DE2843733C2 - Stromversorgungsschaltung für eine im Impulsbetrieb arbeitende Elektronenbündelröhre - Google Patents
Stromversorgungsschaltung für eine im Impulsbetrieb arbeitende ElektronenbündelröhreInfo
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- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
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Description
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung
für eine im Impulsbetrieb arbeitende, ein Elektronenstrahlerzeugersystem, einen Wechselwirkungsabschnitt
und einen in seinem Potential gegenüber dem des Wechselwirkungsabschnittes abgesenkten
Elektronenstrahlkollektor aufweisende Elektronenbündelröhre, enthaltend eine an eine Stromversorgungsquelle angeschlossene, ein Thyratron aufweisende
Impulserzeugerstufe, eine sich an diese anschließende, in Form einer Verzögerungsschaltung aufgebaute Impulsformerstufe
und einen sich an diese anschließenden Impulstransformator, dessen Primärwicklung an ihrer
freien Klemme mit der Impulsformerstufe und an einer anderen Klemme mit Masse verbunden ist, und dessen
Sekundärwicklung an ihrer freien Klemme mit dem Elektronenstrahlerzeugersystem und an ihrer anderen
Klemme mit Masse verbunden ist, insbesondere zur Stromversorgung von als Verstärker arbeitenden
Wanderfeldröhren, die u. a. in Radarschaltungen benutzt werden.
In diesen Röhren breitet sich der Elektronenstrahl zwischen einer Kathode und einem Kollektor aus, wobei
er auf seinem Weg einen Kreis durchquert, in welchem er mit der Höchstfrequenzwelle in Wechselwirkung
tritt.
Bekanntlich gestattet die Verwendung eines Kollektors mit gegenüber dem Potential des Wechselwirkungskreises
der Elektronenbündelröhre, bei welcher es sich in dem Fall einer Wanderfeldröhre um eine
Verzögerungsleitung handelt, auf negativem Potential liegendem Kollektor, den Wirkungsgrad dieser Röhren
zu verbessern. Das richtige Arbeiten einer Röhre mit gegenüber dem Potential des Wechselwirkungskreises
auf negativem Potential liegendem Kollektor erfordert jedoch eine große Stabilität der Potentialdifferenz
zwischen Kollektor und Masse.
Bei der aus dem Buch »Introduction to Radar Systems«, Mc Graw-Hill Book Company, Ina, New
ίο York, San Francisco, Toronto, London, 1962, S.
250—252, bekannten Stromversorgungsschaltung von der der Gegenstand der Erfindung ausgeht, ist eine
Impulserzeugerstufe mit Verzögerungsschaltung und einem Anzapftransformator vorgesehen. Diese Art von
Stromversorgungsschaltung hat den Nachteil, daß die bei veränderlichen Verteilung des Elektronenstroms auf
den Wechselwirkungskreis und den Kollektor der Elektronenbündelröhre in Abhängigkeit von dem
Steuerpegel der Röhre und der Betriebsfrequenz auftretenden sehr kurzen, aber große Stromänderungen
in der Wicklung des Transformators Spannungsänderungen des Kollektors hervorgerufen, die ebenfalls sehr
kurz, aber groß sind. Durch Hinzufügen von verlustbehafteten Korrekturschaltungen können diese Spannungsänderungen
unterdrückt werden, jedoch verursachen diese Korrekturschaltungen einen teilweisen
Verlust der Verbesserung des Wirkungsgrades, die sich durch die Absenkung des Potentials des Kollektors
gegenüber dem des Wechselwirkungskreises ergibt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Stromversorgungsschaltung
so zu verbessern, daß störende Änderungen der Kollektorspannung vermieden werden,
ohne dabei einen Verlust an Wirkungsgrad in Kauf nehmen zu müssen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Stromversorgungsschaltung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet,
daß der positive Pol der Stromversorgungsquelle an Masse angeschlossen ist und zwischen den
negativen Pol der Stromversorgungsquelle und ihren positiven Pol ein derartiges zusätzliches Bauelement
geschaltet ist, daß sie bei Impulsbetrieb eine möglichst niedrige Impedanz aufweist, und daß der negative Pol
der Stromversorgungsquelle ferner sowohl mit dem Elektronenstrahlkollektor als auch mit der einseitig mit
Masse verbundenen Impulserzeugerstufe verbunden ist. Bei der erfindungsgemäßen Stromversorgungsschaltung
ist also eine Gleichstromversorgung mit niedriger Impedanz für den Kollektor vorgesehen, die außerdem
als Stromquelle für die Versorgung mit impulsförmigen Strom der Kathode der Elektronenbündelröhre dient.
