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Prüfgerät für Induktivitäten.insbesondere Zeilentransformatoren, Transformatored
zurHochspannungserzeugung,Zeilenablenkspulen und Bildablenkspuler inFernsehgeräten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Prüfgerät zur Prüfung von Induktivitäten,
insbesondere Zeilentransformatoren, Transformatoren zur HochßpannungBerzeugung,
Zeilenablenkspulen und Bildablenkspulen in Fernsehgeräten.
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Das Prüfgerät gemäß der Erfindung soll vor allem die schwierige Fehlerbestimmung
in den Zeilenendstufen von Fernsehgeräten, und in den Hochspannungsstufen von Farbfernsehgeräten
vereinfachen.
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Zeilentransformatoren weisen in den meisten Fällen keine sichtbaren
oder mit einfachen Meßgeräten, z.B. Ohmmetern, erkennbare Fehler auf. Dementsprechend
schwierig und unsiche r ist die Fehlersuche. Mit Hilfe des Prüfgerätes gemäß der
Erfindung ist eine sichere Entscheidung in kürzester Zeit möglich.
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Es sind folgende Verfahren bekannt: 1. Messung der Induktivität der
vorhandenen Spulen.
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2. Verfahren, bei denen die vorhandenen Eigenresonanzfrequenzen des
Prüflings ermittelt werden. Im Fehlerfall tritt eine Verschiebung dieser Frequenzen
auf, oder es sind keine Eigenresonanzen vorhanden. (Funkschau Heft 7/1970 Seite
205) 3. Verfahren, bei denen der Prüfling mittels Rechteckimpulsen zu gedämpften
Schwingungen angestoßen wird. Die Zeitdauer bis zum Abklingen der Schwingungen ist
ein Maß für die vorhandene Dämpfung.
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Verfahren nach 1. setzen das Vorhandensein von Induktivitätsmeßgeräten
voraus. Je nach Art des Fehlers den der Prüfling hat, tritt keine wesentliche Änderung
der Induktivität ein, lediglich die SpulengUte wird schlechter. Eine sichere Fehlerbestimmung
nach dieser Methode ist ungeübten Technikern nicht möglich.
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Da z.B. Zeilentransformatoren verschiedner Firmen unterschiedlich
bemessene Teil spulen aufweisen, deren Anschlüsse außerdem noch
raumlich verschieden angeordnet sind, ist dieses Verfahren für Service Werkstätten
nicht brauchbar.
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Beim Verfahren nach 2. wird an den Prüfling über einen Widerstand
die Spannung eines Sinusgenerators gelegt. Wenn die Frequenz des Sinusgenerators
mit der Eigenresonanzfrequenz des Prüflings Ubereinstimmt, stellt dieser einen hochohmigen
Belastungswiderstand dar. Die Belastung des Generators ist dann klein, am Prüfling
tritt ein Spannangs;;J;u=ay
Bei der praktischen Ermittlung der Resonanzfrequenzen
wird die Frequenz des Sinusgenerators manuell oder automatisch im Bereichder möglichen
Resonanzfrequenzen verstellt. Mit Hilfe eines Oszillografen werden die. auftretenden
Resonanzfrequenzen ermittelt.
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Im Fehlerfall tritt eine Verschiebung oder der Ausfall einzelner Resonanzfrequenzen
ein. Besonders nachteilig bei diesem Verfahren ist die Tatsache, daß die auftretenden
Eigenresonanzfrequenzen bei verschiedenen Fabrikaten verschieden sein können. Außerdem
muß die Zeitachse des Oszillografen in Frequenzen geeicht sein.
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Auch die Verschiebung einer Resonanzfrequenz bedeutet nicht mit Sicherheit
eine "schlecht" Anzeige.
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Dieses Verfahren ist nur brauchbar, wenn von jedem vorkommenden Typ
Meßkurven vorliegen. Soll die Prüfung im eingebauten Zustand des Prüflings vorgenommen
werden, müssen außerdem noch Meßkurven der verschiedenen Geräte typen vorhanden
sein.
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Das Verfahren nach 3. benützt zur Prüfung Rechteckimpulse.
