-
Kippschaltung Die Erfindung betrifft Kippschaltungen mit Transformatorrückkopplung
zur Erzeugung von Sägezahnströmen, wie sie insbesondere in der Fernsehtechnik Anwendung
finden. Hierbei ist es erwünscht, daß die Röhre während des Stromdurchganges einen
kleinen Innenwiderstand hat. Dies wird zum Teil dadurch erreicht, daß während dieser
Zeit das Rückkopplungsgitter positiv wird. Der Innenwiderstand könnte durch Verwendung
einer Raumladegitterröhre weiter herabgesetzt werden, <loch war (lies bisher
infolge der Notwendigkeit, die geringe positive Ratimladegitterspannung aus einem
besonderen Netzgerät zu erzeugen, mit einem verli:iltnian:iftig hohen Aufwand verbunden.
Die Erfindung bezweckt, durch einfache Schaltmaßnahmen diesen Aufwand wesentlich
zu verringern, hierdurch die praktische Anwendung von Raumladegitterröhren und Kippschaltungen
zu ermöglichen und damit die Eigenschaften der bisher verwendeten Kippgeräte, insbesondere
hinsichtlich des Wirkungsgrades und der erzielten Kurvenform weiter zu verbessern.
-
Erfindungsgemäß wird in einer Kippschaltung, bei der das Steuergitter
.der Kippröhre mit der Anode bzw. einem mit der Anode galvanisch verbundenen Gitter
über einen Transformator fest rückgekoppelt ist, zwischen Steuergitter und Kathode
ein Raumladegitter angeordnet, das über
eine Impedanz mit dem Steuergitter
galvanisch verbunden ist.
-
Durch diese Schaltung erübrigt sich die Anwendung besonderer Spannungsquellen
oder Netzgeräte zur Erzeugung einer positiven Raumladegitterspannung. Es ist ferner
vorteilhaft, als Impedanz eine Induktivität zu verwenden, die so bemessen ist, daß
das Raumladegitter der Kippröhre während des ersten Teils 'der Hinlaufzeit ein den
Stromfluß in der Kippröhre sperrendes Potential und während des zweiten Teils der
Hinlaufzeit infolge der durch den ansteigenden Raumladegitterstrom induzierten Spannung
ein gegenüber der Kathode schwach positives Potential erhält. Die Benutzung einer
Drossel als Impedanz hat den besonderen Vorteil, daß durch die Steuerwirkung der
darin induzierten Spannung der Wirkungsgrad der gesamten Schaltung, insbesondere
bei Verwendung einer Linearisierungsdiode zur Energierückgewinnung weiter verbessert
wird. ....
-
Zweckmäßigerweise wird eine Kippschaltung verwendet, bei der die Anode
bzw. ein mit der Anode galvanisch verbundenes Gitter und das Steuergitter unmittelbar
benachbart angeordnet sind. Es ist günstig, das Raumladegitter mit einer Anzapfung
der Gitterwicklung zu verbinden.
-
Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele
darstellenden Figuren näher beschrieben. Es zeigt Fig. i eine erfindungsgemäße Schaltung,
Fig. 2 eine vorteilhafte Weiterbildung der Schaltung, Fig. 3 ein Ersatzschaltbild,
Fig. 4 und 5 Darstellungen des Strom- und Spannungsverlaufes.
-
In Fig. i ist eine Transformatorkippschaltung dargestellt, bei der
als Kippröhre eine Raumladegitterröhre verwendet wird. Die. Anode i ist mit dem
Steuergitter 2 der Kippröhre 3 über einen Transformator 4 fest rückgekoppelt. In
die Gitterzuleitung ist ein zur Frequenzeinstellung dienendes, aus Kondensator 5
und Regelwiderstand 6 bestehendes RC-Glied eingeschaltet. Zwischen Steuergitter
2 und Kathode 7 befindet sich ein Raumladegitter 8, das über eine Impedanz 9 galvanisch
mit dem Steuergitter 2 verbunden ist. An die Anodenwicklung des Transformators 4
sind die Ablenkspulen io und ii angeschlossen. Die während der Hinlaufzeiten an
den Ablenkspulen auftretende Spannung wird über die Diode 12 als elektrische Ladungsenergie
im Kondensator 13 gespeichert. Der Kondensator 14 dient zur Glättung der Anodenspannung
der Kippröhre. Das zum Betrieb der Kippschaltung dienende Netzgerät wird an die
Klemmen 15 und 16 angeschlossen.
