DE1614825C3 - Schaltungsanordnung zum automatischen Einhalten vorgegebener Vor- und Nachheizzeiten von Elektronenröhren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum automatischen Einhalten vorgegebener Vor- und Nachheizzeiten beim Betrieb von Elektronenröhren, deren Anoden- und gegebenenfalls Gitterspannungen einerseits beim Inbetriebsetzen erst dann eingeschaltel werden dürfen, wenn die Kathoden der Röhren eine vorgegebene Zeitlang geheizt worden sind (Vorhei· zung), und andererseits nach einem Netzausfall erst dann wieder eingeschaltet werden dürfen, wenn die Kathoden während einer anderen vorgegebenen Zeitdauer, die von der Zeitdauer des Netzausfalls abhängt, nachgeheizt worden sind (Nachheizung), bei der an eine Betriebsspannungsquelle, die bei Ausfall der Anoden- und gegebenenfalls der Gitterspannung etwa gleichzeitig und gleich lang ausfällt, einerseits eine Reihenschaltung aus einem spannungsgesteuerten elektronischen Schaltelement, z. B. einem Schalttransistor, und einer durch den Schaltstrom des Schaltelementes steuerbare Schalteinrichtung, die die Anoden- und gegebenenfalls die Gitterspannung schaltet und die z. B. ein Schaltrelais ist, und andererseits eine Reihenschaltung aus einem mit einem Entladewiderstand überbrückten Kondensator, einer Ladediode und einem Ladewiderstand angeschlossen ist und bei der der Kondensator zusammen mit seinem ihm parallelliegenden Entladewiderstand parallel zur Steuerstrecke des spannungsgesteuerten elektronischen Schaltelementes geschaltet ist.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist beispielsweise aus der DT-AS 10 59 115 bekannt. Als spannungsgesteuerte elektronische Schaltelemente finden bei der bekannten Schaltungsanordnung Elektronenröhren Verwendung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spannung über dem Kondensator der bekannten Anordnung bei Netzausfall beschleunigt abzubauen, um ein sicheres Schalten des spannungsgesteuerten elektronischen Schaltelementes und damit der durch dessen Schaltstrom gesteuerten Schalteinrichtung zu gewährleisten. Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt. Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von vier Figuren erläutert.

Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach ⁷ i g. 1 besteht das spannungsgesteuerte Schaltelement ms einem Transistor T, der wegen seines erforderichen großen Eingangswiderstandes zweckmäßig — vie gezeigt — ein Feldeffekttransistor vom Anreicheungstyp ist. Er arbeitet als Schalttransistor.

In seinem Schaltstromkreis ist in Reihe mit dem Transistor die Erregerwicklung eines elektromechanischen Relais Z vorgesehen, das in manchen Anwendungsfällen auch durch eine andere, durch einen Schaltstrom steuerbare Schalteinrichtung an sich bekannter Art ersetzbar ist. Wegen der relativ hohen Ströme, die üblicherweise beim Ein- und Ausschalten von Elektronenröhren mit vorgeschriebenen Vor- und Nachheizzeiten zu schalten sind, ist für diese Schalteinrichtung, die die Anoden- und gegebenenfalls die Gitterspannung schaltet, die Verwendung eines elektromechanischen Relais jedoch besonders zweckmäßig.

An die Betriebsspannungsquelle ist die weitere " Reihenschaltung aus einem Kondensator C₁, einem Ladewiderstand R₁ sowie einer Ladediode CR, angeschlossen. Der Kondensator C, ist unter Zwischenschaltung einer Diode C₂ durch einen Entladewiderstand R₂ überbrückt; zusammen mit dieser Überbrückungsschaltung ist Kondensator C₁ parallel zur Steuerstrecke des Transistors T geschaltet.

Bei der Erfindung wird als Betriebsspannung eine Gleichspannung — U_B gegenüber Masse benutzt, im Gegensatz zum einleitend erwähnten Stand der Technik, bei dem die Betriebsspannung eine Wechselspannung ist.

