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Anordnung zur Erzeugung von Wechselströmen mit rechteckiger Kurvenform
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Herstellung von Wechselspannungen und -strömen
mit möglichst genau rechteckiger Kurvenform, wie sie für viele Zwecke der Elektrotechnik
von Bedeutung sind.
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Die Erfindung benutzt Systeme, deren Stromspannungscharakteristik
eine Unstetigkeit aufweist, d. h. bei denen eine kofitinuierliche Veränderung der
angelegten Spannung (oder des hindurchfließenden Stromes) zu einer sprungweisen
Veränderung des hindurchfließenden Stromes (bzw. der angelegten Spannung) führt.
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Derartige Systeme, die im folgenden kurz als Kippsysteme bezeichnet
seien, sind in großer Zahl bekannt; jedes System mit fallender Charakteristik kann
in bekannter Weise durch geeignete Zusammenschaltung mit Ohmschen Widerständen zu
einem Kippsystem werden, wie z. B. Gasentladungsröhren (Glimmlampen), das Dynatron,
das Magnetron, die Habann-Röhre, Hochvakuumröhrenschaltungen mit Ohmscher Rückkopplung
usw. Wegen ihrer geringeren Trägheit sind die Anordnungen mit Hochvakuumröhren besser
geeignet, besonders wenn @es. sich um höhere Frequenzen handelt; trotzdem soll in
den folgenden Ausführungsbeispielen der Einfachheit halber die' Glimmlampe als Kippsystem
gewählt werden.
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Ein Kippsystem läßt sich dadurch charakterisieren, daß es unter den
gleichen äußeren Bedingungen zwei verschiedene Zustände annehmen kann, die nur von
der Vorgeschichte abhängen. So kann z. B. eine Glimmlampe, an die eine Spannung
gelegt ist, die zwischen ihrer Zündspannung und ihrer Löschspannung liegt, entweder
stromdurchlässig oder stromundurchlässig sein, je nachdem, ob. vorher, die Zündspannung
überschritten oder die Löschspannung unterschritten war. Eine überschreitung der
Zündspannung bzw. Unterschreitung der Löschspannung von praktisch beliebig kurzer
Dauer genügt, um die Glimmlampe von dem einen in den anderen Zustand kippen zu lassen.
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Dieses Kippen kann z. B. durch einen Stromstoß bewirkt werden, der
das Kippsystem in geeigneter Weise beeinflußt. In Abb. i liege die SpannungV der
Stromquellei zwischen der Zündspannung und der Löschspannung der Glimmlampe 2. In
Serie damit liege ein Widerstand 3 der Größe R; durch den ein Strom I von einer
nicht gezeichneten anderen Stromquelle aus geleitet werden kann. Dann wird sich
der SpannungsabfallRI je nach der Richtung des Stromes I zu der Spannung V addieren
oder davon subtrahieren. Liegt nun V + RI über der Zündspannung,
V - RI unterhalb der Löschspannung der Glimmlampe, so kann diese durch einen
beliebig kurzen Stromstoß der Größe I in .der einen Richtung gezündet, in der entgegengesetzten
Richtung wieder gelöscht werden.
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Es ist weiterhin bekannt, daß man derartige Kippsysteme durch Zusammenschaltung
mit Ohmschen Widerständen und Kapazitäten oder Induktivitäten zu Schwingungen veranlassen
kann, die den Namen Kippschwingungen oder Relaxationsschwingungen führen. Eine solche
Schältung ist in Abb.2 dargestellt. -Hierin bedeutet i eine Gleichstromquelle, 2
eine Glimmlampe oder .ein anderes
Organ mit unstetiger Charakteristik,
3 einen hohen Widerstand und q. einen Kondensator. Der Kondensator q. wird durch
die Spannungi über den Widerstand 3 allmählich aufgeladen, und zwar so lange, bis
die Zündspannung der Glimmlampe 2 erreicht ist, .entlädt sich dann durch die Glimmlampe
hindurch bis zur Löschspannung, lädt sich von neuem auf usw.; bei jeder Entladung
fließt durch die Glimmlampe .ein kurzer Stromstoß.
