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Einrichtung zur Erzeugung von elektrischen Impulsen hoher Leistung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von elektrischen Impulsen
hoher Leistung, die sich insbesondere zur anodenseitigen Eintastung von impulsmäßig
betriebenen Senderöhren eignet. Bislang verwendet man zu diesem Zweck meist eine
Taststufe mit einer Hochvakuumröhre, die gitterseitig durch rechteckförmige Impulse
gesteuert wird und anodenseitig über einen hinreichend breitbandigen Übertrager
an die Anode der Senderöhre angeschlossen ist. Die Hochvakuumröhre muß dabei in
der Lage sein, eine hohe Anodenspannung zu sperren und bei der Öffnung durch den
gitterseitigen Steuerimpuls einen hohen Strom abzugeben. Außerdem muß der Spannungsabfall
an der Röhre möglichst niedrig sein, um einen guten Wirkungsgrad zu gewährleisten.
Um eine hinreichend große Emission zu erzielen, ist die Verwendung von Oxydkathoden
versucht worden. Dabei ergibt sich zwar der Vorteil, daß die erforderliche Heizleistung
gegenüber anderen Kathodenarten, z. B. der Thoriumkathode, wesentlich niedriger
ist, doch stellt sich gleichzeitig der Nachteil ein, daß die Röhre nur begrenzte
Spannungsfestigkeit aufweist. Bei großen Impulsleistungen müssen deshalb Röhren
mit Thoriumkathoden verwendet werden, bei denen der Innenwiderstand infolge der
erforderlichen großen Elektrodenabstände wesentlich größer ist.
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Die Verwendung einer gas- oder dampfgefüllten Stromrichterröhre an
Stelle der Hochvakuumröhre würde in dieser Hinsicht einen wesentlichen Fortschritt
bringen, weil infolge des kleinen Spannungsabfalls in
solchen Röhren
ein außerordentlich hoher Wirkungsgrad erzielt werden könnte. Es -gibt jedoch zur
Zeit noch keine Stromrichterröhren, die gitterseitig geöffnet und gesperrt werden
können und dabei sehr große Ströme liefern. Man ist daher bei der Erzeugung starker
Stromimpulse mit Hilfe von Stromrichterröhren darauf angewiesen, nur den Zündeinsatz
an einer Gitter- oder Zündelektrode zu steuern und muß die Löschung durch schaltungstechnische
Maßnahmen im Anodenkreis erzwingen. Man könnte z. B. einen Stromrichter ohne Zwischenschaltung
eines Transformators in Serie mit der Senderöhre arbeiten lassen und die Eintastung
des Senders durch den Zündeinsatz der Stromrichterröhre, die Austastung hingegen
durch gitterseitige Steuerung der Senderöhre bewirken. Dieser Vorschlag hat jedoch
den Nachteil, daß in dem Moment, in dem der Sender gesperrt werden soll, die Spannungsverteilung
für die Senderöhre ungünstig wird, weil sich die gesamte Gleichspannung auf die
Stromrichterröhxe und die Senderöhre im Verhältnis ihrer Isolationswiderstände aufteilt.
Es ist ersichtlich, daß bei einer solchen Schaltung der Hauptvorteil des Impulsbetriebes
von Senderöhren, nämlich die Erzielung einer hohen Spannungsfestigkeit durch Anodentastung,
zum Teil hinfällig wird,. weil auch nach der Sperrung der Senderöhre noch eine nur
langsam abklingende Anodengleichspannung an der Senderöhre anliegt.