Parallel zu der Reihenschaltung aus dem Ladewiderstand R, und der Ladediode C₁ liegt bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 eine Reihenschaltung aus zwei Dioden, von denen die eine die bereits erwähnte Diode CR, ist, während die andere Diode dieser Reihenschaltung mit CR_x bezeichnet ist. Die Dioden CR.₂ und CR_x sind gegensinnig zueinander gepolt. Die Diode CR_x, die mit einem Pol an der Betriebsspannung — U_B liegt, ist gleichsinnig zu der Ladediode CR, gepolt.

Zwischen dem Verbindungspunkt der Dioden CR, mit CR_x und der Betriebsspannung liegt ein zweiter Kondensator C₂; er ist somit parallel zur Diode CR₃ geschaltet.

Legt man in der gezeigten Polarität die Betriebsspannung der in F i g. 1 gezeigten Schaltung zwischen die mit — L)_B bezeichnete Klemme und das Schaltungsnullpotential (Masse), so lädt sich der erste so Kondensator C, über die Reihenschaltung aus dem Widerstand R₁ und der Diode CR₁ exponentiell auf, da die Diode CR^ in Durchlaßrichtung geschaltet ist. Gleichzeitig fließt ein Strom durch die Reihenschaltung aus der Diode CR₂ und dem Widerstand R₂. Der zweite Kondensator C₂ ist durch die Diode CR_x kurzgeschlossen. Die Diode CR., verhindert eine zusätzliche Aufladung des Kondensators C, über die Diode CR_V Der Feldeffekttransistor Γ wird bekanntlich erst leitend, wenn sein sogenanntes Gitter gegenüber seiner sogenannten Quelle negativ wird. Mit negativer werdender Gitterspannung wird er laufend niederohmiger bis infolge Spannungsteilung die Schaltungsschwellspannung des Relais 2 erreicht wird.

Durch Justieren des vorzugsweise kontinuierlich einstellbaren Widerstandes R₁ ist bei vorgegebener Schaltschwellspannung des Relais Z und vorgegebener Betriebsspannung — U_B der Schaltzeitpunkt variierbar.

Bei der Anordnung nach F i g. 1 wird der zeitbestimmende Kondensator im Schaltzeitpunkt nicht entladen, sondern er bleibt so lange aufgeladen, bis die Betriebsspannung abgeschaltet wird oder zusammenbricht (Netzausfall). Bei Fortfall der Betriebsspannung entlädt sich der Kondensator C₁ mit einer definierten Zeitkonstanten, die vorzugsweise durch den einstellbaren Widerstand R₂ änderbar ist.

Beim Entladen und fehlender Betriebsspannung wird die Reihenschaltung aus dem Transistor T, der Erregerwicklung des Relais Z und dem Kondensator C, automatisch parallel zum Kondensator C₁ geschaltet und die Diode CR₂ in ihren leitfähigen Zustand versetzt, so daß die im Kondensator C₁ gespeicherte Ladung im Widerstand R₂ vernichtet werden kann. Der Kondensator C₂ dient der beschleunigten Absenkung der Spannung über dem Kondensator C₁ auf den Schaltschwellwert. Seine Kapazität ist nach folgender Beziehung zu dimensionieren: C₂ = C₁- A U/U mit U = Schaltschwellwertspannung, A U = der abzubauende Spannungsunterschied.

Die Zeitkonstante für die Absenkung der Spannung über dem Kondensator C₁ durch die Parallelschaltung des Kondensators C, zum Kondensator C₁ ergibt sich aus C₂ · {R_Rci + ^r), wobei mit R_T der wirksame Innenwiderstand des Transistors T bezeichnet ist. In der Praxis beträgt diese Zeitkonstante nur Bruchteile einer Sekunde. Die Vernichtung der im Kondensator C₁ gespeicherten und daraufhin auf die Kondensatoren C₁ und C₂ verteilten Energie im Widerstand R., verläuft daraufhin mit einer Zeitkonstanten (C₁ + C₂) · R₂.

Falls während der Entladungsdauer die Betriebsspannung wieder eingeschaltet wird, beginnt sofort die Wiederaufladung des Kondensators C₁, wodurch der Schaltschwellwert des Relais Z um so früher erreicht wird, je kürzer die Netzausfallzeit war. Durch die Verwendung von RC-Kombinationen beim Auf- und Entladen wird in vorteilhafter Weise eine zeitliche Anpassung des Schaltverhaltens der Schutzanordnung an das gleichfalls nach einer Exponentialfunktion erfolgende Aufheizen und Abkühlen der zu schützenden Elektronenröhren bewirkt.

