DE3116447A1 - "impulsgenerator" - Google Patents

Description

Patentanwälte : Di ρ lc-Ing. OCCrt'Wal lach

-:~Di"p"U-4Ti*s'Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 24. April I98I

Unser Zeichen: If 202 - Sa

Anmelder: British Aerospace Public

Limited Company
100 Pall Mall
London, SWlY 5HR, England

Titel: Impulsgenerator

Priorität: United Kingdom

No. 8013540
24. April I98O

Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator, der insbesondere, aber nicht ausschließlich, dazu dient, Impulse zum Pumpen eines Laser zu liefern.

Es ist bekannt, einen Laser durch Aufladung eines Kondensators und durch Entladung des Kondensators über einen Schalter, beispielsweise einen Thyristor, zu pumpen. Wenn der Widerstand einen zu niedrigen Wert hat, dann kann der Thyristor nach der Entladung nicht richtig schalten, und wenn der Wert zu hoch ist, dann kann die erforderliche Lagerate und entsprechend die erforderliche Pumprate nicht erreicht werden. Demgemäß wird in der GB-PS Λ 425 987 ein Halbleiterlaser in Verbindung mit einem Zwischenenergiespeicher in Form eines Transformators beschrieben, wobei ein Strom im Transformator aufgebaut und gespeichert wird, der dann abgeschaltet wird, wobei der resultierende Energieimpuls einem Kondensator zugeführt wird, der wiederum über den Laser entladen wird.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Impulses vorgesehen, gemäß welchem ein Strom von einer Spannungsquelle über eine Induktivität geleitet wird, wobei die Amplitude des Stromes festgestellt wird und bei Überschreiten einer vorbestimmten Amplitude der Strom abgeschaltet wird, so daß ein Impuls vorbestimmter Energie durch die Induktivität induziert wird.

Die auf diese Weise erzeugten Impulse können in einem Kondensator gespeichert werden, der periodisch entladen

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wird, um eine Vorrichtung, "beispielsweise einen Laser, zu betreiben.

Gemäß einem zweiten Herkmal der Erfindung wird ein Verfahren zum Pumpen eines Laser in der Weise durchgeführt, daß periodisch der Stromfluß von einer Spannungsquelle über die Primärwicklung eines herauftransformierenden Spartransformators über einen Schalter abgeschaltet wird, der an die Primärwicklung des Transformators angeschlossen ist, wobei die so gebildeten Hochspannungsimpulse einem Kondensator zugeführt werden, der an die Sekundärwicklung des Transformators angeschaltet ist und der periodisch in dem Laser entladen wird.

Gemäß einem dritten Merkmal der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, um Impulse zu erzeugen, und diese Schaltungsanordnung weist einen herauftransformierenden Spartransformator und einen ersten Schalter auf, um periodisch den Stromfluß durch die Primärwicklung des Spartransformators abzuschalten, wobei ein Kondensator mit der Sekundärwicklung des Spartransformators verbunden ist und ein zweiter Schalter den Kondensator zwecks Erzeugung der Impulse entlädt.

Gemäß einem vierten Herkmal der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen vorgesehen, die erfindungsgemäß eine Induktivität aufweist, mit der ein erster Schalter verbunden ist, wobei eine Stromüberwachungsvorrichtung die Amplitude des durch die Induktivität fließenden Stroms feststellt und den ersten Schalter veranlaßt, den Strom abzuschalten, wenn die Stromamplitude einen vorbestimmten Wert erreicht, wobei außerdem ein

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Kondensator an die Induktivität angeschlossen ist und ein zweiter Schalter den Kondensator zwecks Erzeugung der Impulse entlädt.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer Leistungsirapulse erzeugenden Vorrichtung, die einen Gaslaser speist,

Fig. 2 eine Reihe von Impulsdiagrammen, welche die an den entsprechenden Punkten der Schaltung nach Fig. 1 auftretenden Wellenformen erkennen lassen,

Fig. 5 ein vereinfachtes Schaltbild einer zweiten Ausführungsform eines Impulsgenerators.