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Gemäß der Erfindung werden nun zur Erzeugung von rechteckigen Wechselstromkurven
zwei nach Abb.2 geschaltete schwingende Kippsysteme mit ,einem nach Abb. i geschalteten
labilen Kippsystem in der Weise kombiniert, daß abwechselnd ein Stromstoß des .einen
schwingenden Systems das labile System aus seinem ursprünglichen Zustand in den
anderen möglichen Zustand kippen läßt und ein Stromstoß des anderen schwingenden
Systems das labile System wieder in den ursprünglichen Zustand zurückbringt.
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In Abb.3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
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Von der gemeinsamen Stromquelle 5 wirkt der Teil a, b auf das
schwingende System 1 (6, 7, 8, 9), der Teil c, d auf das schwingende System
Il (io, i 1, 12, 13). Die Glimmlampen 9 und 13 leuchten also periodisch auf,
so daß durch die Kopplungswiderstände 8 und 12 periodisch kurze Stromstöße fließen.
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Der Abschnitt b,;d der Stromquelle 5 hat eine Spannung, die zwischen
der Zünd- und der Löschspannung der Glimmlampe 1.4 liegt. Bei geeigneter Dimensionierung
der Widerstände 8 und 12 werden also die Stromstöße, die beim periodischen Aufleuchten
der Lampen 9 und 13 durch diese Widerstände fließen, in der oben beschriebenen Weise
die Glimmlampe 14 zum Leuchten bzw. zum Erlöschen bringen.
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Wenn nun zur Zeit 1l die Glimmlampe 9, zur Zeit t2 die Glimmlampe
13, zur Zeit 1l wieder die Glimmlampe.9 aufleuchtet, so- wird die Glimmlampe 14
von 1l bis t? leuchtend, d. h. stromdurchflossen, von t2 bis t1 dunkel, d.h. nichtleitend
sein usw. Der Strom durch die Glimmlampe 14 hat ,also die gewünschte rechteckige
Form.
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Soll der Vorgang sich periodisch wiederholen, so müssen die beiden
schwingenden Kippsysteme genau die gleiche Frequenz haben. Dies läßt sich dadurch
.erreichen, daß man in bekannter Weise eine Wechselspannung beliebiger Kurvenform
und konstanter Frequenz mit Hilfe von Kopphingswiderständen oder Hilfselektroden
auf die schwingenden Kippsysteme einwirken läßt. Dabei kann die Frequenz dieser
Hilfsspannung ein beliebiges. ganzzahliges Vielfaches der verlangten Kippfrequenz
sein.
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Bei der Benutzung von Glimmlampen genügt es, die Wechselspannung an
eine äußere Metallbelegung anzuschließen, die in Abb.3 durch 15 bzw. 16 angedeutet
ist.
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Die Breite der einzelnen Rechleckschwingüngen, d. h. die Dauer des
Stromdurchganges durch das labile System (Glimmlampe 14), läßt sich in einfachster
Weise dadurch regeln, daß man die Phasen, mit der die Wechselspannung auf die beiden
schwingenden Systeme wirkt, entsprechend variiert. Denn durch diese Phasbn werden
die Zeitpunktet, und 't.2 festgelegt, in denen der Stromstoß in den Systemen I bzw.
II, also auch das Umkippen bzw. Zurückspringen des labilen Systems, stattfindet;
die Phasendifferenz bestimmt die Zeit t2 bis il, während welcher das labile
System sich in dem einen der beiden möglichen Zustände befindet (Stromdurchgang
durch die Glimmlampe 1q.). In der Abb.. q. sind diese Vorgänge schematisch angedeutet.
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Bei dem in Abb. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Phasenregelung
dadurch angedeutet, daß die Wechselstromquelle 17 mit der Hilfselektrode 15 über
einen Ohmsch--n Widerstand 18 und mit der Hilfselektrode 16 über einen Drehkondensator
i9 verbunden ist.