den
Widerstand
17 an der Anode der Röhre 31. Analog ist der zum Gitter der Röhre 21 führende Widerstand
24 über den Widerstand 27 an die Anode der Röhre 11 und über den Richtleiter 18
an die Anode der Röhre 31 angeschlossen, und schließlich liegt der Widerstand 34
der Röhre 31 über den Richtleiter 28 an der Anode der Röhre 11 und über den Widerstand
37 an der Anode der Röhre 21. Jede der Röhren 11, 21, 31 ist mit einem Anodenarbeitswiderstand
19, 29, 39 von z.B. 5 kQ versehen. Parallel zu den zu den Gittern führenden Widerständen
14, 24, 34 liegen Kondensatoren 16, 26, 36 von z. B. 50 pF, die für rasche Spannungsänderungen
einen Weg geringen Widerstandes darstellen. Die Anodenwiderstände 19, 29, 39 sind
an die positive Betriebsspannung von z. B. + 150 V angeschlossen.
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Zur Erklärung der Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung sei davon
ausgegangen, daß die Röhre 11 gesperrt und die beiden anderen Röhren21, 31 stromführend
seien. Solange kein Schaltimpuls an den Gittern der Röhren eintrifft, bleibt bei
der gezeichneten Anordnung dieser Schaltzustand stabil. Da die Röhre 11 gemäß der
Voraussetzung gesperrt ist, tritt an ihrem Anodenwiderstand 19 kein Spannungsabfall
auf, und die Spannung an der Anode ist daher gleich der Betriebsspannung von z.
B. + 150 V. Dagegen erniedrigt sich bei den beiden anderen Röhren21, 31 durch den
Spannungsabfall des Anodenstromes an den Anodenwiderständen 29, 39 die Spannung
an den Anoden dieser Röhren; sie betrage z. B. +80V. Die Widerstände der Spannungsteiler
14, 15; 24, 25; 34 35, (0,5 bzw. 1 MQ), die Betriebsspannung (+150V) und die negative
Vorspannung an den Widerständen 15, 25, 35 (-200 V) sind derart gewählt, daß die
Röhren gesperrt sind, wenn den Widerständen 14, 24, 34 eine Spannung von + 80 V
zugeführt wird und daß die Röhren stromführend sind, wenn diese Spannung + 150V
beträgt. Von der Anode der Röhre 11 überträgt sich die Spannung von +150V über den
Widerstand 27 auf den Widerstand 24 und hält daher die Röhre 21 in stromführendem
Zustand. Durch den Richtleiter 18 wird verhindert, daß die an der Anode der Röhre
31 herrschende Spannung von + 80 V an den Widerstand 24 gelangt, da der Widerstand
des gesperrten Richtleiters sehr groß gegenüber dem Widerstand 27 ist. Ferner überträgt
sich die an der Anode der Röhre 11 herrschende Spannung von + 150 V über den Richtleiter
28, dessen Widerstand in Durchlaßrichtung klein gegenüber dem Widerstand 37 ist,
auf den Widerstand 34 und hält dadurch die Röhre 31 in geöffnetem Zustand. Die Spannung
an der Anode der Röhre 21 von z. B. + 80 V kann die Gitterspannung der Röhre 31
über den Widerstand 37 nicht beeinflussen.
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Die an der Anode der Röhre 31 herrschende Spannung von z. B. 80 V
gelangt über den Widerstand 17 an den Spannungsteiler 14, 15 an das Gitter der Röhre
11 und hält diese in gesperrtem Zustand.
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Beim Eintreffen eines Steuerimpulses am Anschluß 41 werden die Gitter
aller drei Röhren 11, 21, 31 vorübergehend negativ. Der Schaltzustand der Röhre
11 wird dadurch vorerst nicht geändert, da diese Röhre gemäß der Voraussetzung gesperrt
ist und auch bei Erhöhung der negativen Vorspannung am Gitter gesperrt bleibt. Dagegen
erzeugt der negative Steuerimpuls an den Gittern der beiden anderen Röhren 21, 31
ein Absinken des Anodenstromes. Die Spannung an den Anoden der Röhren 21, 31 wird
sich daher kurzzeitig erhöhen. Der positive Spannungsimpuls an der Anode der Röhre
21 gelangt über den Richtleiter 38, an dem ursprünglich an beiden Elektroden die
gleiche Spannung von +80V lag, an das Gitter der Röhre 11
und ruft einen Anodenstrom
in dieser Röhre hervor.