Der Gaslaser 1 gemäß Fig. 1 erfordert für seinen Betrieb eine Impulsfolge mit einer Spitzenspannung von beispielsweise 10 kV. Diese Impulse werden durch die Schaltungsanordnung geliefert, die durch eine Gleichspannungsquelle 2 mit einer Spannung von beispielsweise 24 V gespeist wird. Die von der Spannungsquelle gelieferte tatsächliche Spannung kann jedoch von diesem Nennwert abweichen. Der eine Pol der Spannungsquelle 2 ist über eine Leitung 3 mit der einen Eingangsklemme 4· des Gaslasers 1 verbunden, während der andere Pol mit der Lasereingangsklemme 6 über die Wicklung eines Spartransformators 7 mit Anzapfung 5 und eine Diode 8 sowie einen Kondensator 9 verbunden. Die

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Anzapfung 5 des Spartransformators 7 ist über den Kollektor-Emitter-Pfad eines Schalttransistors 10 und einen Widerstand 11 an die Leitung 3 angeschlossen. Der Primärwicklungsat» schnitt des Transformators, d. h. jener Teil zwischen der Anzapfung 5 und der Spannungsquelle 2, hat eine Anzahl von Windungen im Verhältnis 1:U, wobei N gleich 10 ist, wobei der übrige Teil der Windungen in dem anderen Wicklungsabschnitt angeordnet ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Emitter des Transistors 10 und dem Widerstand 11 ist mit dem Eingang eines Komparator-Verstärkers 12 verbunden, dessen anderer Eingang mit einer Bezugsspannung V- über einen Widerstand 13 gespeist wird. Der Ausgang des Verstärkers 12 ist mit dem letztgenannten Eingang über einen Rückkopplungskondensator 14 verbunden und außerdem über einen Widerstand 15 mit der Basis des Transistors 10. Der Transistor wird mit einer Impulsfrequenz VA von einem (nicht dargestellten) Impulsgenerator gespeist. Ein Gasentladungsschalter 16 liegt zwischen der Leitung 3 und dem Verbindungspunkt zwischen Diode 8 und Kondensator 9- Die Steuerelektrode des Schalters empfängt eine Impulsfolge VB von einem anderen (nicht dargestellten) Impulsgenerator. Zwischen den Eingangsklemmen 4 und 6 des Lasers 1 liegt noch eine Induktionsspule 17.

Im folgenden werden die J¹Xg. 1 und 2 gemeinsam betrachtet. Der Transistor 10 wird periodisch durch die Impulse VA angeschaltet und wenn er angeschaltet ist, dann fließt ein ansteigender Strom i von der Spannungsquelle 2 über die Primärwicklung des Transformators 7, über den Transistor 10 und den Widerstand 11. Unter Vernachlässigung der Verluste steigt der Strom i auf einen Spitzenwert von

I β E-T/L an, wobei E die Spannung der Spannungsquelle 2 und L die Induktivität der Transformatorprimärwicklung ist, während T die Zeit darstellt, während der der Transistor 10 angeschaltet ist. Demgemäß kann I durch Inderung der Spannung E oder der Zeit T gesteuert werden. Gemäß einer (nicht dargestellten) Abwandlung der dargestellten Schaltung könnte der Transistor 10 für jeweils feste Zeitperioden angeschaltet werden, worauf bei konstant bleibender Spannung E der Spitzenstrom I während aufeinanderfolgender Anschaltperioden ebenfalls immer konstant bleibt. Wie erwähnt, soll die Schaltung jedoch in Verwendung mit einer Spannungsquelle benutzbar sein, deren Spannungswert'sich beträchtlich ändern kann. Deshalb wird in diesem Fall die Zeit T geändert, um den Strom I konstant zu halten. Dies geschieht durch Benutzung des Komparators 12, der die über dem Widerstand

II abfallende Spannung feststellt, die natürlich proportional zu i ist. Wenn diese Spannung gleich der vorbestimmten konstanten Bezugsspannung V_ref ist, dann schaltet der Ausgang des Komparators 12 von einem Zustand in den anderen über, wodurch der Transistor 10 über den Widerstand 15 abgeschaltet wird,und gleichzeitig wird über den Riickkopplungskondensator 14 eine Hysteresewirkung erzeugt, die den Ausgang des Eomparators 12 auf dem neuen Pegel hält, auch wenn die Spannung über dem Widerstand 11 infolge der Abschaltung des Transistors 10 wegfällt.