Da der Pluspol dieser Leitung darüber hinaus mit Masse verbunden ist, folgt daraus, daß das Thyratron der
Verzögerungsleitung in einer Richtung geschaltet ist, die zu derjenigen entgegengesetzt ist, die in den
bekannten Schaltungen benutzt wird, in welchen seine Kathode an Masse liegt.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung die Erfindung näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 eine im Impulsbetrieb arbeitende bekannte Schaltung zur Versorgung einer Wanderfeldröhre mit
gegenüber dem Potential des Wechselwirkungskreises der Röhre auf negativem Potential liegendem Kollektor
und
F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung nach der Erfindung.'
F i g. 1 zeigt das Thyratron 1 der Stromversorgungsschaltung einer Wanderfeldröhre, die außerdem eine
20
Verzögerungsschaltung und einen Transformator aufweist, von denen weiter unten die Rede sein wird Das
Thyratron 1 wird durch eine Gleichstromversorgungsquejle 2 versorgt, seine Katode 11 liegt an Masse und
sein Gitter 12 wird durch eine Steuerschaltung 3, die symbolisch in Form eines Schalters dargestellt ist, mit
Impulsen gesteuert. Der Kollektor 4 und die Katode 5 der Wanderfeldröhre 10 werden durch die Sekundärwicklung
62 eines Anzapftransformators 6 versorgt, dessen Primärwicklung 61 mit der Gleichsiromversorgungsquellr
2 über die Verzögerungsschaltung 31 verbunden ist, welche aus einer Anordnung von im AV =
einzelnen nicht mit Bezugszahlen versehenen Drosseln und Kondensatoren besteht und für die Formgebung
der durch das Thyratron 1 unter der Steuerung der Steuerschaltung 3 abgegebenen Impulse sorgt. Der
Primärkreis enthält darüber hinaus eine Ladeinduktivität 7 und eine Sperrdiode S zwischen dem Pluspol der
Gleichstromversorgung 2 und der Anode 13 des Thyratrons. Gegebenenfalls kann eine A.npiitudenbegrenzungs-
und Stabilisierungsschaltung, die gestrichelt
dargestellt und mit 9 bezeichnet ist, an die Klemmen des Thyratrons angeschlossen sein. In F i g. 1 ist der
Elektronenstrahl, der die Röhre 10 von der Katode zu dem Kollektor 4 durchquert, durch die punktierte
Fläche dargestellt. Dagegen sind die anderen Bestandteile einer solchen Wanderfeldröhre, die bekannt sind,
weggelassen worden, wie ihre Vakuumhülle, die verschiedenen Elektroden, welche der Katode 5 in dem
Strahlerzeuger dieser Wanderfeldröhren zugeordnet sind, sowie die Höchstfrequenzelemente, mit Ausnahme
der Verzögerungsleitung 100. Die Pfeile stellen den Eingang und den Höchstfrequenzausgang dieser Leitung
dar.
Die Verteilung des Elektronenstroms auf die Verzögerungsleitung 100 und den Kollektor 4 der Röhre 10
ändert sich mit den Betriebsbedingungen der Röhre, insbesondere mit der Betriebsfrequenz, sowie mit dem
Steuerpegel. Dadurch werden in der Wicklung 62 sehr kurze, aber starke Stromänderungen hervorgerufen,
welche hohe Spannungsänderungen verursachen. Zum Unterdrücken derselben ist es erforderlich, Elemente
vorzusehen, die symbolisch an der Stelle 20 dargestellt sind und diese Änderungen durch Energieverbrauch
absorbieren, wodurch der Wirkungsgrad der Röhre vermindert wird. also
Solche Elemente sind bei Verwendung einer Stromversorgungsschaltung
gemäß der Erfindung nicht erforderlich, von der ein Ausführungsbeispiel in Fi g. 2
dargestellt ist, wobei gleiche Elemente wie in F i g. 1 gleiche Bezugszeichen tragen. Hier weist die Gleichstromversorgungsquelle
21 eine möglichst niedrige Impedanz auf. In dem dargestellten-Ausführungsbeispiel
wird die niedrige Impedanz mittels einer gewöhnlichen Hochspannungsversorgung erzielt, die de- Gleichstromversorgungsquelle
2 der beschriebenen bekannten Stromversorgungsschaltung gleicht, indem dieser ein
Kondensator 22 mit großer Kapazität und niedriger Streuinduktivität parallel geschaltet wird. Aufgrund der
niedrigen Impedanz der Gleichstromversorgungsquelle 21 werden die Spannungsänderungen, die sich an dem
Kollektor ergeben könnten, wenn dieser den Strom des Strahls auffängt, begrenzt.
