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Schaltungsanordnung zur Erzeugung sägezahnförmiger Spannungen mit
exakt zeitlinearem Anstieg Die Erzeugung einer zeitlinear ansteigenden Spannung
(im folgenden Ablenkspannung genannt), wie sie z. B. zur Zeitablenkung in Elektronenstrahloszillographen
benötigt wird, erfolgt auf Grund des Prinzips, daß sich die Spannung u, an einem
Kondensator 1 (Fig. 1) linear mit der Zeit ändert, wenn der Ladestrom i.
durch den Kondensator konstant ist. Es ist dann u,=i,/C - t.
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Es sind verschiedene Schaltungen bekannt, die zur Erzeugung eines
konstanten oder annähernd konstanten Ladestromes dienen. Man kann nach Fig. 2 den
Kondensator 2 über einen Widerstand 3 an eine konstante Spannung U anschließen.
Der Ladestrom i,, ist dann näherungsweise konstant, solange u, klein gegen U bleibt.
Der Nachteil dieser Anordnung ist, daß bei einigen Anforderungen an die Linearität
der Ablenkspannung u, ein Vielfaches der gewünschten Ablenkspannungsamplitude als
Speisespannung benötigt wird. Diesem Umstand kann man dadurch begegnen, daß man
nach Fig. 3 die Reihenschaltung aus Kondensator 4 und Widerstand 5 nicht an eine
konstante Speisespannung, sondern an eine veränderliche Spannung legt, die hier
zunächst durch die Reihenschaltung zweier Generatoren 6 und 7 dargestellt ist. Einer
der Generatoren habe eine Klemmenspannung, die stets gleich der Ablenkspannung u,
sei, der andere habe die konstante Klemmenspannung uL. Dann liegt am Ladewiderstand
5 stets die konstante Ladespannung UZ, wodurch auch der Ladestrom i, konstant gehalten
wird. Hierdurch wird aber die Ablenkspannung u, vollständig linear. Soll die Anstiegsgeschwindigkeit
von u, geändert werden, so kann dieses (außer durch Umschalten der Kapazität C)
durch Ändern des Widerstandes 5 oder durch Ändein der Ladespannung UZ erfolgen.
In beiden Fällen ändert sich der Ladestrom i,. Soll hierbei die Linearität der Ablenkspannung
u, erhalten bleiben, so muß die Leerlaufspannung des Generators 6 unabhängig von
der Größe des Ladestromes i, erhalten bleiben. Soll zusätzlich die Größe des Ladestromes
i, umgekehrt proportional dem Widerstand 5 sein, d. h. die Ladespannung UZ unabhängig
von der Größe des Ladestromes i, konstant bleiben, dann muß die Reihenschaltung
der beiden Generatoren 6 und 7 einen hinreichend kleinen Innenwiderstand haben.
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Es sind Schaltungen bekannt, die der Fig.3 annähernd entsprechen.
Bei der Schaltung nach Fig. 4 z. B. wird der Generator 6 aus Fig. 3 durch einen
Katodenverstärker aus Röhre 10 und Widerstand 11 nachgebildet und der Generator
7 aus Fig. 3 durch einen Kondensator 12. Mit dieser Schaltung ist erstens kein vollständig
linearer Anstieg der Ablenkspannung u, zu erreichen, da die Verstärkung des Katodenverstärkers
kleiner als 1 ist. Zweitens ist die Schaltung für langsam verlaufende Ablenkspannungen
wegen der endlichen realisierbaren Größe der Kapazität 12 unbrauchbar. Drittens
ist sie für periodisch getriggerte Ablenkspannungen unbrauchbar, da die Ladespannung
durch die kapazitive Kopplung über den Kondensator 12 hierbei von der Frequenz bzw.
dem Tastverhältnis abhängen würde.
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Es ist auch bekannt, den Kondensator 12 in Fig. 4 durch eine Glimmlampe
zu ersetzen, wodurch die unter zweitens und drittens genannten Nachteile entfallen,
der unter erstens genannte Nachteil jedoch bestehenbleibt.
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Es ist weiter eine Schaltung nach Fig. 5 bekannt. Hierbei wird der
Generator 6 aus Fig. 3 durch eine aus den Röhren 15 und 16 bestehende Verstärkerschaltung
gebildet, die vom Gitter Röhre 15 zur Anode Röhre 16 die Verstärkung 1 haben muß.
Der Generator 7 aus Fig. 3 wird durch die Potentialdifferenz zwischen dem Gitter
der Röhre 15 und der Anode der Röhre 16 gebildet. Mit dieser Schaltung läßt sich
zwar ein vollständig linearer Anstieg der Spannung u, erreichen, und es entfallen
auch die übrigen für die Schaltung Fig. 4 genannten Nachteile. Jedoch ,stellt hier
der Ladestrom i, - zwar nicht wechselstrommäßig, aber gleichstrommäßig - eine Belastung
der Anode Röhre 16 dar. Das hat zur Folge, daß sich bei Änderung des Ladewiderstandes
14 der Ladestrom i, nicht nur infolge dieser Widerstandsänderung, sondern auch infolge
einer Ladespannungsänderung ändert, da die Forderung nach geringem Innenwiderstand
der Reihenschaltung der beiden Generatoren in Fig. 13 hier nicht erfüllt ist.