Wenn der Transistor 10 abschaltet, dann verursacht die

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Energie 0,5 ΙΊ ? die in dem Transformatorkern gespeichert wird, einen reduzierenden Stromfluß, der anfänglich Ι/ΪΤ beträgt, über die Diode 8 nach dem Kondensator 9. Transformator und Kondensator bilden einen Resonanzkreis und

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wenn der in dem Kondensator 9 fließende Strom auf Null abgefallen ist (zu dieser Zeit hat die Spannung am Kondensator 9 ihren Spitzenwert erreicht), sperrt die Diode 8, so daß der Kondensator 9 geladen bleibt. Die dann am Kondensator 9 stehende Spannung 7c kann dadurch berechnet werden, daß die im Kondensator 9 gespeicherte Energie, d.

h. 0,5 CTc , gleichgesetzt wird der vorher in der Induk-

p tionsspule gespeicherten Energie, d. h. 0,5 ΙΊ j da diese Energie nunmehr vollständig an den Kondensator abgegeben wurde. TTm exakt zu sein, wird dann die Spannung der Spannungsquelle 2 hinzuaddiert. Dies liefert: Vc = E + I \/E//Ö. Es ergibt sich daraus, daß der Spitzenwert des Stromes I durch den Komparator 12 in der beschriebenen Weise geregelt wird, weil die Spannung Vc, die an den Kondensator 9 angelegt wird, hiervon abhängt. Tatsächlich ändert sich die Spannung Vc etwas mit dem Wert von E, aber E selbst ist so klein im Vergleich mit I yTJ/C, daß diese Veränderung vernachlässigt werden kann.

Infolge der Sprungtransformationswirkung des Transformators 7 ist die Spitzenspannung VT, die über dem Transistor 10 liegt, beträchtlich kleiner als die am Kondensator 9 anliegende Spannung. Genauer ist diese Spannung: E + I |/L/{O(!i + 1)2· Wenn Vc ungefähr 10 kV beträgt und H" gleich 10 ist, dann beträgt VT etwa 1 kV, und diese Spannung liegt innerhalb der Möglichkeiten verfügbarer Transistoren.

Dem Laser 1 werden Impulse dadurch zugeführt, daß Steuerimpulse VB der Steuerelektrode des Gasentladungsschalters 16 zugeführt werden, der dadurch leitfähig gemacht wird

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und den Kondensator 9 über den Laser entlädt. Um dies zu gewährleisten, wird er, nachdem er in den Leitfähigkeitszustand geschaltet ist, nicht durch den von der Quelle 2 herrührenden Strom gehalten, und jeder Impuls YB ist mit dem Start eines Impulses YA synchronisiert, der den Transistor 10 anschaltet. Wenn der Transistor 10 angeschaltet ist, dann wird die Spannung Vx negativ (- E χ ET YoIt). Da die Diode 8 sperrt und der Schalter 16 nur so lange leitfähig bleibt wie sich der Kondensator 9 über den Laser 1 entlädt, ist es nicht notwendig, daß der Kondensator 9 immer dann entladen wird, wenn der Transistor 10 angeschaltet ist. Tatsächlich ist es vorteilhaft, wenn dies nicht der Pail ist, da dann die im Kondensator 9 gespeicherte Energie über mehrere Schaltperioden des Transistors 10 aufgebaut wird und dann eine gegebene Energie in dem Laser bei peeler Entladung des Kondensators 9 freigesetzt wird. Hierdurch wird der Spitzenstrom, der der Spannungsquelle 2 entnommen wird, und die Abmessungen sowie die Beschränkungen hinsichtlich des Innenwiderstandes der Spannungsquelle, die abgestrahlte elektromagnetische Störung und die Größe des Transformatorkerns sämtlich reduziert, weil Jeweils mehrere Schaltvorgänge für die Aufladung des Kondensators vorgenommen werden können. Andererseits wird hierdurch die Entladungsimpulsfolgefrequenz gegenüber dem theoretischen Maximum vermindert, was bei gewissen Anwendungen nachteilig sein kann.