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Die geschilderten Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung dadurch
vermieden, daß im Anodenkreis einer gas- oder dampfgefüllten Stromrichterröhre,
die gitterseitig im Rhythmus der Impulsfolge gezündet wird und jeweils durch den
Zündeinsatz die Impulsvorderflanke festlegt, ein zur Impulsabnahme dienender Transformator
mit einem ferromagnetischen Kern liegt, der bei hoher Anfangspermeabilität einen
scharf ausgeprägten Übergang ins Sättigungsgebiet aufweist und jeweils durch Erreichen
der Sättigung die Impulshinterflanke festlegt. Der Zeitpunkt der Löschung der Stromrichterröhre
ist hierbei für die erzielte Impulsbreite ohne Belang, er kann daher innerhalb gewisser
Grenzen beliebig in den Tastpausen liegen. Man kann zur Löschung beispielsweise
in Serie mit der Primärwicklung des Transformators einen Kondensator schalten, der
jeweils gegen Ende der Tastpausen über einen hohen Widerstand von einer Gleichspannungsquelle,
z. B. vom Netzanschlußgerät, aufgeladen wird und sich in den Tastzeiten und zu Beginn
der Tastpausen über die Stromrichterröhre entlädt, bis die Stromrichterröhre gelöscht
ist.
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Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. r dar- ,@ gestellt. Die
gasgefüllte Stromrichterröhre z wird gitterseitig durch eine Wechselspannung gezündet,
die vom Transformator 2 entnommen wird und die von einer Batterie 3 gelieferte negative
Vorspannung U9', überwindet. In Fig. 3 a ist der zeitliche Verlauf der Gitterspannung
dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Gitterwechselspannung in den Zeitpunkten
a und b die vom Betrag der Anodenspannung abhängige Zündspannung Ugz überschreitet
und die Röhre zündet. Im Anodenkreis dieser Röhre liegt nun gemäß der Erfindung
ein Transformator q. mit einem ferromagnetischen Kern, der hohe Anfangspermeabilität
und einen stark ausgeprägten Übergang ins Sättigungsgebiet aufweist. In Fig. 2 sind
die Maggnetisierungskurve sowie der Verlauf der Permeabilitäty für einen solchen
Transformator schematisch dargestellt. Man erkennt, daß bei Erreichen der Sättigung
die Permeabilität sprunghaft auf einen sehr kleinen Wert absinkt, so daß die Primärseite
des Transformators nahezu kurzgeschlossen ist. Sobald der bei Zündung der Stromrichterröhre
einsetzende Magnetisierungsstrom die Sättigung des Transformators q. bewirkt, sinkt
daher die Sekundärspannung Uz des Transformators sprunghaft ab. Die Breite des sekundärseitig
entnommenen Spannungsimpulses ist also nur von der Lage des Sättigungspunktes des
Transformators abhängig, jedoch nicht von dem zeitlichen Verlauf des Primärstromes.
In Fig. 3 b ist die an der Stromrichterröhre anliegende Spannung U" dargestellt.
Es ist ersichtlich, daß diese Spannung im Zündaugenblick ä sprunghaft auf den Wert
der Brennspannung Ub der Röhre absinkt. Nach Löschen der Röhre beginnt sich der
Kondensator 5 über den Hochohmwiderstand 6 von der Gleichspannungsquelle her aufzuladen,
und die Spannung U" steigt wieder an, bis der nächste Zündeinsatz b erfolgt. Die
Löschung der Stromrichterröhre erfolgt durch Ausfall der Anodenspannung an einer
beliebigen Stelle zwischen den beiden Zündeinsätzen a und b. In Fig. 3 c ist der
zeitliche Verlauf des Anodenstromes Ja dargestellt, während die Fig. 3 d den Verlauf
der Sekundärspannung U2 des Transformators q. zeigt. Man erkennt, daß die Breite
der Spannungsimpulse unabhängig von der Breite der Stromimpulse ist.
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Während es bei Taststufen mit Hochvakuumröhren erforderlich ist, die
gitterseitige Eintastung durch rechteckförmige Steuerimpulse vorzunehmen, kann man
bei gasgefüllten Stromrichterröhren in der erfindungsgemäßen Schaltung beliebige
Wechselstromkurven zur gitterseitigen Steuerung anwenden, weil die Impulsform einerseits
durch den Zündeinsatz der Stromrichterröhre und andererseits durch die Sättigung
des Transformators eindeutig festgelegt wird. Durch den Fortfall eines Impulsgenerators
für die Steuerimpulse ergibt sich eine wesentliche apparative Vereinfachung.