Eine
zu große gleichstrommäßige Belastung der Anode Röhre 16 durch den Ladestron i, könnte
zudem das Potential dieser Anode so stark ändern, daß der Arbeitspunkt der Röhre
16 unerwünscht stark verschoben würde, wodurch sie nicht mehr einwandfrei als Verstärker
arbeiten würde.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung
sägezahnförmiger Spannungen mit exakt zeitlinearem Anstieg unter Verwendung einer
Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators, bei der eine konstante
Spannung am Widerstand und damit ein konstanter Ladestrom für den Kondensator mittels
einer aus zwei Elektronenröhren bzw. Transistoren bestehenden rückgekoppelten Gleichstromverstärkerschaltung
mit dem Verstärkungsfaktor 1 erzeugt wird, und die Nachteile der bekannten Schaltungen
werden dadurch vermieden, daß die Ausgangsspannung der Gleichstromverstärkerschaltung
der Reihenschaltung aus dem Widerstand und dem Kondensator über eine Katodenstufe
zugeführt wird und daß die Sägezahnspannung in an sich bekannter Weise an dem Verbindungspunkt
zwischen Widerstand und Kondensator, der gleichzeitig an die Steuerelektrode der
ersten Stufe des Gleichstromverstärkers angeschlossen ist, oder an der Katode dieser
ersten Stufe abgenommen wird.
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Die Schaltung soll an Hand der Fig. 6 beschrieben werden. Sie entspricht
in ihrer Wirkung vollständig der Prinzipschaltung aus Fig. 3. Wie bei der Schaltung
in Fig. 5 wird der Generator 6 aus Fig. 3 durch die Verstärkerschaltung aus den
Röhren 19 und 20 gebildet. Die Verstärkung vom Gitter Röhre 19 zur Anode Röhre
20 kann durch Verändern des die Katodenkopplung der Röhre 19 und 20 bildenden
Netzwerkes eingestellt werden, wie es z. B. in Fig. 6 durch die Widerstände 21 und
22 geschieht. Der Generator 7 aus Fig. 3 wird, ebenfalls wie bei der Schaltung Fig.5,
durch den Potentialunterschied zwischen der Anode Röhre 20 und dem Gitter Röhre
19 gebildet. Dieser Potentialunterschied kann durch Ändern des Gitterpotentials
der Röhre 20 (z. B. durch das Potentiometer 23 in Fig. 6) in weiten Grenzen geändert
werden, ohne daß sich dabei die Verstärkung der Schaltung ändert. Die Anode der
Röhre 20 ist nun über eine Katodenstufe Röhre 24 an den Ladewiderstand 18 gekoppelt,
wodurch der obenerwähnte niedrige Innenwiderstand der Reihenschaltung der beiden
Generatoren in Fig. 3 realisiert wird und die Nachteile der Schaltung nach Fig.
6 vermieden werden. Der Ladestrom i, wird nun von der Katodenstufe geliefert; er
kann in weiten Grenzen durch Wahl des Widerstandes 18 geändert werden, ohne daß
sich die Ladespannung UL wesentlich ändert und ohne daß eine Rückwirkung auf die
Anode der Röhre 20 erfolgt. Ebenso kann die Ladespannung UL durch Einstellen des
Potentiometers 23 in weiten Grenzen geändert werden, ohne daß der damit sich ändernde
Ladestrom i, die Anode Röhre 20 gleichstrommäßig belastet.
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Die Verstärkung kann nun (z. B. durch den Widerstand 21) so
eingestellt werden, daß die Ladespannung UL während des Anstiegs der Ablenkspannung
u, konstant bleibt, wodurch sich ein vollständig linearer Anstieg von u, ergibt.
Durch Verändern dieser Einstellung können Krümmungen der Ablenkspannung u, nach
beiden Seiten erzeugt werden, wodurch gegebenenfalls Linearitätsfehler nachfolgender
Schaltungsteile ausgeglichen werden können.
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Eine mögliche Anwendung der Schaltung ist die Erzeugung von Ablenkspannungen
z. B. für Elektronenstrahloszillographen. Die Schaltung kann z. B. durch rechteckförmige
Spannungsimpulse geeigneter Amplitude und Dauer über eine Diode 25 einmalig oder
periodisch gesteuert werden und liefert A blenkspannungen, deren Anstiegsgeschwindigkeit
unabhängig voneinander durch Verändern des Kondensators 17, des Widerstandes 18
und der Einstellung des Potentiometers 23 (z. B. zur Feineinstellung oder zur Eichung)
verändert werden kann und deren Linearität durch Einstellen der Verstärkung (z.
B. über Widerstand 21) geändert werden kann.