Die Induktivität bildet einen Gleichstrompfad für den Ladestrom des Kondensators. Diese Spule 17 wird nur benötigt, wenn nicht der Laser selbst derart beschaffen ist, daß er diesen Strompfad liefert.

Der Gasentladungsschalter 16 könnte durch irgendeinen anderen geeigneten Schalter ersetzt werden, "beispielsweise durch eine Hochspannungs-Halbleiteranordnung.

Die Benutzung des Spartransformators anstelle eines Transformators mit zwei getrennten Wicklungen führt zu einer beträchtlichen Einsparung an Gewicht und "Volumen.

Der Spartransformator 7 könnte auch durch eine einfache (nicht dargestellte) Drosselspule und einen getrennten (nicht dargestellten) Transformator ersetzt werden, dessen Primärwicklung parallel zu der Drossel geschaltet ist. Da die Drossel keine Sekundärwicklung besitzt, kann ihr Kern kleiner aufgebaut werden als der des Transformators 7- Der getrennte, parallel zur Drossel liegende Transformator braucht keine Energie zu speichern, sondern er muß diese nur übertragen und deshalb kann er relativ klein ausgebildet werden und einen hohen Wicklungswiderstand und einen für geringe Leistung bemessenen Kern aufweisen. Die hieraus resultierende Kombination kann ein geringeres Gesamtvolumen aufweisen als der Transformator 7 allein.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kann, wie aus Fig. 3 ersichtlich, modifiziert werden, wobei diejenigen Teile, die denen der Fig. Λ entsprechen, mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Dieses abgewandelte Ausführungsbeispiel entspricht jenem nach Fig. 1, lediglich mit dem Unterschied, daß der Spartransformator 7 durch einen gewöhnlichen Transformator 30 ersetzt ist, der eine getrennte Primärwicklung 31 und eine getrennte Sekundärwicklung 32 aufweist. Die Primärwicklung 31 liegt

zwischen dem Kollektor des Transistors 10 und der Spannungsquelle 2. Die eine Seite der Sekundärwicklung 32 ist an die Diode 8 angeschaltet und das andere Ende der Sekundärspule an einen Abschnitt 33 einer aufgeteilten Erdverbindungslinie, die den Abschnitt 33 und einen weiteren Abschnitt 34- umfaßt, der mit dem Abschnitt 33 über einen Widerstand 35 verbunden ist. Diese aufgeteilte Masseleitung ersetzt die Leitung 3 in I¹Xg. 1 und die Funktion besteht darin, die Gefahr der Beschädigung und eine Störung mit den elektronischen Komponenten zu vermindern, die an die Niederspannungsseite des Transformators 30 angeschlossen sind, welche Störungen durch Einschwingvorgänge auf der Hochspannungsseite verursacht werden könnten. Demgemäß ist die Mederspannungselektronik durch den Abschnitt 3²I- geerdet, während der Laser 1 und die Trans format or Sekundärwicklung 32 usw. am Abschnitt 33 geerdet sind. Die Funktion des Widerstands 35 besteht darin, den Abschnitt 33 auf der Erdungsspannung der Schaltung zu halten, wobei derartige Einschwingvorgänge ausgeschaltet werden sollen. Es ist natürlich klar, daß die beiden Teile auch auf andere Weise gegeneinander isoliert werden könnten, beispielsweise dadurch, daß die Abschnitte an unterschiedliche Erdungspunkte gelegt werden.

