Einrichtung zum Erzeugen von scharfen elektrischen Impulsen. Vorliegende Erfindung betrifft eine Ein richtung zum Erzeugen von scharfen elek trischen Impulsen, in der ein Kondensator periodisch von einer Energiequelle aufgeladen und über eine Belastung entladen wird.
Die Einrichtung ist erfindungsgemäss da durch gekennzeichnet, dass der Entlade- stromkreis des Kondensators eine Anzahl Kondensatoren besitzt, die so angeordnet sind, dass in Aufeinanderfolge jeder Konden sator von einem vorausgehenden über eine mit einem sättigungsfähigen Kern<B>'</B> versehene Induktanz aufgeladen wird, wobei die Induk- tanzen so abgestimmt sind, dass der Reak- tanzwert jeder Induktanz im ungesättigten Zustand des Kernes oberhalb,
im gesättigten Zustand des Kernes dagegen unterhalb des Reaktanzwertes der in Richtung zur Be lastung nächsten Induktanz liegt, wenn deren Kern im ungesättigten Zustand ist<B>'</B> wobei jeder Induktanzkern dann gesättigt wird, wenn die Spannung eines ihr benachbarten Kondensators ihren Höchstwert erreicht.
Die Belastung, in der die scharfen Im pulse benützt werden, kann zum Beispiel vom Magnetron eines Radarsenders oder von einer Steuerwicklung eines Betatrons gebildet werden.
Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. <B>1,</B> 4,<B>5</B> und<B>6</B> der beigefügten Zeichnungen dargestellt, während die Fig. 2, 3a,<B>3b</B> und<B>7</B> zur Erläuterung dienende Dia gramme zeigen. In Fig. <B>1</B> sind mit einem sättigungsfähigen Kern versehene Drosseln<I>L,</I> L2" <I>L,</I> zwischen der einen Klemme eines Kondensators<B>C,</B> und einer Klemme der Last<B>B</B> in Serie geschaltet.
Ein Kondensator<B>C,</B> ist zwischen der Ver bindungsstelle der Drosseln L, und L, und der Rückleitung von der Belastung zum Kondensator<B>C,</B> eingeschaltet. Ein zweiter Kondensator<B>C,</B> ist zwischen der Verbin dungsstelle der Drosseln L, und L, und der Rückleitung angeschlossen.
Der Kondensator<B>C,</B> wird periodisch durch eine Wechselstromquelle <B>S</B> über eine Induk- tivität L aufgeladen und zur Bildung von scharfen Impulsen über einen Entladekreis, der die Drosseln<I>L, L, L,</I> und die Konden satoren C" C, enthält, auf die Belastung R entladen. Die Kerne der Drosseln Ll, L2# L#, sind aus einem Material, das eine starke Krümmung der magnetischen Charakteristik besitzt, so dass die Kerne sich unter den Be dingungen der Entladung, wie nachfolgend noch auseinandergesetzt wird, sättigen.
Ein brauchbares Material für die Kerne ist eine kaltgewalzte Legierung aus 50'/'" Eisen und <B>500/,</B> Nickel. Bei diesem Material kann das Verhältnis
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LU ge#ättigt
<tb> <I>K <SEP> <B>=</B></I><B> <SEP> = <SEP> 100</B> <SEP> oder <SEP> mehr <SEP> sein.
<tb> <I>L</I> <SEP> gesittigt Die Induktivitäten <B>1" 1" 1,</B> der Drossel L, <I>L, L,</I> sind nach folgendem Gesetz geordnet:
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(ungesättigte Werte), wobei für <I>K<B>= 1000,</B></I><B> k</B> mindestens<B>10,</B> aber kleiner als 100 ist. l,..g,##ättigt ist also<B>></B> 1,".g",tt"t, aber llgesättigt <B> < </B> 12ungesättigt.
Der Kondensator<B>C,</B> kann auf verschie dene Weise periodisch geladen werden, Im vorliegenden Falle wird der Kondensator<B>C,</B> von einer Quelle<B>8</B> sinusförmiger Spannung über die Induktivität L geladen, die folgender Beziehung genügt:
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wobei co <B><I>=</I></B> -).Tf, <B>1 =</B> Induktivität der Drosseln<U>L,</U><B><I>e,</I> =</B> Ka pazität des Kondensators<B>C,</B> und J die Speise frequenz in Perioden pro Sekunde ist.