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Diese werden auf den Prüfling gegeben und sollen diesen zu gedämpften
Schwingungen anregen. Dabei wäre die Zeitdauer der gedämpften Schwingung bei gutem
Prüfling groß und bei fehlerhaftem Prüfling kitt klein. Da die Widerstände der Prüflinge
zum Teil sehr klein sind, währen zu diesem Prüfverfahren Rechteckimpulsgeneratoren
mit verhältnismäß großer Leistung und kleinem Innenwiderstand erforderlich.(Anpassun8)
Da aber der niedere Innenwider stand des Impulsgenerators parallel zum Prüfling
liegt (Fig. 2), wid dieser stark bedämpft. Es kann sich keine brauchbare gedämpfte
Schwingung ausbilden. Aus diesem Grund ist dieses Verfahren in dieser Form praktisch
nicht brauchbar.
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Das Verfahren wurde jedoch gemäß der Erfindung weiterentwickelt und
wird weiter unten beschrieben.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, die Fehlersuche bei Induktivitäten,
insbesondere in den Zeilenendstufen und Hochspannungsgeneratoren von Fernsehgeräten
zu vereinfachen. Dabei soll es möglich sein, Zeilentransformatoren und Transformatoren
zur Hoehspannungserzeugung auch im eingebauten Zustand, mit Sicherheit aber im ausgebauten
Zustand zu prüfen, und zwar gefahrlos bei ausgeschaltetem Gerät.
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Die Aufgabe kann dadurch gelöst werden, daß in der Weiterentwicklung
des oben beschriebenen Verfahrens nach 3., gemäß der Erfindung, im Prüfling periodisch
eine gedämpfte Schwingung angeregt wird. Die entstehende Schwingung wird auf einem
Oszillograten
dargestellt. Die Zeitdauer ist lang, wenn der Prüfling
gut ist, und sie ist kurz, wenn der Prüfling fehlerhaft ist.
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Zur Prüfung muß der Prufling an einen Rechteckimpulsgenerator angeschlossen
werden, der eine Impulsfolge ähnlich Fig. 1 liefert. Dabei hat der Impuls die Zeitdauer
ti, die Impulspause die Zeitdauer tp, die Impulsfolgefrequenz hat die Periodendauer
T.
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Die Periodendauer ist der Kehrwert der Impulsfolgefrequenz f.
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T= 1/f.
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Dem Prüfling wird während der Impulsdauer ti (Fig. 1) elektrische
Energie zugeführt, die im Prüfling ein Magnetfeld aufbaut. Bei Beginn der Impulspause
tp (Fig. 1) bricht das Magnetfeld im Prüfling zusammen. Größere Spulen wie Zeilentransformatoren,
Ablenkeinheiten usw. besitzen eine zum Teil beträchtliche Eigenkapazität Ce. Sie
stellen somit einen Parallelresonanzkreis dar, bestehend aus der Induktivität L
und der Eigenkapazität Ce.
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Das zusammenfallende Magnetfeld ruft im Prüfling eine gedämpfte Schwingung
hervor. Die Zeitdauer der Schwingung hängt von der Güte des Prüflings ab. Bei fehlerhaftem
Prüfling ist die Güte klein, die Zeitdauer der gadämpften Schwingungen also kurz.
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Da die einzelnen Prüflinge zum Teil sehr kleine Widerstände aufweisen,
muß der Innenwiderstand des Impulsgenerators klein sein.
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(Anpassung) Dieser kleine Innenwiderstand liegt aber auch während
der Impulspause tp parallel zum Prüfling (Fig. 2). Der Prüfling wird daurch so stark
bedämpft, daß sich keine, oder keine nennenswerte gedämpfte Schwingung ausbilden
kann. Damit ist das Verfahren in dieser Form nicht brauchbar. Damit es angewendet
werden kann muß folgende Forderung erfüllt werden: Der Innenwiderstand des Impulsgenerators
muß während der Impulsdauer ti klein, und während der Impulspause tp sehr groß sein.
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In der Weiterentwicklung des Verfahrens kann diese Forderung dadurch
erfüllt werden, daß die Impulse durch einen periodisch betätigten Schalter, z.B.