Wie erwähnt, kann der Gasentladungsschalter oder ein Thyratron, welches bei Fig. 1 Anwendung findet, durch einen anderen Schalter ersetzt werden, und eine solche Abwandlung ist in Fig. 3 dargestellt, wo das Thyratron durch einen Funkenstreckenschalter 36 ersetzt ist, der eine Funkenentladungs-Startelektrode 37 und zwei Hauptentladungselektroden 38 und 39 aufweist. Diese Hauptelektroden sind an den Erdleitungsabschnitt 33 angeschlossen

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•und an den Verbindungspunkt zwischen der Diode 8 und dem Kondensator 9.

Wenn ein Thyratron oder ein Funkenstreckenschalter benutzt wird, um den Kondensator 9 zu entladen, dann ist die zum Antrieb erforderliche Energie selbst ziemlich groß. Beispielsweise kann bei jeder Entladung des Kondensators 9 für den Schaltimpuls 60 mJoules Energie bei 10 kV für einen Funkenstreckenschalter oder 400 V für ein Thyratron benötigt werden. Im Falle eines Thyratrons muß der Impuls eine Dauer von wenigstens 10 /usec besitzen. So kann das gleiche Problem im Hinblick auf den Antrieb des Schalters auftreten wie jenes, welches bei der Steuerung des Lasers selbst auftritt, ä. h. die Aufgabe, eine sehr leistungsfähige Spannungsquelle zu vermeiden und die Energie zu speichern und dann freizugeben. Wenn jedoch diese Mittel eine einfache Kondensator/Widerstand-Kombination aufweisen, kann es nicht möglich sein, sowohl eine ausreichende Kondensatorladungsrate als auch eine wirksame Abschaltung des Schalters nach der Entladung zu bewirken. Die Ausführungsform nach Fig. 3 weist eine Modifikation der Fig. 1 auf und ist so ausgelegt, daß die obigen Erfordernisse der Energiespeicherung für den Schalter gelöst werden und die Wirksamkeit der Schaltung insgesamt verbessert wird. Der Schalter wird nämlich durch die gespeicherte Energie aus der Primärwicklung des Transformators angetrieben, und zwar insbesondere von der gespeicherten Energie, die der Dämpfungsreaktanz der Primärwicklung zugeordnet ist. Diese gespeicherte Energie ist sowohl bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als auch bei jenem nach Fig. 5 infolge der Schaltungsoperation vorhanden. In Fig. 1 wird diese Energie einfach

vergeudet, ;jedoch ist in Fig. 3 eine Verbindung von der Transistorseite der Primärwicklung 31 nach einer Seite des Kondensators 40 über eine Diode 41 hergestellt. Die andere Seite des Kondensators 40 ist an jene Seite der Wicklung 31 angeschlossen, die mit der Spannungsquelle verbunden ist. Wenn der Transistor 10 abgeschaltet ist, so daß ein Energieimpuls von der Sekundärwicklung 32 des Transformators 30 nach dem Speicherkondensator 9 überführt wird, dann tritt ein Impuls über der Primärwicklung 31 auf, der teilweise von der Energie herrührt, die der Dämpfungsreaktanz der Primärwicklung zugeordnet ist, und teilweise von der Reflexion des Sekundärimpulses in der Primärwicklung. Dieser Primärimpuls lädt den Kondensator 40 über die Diode 41 auf. Dann kann der Kondensator 40 über die Primärwicklung eines kleinen Impulstransformators 42 und einen Thyristor 43 entladen werden, so daß von der Sekundärwicklung des Transformators 42 ein Impuls geliefert wird, um den Funkenstreckenschalter 36 zu zünden. Das Windungsverhältnis des Transformators 42 hängt von der Art des zu steuernden Schalters ab und kann bei etwa 1:^0 liegen, um die Impulsspannung für den dargestellten Funkenstreckenschalter hochzutransformieren. Bei dem Thyratron gemäß Fig. 1 könnte das Verhältnis 1:1 sein.

