DE943600C - Mit geringer Spannung betriebenes Zeitschaltwerk hoher Frequenzgenauigkeit - Google Patents

Description

Die infolge der fortschreitenden Entwicklung ständig steigende Zahl der Anwendungsmöglichkeiten von Kristalloden hat auf vielen Gebieten der Technik bereits zu vielen Verwendungen dieses neuen Schaltelements geführt. So sind unter anderem Schaltvorrichtungen bekannt, die die Erzeugung von nicht sinusförmigen Schwingungen, Z.B.Kippschwingungen, mit Hilfe von Kristalloden ausnutzen oder die Auf- und Entladung eines Kondensators mittels Kristalloden zur Steuerung einer mechanischen Schaltvorrichtung verwenden.

Die für diese Zwecke benutzten Kristalloden müssen einen Verstärkungsfaktor haben, der größer als ι ist, da sonst ein einwandfreies Arbeiten nicht gewährleistet werden kann. Alle bisher bekannten Kristalloden, die dieser Bedingung genügen, haben einen Punktkontakt. Der Kollektorwiderstand R_c einer Kristallode liegt beispielsweise bei Germaniumtrioden zwischen 10 und 50 kOhm bei den üblichen Betriebsspannungen. Bei sehr kleinen Spannungen dagegen, etwa im Bereich einiger zehntel Volt bis zu einigen Volt, beträgt der Kollektorwiderstand nur einige 100 bis einige 1000 Ohm, wie aus dem Kennlinienfeld einer Spitzentriode (Abb. 1) zu ersehen ist. Liegt nun der Arbeitswiderstand im Außenkreis einer solchen Kristalltriode in der gleichen Größenordnung, so ruft jede geringfügige Änderung der Belastung eine Veränderung des Arbeits-

zustandes hervor. Man kann weiterhin aus dem Kennlinienfeld der Abb.' ι ersehen, daß der Stromverstärkungsfaktor [-Tj-) im Bereich sehr kleiner Spannungen keinen stabilen Wert hat. Es zeigt sich also, daß beim Arbeiten mit einer Kristallode mit Punktkontakt bei sehr kleinen Spannungen keine befriedigende Frequenzgenauigkeit zu erwarten ist.

ίο Nun finden aber gerade. Schaltvorrichtungen, die mit geringer Arbeitsspannung auskommen und dabei mit sehr guter Frequenzgenauigkeit arbeiten, zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten in vielen Gebieten der Technik, insbesondere der Feinwerktechnik. "

Die Erfindung betrifft ein mit geringer Spannung betriebenes Zeitschaltwerk hoher Frequenzgenauigkeit." Erfindungsgemäß ist der Kollektor einer hochohmigen Flächenkristallode, beispielsweise Germaniumtriode, mit dem komplexen Widerstand eines Schwingungskreises verbunden, der mit dem Basiskreis gekoppelt ist. Ferner sind, die Schaltelemente derart dimensioniert, daß die Kollektorspannung zusammenbricht. Der komplexe Widerstand des Schwingungskreises ist bei der Anordnung nach der Erfindung durch eine Wicklung eines Relais gebildet, oder es werden Sägezaihnimpulse an einer Zeitkonstanten, bestehend aus einem Widerstand im Kollektorkreis, einer Diode und einem Kondensator, im Außenkreis der Flächenkristallode abgenommen.

Es hat sich bei der Anordnung nach der Erfindung in manchen Fällen als zweckmäßig erwiesen, die Kapazität des Schwingungskreises in zwei Teilkapazitäten aufzuteilen. Dabei kann die eine Teilkapazität über die Induktivität des Schwingungskreises oder in Reihe mit derselben gelegt sein, während sich die andere Teilkapazität zwischen Kollektor und Basis oder zwischen Kollektor und Emittor befindet. Vorzugsweise werden die Teilkapazitäten dann derart dimensioniert, daß für die Teilkapazitäten die Bedingung besteht: C₂ ^ C₁. Es ist gegebenenfalls aber auch möglich, C₂ ■< als C₁ zu wählen. Die Verteilung des Schwingkreiskondensators hat sich besonders dann bewährt, wenn aus technischen Gründen die Schwingkreisinduktivität klein gehalten werden und somit zur Erzielung einer Frequenz von nur einigen Herz die Schwingkreiskapazität groß sein muß. Im allgemeinen genügt es, den Kondensator zur Erzielung einer niedrigen Frequenz bei kleiner Induktivität' so aufzuteilen, daß das Verhältnis von Induktivität zur Kapazität des Schwingungskreises 1 :1 bis 1: 3 ist, damit die Resonanzlage des Kreises ungestört ist. Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann die Eigenschaft der Flächenkristallode, bei der Emittorspannung ο eine große Eigenkapazität zu haben, mit ausgenutzt werden, indem die Schaltungsanordnung des Zeitschaltwerkes bei der Emittorspannung ο oder nahe ο betrieben wird. In dieser Schaltungsanordnung fallen einerseits zu- - sätzliche Schaltteile zur Erzeugung einer Vorspannung fort, und andererseits wird die vorhandene Eigenkapazität der Kristallode für das Schwingungssystem mit ausgenutzt.