Das Arbeitsprinzip der Schaltung nach der Erfindung besteht darin, zum teilweisen Wiederaufladen der
Verzögerungsschaltung 31 die durch den Kollektor 4 empfangene Energie rückzugewinnen. Die ansonsten
verbrauchte Energie, wie in dem Kollektor 4 (Verluste durch Stromwärme und durch Höchstfrequenzstrahlung;,
wird durch das Netz geliefert
Mit der Versorgungsschaltttng, die in Fig.2 dargestellt
ist, ist die SpannungsänderuEg 4V an den Klemmen des Kondensators 22 gegeben durch:
Κχ·ΙΙ
C "
wobei tp die Dauer des Impulses und Icoii der
Kollektorstrom ist
Wenn beispielsweise die Kollektorspannung bis auf 3% stabilisiert sein soll, und wenn Icoii = 30 A,
tp = 100μ5 und die Kollektorspannung Vmn = 30 kV
ist ergibt sich C = 3,33 .up.
Während der Dauer des Impulses ist der Änderungsgrad der Kollektorspannung VCOJJ proportional zum
Kollektorstrom Icoik dessen Änderung im allgemeinen
25% nicht überschreitet. Der Wert der Kollektorspannung bleibt daher konstant, auch im Fall einer abrupten
Änderung des Kollektorstroms oder des Leitungsstroms durch den Integriereffekt der Kapazität C
Die Stromversorgungsschaltung liefert den gesamten Strom h der Wanderfeldröhre (Leitungsstrom + Kollektorstrom),
wobei die Summe dieser beiden Werte konstant ist Damit er den Strom unter den besten
Bedingungen liefert, um einen Spannungsimpuls mit konstantem Wert zu erzielen, sind gewisse Anpassungsbedingungen der Verzögerungsschaltung 31 (über den
Impulstransformator 6) erforderlich.
Diese Bedingungen ergeben sich aus folgendem:
Wenn Vk die Katodenspannung ist, von der die
Phasengeschwindigkeit in der Verzögerungsleitung 100 der Röhre abhängt, welche für die optimale Wechselwirkung
zwischen Elektronenstrahl und Wellen sorgt, und wenn die Kollektorspannung Vcoii gleich der
Ladespannung der Verzögerungsschaltung 31 ist, gilt:
30
35
= η ■
45
50 wobei ;/ das Übersetzungsverhältnis des Impulstransformators
6 ist.
Da die Röhre als Elektronenimpedanz Zk = — hat,
muß die Verzögerungsleitung des Modulators die Impetanz Zx haben, die durch:
gegeben ist, was die Elemente der Stromversorgungsschaltung festlegt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Stromversorgungsschaltung für eine im Impulsbetrieb arbeitende, ein Elektronenstrahlerzeugersystem,
einen Wechselwirkungsabschnitt und einen in seinem Potential gegenüber dem des Wechselwirkungsabschnittes
abgesenkten Elektronenstrahlkollektor aufweisende Elektronenbündelröhre, enthaltend
eine an eine Stromversorgungsquelle angeschlossene, ein Thyratron aufweisende Impulserzeugerstufe,
eine sich an diese anschließende, in Form einer Verzögerungsschaltung aufgebaute Impulsformerstufe
und einen sich an diese anschließenden Impulstransformator, dessen Primärwicklung an
ihrer freien Klemme mit der Impulsformerstufe und an einer anderen Klemme mit Masse verbunden ist,
und dessen Sekundärwicklung an ihrer freien Klemme mit dem Elektronenstrahlerzeugersystem
und an ihrer anderen Klemme mit Masse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
positive Pol der Stromversorgungsquelle (2) an Masse angeschlossen ist und zwischen den negativen
Pol der Stromversorgungsquelle (2) und ihren positiven Pol ein derartiges zusätzliches Bauelement
(22) geschaltet ist, daß sie bei Impulsbetrieb eine möglichst niedrige Impedanz aufweist, und daß der
negative Pol der Stromversorgungsquelle (2) ferner sowohl mit dem Elektronenstrahlkollektor (4) als
auch mit der einseitig mit Masse verbundenen Impulserzeugerstufe (1, 3) verbunden ist.
2. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Bauelement
(22) ein Kondensator ist.
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