Wenn bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 aus irgendeinem Grunde der Kondensator 9 nicht entladen wird oder wenn er nur teilweise in den Laser entladen wird, wenn beispielsweise der Schalter 16 nicht richtig arbeitet oder der Laser 1 noch eine gewisse Ladung auf dem Kondensator beläßt, können nachfolgende Energieimpulse die Kondensatorspannung veranlassen, sich auf einen Pegel

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aufzubauen, bei dem eine Beschädigung eintreten kann. Um dies zu vermeiden, könnte eine Spann.ungsüberwachungsvorrichtung an den Kondensator angeschlossen werden und es könnte die Schaltung abgeschaltet werden, sobald eine vorbestimmte Spannung überschritten wird. Eine solche Überwachungsvorrichtung könnte jedoch den Kondensator laden und demgemäß die Wirksamkeit der Schaltung beeinträchtigen. Fig. 3 zeigt Mittel, die auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 Anwendung finden können, um die Kondensatorspannung zu überwachen, und dies geschieht an der Primärseite des Transformators. Dies ist möglich, weil jede der dargestellten Schaltungen ein dynamisches Verhalten in dem Sinne zeigt, daß die Signale, die am Ausgang der Transformatoren 7 und 30 auftreten, derart sind, daß sie nach den Primärseiten zurückreflektieren. Dies wurde in der vorausgehenden einfachen Beschreibung nicht ausdrücklich erwähnt. Demgemäß umfaßt die Überwachungsschaltung gemäß Fig. 3 einen Spannungsteiler 45, der an die Primärwicklung 31 angeschaltet ist. Die Mittelabzapfung des Spannungsteilers ist an einen Eingang eines Komparatorverstärkers 46 angeschlossen, dessen anderer Eingang an eine geeignete Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist. Der Ausgang des Verstärkers 46 wird dem Steuereingang eines Thyristors 47 zugeführt, dessen Hauptstrompfadanschlußklemmen zwischen die Leitung 34 und den Kollektor des Transistors 10 geschaltet sind. Eine Sicherung 48 ist in Reihe mit der Spannungsquelle 2 geschaltet und eine Diode 49 liegt parallel zur Spannungsquelle und zur Sicherung, so daß normalerweise eine Vorspannung in Rückwärtsrichtung erfolgt. Der Verstärker 46 vergleicht die Primärseitenreflexion der Spannung am Kondensator 9 des Transformators mit der Bezugsspannung, die

gemäß der zulässigen Maximalspannung am Kondensator bestimmt wird. Wenn dieses Maximum überschritten wird, schaltet der Verstärker 46 den Thyristor 47 in den Leitfähigkeit szustand, so daß die Sicherung 48 durchbrennt. Die resultierenden Energiespitzen vom Transformator 30 sind in der Lage, harmlos durch Thyristor 47 und Diode zu zirkulieren.

In Fig. 1 muß der Wert der Induktanz 17 sorgfältig gewählt werden, um eine hinreichende Laderate für den Kondensator 9 zu erlangen, damit nicht zu viel Entladestrom im Nebenschluß zum Laser 1 vergeudet wird. In Fig. 3 ist die Notwendigkeit eines solchen Kompromisses nicht gegeben, indem der Induktor 9 durch eine Hochspannungsdiode 60 ersetzt ist, die so angeordnet wird, daß der Ladestrom durchfließen kann, jedoch nicht der Entladestrom. Außerdem ist ein Widerstand 61 parallel zu der Diode geschaltet, um zu vermeiden, daß das Potential an der Anode der Diode 60 und der Seite des Kondensators, die an die Diode angeschlossen ist, möglicherweise auf einen hohen negativen Wert ansteigt. Dieser Widerstand kann jedoch einen sehr hohen Wert haben und demgemäß einen vernachlässigbaren Effekt auf den Entladestrom über den Laser. Er wird nicht in jedem Falle benötigt werden.