Relais, erzeugt werden. Fig. 3 zeigt dieses Prinzip. Fig. 3A stellt den Impulsgenerator
dar. Das Relais d wird dabei periodisch ein- und ausgeschaltet. Bei geschlossenem
Relaiskontakt d liegt die Spannung der Stromquelle n an den Klemmen x-y und damit
auch am angeactlossenen Prüfling (Fig. 3B) Der innenwiderstand des Impulsgenerators
(Fig. 3A) ist praktisch gleich dem Widerstand der Stromquelle, kann also Xx klein
gemacht werden. Bei geöffnetem Relaiskontakt d ist die Stromquelle n vom Prüfling
abgetrennt. Der Widerstand ist praktisch unendlich groß geworden. Ein impulsgenerator
gemäß Fig. 3A liefert ebenfalls
eine Impulsfolge gem. Fig. 1; dabei
ist aber der Innenwiderstand während der Impulsdauer ti klein und während der Imp-pause
tp praktisch unendlich groß. Der Prüfling kann jetzt während der Impulapause auf
seiner Eigenfrequenz schwingen. Die gedämpfte Schwingung kann auf einem Oszillografen
dargestellt und ausgewertet werden.
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Das eben beschriebene Verfahren hat den Nachteil, daß der Relaiskontakt
d (Fig. 3A) praktisch nicht prellfrei geschaltet werden kann. Deshalb lassen sich
keine einwandfrei stehenden Bilder auf dem Oszillografen erzielen, und damit ist
eine brauchbare Auswertung nicht möglich.
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Bei der We-iterbildung des Verfahrens wurde der mechanische Kontakt
d (Fig. 3A) durch einen elektronischen Schalter erstzt.
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Dabei mußte wiederum die Forderung erfüllt werden, daß der Innenwiderstand
des Impulsgenerator9 während der Impulsdauer ti klein, und während der Impulspause
sehr groß ist.
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In der Lösung wurde zunächst der mechanische Kontakt durch einen Transistor
T V (Fig. 4A) ersetzt. Der Transistor wird durch einen Steuergenerator u gesteuert,
und schaltet die Stromquelle n periodisch an den Ausgang. Es entsteht wiederum eine
Impulsfolge gem. Fig. 1. Die Forderung nach kleinem Innenwiderstand während der
Impulsdauer ti, und großem Innenwiderstand während der Impulspause tp läßt sich
aber mit dieser Schaltung nur teilweise realisieren. Zwar ist der Innenwiderstand
des Impulsgenerators während der Impulsdauer ti klein und praktisch nur vom Innenwiderstand
der Stromquelle n abhängig, während der Impulspause tp jedoch praktisch nicht sehr
groß.
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Fig. 53 zeigt das Etsatzschaltbild eines npn Transistors. Er besteht
demnach aus zwei gegeneinander geschalteten Dioden. Der Stromdurchgang vom Kollektor
zum Emitter ist nur im durchgeschalteten Zustand des Transistors möglich (Impulsdauer
ti). Im nichtdurchgeschalteten Zustand ist diese Strecke gesperrt, also hochohmig.
(Impulspause tp) Jetzt liegt aber die Reihenschaltung von Innenwiderstand des Steuergenerators
n und Basis-Kollektordiode des Transistors v parallel zum Prüfling(Fig. 5G). Die
Kollektor-Basis-Diode des Transistors v würde eine Halbwelle der entstehenden gedämpften
Schwingung gleichrichten. Der Prüfling würde wiederum stark bedämpft.
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In der Weiterentwicklung des Verfahrens konnte die Forderung nach
sehr großem Innenwiderstand während der Impulspause tp
durch Einschalten
einer Siliziumdiode D in Reihe zur Basis-Kollektordiode des Transistors verwirklicht
werden. Fig. 6 zeigt die Schaltung. Im durchgeschalteten Zustand des Transistors
(Impulsdauer ti) ist die Emitter-Kollektor-Strecke leitend. Die Diode D liegt ebenfalls
in Durchlaßrichtung im Stromkreis. Die Pfeile in Fig. 6 zeigen die Richtung des
Stromflusses während der Impulsdauer ti. Im nichtdurchgeschalteten Zustand des Transistors
ist die Emitter-Kollektor- Strecke gesperrt, es beginnt die Impulspause ti.
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Im Prüfling ensteht eine gedämpfte Schwingung. Die Wechselspannung
dieser Schwingung liegt an den Klemmen x-y des Impulsgenerators.
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Fig. 7A zeigt die Verhältnisse während der Halbwelle der gedämpften
Schwingung, in'der die EMK E von unten nach oben gerichtet ist.
