-
Schaltung zur Erzeugung von Sägezahnimpulsen Zur Registrierung hoher
Impulsraten verwendet man elektronische Zähler. Dekadische Zähler werden häufig
mit der dekadischen Zählröhre E 1 T aufgebaut (Phil. Rep., 7, 1952, S.
81 bis 111). Die Zählröhre E 1 T ist eine kleine Kathodenstrahlröhre,
deren Elektronenstrahl auf der Anode zehn stabile Stellungen annehmen kann, die
auf einem Leuchtschirrn angezeigt werden. Um den Elektronenstrahl von einer Stellung
zur nächsten zu rücken, werden auf die Ablenkelektrode positive Impulse von etwa
14 Volt Höhe und 0,7 Mikrosekunden Anstiegszeit gegeben. Die Abfallzeit der
Impulse muß etwa 10 Mikrosekunden betragen. Man benötigt daher sehr unsymmetrische
Sägezahnimpulse mit steilem Anstieg und flachem Abfall.
-
Die maximale Zählgeschwindigkeit der Zählröhre E 1 T beträgt
3 - 104 Impulse pro Sekunde. Die Zählgeschwindigkeit ist hauptsächlich durch
die Rückstellzeit des Elektronenstrahles von der Ziffer »9«
auf
»0« begrenzt. Durch eine spezielle Schaltung kann man die Zählgeschwindigkeit
auf 10-5 Impulse pro Sekunde erhöhen (s. R.Kretzmann, Schaltungsbuch der
industriellen Elektronik, 1955: »100-kRz-Zählstufe mit dekadischer Zählröhre«,
S. 48 ff., und »Eingangsimpulsformer für die 100-kHz-Zählstufe«,
S. 51). Die dort angegebenen Schaltungen erfordern einen großen Aufwand an
Röhren und Schaltelementen.
-
105 Impulse pro Sekunde ist die maximal erzielbare mittlere
Impulsfolge mit der dekadischen Zählröhre E 1 T, da die Rückstellung des
Elektronenstrahles nicht schneller erfolgen kann. Mißt man radioaktive Zerfallsprozesse,
so sind die Impulse statistisch verteilt. Daher variiert der zeitliche Abstand der
Impulse. Registriert man beispielsweise im Mittel 101 Impulse pro Sekunde,
so ist nach statistischer Gesetzen der zeitliche Abstand aufeinanderfolgender Impulse
bei etwa 1010/9 der Impulse kleiner als 10-5 Sekunden. Die Impulse, die einen
kleineren zeitlichen Abstand als 10-5 Sekunden haben, werden nicht registriert.
Kennt man das Auflösungsvermögen des Zählgerätes, so kann man diese Verluste rechnerisch
korrigieren. Eine solche Korrektur wird jedoch dann schwierig oder gar unmöglich,
wenn ihr Betrag groß wird. Es ist daher wünschenswert, eine kleinere Auflösungszeit
als 10-5 Sekunden für statistisch einfallende Impulse zu erreichen.
-
Dies gelingt vermittels einer Schaltung zur Erzeugung von Sägezahnimpulsen
zum Betrieb einer dekadischen Zählröhre mit hohen Impulsraten, die erfindungsgemäß
durch die Kombination einer an sich bekannten Integrationsschaltung aus einem Miller-Integrator
mit Kathodenverstärker als Impulsformer mit einer vorgeschalteten, an sich ebenfalls
bekannten Anordnung zur Differentiation der Eingangsimpulse gekennzeichnet ist.
-
Die Möglichkeit, einen Miller-Integrator zur Erzeugung von sägezahnförmigen
Impulsen zu benutzen, ist an sich bekannt. Man macht davon beispielsweise in der
Ablenkeinrichtung von Fernsehempfängern Gebrauch. Die dabei verwendete Schaltung
liefert je-
doch einen Sägezahnimpuls, dessen Amplitude von der Länge des
Eingangsimpulses abhängt, und ist daher für den erfindungsgemäßen Zweck ungeeignet,
da die zum Betrieb einer dekadischen Zählröhre erforderlichen Impulse in ihrer Amplitude
konstant, also auch von den Eigenschaften des Eingangsimpulses unabhängig sein müssen.
Dieses Ziel wird aber erstmalig durch die erfindungsgemäße Schaltung erreicht.