(Ge nauer ist
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wobei die
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Induktivität ist, die sich durch die Parallel schaltung der Drossel L mit der Induktivi- tät L, ergibt, welch letztere angenähert dem rechts von den Klemmen des Kondensators <B>C,</B> befindlichen Netz entspricht.) In Fig. 3a zeigt die Kurve V,1 den Span nungsverlauf am Kondensator<B>Cl,</B> während V" die sinusförmige Spannung der Quelle<B>8</B> zeigt, die eine Frequenz von<B>1500</B> Rz und somit eine Periode von 660,usec haben möge.
Da die Induktanz L, im Vergleich mit den Induktanzen L, und L, zunächst (ungesät tigt) gross ist, erscheint (wenigstens zunächst) annähernd die ganze Spannung des Konden- sators <B>C,</B> an der Induktanz L, Die Induktanz L, ist so berechnet, dass sich ihr Kern dann sättigt, wenn die Span nung am Kondensator<B>C,</B> ihren höchsten Wert erreicht.
Wenn die Spannung diesen Wert er reicht, fällt die Induktanz von L, auf einen niedrigen Wert und der Kondensator<B>C,</B> ent lädt sich über diese Drossel, um die Kapazi tät<B>C,</B> zu laden, wobei die Induktanz L2 ge nügt, um nur wenig Strom während der Lade zeit durchtreten zu lassen. Wenn die Kapazi tät des, Kondensators C,. angenähert gleich derjenigen des Kondensators<B>C2</B> ist, dann wird bei maximaler Spannung am Konden sator<B>C,</B> alle Energie vom Kondensator<B>C,</B> auf den Kondensator<B>C,</B> übertragen und die Spannung am Kondensator<B>C,</B> wird Null.
Diese Änderung benötigt eine Zeit, die vom Sättigungswert der Induktanz L, und von der wirksamen Kapazität des Kondensators<B>C,</B> in Serie mit Kapazität C", abhängig ist. Der Spannungsanstieg am Kondensator<B>C,</B> er zeugt eine genügende Flussänderung im Kern der Drossel L, um diese zu sättigen, und die Induktanz nimmt ähnlich wie die Induktanz L, ab, so dass nun eine Spannung am nächsten Kondensator, also am Kondensator<B>C,</B> auf gebaut wird, wobei während dieser Zeit ein vernachlässigbarer Strom durch die Induk- tanz L, fliesst.
Die für den Spannungsanstieg am Kondensator<B>C,</B> benötigte Zeit ist wesent lich kürzer als diejenige für den Anstieg am Kondensator<B>C,</B> da im Sättigungszustand die Drossel L, eine kleinere Induktanz als die Drossel L, aufweist. Wenn die Kapazität C#, geändert wird, wird die Induktanz L, gesät tigt und die Spannung steigt an der Belastung <B>B</B> mit einer noch grösseren Geschwindigkeit, da die gesättigte Drossel L, eine kleinere In- duktanz besitzt als die gesättigte Drossel L, Die Spannungen sind in Fig. _) dargestellt, in der ein Abschnitt von<B>66</B> ft,
sec der Kurve V", in Fig. 3a gezeigt ist. Die Kurven V12 und V,3 zeigen den Spannungsverlauf an den Konden satoren<B>C,</B> und<B>C,</B> während die Spannung YR an der Belastung R prinzipiell ähnlich ver läuft, aber einen noch schärferen Impuls bildet.
Die Belastung kann der Zündkreis einer Ignitron-Entladtingsrühre sein. In diesem Fall kann der Zündkreis die Belastung selbst dar stellen oder an die Sekundärseite eines Trans formators angeschlossen werden, dessen Pri märkreis die Stelle der Belastung in<B><I>1</I></B> einnimmt.