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An der Klemme x liegt positives, an der Klemme y negatives Potential.
Die Emitter-Kollektor-Strecke ist gesperrt. Ein Stromweg wäre möglich über die Diode
D, Kollektor-Basis-Diode des Transistors v und Steuergenerator u nach Klemme y.
Nun ist zwar die Diode D für die angenommene Spannungsrichtung in Durchlaßrichtung
geschaltet, jedoch die Kollektor-Basis-Diode in Sperrichtung. Ein Stromfluß ist
nicht möglich.
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Fig. 7B zeigt die Verhältnisse während der zweiten Halbwelle der gedämpften
Schwingung, in der die EMK E von oben nach unten gerichtet ist. An der Klemme x
liegt jetzt negatives, an der Klemme y positives Potential. Ein Stromweg wäre auch
jetzt wie oben beschrieben möglich. Für die Polarität der anliegenden Spannung ist
zwar jetzt die Kollektor-Basis-Diode des Transistors in Durchlaßrichtung geschltet,
jedoch die Diode D in Sperrichtung. Ein Stromfluß ist ebenfalls nicht möglich. Bei
Verwendung eines pnp Transistors müßte die Diode D umgepolt werden.
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Damit ist die Forderung erfüllt, daß der Innenwiderstand des Impulsgenerators
während der Impulsdauer ti klein und während der Impulspauss tp sehr groß sein muß.
Diese Forderung kann auch durch Verwendung eines Feldeffekttransistors oder eines
ähnlichen Halbleiters erfüllt werden.
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sollen Induktivitäten geprüft werden, die praktisch keine Eigenkapazität
besitzen, dann kann diesen eine verlustarme Kapazität parallel geschaltet werden.
Die Frequenz der entstehenden Schwingung hängt dann von der Induktivität L und von
der Parallelkapazität Cp ab (Fig. 8). Da die Parallelkapazität praktisch verlustfrei
ist, hängt die Dämpfung allein von der Spulengüte ab. Die Zeitdauer der entstehenden
gedämpften Schwingung ist also auch in diesem Fall lang wenn die Spule fehlerfrei
ist, und sie ist kurz, wenn die Spule einen Fehler aufweist.
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Die gestellte Aufgabe ist damit zunächst gelöst: Ein Rechteckimpulsgenerator
liefert eine Rechteckimpulsfolge. Der Innenwiderstand des Rechteckimpulsgenerators
ist während der Impulsdauer ti klein, und er ist während der Impulspause sehr groß.
Diese Rechteckimpulse werden auf die zu prüfenden Induktivitäten gegeben. induktivitäten
bilden zusammen mit ihrer Eigenkapazität Ce einen Parallelresonanzkreis. Den Induktivitäten,
die praktisch keine oder eine zu geringe Eigenkapazität aufweisen, kann eine äußere
Kapazität 0p parallel geschaltet werden. So entsteht wiederum ein Parallelresonanzkreis.
Die Parallelresonanzkreise werden durch die Rechteckimpulse zu gedämpften Schwingungen
angestoßen. Die entstehenden gedämpften Schwingungen werden auf einem Oszillografen
sichbar gemacht. Die Zeitdauer der Schwingungen hängt vorwiegend von der Spulengüte
ab. Sie ist bei guten Prüflingen lang, und sie ist kurz bei fehlerhaften Prüflingenl
Die Auswertung der Oszillogramme ist in Fig. 9 dargestellt.
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Fig. 9A zeigt die vom Rechteckimpulsgenerator gelieferte Impulsfolge,
Fig. 9B das Oszillogramm der enstehenden gedämpften Schwingung eines guten Prüflings.
Die gedämpfte Schwingung Fig. 9B beginnt mit der Impulspause tp Fig. 9A Zur Beurteilung
muß die Zeitdauer t1 (Fig. 9B) bis zum Abklingen der gedämpften Schwingung gemessen
werden. Fig. 9C zeigt das Oszillogramm eines fehlerhaften Prüflings vom gleichen
Typ wie in Fig. 9B. Die Zeitdauer bis zum Abklingen der Schwingung ist jetzt sehr
viel kürzer.