Die Sicherung 48 ist nicht erforderlich, wenn die Spannungsquelle 2 einen geeigneten Strombegrenzer aufweist, so daß dann, wenn die Spannung am Kondensator 9 zu groß wird und der Thyristor 47 durchschaltet, die Vorrichtung einfach abschaltet, bis eine Rücksetzung erfolgt.

In Fig. 3 wird das Signal VB zur Entladung des

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Kondensators 9 und demgemäß zum Pumpen des Lasers automatisch erhalten. So wird eine Folge von Pumpimpulsen einfach dadurch eingeleitet, daß ein Impuls VA angelegt wird. Die automatische Entladung wird durch einen Zeitgeber 62 "bewirkt, der zwischen den Ausgang des "Verstärkers 12 und die VB-Signal-Leitung geschaltet ist. Zu einem vorbestimmten Zeitpunkt t, nachdem der Komparator 12 die Anschaltung des Transistors 10 bewirkt hat, liefert der Zeitgeber 62,beispielsweise eine einfache monostabile Schaltung,dem Thyristor 4-3 einen Ansehaltimpuls, wodurch wiederum der Funkenstreckenschalter 36 angeschaltet wird. Die Zeit t sollte so gewählt werden, daß eine genügende Energieübertragung vom Transformator 30 nach dem Kondensator 9 stattfinden kann, d. h. es ist zweckmäßig, daß t wenigstens gleich Ο,^χ/ΙΓδ" wird. Dabei ist L die Induktanz der TransformatorSekundärwicklung und C die Kapazität des Kondensators 9. Die Zeit ist jedoch vorzugsweise kleiner als 10 msec oder noch besser kleiner als 5 msec, so daß die Erzeugung einer Koronaentladung verhindert werden kann. Die dargestellten Schaltungen können die Lieferung von Impulsen bei Spannungen erfordern, die höher sind als die erwähnten 10 kV und möglicherweise sogar 30 bis 40 kV oder mehr betragen können, und insbesondere bei diesen höheren Spannungswerten ist das Problem der Koronaentladung von Wichtigkeit. Eine solche Entladung erfordert jedoch eine Zeit, um sich aufzubauen, und es ist ein Vorteil der in Fig. 3 dargestellten Schaltung, daß die Hochspannungen in der Schaltung nur während kurzer Zeitspannen existent sind, weil der Kondensator 9 automatisch kurz nach jeder Energieübertragung entladen wird, so daß bei geeigneter Wahl der Schaltungselemente hier Koronaerscheinungen weitgehend vermieden werden

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können.

Der Zeitgeber 62 kann einen Steuereingang nicht vom Verstärker 12, sondern direkt von der leitung erhalten, die das Pumpeinleitungssignal VA empfängt, und das Zeitintervall t wird in geeigneter Weise eingestellt. Dies ist nicht so zweckmäßig wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, da t im Hinblick auf die längstmögliche Zeit eingestellt werden muß, die erforderlich sein kann, um den gewünschten Eaergiepegel im Transformator aufzubauen, und deshalb kann die erreichbare maximale Pumprate nicht so hoch sein.

Die Tatsache, daß in den Fig. 1 und 3 die Amplitude des Stromes i festgestellt und der Transistor 10 abgeschaltet wird, wenn ein vorbestimmter Wert erreicht ist und demgemäß die im Transformator 7 oder JO gespeicherte Energie einen vorbestimmten Wert erreicht hat, ist nicht so wichtig, um Änderungen der Versorgungsspannung zu berücksichtigen, aber es werden irrelevante Nicht-Linearitäten der Transformatorcharakteristik zu berücksichtigen sein, um eine optimale Wirksamkeit zu erzielen, indem man den Transformator näher am Sättigungszustand arbeiten läßt. Wenn der Transistor 10 einfach zu einer vorbestimmten Zeit nach Anschaltung abgeschaltet würde, dann könnte der Stromwert i größer oder kleiner sein als jener,der eine Sättigung des Transformatorkerns bewirkt. Wenn i den Sättigungswert überschreitet, steigt der Strom plötzlich steil an, da er nicht mehr zur Energie beitragen kann, und demgemäß wird die Energie vergeudet. Wenn nicht der Sättigungszustand erreicht wird, ist die Schaltung unwirtschaftlich, da der Kern dann schwerer wird als er es sein

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müßte, was "bei gewissen Anwendungsfällen einen sehr wichtigen Faktor darstellt.