Im beschriebenen Beispiel erfolgt die Spannungsübertragung dreimal, aber es könn ten zur Erzeugung noch schärferer Impulse beliebig viele Drossel- und Kondensatoren- stufen L", <I>L,<B>.</B></I><B> .<I>.</I></B> L. und C, <I>e<B>C,</B></I><B> ...</B> C" in Form eines Vielfach-T-Netzes verwendet werden, wie in Fig. <B>5</B> gezeigt ist.
Wie in Fig. 4 angegeben ist -. kann die Ka pazität<B>C,</B> falls erwünscht, selbst zu einem weiteren Vielfach-T-Netz K von Drosseln und Kondensatoren gehören, die in bekannter Weise eine Kabelnachbildung darstellen, wenn es erwünscht ist, dem Impuls am Aus gang eine rechteckige Form zu verleihen. In diesem Falle ist die letzte Induktanz so be rechnet, dass ihr Sättigungswert derjenigen einer einzigen Induktanzstufe in der Kabel nachbildung entspricht oder kleiner als bei dieser ist, um die durch die Entladung des impulsbildenden Netzes an der Belastung er zeugte Wellenform der Spannung nicht zu verzerren.
Gemäss Fig. 3a besitzt die Spannung V,1 am Kondensator<B>C,</B> zwei Spitzen von ab wechselnd entgegengesetzter Polarität. Es ergeben sich daher auch in der Belastung ab wechselnd positive und negative scharfe<B>Im-</B> pulse. Eine separate Wicklung kann aber auf den Kern der Drossel L, gewickelt sein (wie in Fig. <B>1</B> gestrichelt gezeichnet) und mit Gleichstrom<B>(D. C.)</B> gespiesen werden, um im Kern eine Vormagnetisierung zu bewirken.
Wenn der magnetische Fluss dieser Vor- magnetisierung genügend gross ist, um die Spannung einer bestimmten Polarität daran zu hindern, einem zum Sättigen genügenden Fluss im Kern züi bewirken, dann werden die Spitzen der Ausgangsspannung an der Belastung immer gleiche Polarität zeigen. Die Spannung am Kondensator<B>C,</B> wird in diesem den Verlauf nach Kurve V,1 von Fig. <B>3b</B> haben.
In Fig. 4 ist eine Einrichtung gezeigt, in der die Drosseln durch Transformatoren T, T,. ersetzt sind, deren Primär- oder Sekuniär- wicklung mit den Kondensatoren auf der Seite der Energiezufuhr bzw. Belastung in Serie liegen.
Die Schaltung entspricht einem Vielfach-T-Netz mit Seriekapazitäten und Nebenschlussinduktivitäten <I>(L,</I> LJ. Der Kondensator<B>C,</B> befindet sich auf der Primär seite des Transformators T, und wird über eine sättigungsfähige Drossel L, und die Pri märwicklung des Transformators T, mit sät tigungsfähigem Kern aufgeladen. Der Sekun därkreis des Transformators T, besitzt als Belastung einen Kondensator<B>C,</B> und die Pri märseite eines zwditen Transformators T, mit sättigungsfähigem Kern.
Der Kondensator<B>C,</B> liegt so an der Seite der Energiezufuhr für den Transformator T.. Der Sekundärkreis des Transformators T, besitzt eine Kapazität<B>C,</B> die zu dem bereits erwähnten, die Impulsform bestimmenden Netz<B>E</B> gehört und eine Be lastung in Form eines Magnetrons <B>X,</B> das über einen normalen Impuls-Transformator T, angeschlossen ist.
Die ungesättigte Primärinduktanz des Transformators T, ist niedrig im Vergleich zur ungesättigten Induktanz der Drossel L, aber hoch im Vergleich zu deren Sättigungs wert. Ebenso ist der ungesättigte Wert der Primärinduktanz des Transformators T, klein im Vergleich mit der ungesättigten Sekundär- induktanz des Transformators T" aber gross im Vergleich mit deren gesättigtem Wert.