-
Fig. 2 zeigt eine etwas abgeänderte Ausführungsform, bei der die Impedanz
9 als Induktivität L ausgebildet ist, und zwar beträgt sie bei einer Kippfrequenz
von etwa 15 kHz zwischen ioo und 3oomHy. Die Induktivität wird derart bemessen,
daß während der ersten Hälfte des Hinlaufs eine negative Sperrspannung und während
der zweiten Hälfte des Hinlaufs durch den Raumladegitterstrom ein so großer induktiver
Spannungsabfall L # ät entsteht, daß am Raumladegitter 8, je nach Art der Röhre,
eine Raumladegitterspannung zwischen i und 12 Volt übrigbleibt. Einander entsprechende
Teile sind in Fig. 1, 2 und 3 gleichartig bezeichnet.
-
Die Wirkungsweise der Schaltung sei an Hand des Ersatzschemas der
Fig. 3 und der in Fig. 4 dargestellten Kurven erklärt. Dabei ist der Übersichtlichkeit
halber die Rücklaufzeit t1 bis t4 stark gedehnt gezeichnet. In Fig.4 zeigt Kurve
a den zeitlichen Verlauf des Ablenkspulenstromes i", Kurve b den der Spannung usp
an den Ablenkspulen und Kurve c den der Spannung uKR zwischen Kathode 7 und Raumladegitter
B.
-
Wird die Spannung U1 über die als Schalter wirkende Kippröhre 3 an
die Ablenkspulen io und ii gelegt und dadurch das Steuergitter 2 der Kippröhre positiv
gemacht, so fließt in den Ablenkspulen ein mit
ansteigender Strom.i" (Fig.4, Kurve a). Hierbei bezeichnet ü das Übersetzungsverhältnis
des Transformators. Nach einer Anstiegzeit (to bis t1) wird der Strom durch die
Kippröhre infolge der Steuerwirkung des negativ werdenden Steuergitters gesperrt
(Zeitpunkt t1). Der Spulenstrom i" wird jedoch über die Spulenkapazität CSp Weiterfließen
und dabei nach einer Sinusfunktion abnehmen. Die in der Induktivität LSP der Ablenkspulen
gespeicherte magnetische Energie wird in Ladungsenergie der Spulenkapazität C" umgesetzt.
Bei Erreichung der Maximalspannung (Zeitpunkt t3) ist der Spulenstrom gleich Null.
Von diesem Zeitpunkt ab wird bei abfallender Kondensatorspannung der Strom in negativer
Richtung durch die Spulen fließen und im Zeitpunkt t3 sein negatives Maximum erreichen.
Schwingt von Zeitpunkt t3 ab der Spulenstrom in die Spulenkapazität Csp zurück,
so wird im Zeitpunkt t4 die an C" auftretende Spannung den Wert -U2 erreichen. Von
da ab wird die Diode 12 stromdurchlässig, so daß von diesem Augenblick ab der negative
Spulenstrom gemäß
ansteigt. Wird der Diodenstrom gleich Null (Zeitpunkt t.), so ist die magnetische
Energie in den Spulen gleich Null, während die elektrische Energie in der Spulenkapazität
noch durch Uz bestimmt wird. Spannung und Strom verlaufen vom Zeitpunkt t5 bis zum
Zeitpunkt t. entsprechend einer freien Schwingung. In diesem Zeitpunkt wird die
Kippröhre stromdurchlässig, und der Kippvorgang beginnt von neuem. Wird U2
= U1 gewählt, so wird
und der Spulenstrom durchläuft von Zeitpunkt t4 bis Zeitpunkt t, eine ungebrochene
Gerade. Der Zeitabschnitt t4 bis t. ist dadurch bestimmt, daß die während dieser
Zeit von der Spulenspannung uso und der Nullinie eingeschlossene Fläche gleich der
während des Rücklaufs (Zeitabschnitt t1 bis t3) eingeschlossenen Fläche ist. Die
Gegeninduktivität M des Transformators 4 ist groß gegenüber der Induktivität L,P
und
spielt für die Betrachtung keine Rolle. Die Ausführungen dieses Absatzes gelten
streng genommen nur für eine verlustfreie Schaltung.