Werden besonders große Verzögerungszeiten in der Größenordnung von 20 Minuten für die Vorheizung gewünscht, so ist es wegen seines besonders großen Eingangswiderstandes zweckmäßig, als Transistor T einen MOS-FeI deffekttransistor zu verwenden und darauf zu achten, daß die Isolationswiderstände der verwendeten Kondensatoren C₁ und C₂ groß gegen die Widerstände R₁ bzw. R₂ sind, während die Sperrwiderstände der Dioden CR_U CR₂ und CR_x groß gegen die Widerstände R₁ bzw. R₂ sein müssen.

Vorteilhafterweise werden alle bezüglich ihres Isolationswiderstandes kritischen Bauteile in an sich bekannter Weise durch Eingießen in Gießharz gegen Feuchtigkeitseinflüsse geschützt; außerdem ist es zweckmäßig, die Betriebsspannung in an sich bekannter Weise möglichst konstant zu halten.

F i g. 2 zeigt ein in der Praxis besonders bewährtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit demjenigen nach F i g. 1 prinzipiell übereinstimmt. In F i g. 2 sind jedoch die Daten- und Typenbezeichnungen angegeben. Mit dieser Anordnung nach F i g. 2 wurde eine Vorheizzeit und eine Nachheizzeit von jeweils 5 Minuten erzielt.

Bei sehr kurzzeitigem Netzausfall, der größenordnungsmäßig weniger als 10 Sekunden andauert, ist häufig ein fast sofortiges Wiedereinschalten der Anoden- und gegebenenfalls Gitterspannung erwünscht; in diesem Fall ist somit eine nur extrem kurze Nachheizdauer erforderlich. In diesem Fall ist die Verwendung einer in F i g. 3 gezeigten Anordnung vorteilhaft, die im wesentlichen aus der Kombination zweier Anordnungen nach F i g. 1 besteht.

Die Bezugszeichen der einen dieser Schaltungshälften stimmen völlig mit denjenigen der F i g. 1 überein, während die zweite Schaltungshälfte der Anordnung nach F i g. 3 zusätzlich zum jeweiligen Bezugszeichen ein ' besitzt und die Schalteinrichtung an Stelle mit Z hier mit U bezeichnet ist. ζ und ü sind die zu den Relais Z und U gehörenden Schaltkontakte, mittels derer ein Relais ReI an die Betriebsspannung — Uβ anschließbar ist. Das Relais ReI schaltet mittels nicht gezeigter eigener Kontakte'die Anoden- und gegebenenfalls Gitterspannungen; somit werden diese Spannungen bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 nicht unmittelbar durch die in den Schaltstromstrecken der Transistoren T und T liegenden Relais Z und U geschaltet.

Die Auflade- und Entlade-Zeitkonstanten dieser die Kombination bildenden Schaltungshälften sind jedoch entsprechend dem erstrebten Einsatzzweck verschieden gewählt, beispielsweise ist die Zeitkonstante A₁C₁ zu 3 Minuten, die Zeitkonstante R₂ ■ (C₁ + C₂) zu 2 Minuten, die Zeitkonstante A₃C₃ zu 10 Minuten und die Zeitkonstante/?₄C₃ zu 30 Sekünden zu wählen. Bei der Anordnung nach F i g. 3 dient das Relais ReI mit seinen nicht gezeigten Schaltkontakten der Ein- und Ausschaltung der Anoden- und gegebenenfalls Gitterspannungen der zu schützenden Röhren. Die Erregerwicklung des

ίο Relais ReI wird über Parallelkontakte ζ und ü der Relais Z und Ü in den Schaltstromkreisen der beiden Transistoren geschaltet.