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Wenn man die Anodenspannung der Stromrichterröhre in der geschilderten
Weise von einem über einen Hochohmwiderstand aufgeladenen Kondensator entnimmt,
kann man wegen des Verlustes am Ladewiderstand nur einen Wirkungsgrad von etwa 50
0/, im Ladekreis erhalten. Diesen Leistungsverlust kann man umgehen, wenn
man die Anodenspeisung mit Hilfe einer Wechselspannungaquelle mit der Impulsfrequenz
durchführt. Ein solches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. q. dargestellt.
Zur Erzeugung der Leistungsimpulse dient hier ein Ignitron 7, dem die Anodenspannung
über einen Transformator 8 zugeführt wird. Der Name Ignitron genießt Warenzeichenschutz.
Die Steuerimpulse für die Senderöhre werden wieder über einen Transformator g mit
einem ferromagnetischen Kern hoher Anfangspermeabilität und stark geknickter Magnetisierungskurve
entnommen. Die gitterseitige Eintastung des Ignitrons erfolgt mit Hilfe einer Gasentladungsröhre
xo, deren Gitterkreis über einen parallel zum Transformator 8 geschalteten
Transformator
fi im Rhythmus der Impulsfolge gezündet wird. Im Anodenkreis dieser Röhre befindet
sich ein Kondensatorladekreis mit verhältnismäßig kleiner Kapazität 12 und großem
Ladewiderstand i3.
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In Fig. 5 a ist die zeitliche Folge der Zündimpulse Z für das Ignitron
7 dargestellt. Die Fig. 5 b zeigt den Verlauf der an der Anode des Ignitrons liegenden
Spannung U", die nach Zünden des Ignitrons plötzlich auf die Brennspannung Ub absinkt.
In Fig. 5 c und 5 d sind ferner der Anodenstrom I" und die Sekundärspannung Uz des
Transformators 9 dargestellt.
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Bei gitter- und anodenseitiger Steuerung der Stromrichterröhre mit
Wechselspannungen kann man durch Abkappen der positiven Halbsinuswellen erreichen,
daß der Stromflußwinkel im Primärkreis des Transformators sehr klein ist, wodurch
der Wirkungsgrad noch weiterhin gesteigert wird. Zur Beseitigung einer Gleichstromvormagnetisierung
kann man den Transformator mit einer Kompensationswicklung ausrüsten. Durch die
Einregelung des Kompensationsstromes kann man den Zeitpunkt des Überganges vom ungesättigten
in den gesättigten Zustand einregem. Der Kompensationsstrom kann entweder ein Gleichstrom
oder ein Wechselstrom sein.
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Durch die Verwendung von gasgefüllten Stromrichterröhren kann man
einen praktisch unbegrenzt hohen Primärstrom erzielen. Die maximale Impulsfolgefrequenz
ist durch die Entionisierungszeit der Stromrichterröhre vorgegeben, jedoch ist man
in der Lage, durch Einbau von Entionisierungsflächen und durch Potentialsteuerung
derselben bzw. durch Anwendung bestimmter Edelgasmischungen und Variation des Druckes
die Entionisierungszeit in der für große Impulsfolgefrequenzen erforderlichen Weise
zu verkürzen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von gasgefüllten Stromrichterröhren
für den Impulsbetrieb besteht in der Verkleinerung des Gerätes, weil die Verlustleistung
infolge des kleinen Spannungsabfalles sehr klein ist und weil fernerhin wegen der
großen Kathodenergiebigkeit solcher Röhren die Ausmaße derselben wesentlich kleiner
sind als die von Hochvakuumröhren gleicher Leistung.