Wie das Kennlinienfeld einer Germaniumflächentriode (Abb. 2) zeigt, ist bereits bei sehr kleinen Spannungen der Kollektorwiderstand sehr groß, und der Stromverstärkungsfaktor hat einen definierten Wert. Der Widerstand R_c einer Flächentriode, beispielsweise einer Germaniumflächentriode, liegt in der Größenordnung von mehreren 100 kOhm bis zu mehreren MOhm. Ein Widerstand im Außenkreis der Kristallode von mehreren kOhm ■kann sich im· Betrieb durch Erwärmung oder andere äußere Einflüsse in großen Grenzen ändern, ohne überhaupt eine spürbare Änderung des gesamten Kreiswiderstandes zu bewirken. Es tritt also durch eine Änderung des Arbeitswiderstandes keine Frequenzbeeinflussung ein. Beispielsweise ergibt sich mit einer Germaniumfläcnentriode bei einer Spannungsänderung von 2 Volt auf 14 Volt eine Frequenzänderung unter i.°/oo. Die Stromübergänge erfolgen bei einer Flächenlcristallode in fest aneinander liegenden Schichten, so daß ein Strom-Übergang, wie er für den Betrieb von empfindlichen Relais oder anderen Schaltwerken der Feinmechanik benötigt wird, nicht zu einer Erwärmung der Kristallode führt. Das Zeitschaltwerk nach der Erfindung wird mit Rechteckimpulsen betrieben, go um ein einwandfreies Einsetzen des Schaltimpulses beim Antrieb des· Zeitschaltwerkes zu gewährleisten. Die Kristallode wird derart geschaltet, daß durch die im Schwingungszustand entzogene Energie die Kollektorspannung zusammenbricht. Das gs Zusammenbrechen der Spannung kann entweder direkt an der Wicklung des im Kollektorkreis liegenden Relais oder aber auch an einem zusätzlichen Widerstand im Kollektorkreis erfolgen. Der zusätzliche Widerstand im Kollektorkreis wird zweckmäßig dann angewandt werden, wenn der Schwingungskreis zwischen Kollektor und Emittor liegt. Im letzteren Fall erfolgt bei der Flächenkristallode eine zusätzliche Kopplung auf die Basiselektrode. Die Flächenkristallode, insbesondere Germaniumflächenkristallode, benötigt im Gegensatz zur Spitzentriode, insbesondere Germaniumspitzentriode, eine zusätzliche starke Kopplung auf die Basiselektrode, um die gewünschten Schwingungen zu erhalten.

Ein Abreißen der Schwingung kann bei der Anordnung nach der Erfindung gegebenenfalls durch eine etwas positive Vorspannung des Emitters verhindert werden. Wird eine zusätzliche Vorspannung erzeugt, so müssen zusätzliche Schaltelemente benutzt werden. Da die Schaltung dann nicht mehr bei der Emittorspannung ο betrieben wird, geht auch die Eigenkapazität der Flächenkristallode entsprechend zurück und kann nicht mehr in voller Größe mitverwendet werden. Eine solche Schaltungsanordnung mit etwas vorgespanntem Emittor kommt für solche Fälle in Betracht, wo beide Halbwellen ausgenutzt werden sollen. Der Arbeitspunkt der Flächenkristallode kann dann derart gelegt werden, daß beide Halbwellen abgeschnitten werden, so daß abwechselnd ein positiver und ein nega-

tiver Rechteckimpuls entsteht. Diese Schaltungsanordnung kann somit benutzt werden, um ein Schaltwerk in zwei Impulsrichtungen zu betreiben. Das Zeitschaltwerk nach der Erfindung mit einer hochohmigen Flächenkristallode, beispielsweise Germaniumflächentriode, ist besonders für solche Geräte geeignet, bei denen ein bei kleinsten Ausmaßen und kleinsten Spannungen empfindliches und in der Frequenz genaues Zeitschaltwerk er f or der -