Die Transformatoren Tj, T, können für Auf- oder Abwärtstransformierung eingerichtet sein, <B>je</B> nach den Erfordernissen des Ausgangs systems. So kann zum Beispiel bei dem ge zeigten Radarsender die Speisespannung ver hältnismässig niedrig sein, z. B. einige hun dert Volt, und durch fortschreitendes Auf- wärtstransformieren kann der Ausgangs impuls zum Magnetron Zehntausende<B>kV</B> be sitzen.
Im Betrieb wird der Kondensator<B>C,</B> von der Energiequelle<B>S</B> über die Drossel L, ge laden, deren ungesättigter Wert mit der Ka pazität<B>C,</B> auf der Speisefrequenz resonant ist. Während des Ladens ist die Drossel L, un gesättigt und die Spannung an der -Primär wicklung des Transformators T, klein.
Wird am Kondensator<B>C,</B> die maximale Spannung erreicht, so wird die Drossel L, gesättigt und der Kondensator<B>C,</B> entlädt sich über die gesättigte Induktanz Ll, die Streuinduktanz des Transformators T, und die Primärinduk- tanz des Transformators T" um den Konden sator<B>C,</B> aufzuladen.
Die Kapazität des Kondensators<B>C,</B> ist so gewählt, dass sie in bezug auf die Primärseite des Transformators T, wenigstens angenähert gleich derienigen des Kondensators<B>C,</B> ist.
f)er Kern'und die Wicklungen des Transfor mators T, sind so abgeordnet, dass sich der Kern des Transformators Z, sättigt, wenn die Spannung an der Kapazität C2 ein Maximum ist und die Sekundärinduktanz auf einen Wert abfällt, der im Vergleich zur Primärinduk- tanz des Transformators T, niedrig ist, so dass die Kapazität C, von der Entladung der Kapazität<B>C.</B> durch diese Induktanz,
die Streuinduktanz des Transformators T, und die Primärinduktanz des Transforma tors T, geladen wird. Sättigt sich beim Spannungsmaximum an der Kapazität<B>C,</B> die Sekundärwicklung des Transformators T., so ist dessen Sättigungswert gleich oder kleiner als derjenige eines einzelnen Induk- tanzabschnittes des die Impulsform bestim menden Netzteils.
Die Kondensatoren dieses Netzteils entladen sich dann über diese In- duktanz und die Streuinduktanz des Trans formators T, in die Belastung, -die hier als ein Magnetron gezeigt ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>6</B> sind vier Induktanzstufen vorgesehen, wobei die Belastung durch die Primärwicklung eines Transformators T gebildet wird, dessen Sekundärwicklung ein Magnetron <B>X</B> erregt, für Radarzwecke. Entsprechende Elemente werden durch die gleichen Überweisungszel- chen wie in Fig. <B>1</B> und 5 gekennzeichnet. Ein Aufwärtstransformator<B>N</B> ist zwischen der Induktanz L und dem Kondensator<B>C,</B> an geschlossen, um die erforderliche hohe Span nung am Ausgang zu liefern.
<I>K</I> ist ein die Impulsform bestimmendes Netz aus Induktanzen und Kapazitäten, mit einer Anfangskapazität<B>C,</B> Die Verteilung der Spannung an den vier Kapazitäten wäh rend einer Periode ist in Fig. <B>7</B> dargestellt. So zeigt die Kurve<B>Y</B> C, die Spannung an der Ka pazität<B>C,</B> usw.
Typische Leistungszahlen für eine Ein richtung dieser Art sind<B>-</B>
EMI0004.0030
Eingangsseite: <SEP> <B>80</B> <SEP> V, <SEP> <B>1500</B> <SEP> Perioden <SEP> pro <SEP> Se kunde;
<tb> Ausgangsseite <SEP> <B>-</B> <SEP> Spitzenspannung <SEP> <B>=</B> <SEP> 4 <SEP> Kilo Volt,
<tb> Zeitdauer <SEP> eines <SEP> Impulses
<tb> <B>0,25</B> <SEP> Mikrosekunden. Zur Erzeugung von scharfen Impulsen nur einer Polarität ist auch in Fig. 4 und in Fig. <B>6</B> an der Induktivität L, eine Wicklung B vor gesehen, mit welcher der Kern vormagneti siert werden kann.