-
Die vorstehend beschriebene Steuerung der Kippröhre erfolgt automatisch,
wenn zwischen Raumladegitter und Rückkopplungsgitter außer dem Kipptransformator
noch eine entsprechend bemessene Induktivität L eingeschaltet ist. Hierdurch wird
erreicht, daß von dem während des Rücklaufs auftretenden negativen Spannungsimpuls
die Katlioden-ltaumladegitter-Kapazität CKR über die Induktivität L negativ aufgeladen
wird. Durch den Aufladestrom wird gleichzeitig magnetische Energie in die Induktivität
L übertragen. Nach Beendigung des Rücklaufs setzt sich diese Energie in Ladungsenergie
der Kapazität CKR um derart, daß durch den abfließenden Strom von CKR die positive
Spannung am Gitter 2 und die in der Induktivität L induzierte Spannung zusammen
die negative Aufladespannung der Kathoden-Raumladegitter-Kapazität CKR ergeben.
Der Entladestrom der Kathoden-Rauniladegitter-Kapazität wird nun durch den Spannungsabfall
an L derart geregelt, daß sich die Kathoden-Raumladegitter-Kapazität nur langsam
entladen kann, so daß die Kippröhre gesperrt bleibt. Erreicht die Spannung den Wert
Null, so setzt der Raumladegitterstrom ein, so daß von diesem Zeitpunkt t. an der
Spannungsanstieg am Gitter i noch flacher verläuft und der Kippröhre eine schwach
ansteigende positive Raumladegitterspannung erteilt wird. Die Sperrzeit der Röhre
(t, bis t5) der Kurve c läßt sich durch die Größe der Induktivität L und die Größe
der Spannung durch einen Abgriff an der Gitterwicklung des Transformators einstellen.
Ein Widerstand in lteilie zur Induktivität L verändert ebenfalls Länge und Größe
der Sperrspannung.
-
Wurde während der Zeit t3 bis t5 kein Sperrimpuls der Kippröhre zugeführt,
so wäre die Kippröhre schon zum "Zeitpunkt t4 wieder stromdurchlässig, wie dies
bei den bekannten Schaltungen auch der Fall ist, so daß der Anodenstrom den Verlauf
der Kurve d, der Diodenstrom den Verlauf e und der Spulenstrom den Verlauf f der
Fig. 5 annimmt. Die von der Kurve d und der Abszissenachse zwischen den Zeitpunkten
t4 und t1 eingeschlossene Fläche entspricht der Stromaufnahme einer bisher bekannten
Transformatorkippschaltung.
-
Bei Anordnung einer Induktivität in der Zuleitung zum llaumladegitter
3 wird vom Zeitpunkt t4 bis, zum Zeitpunkt t5 kein Strom in der Röhre 2 fließen,
und von diesem Zeitpunkt an wird der Strom ungefähr linear zunehmen, wie dies durch
den oberen Teil der Kurve f angedeutet ist. Die gesamte Stromaufnahme aus dem Netzgerät
wird durch die schräg schraffierte Fläche charakterisiert. Die Stromaufnahme der
neun Schaltung nach Fig.2 geht also im Idealfall auf 5o °/o des bisherigen Stromverbrauchs
zurück.
-
Die Erfindung kann auch bei Energierückgewinnungsschaltungen mit Vorteil
angewendet werden. Hierbei bietet der in Fig. 2 dargestellte Abgriff 18 am Transformator
die Möglichkeit, die durch Verluste in der Schaltung entstehenden Spannungsabfälle
zu berücksichtigen. Entweder können in der normalen Linearisierungsschaltung (Widerstand
parallel zu Kondensator 13 und Spannungszuführung am Punkt 17) bei Ungleichheit
zwischen Diodenstrom 1D und Kippröhrenstrom IK die Spannungen UD und Ui einander
angeglichen werden, so daß in Fig. 2 die Punkte 15 und 16 verbunden werden können,
und der dem Netzgerät entnommene Strom I ist dann nur gleich IK-ID (Stromrückgewinnung).
Oder es können bei ungleicher Diodenspannung UD und Betriebsspannung Ui die Ströme
1D und 1K einander angeglichen werden. Dann kann das Netzgerät an 15 und 16 angeschlossen
werden, welches nur noch eine Spannung U = Ui- UD liefern muß (Spannungsrückgewinnung).
-
Die Synchronisierung der Kippschaltung erfolgt zweckmäßigerweise durch
negative Impulse, die dem Raumladegitter direkt zugeführt werden.
-
Die Induktivität L wird im allgemeinen durch eine in die Raumladegitterzuleitung
eingeschaltete Spule gebildet. Es ist hierbei zur Erzielung kleiner Verluste günstig,
wenn die Zeitkonstante R der Spule größer ist als die halbe Periodendauer der erzeugten
Kippschwingung.