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Die Messung der Ausschwingdauer der gedämpften Schwingung setzt normalerweise
einen zeitgeeichten Oszillorafen voraus. Bei der weiteren Ausgestaltung der Erfindung
wurde dieser Nachteil dadurch beseitigt, daß die Periodendauer der Impulsfolgefrequenz
der Zeitdauer der gedämpften Schwingung angepaßt wurde. Fig. 10 zeigt dies nochmals
für die in Fig. 9 verwendeten Prüflinge: Fig. 10A zeigt die vom Impulsgenerator
gelieferte Impulsfolge. Die Periodendauer T ist jetzt sehr viel kürzer als in Fig.
9A. Auch hier entsteht die gleiche gedämpfte Schwingung wie in Fig. 9B. Dadurch,
daß jetzt die Impulspause t, p sehr viel kürzer ist als in Fig. 9A kann die gedämpfte
Schwingung nicht bis zum Wert null abklingen. Die gedämpfte Schwingung (Fig. lOB)
hat am Ende der Impulspause tp (Fig. 10A) noch eine bestimmte Amplitude. Mit Beginn
des nächsten Impulses wird der Innenwiderstand des impulsgenerators wieder sehr
klein und bewirkt damit eine so große Bedämpfung des Prüflings, daß die gedämpfte
Schwingung sofort zu null wird. Fig. 10C zeigt den
Vorgang wiederum
für einen fehlerbehafteten Prüfling. Die Dämpfung ist jetzt so groß, daß die Schwingung
schon lange vor Beginn des nächsten Impulses abgeklungen ist.
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Die Beurteilung des Prüflings geschieht jetzt dadurch, daß man feststellt,
ob die gedämpfte Schwingung am Ende der Impulspause tp noch nicht abgeklungen ist
(gut), oder ob die gedämpfte Schwingung schon vor dem Ende der Impulspause tp abgeklungen
ist. Die Zeitdauer der Schwingung braucht nicht mehr gemessen zu werden, es genügt
also jeder gewohnliche Oszillograf.
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Durch verandern der Impulsfolgefrequenz kann das Verfahren den zu
prüfenden Typen angepaßt werden.
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Abweichend vom bisher besohriebenen Verfahren wäre es auch möglich
die entstehenden Schwingungen mit einer geeigneten Einrichtung zu messen und mit
einem Zeigerinstrument anzuzeigen.
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Das Prüfverfahren kann auch dann angewendet werden, wenn die Impulse
von der idealen Rechteckform abweichen.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehend insbesondere darin,
daß die Zeit zur Fehlersuche bei Induktivitäten, insbesondere Zeilentransformatoren,
Transformatoren zur Hochspannungserzeugung, Zeilenablenkspulen und Bildablenkspulen
von Fernsehgeräten auf ein Minimum reduziert wird. Die Prüfung kann völlig gefahrlos
am ausgeschalteten Gerät erfolgen. Zeilentransformatoren, Transformatoren zur Hochspannungserzeugung,
Zeilenablenkspulen und Bildablenkspulen können auch im eingebauten Zustand geprüft
werden. Kein Zeitraubeder Ausbau! Die Prüfung ist so einfach durchzuführen, daß
sie auch von Lehrlingen und Anlernkräften vorgenommen werden kann.
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Der Aufbau eines Prüfgerätes für Induktivitäten, insbesondere Zeilentranaformatoren,
Transformatoren zur Hochspannungserzeugung, Zeilenablenkapulen und Bildablenkspulen
in Fernsehgeräten, gemäß der Erfindung, wird folgend beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 11 Blockschaltbild des Gerätes, Fig. 12 Impulsbilder
der einzelnen Stufen, Fig 13 Grundsätzliche Prüfschaltung, Fig. 14 Oszillogramm
der Auswertung für einen Zeilentransformator, Fig. 15 Oszillogramm der Auswertung
für die Zeilenableispulen:
Fig. 11 zeigt das Blockschaltbild des
Gerätes. Ein astabiler Multivibrator(Fig. 11A) erzeugt eine Rechteckimpulsfolge.
Die Impulsfrequenz ist zur Prüfung von Zeilentransformatoren, Transformatoren zur
Hochspannungserzeugung,xm Zeilenablenkspulen und Bildablenkspulen umschaltbar. Fig.