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Im gleichen Sinne wirkt die Erhöhung der Anodenspannung der Röhre
31, die über den Widerstand 17 an das Gitter der Röhre 11 gelangt. Dagegen kann
sich dieser Spannungsimpuls am Gitter der Röhre 21 nicht auswirken, da der Richtleiter
18 gesperrt ist. Der positive Spannungsimpuls am Gitter der Röhre 11 verursacht
in dieser Röhre einen Anodenstrom und dementsprechend einen negativen Spannungsimpuls
an der Anode der Röhre. Der Richtleiter 28 stellt eine Sperre für diesen Spannungsimpuls
dar, so daß er nicht an das Gitter der Röhre 31 gelangen kann. Dagegen überträgt
sich der negative Spannungsimpuls über den Widerstand 27 auf das Gitter der Röhre21,
so daß sich der Anodenstrom dieser Röhre verringert. Es erhöht sich daher die Spannung
an der Anode der Röhre 21 und dieser positive Spannungsimpuls gelangt über den Widerstand
37 zur Röhre 31 und hält diese in geöffnetem Zustand. Gleichzeitig gelangt der Spannungsimpuls
über den Richtleiter 38 an das Gitter der Röhre 11 und erhöht die Spannung des Gitters,
so daß die Röhre stromführend bleibt. Nach Beendigung des Steuerimpulses stellt
sich daher ein neuer stabiler Zustand der Schaltung ein, bei dem die vorher stromführende
Röhre 21 gesperrt und die vorher gesperrte Röhre 11 stromführend ist, während die
dritte Röhre 31 stromführend bleibt. Ferner ist nunmehr der Richtleiter 28 gesperrt,
da an seiner Kathode eine höhere positive Spannung als an seiner Anode liegt, während
dies früher für den Richtleiter 18 Gültigkeit hatte.
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Beim Eintreffen des nächsten Steuerimpulses am Anschluß 41 läuft
der beschriebene Vorgang in analoger Weise ab und bewirkt, daß die dritte Röhre
31 gesperrt wird und die beiden anderen Röhren 11, 21 stromführend werden. Gleichzeitig
ist nunmehr der Richtleiter 38 gesperrt. Durch den nächstfolgenden Steuerimpuls
wird der Schaltzustand, von dem bei der Beschreibung des Schaltvorganges ausgegangen
wurde, wiederhergestellt, und die nachfolgenden Steuerimpulse bewirken eine neuerliche
zyklische Umsteuerung der drei Schaltröhren.
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Durch Vertauschen von Widerstand und Richtleiter 27, 28; 17, 18;
37, 38 kann die Richtung der zyklischen Vertauschung der Schaltzustände geändert
werden, während durch Umpolen der Richtleiter 18, 28, 38 erreicht werden kann, daß
jeweils zwei Röhren gesperrt und eine stromführend ist.
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Für die Anwendung des beschriebenen elektronischen Schalters zur
gleichzeitigen Widergabe von drei periodischen Vorgängen mittels einer Kathodenstrahlröhre
mit einem Strahlsystem wird durch die Schaltröhren 11, 21 und 31 abwechselnd eine
der drei Verstärkerröhren 71, 81 und 91 eines Dreifach-Elektronenschalters geöffnet,
an deren Steuergitter die drei zu beobachtenden Spannungen über die Anschlüsse 75,
85, 95 angelegt sind. Zu diesem Zwecke sind die Katoden der Röhren 71, 81, 91 mit
den Kathoden der zugehörigen Schaltröhren 11, 21, 31, die für Schaltzwecke frei
sind, über je einen gemeinsamen Kathodenwiderstand 72, 82, 92 von z. B. 500 Q an
Masse gelegt.
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Der Arbeitspunkt der Röhren 71, 81, 91 ist derart eingestellt, daß
sich bei stromführender Schaltröhre die Spannung an der Kathode der betreffenden
Verstärkerröhre so weit erhöht, daß die betreffende Röhre gesperrt ist. Es werden
daher jeweils zwei der drei Verstärkerröhren gesperrt sein, und nur eine Röhre,
die der gesperrten Schaltröhre zugeordnet ist, wird als Verstärker wirksam sein.
Die drei Verstärkerröhren71, 81, 91 arbeiten auf einen gemeinsamen Anodenwiderstand61,
dem zur Erhöhung des Frequenzumfanges
eine Induktivität 62 in Serie
geschaltet ist. Die Ausgangsspannung gelangt über einen Kopplungskondensator 63
zum Anschluß 64, an den die Meßplatten der Kathodenstrahlröhre direkt oder über
einen weiteren Verstärker angeschlossen werden können.
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Um die Lage der drei abwechselnd geschriebenen Oszillogramme auf
dem Schirm der Kathodenstrahlröhre festzuhalten und passend einzustellen, sind für
die drei Eingänge der Schaltung je eine Klemmschaltung70, 80, 90 vorgesehen. Da
die Ausführung der Klemmschaltungen für die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung
nicht wesentlich ist, soll auf diese nicht näher eingegangen werden. Das Bezugspotential
für jede der drei Klemmschaltungen wird an Spannungsteilern 73, 74; 83, 84; 93,
94 abgenommen. Die Spannungsteilerwiderstände 73, 83, 93 von z. B. 5 kQ sind veränderbar.
Dadurch können die Bezugsspannungen derart eingestellt werden, daß die drei Oszillogramme
am Schirm der Kathodenstrahlröhre getrennt voneinander geschrieben werden oder auch
zur Dekkunggebracht werden können.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt, sondern kann in allen Fällen Anwendung finden, in denen ein elektronischer
Dreifachschalter mit zyklischer Vertauschung der Schaltzustände benötigt wird. Ferner
kann die Schaltung Abänderungen erfahren, die im Rahmen des fachmännischen Könnens
liegen. Insbesondere können die Richtleiter 18, 28 und 38 als Hochvakuumdioden oder
als Kristalldioden ausgeführt sein und sinngemäß an Stelle der Hochvakuumtrioden
11, 21, 31 mit Spannungssteuerung Kristalltrioden (Transistoren) mit Stromsteuerung
Anwendung finden.