ίο Hch ist. Da es im großen Bereich von der Spannung unabhängig ist, kann es besonders dort angewandt werden, wo trotz Spannungsschwankungen, z. B. bei Batteriespeisung, die Frequenz feststehen muß. Das Zeitschaltwerk kann im Kleinwerkbau, in der Uhrenherstellung, im Spielzeugbau u. dgl. eingesetzt werden. Da bei der Abgabe von Spannungsimpulsen nur Ströme in der Größe von etwa ι μ Α bis zu wenigen mA fließen, braucht der Spülendraht sehr schwach zu sein. In manchen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Flächenkristallode in ein Gehäuse einzubauen und dies Gehäuse gleich als Kondensator auszulegen, um gegebenenfalls einen Kondensator zu ersparen.

Gegebenenfalls kann das Zeitschaltwerk nach der Erfindung auch zur Abgabe von Sägezahnimpulsen höherer Spannung und größerer Leistung benutzt werden'. In diesem Fall kann über den Arbeitswiderstand im Kollektorkreis ein Kondensator gelegt werden. Der Kondensator wird durch einen Impuls aufgeladen. In der Pause zwischen zwei Impulsen erfolgt die Umladung. Eine Diode im Kondensatorkreis verhindert Einschwingvorgänge bei der Aufladung.

Der Gegenstand der Erfindung ist im folgenden an Hand der fünf Abbildungen näher erläutert. Die Abb. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung für ein Zeitschaltwerk nach der Erfindung mit einem Relais R als Schwingkreis im Kollektorkreis bzw. Basiskreis. Die in diesem Fall benutzte Flächentriode G weist die Anschlüsse E für den Emittor, K für Kollektor und B für die Basis auf. Die Kondensatoren C₁ und C₂ sind in-der bereits oben beschriebenen Weise verteilt angeordnet.

Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist in der Abb. 4 enthalten. Die der Abb. 3 entsprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das Relais R arbeitet wiederum als Schwingungskreis und ist wie' im Fall der Abb. 3 mit zwei Wicklungen versehen. Im Kollektorkreis befindet sich ein Widerstand R₀.

Die Abb. S gibt eine Schaltungsanordnung zur Abnahme einer Sägezahnschwingung wieder. Die Flächentriode ist wiederum mit den gleichen Bezugszeichen wie in den übrigen Abbildungen versehen. Ein Schwingungskreis 5 ist im Kollektorkreis angeordnet und ist mit dem Basiskreis gekoppelt. Der Schwingungskondensator ist mit C₃ bezeichnet. Im Kollektorkreis liegt ein Widerstand R_c, über welchen im Außenkreis eine Diode D und ein Kondensator C₄ geschaltet sind. An den Kondensatoren C₅ und C₆ werden die Impulse abgenommen.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ι. Mit geringer Spannung betriebenes Zeitschaltwerk hoher Frequenzgenauigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor einer hochohmigen Flächenkristallode, beispielsweise Germaniumtriode, mit dem komplexen Widerstand eines Schwingungskreises verbunden ist, der mit dem Basiskreis gekoppelt ist, daß die Schalt·; elemente derart dimensioniert sind, daß die Kollektorspannung zusammenbricht, und daß der komplexe Widerstand des Schwingungskreises durch eine Wicklung eines Relais gebildet ist oder Sägezahnimpulse an einer Zeitkonstanten, bestehend aus einem Widerstand (R_c) im Kollektorkreis, einer Diode (D) und einem Kondensator (C₄) im Außenkreis der Flächenkristallode abgenommen werden.
2. 2. Zeitschaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Schwingungskreises in zwei Teilkapazitäten (C₁, C₂) aufgeteilt ist.
3. 3. Zeitschaltwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Teilkapazität (C₂) über die Induktivität des Schwingungskreises go oder in Reihe mit derselben gelegt ist, während sich die andere Teilkapazität (C₃) zwischen Kollektor und Basis oder zwischen Kollektor und Emittor befindet.
4. 4. Zeitschaltwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Teilkapazitäten die Bedingung besteht: C₂ ^ C₁.
5. 5. Zeitschaltwerk mit einem Schwingungskreis zwischen Kollektor und Emittor nach Anspruch ι oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Widerstand (R_c) im Kollektorkreis liegt.
6. 6. Zeitschaltwerk nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Schaltwerks die Kapazität bzw. eine Teilkapazität bildet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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