12A zeigt die Rechteckimpulsfolge des astabilen Multivibrators mit der Periodendauer
-T1. Mit dieser Impulsfolte wird der nachgeschaltete monostabile Multivibrator (Fig.
11B) angesteuert. Bei jedem Impuls des astabilen Multivibrators mit beliebiger Impulsdauer
til (Fig. 12A) liefert der monostabile Multivibrator (Fig. 11B) einen Impuls mit
genau definierter Länge ti2 (Pig. 12B). Mit denImpulsen des monostabilen Multivibrators
wird die elektronische Schaltstufe (Fig. 11C) gesteuert.
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Der Aufbau dieser Schalt stufe wurde weiter vorn beschrieben (Fig.
6 und 7). Die Steuerung der Schaltstufe erfolgt derart, daß nur während der Impufdauer
ti2 (Fig. 123) des monostabilen Multivibrators die Stromquelle mit dem Ausgangsklemmen
y-x (Fig. 11C) des Prüfgerätes verbunden wird. Die Periodendauer T und die Impulsdauer
ti der an den Ausgangsklemmen x-y (Fig. 1tO) erscheinenden Impulse sind gleich der
Periodendauer T und der Impulsdauer ti2 des monostabilen Multivibrators (Fig. 12B
und 12C). Dabei ist der Innenwiderstand während der Impulsdauer ti klein, und sehr
groß während der Impulspause tp.
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In Fig. 13 ist der Prüfaufbau dargestellt. Fig. 133 zeigt das Prüfgerät
mit dem Ausgang der Schaltstufe. Der Ausgang der Schaltstufe ist an vier Buchsen
geführt, von denen je zwei parallel geschaltet sind. An zwei dieser Buchsen wird
der Prüfling, an die beiden andern Buchsen der Oszillograf angeschlossen.
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Fig. 14C zeigt die Ausgangsimpulse der Schaltstufe des Prüfgerätes.
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Beim Anschluß eines guten Prüflings, z.B. eines Zeilentransformators,
wird beim Beginn des Impulses ti (Fig. 14C) im Zeilentransformator ein Magnetfeld
aufgebaut. Die zugeführte elektrische Energie wird dort als magnetisch-e Energie
gespeichert. Mit dem Impulsende bricht auch 1 das Magnetfeld im Zeilentransformator
zusammen. Es entsteht eine gedämpfte Schwingung gemäß Fig. 14D. Die Periodendauer
T (Pig. 14A) der Impulsfolge ist so bemessen, daß der nächste Impuls bereits beginnt,
wenn die Amplitude der gedämpften Schwingung auf etwa ein Zehntel ihres Anfangswertes
abgefallen ist. Die impulspause tp ist also ganz mit einer gedämpften Schwingung
ausgefüllt
(Fig. 14D).
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Anders verhält es sich bei fehlerhaften Zeilentrafos. Die entstehende
gedämpfte Schwingung ist schon lange vor den Beginn des nächsten Impulses abgeklungen
(Fig. 14E und 14F).
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Andere Prüflinge wie Transformatoren zur Hochspannungserzeugung, Zeilenablenkspulen
und Bildablenkspulen haben andere Schwingzeiten. Zur Prüfung dieser Teile wird die
Impulsfolgefrequenz des astabilen Multivibrators umgeschaltet (Fig. 12A und 12D).
Die Periodendauer wird dabei kürzer oder länger. Damit ändert sioh auch die Periodendauer
des monostabilen Multivibrators und der Schaltstufe entsprechend (Fig. 12B/C und
12 E/P). Die Impulsdauer der monostabilen Kippstufe und der Schalt stufe bleiben
dagegen unverändert (Fig. 12B/C und 12E/F).
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Fig. 15 zeigt die Impulse für einen Prüfling mit kürzerer Dauer der
gedämpften Schwingung, z.B. Zeilenablenkspulen. Die Impulspause tp2 (Fig. 15B und
15C) ist jetzt kürzer geworden gegenüber tp2 in Fig. 14B und 14C. Dadurch ist aber
auch die schneller ab klingende gedämpfte Schwingung dieses Prüflings beim Beginn
des nächsten Impulses immer noch vorhanden(Fig. 15D). Bei fehlerhaftem Prüfling
ist auch jetzt die gedämpfte Schwingung schon weit vorher beendet (Fig. 15E und
15F).