Claims (1)

1. Patentanwälte'*!·) Lp I. rY B ig, Ci|H Wallach

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   Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

   Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

   D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

   Datum: 24. April I98I

   Unser Zeichen: 17 202 K/Nu

   Pat ent ansprüche

   Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Impulses, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Strom von einer Spannungsquelle über eine Induktivität leitet, daß die Amplitude des Stromes festgestellt wird und daß dann, wenn die Amplitude einen vorbestimmten Wert erreicht hat, der Strom abgeschaltet wird, so daß ein Impuls vorbestimmter Energie durch die Induktivität induziert wird.

   Verfahren nach Anspruch 1 zum Pumpen eines Laser, dadurch gekennzeichnet, daß periodisch der Stromfluß von einer Spannungsquelle nach der Primärwicklung eines herauftransformierenden Spartransformators mittels eines Schalters abgeschaltet wird, der an die Primärwicklung angeschlossen ist, und daß Hochspannungsimpulse, die so erzeugt werden, einem Kondensator zugeführt werden, der an die Sekundärwicklung des Spartransformators angeschaltet ist, und daß periodisch der Kondensator über den Laser entladen wird.

   3· Schal tuags anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Spannung heraufsetzender Spartransformator vorgesehen ist, daß ein erster Schalter periodisch den Stromfluß durch die Primärwicklung des Spartransformators abschaltet, daß ein Kondensator an die Sekundärwicklung des Spartransformators angeschaltet ist und daß ein zweiter Schalter diesen Kondensator entlädt, um die Impulse zu erzeugen.

   4-. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Schalter mit einer Induktivität verbunden ist und daß ein Stromsensor die Amplitude des durch die Induktivität fließenden Stromes feststellt und den ersten Schalter veranlaßt, den Strom abzuschalten, wenn die Amplitude einen vorbestimmten Wert erreicht hat, und daß außerdem ein Kondensator an die Induktivität angeschlossen ist und ein zweiter Schalter den Kondensator zwecks Bildung der Impulse entlädt.

   5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3 und 4- zum Pumpen eines Laser, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator vorgesehen ist, daß der Primärwicklung des Transformators Strom über einen Schalter zugeführt wird, der den Strom abschaltet, um erste und zweite Spannungsimpulse an der Primärwicklung bzw. der Sekundärwicklung des Transformators zu erzeugen, daß erste und zweite Kondensatoren an die Primärwicklung und die Sekundärwicklung

   über Leiter angeschlossen sind, um die ersten und zweiten Impulse zu speichern, und daß erste und zweite Halbleiterschalter mit Je einem Steueranschluß versehen sind, wobei der erste Halbleiterschalter an den ersten Kondensator angeschaltet ist und den ersten Kondensator entlädt, um einen Antriebsimpuls zur Anschaltung des zweiten Halbleiterschalters zu liefern, und daß der zweite Halbleiterschalter den zweiten Kondensator entlädt.

   6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator vorgesehen ist, dessen Primärwicklung über einen Schalter gespeist wird, der den Strom abschaltet, um Spannungsimpulse über der Sekundärwicklung des Transformators zu erzeugen, daß ein Kondensator an die Sekundärwicklung über einen Eichtleiter angeschlossen ist, um den Impuls zu empfangen, und daß ein weiterer Schalter vorgesehen ist, um den Kondensator zu entladen, und daß eine Spannungsüberwachungsstufe an die Primärwicklung des Transformators angeschlossen ist, die über den Transformator die Spannung am Kondensator überwacht.