-
Mittels der erfindungsgemäßen Schaltung kann man statistische Impulse,
die einen zeitlichen Abstand von 10-6 Sekunden haben, noch trennen. Dabei
beträgt die mittlere registrierte Zählrate 10+5 Impulse pro Sekunde. Diese ist,
wie schon gesagt,-durch die Rückstellzeit des Elektronenstrahles begrenzt. Durch
die erfindungsgemäße Schaltung kann man mittlere Zählraten bis zu 105 Impulse
pro Sekunde sicher registrieren. Korrekturen wegen der statistischen Verteilung
der Einzelimpulse sind vernachlässigbar.
-
Außerdem zeichnet sich die erfindungsgemäße Schaltunc, durch einen
einfachen Aufbau aus. Gegenüber bisher benutzten Impulsformerstufen wird eine wesentliche
Einsparung an Röhren und Schaltelementen erzielt.
Die Wirkungsweise
der erfindungsgemäßen. Schaltung sei an Hand der Abbildung beschrieben. In der Abbildung
sind die Speisespannungen angegeben. Die Eingangsimpulse kommen beispielsweise von
einem Diskriminator mit variabler Totzeit. Die Impulse werden durch das RC-Ghed
1, 2 differenziert und die Rückflanken durch die Diode 3 abgeschnitten.
Die Röhre 5 führt im Ruhezustand Strom. Der Kathodenverstärker
6 ermöglicht eine schnelle Unfladung des Kondensators 7. Diese Verstärkeranordnung
stellt eine Erweiterung des an si eh bekannten Miller-Integrators dar.
-
Durch die negative Flanke des Eingangsimpulses wird das Gitterpotential
der Röhre 5 erniedrigt. Dadurch wird der Anodenstrom kleiner. über die Verstärkerröhre
6 wird der Miller-Kondensator 7 umgeladen. Die Ausgangsimpulse werden
über den Kondensator 8 auf die Ablenkelektrode der Zählröhre geführt.
-
Die durch den Eingangsimpuls dem Kondensator 1
zugeführte Ladung
und die im Kondensator 7 auftretende Ladungsmenge sind gleich groß. Der Kondensator
7 erhält also durch jeden Eingangsimpuls gleicher Größe dieselbe Ladungsmenge
zugeführt. Der Kondensator 7 enlädt sich über den Widerstand 9. Dabei
tritt der bekannte NMer-Effekt auf. Durch die Rückkopplung ändert sich das Potential
des Gitters 5 nur wenig. Der Kondensator 7 ist nach etwa
10 Mikrosekunden entladen.
-
Die dem Kondensator 8 übertragenen Impulse haben die für den
Betrieb der Zählröhre erforderliche Form. Der Impulsanstieg von etwa 0,7
Nfikrosekunden auf etwa 14 Volt wird durch die Aufladung des Kondensators erreicht.
-
Kommt innerhalb der Abklingzeit eines Impulses ein neuer Impuls auf
den Eingangskondensator 1, so wird dem Kondensator 7 dieselbe Ladungsmenge
zugeführt. Es erscheint also an 8 ein neuer Impulsanstieg. Die Ausgangsspannung
nimmt dann durch den Miller-Effekt langsam ab. Es können so mehrere statistisch
aufeinanderfolgende Impulse mit Abständen bis zu 10-6 Sekunden registriert
werden. Am Ausgang erscheinen dann mehrere steile Impulsflanken, die sich auf den
langsamen Rückflanken der vorhergehenden Sägezahnimpulse aufbauen.
-
In den bekannten Impulsformern verwendet man meist eine monostabile
Kippstufe. Dabei sind Anstiegszeiten der Impulse von etwa einer Nfikrosekunde und
Abfallzeiten von etwa 10 Mikrosekunden vorgesehen. Bringt ein neuer Eingangsimpuls
während der Dauer des vorherigen Impulses die Stufe zum Kippen, so hat der Ausgangsimpuls
keine genügende Größe, um die Zählröhre weiterzuschalten. Denn liefert die Kippstufe
Impulse von etwa 14 Volt und ist die Ausgangsspannung bei Auftreffen eines neuen
Impulses beispielsweise auf 10 Volt abgesunken, so hat der neue Ausgangsimpuls
nur eine Größe von etwa 5 Volt, was nicht ausreicht, um die Zählröhre zu
schaiten. Erst durch die erfindungsgemäße Schaltung wird es möglich, für jeden Eingangsimpuls
einen Ausgangsimpuls konstanter Größe zu erhalten. Dadurch ist es möglich, die Impulsfolgezeit
für statistische Impulse auf 10-6 Sekunden zu verkleinern.