Bei den bisher beschriebenen Anordnungen fließt während der gesamten Einschaltdauer des Schaltrelais der volle Strom durch den Transistor bzw. durch die Transistoren. Um den wirtschaftlichen erforderlichen Aufwand zu reduzieren und mit kleineren Leistungstypen bei diesen Transistoren auskommen zu können, ist es häufig zweckmäßig, die Anordnung nach F i g. 4 zu verwenden, die sich von der Anordnung nach F i g. 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß dem Transistor T mit seinem Innenwiderstand R_r ein ohmscher Widerstand R über einen Selbsthaltekontakt ζ des Relais Z parallel geschaltet ist, wobei R < R_T gewählt ist, so daß nach Schalten des Relais an diesem Widerstand R praktisch volle Betriebsspannung anliegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum automatischen Einhalten vorgegebener Vor- und Nachheizzeiten beim Betrieb von Elektronenröhren, deren Anoden- und gegebenenfalls Gitterspannungen einerseits beim Inbetriebsetzen erst dann eingeschaltet werden dürfen, wenn die Kathoden der Röhren eine vorgegebene Zeitlang geheizt worden sind (Vorheizung), und andererseits nach einem Netzausfan erst dann wieder eingeschaltet werden dürfen, wenn die Kathoden während einer anderen vorgegebenen Zeitdauer, die von der Zeitdauer des Netzausfalls abhängt, nachgeheizt worden sind (Nachheizung), bei der an eine Betriebsspannungsquelle, die bei Ausfall der Anoden- und gegebenenfalls der Gitterspannung etwa gleichzeitig und gleich lang ausfällt, einerseits eine Reihenschaltung aus einem spannungsge- ao steuerten elektronischen Schaltelement, z. B. einem Schalttransistor, und einer durch den Schaltstrom des Schaltelementes steuerbare Schalteinrichtung, die die Anoden- und gegebenenfalls die Gitterspannung schaltet und die z. B. ein Schaltrelais ist, und andererseits eine Reihenschaltung aus einem mit einem Entladewiderstand überbrückten Kondensator, einer Ladediode und einem Ladewiderstand angeschlossen ist und bei der der Kondensator zusammen mit seinem ihm parallelliegenden Entiadewiderstand parallel zur Steuerstrecke des spannungsgesteuerten elektronischen Schaltelementes geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung eine Gleichspannung (-U_n) ist, daß parallel zu der Reihenschaltung aus dem Ladewiderstand (.R₁) und der Ladediode (CR₁) eine Reihenschaltung aus zwei weiteren, zueinander gegensinnig gepolten Dioden (CR₂, CR^) vorgesehen ist, von denen diejenige (CA₃), die mit einem Pol an der Betriebsspannung liegt, gleichsinnig zu der Ladediode gepolt ist, daß zwischen dem Verbindungspunkt der zwei weiteren Dioden und der Betriebsspannung ein zweiter Kondensator (C₁) angeordnet ist und daß der Entladewiderstand (R₂) zwisehen dem Verbindungspunkt der zwei weiteren Dioden und Masse angeschlossen ist (Fig. 1).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladewiderstand (R,) und/oder der Entladewiderstand (R.,) kontinuierlich einstellbar sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Feldeffekttransistor als spannungsgesteuertes elektronisches Schaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationswiderstände der zwei Kondensatoren (C₁, C) und die Sperrwiderstände der drei Dioden (C/?," CR., und CR₃) groß gegen die Widerstände des Ladewiderstandes (/?,) und Entladewiderstandes (R.,) gewählt sind. " "

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle bezüglich ihres Isolationswiderstandes kritischen Bauteile in an sich bekannter Weise durch Eingießen in Gießharz gegen Feuchtigkeitseinflüsse geschützt sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei größenordnungsmäßig unterschiedlichen möglichen Vorheiz- und Nachheizzeiten die Schaltungsanordnung zweifach vorgesehen ist, daß die Auflade- und Entlade-Zeitkonstanten diesen unterschiedlichen Zeiten angepaßt sind und daß zum Schalten der Anoden- und gegebenenfalls der Gitterspannung eine zusätzliche Schalteinrichtung (ReI) vorgesehen ist, die durch die im Schaltstromkreis der spannungsgesteuerten elektronischen Schaltelemente (T, T') liegenden Schalteinrichtungen (Z, Ü) steuerbar (z, ü) ist (F i g. 3).

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem spannungsgesteuerten elektronischen Schaltelement ein ohmscher Widerstand (R), dessen Widerstandswert kleiner als derjenige der Schaltstromstrecke des spannungsgesteuerten elektronischen Schaltelementes bei fließendem Schaltstrom gewählt ist, parallel schaltbar (z) ist, solange die Betriebsspannung anliegt (Fig. 4).