DE1942012C3 - Schaltung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen - Google Patents

Description

Transistoren mit Ausnahme eines, jedoch nicht des unter b) genannten PNP- bzw. NPN-Transistors an ein Netzwerk angeschlossen sind, das die Spannungen unter diesen PNP-Transistoren aufteilt und ihre Leitfähigkeitszeit reguliert, d) der unter c) genannte ausgenommene PNP- und NPN-Transistor je an einen Steuertransistor angeschlossen sind und durch diese Steuertransistoren gesteuert werden, wobei jeder Steuertransistor an einen Steuerkreis (Flip-Flop) angeschlossen ist und beide Steuerkreise mit der Eingangsklemme verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Schaltung hat den Vorteil, daß sie einfach im Aufbau i*_nd billig in der Herstellung ist, einwandfreie Hochspannungsirnpulse von kurzer Dauer, schneller Folge, mit fast senkrechten Flanken erzeugt, nur ein Minimum an Energie verbraucht sowie betriebssicher und wartungsfrei arbeitet.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß alle PNP- und NPN-Transistoren außer einem PNP-Transistor und einem MPN-Transistor mit Schaltungsmitteln verbunden sind, die ein schne!- les Übergehen jedes PNP- und NPN-Transistors in den leitfähigen bzw. nichtleitenden Zustand bewirken. Beide Steuertransistoren können NPN-Transistoren sein, wobei der Kollektor des einen Steuertransistors mit der Basis des ausgenommenen PNP-Tranistors und der Kollektor des anderen Steuertransistors mit der Basis des ausgenommenen NPN-Transistors verbunden ist. Alle Netzwerke können RC-Leiter enthalten. Die PNP-Transistoren bzw. die NPN-Transistoren können in gewöhnlicher Basisschaltung miteinander verbunden sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Abb. 1 ein Schaltschema einer Zusatz-Impulsoder Steuerschaltung gemäß der Erfindung,

Abb. 2—7 Diagramme verschiedener Impulse an unterschiedlichen Klemmen oder Stellen in der Schaltung der Abb. 1.

Eine erfinüungsgemäße transistorisierte Zusatzschaltung ist in Abb. 1 dargestellt.

Eine Serie von PNP-Transistoren sind in Reihe geschaltet und bilden einen PNP-Abschnitt einer transistorisierten Zusatzschaltung. Diese in Reihe geschalteten Transistoren sind mit 1 bis 5 bezeichnet. In dieser Reihenschaltung und gewöhnlichen Basisanordnung ist der Kollektor des Transistors 1 direkt mit dem Emitter des Transistois 2 verbunden. Der Kollektor des Transistors 2 isi mit dem Emitter des Transistors 3 verbunden. Der Kollektor des Transistors 3 ist direkt mit dem Emitter des Transistors 4 und der Kollektor des Transistors 4 direkt mit dem Emitter des Transistors 5 verbunden.

Ein anderer Abschnitt der transistorisierten Zusatzschaltung enthält eine Serie von in Reihe geschalteten NPN-Transistoren 6 bis 10, welche in Reihe geschaltet auch eine gewöhnliche Basisanordnung bilden. Wie dargestellt, ist der Emitter des Transistors 10 direkt an den Kollektor des Transistors 9 angeschlossen, Der Emitter des Transistors 9 ist direkt mit dem Kollektor des Transistors 8 verbunden. Der Emitter des Transistors 8 ist direkt mit dem Kollektor des. Transistors 7 und der Emitter des Transistors 7 direkt mit dci ι Kollektor des Transistors 6 verbunden.

Wie dargestellt, ist ein weiterer NPN-Transistor 11 in dem von in Reihe und in gewöhnlicher Basisanordnung geschalteten Transistoren 6 bis 10 gebildeten

NPN-Abschnitt vorgesehen. Der Kollektor des Transistors 11 isi direkt mit der Basis des Transistors 6 verbunden. Die in Reihe geschalteten Transistoren 6 bis 10, die eine gewöhnliche Basis-NPN-Anordnung der Zusatzschaltung bilden, weden durch den Transistor 11 gesteuert, der in gewöhnlicher Emitter-Anordnung bezüglich der gewöhnlichen Basis-Anordnung der Serien-Transistoren 6 bis 10 geschaltet ist. Die Transistoren 6 bis 10 sind Arbeitstransistoren, und der Steuertransistor 11 aus der gewöhnlichen Emitter-Anordnung ist ein Hochfrequenztransistor. Ähnlich ist ein anderer NPN-Transistor 12 als Steuertransistor für die gewöhnliche Basis-Anordnung der in Reihe geschalteten PNP-Transistoren 1 bis 5 vorgesehen. Die Transistoren 1 bis 5 sind ebenfalls Arbeitstransistoren, während der Transistor 12 ein Hochfrequenztransistor in gewöhnlicher Emitter-Anordnungbezüglich der Serien-Transistoren 1 bis 5 des PNP-Abschtjtts ist. Wie dargestellt, ist der Emitter des Steuertransistors 12 direkt an ein;; negative Spannungsquelle (—4 Volt bezogen auf + 1200 Volt) angeschlossen. In ähnlicher Weise liegt der Emitter des Transistors 11 im NPN-Abschnitt der Zusatzschaltung direkt an einem Bezugsspannungsniveau. Auch ist der Kollektor des Transistors 11 direkt mit der Basis des Transistors 6 und einer positiven Spannungsquelle von +4 Volt, wie dargestellt, verbunden.

In dem PNP-Abschnitt der in Reihe geschalteten Transistoren 1 bis 5 ist ein Netzwerk von Widerständen und Kondensatoren (die wie in Abb. 1 geschaltet sind) mit den Basis-Stromkreisen verbunden, um u. a. die Ein- und Ausschaltzeit sowie die Form des vom PNP-Abschnitt der Zusatzschaltung ausgegebenen Impulses zu regulieren. Wie gezeigt, liegt der Widerstand 21 in Reihe zwischen der Basis des Transistors 1 und dem Kollektor des Steuertransistors 12. In dem Basisstromkreis des Transistors 2 liegt ein Zweig, der den Widerstand 22 und den Kondensator 61 in Reihe enthält. Parallel zum Widerstand 22 und zum Kondensator 61 ist ein weiterer Widerstand 23 geschaltet. Ganz ähnlich ist in der gezeigten Weise die Basis des Transistors 3 mit der aus dem Widerstand 25 und dem Kondensator 62 bestehenden, zum Widerstand 26 parallel liegenden Reihe verbunden. In gleicher Weise ist die Basis des Transistors 4 mit dem Widerstand

27 und dem Kondensator 63, zu denen der Widerstand

28 parallel liegt, in Reihe geschaltet. Schließlich ist die Basis des Transistors 5 mit dem Widerstand 30 verbunden, der parallel zu der Reihe aus dem Widerstand 29 und dem Kondensator 64 liegt.

Im NPN-Abschnitt der Zusatzschaltung ist mit der Basis des Transistors 6 der Widerstand 31 verbunden, der w": dargestellt, direkt zwischen der Basis des Transistors 6 und einer + 4-VoIt-QuelIe liegt. Mit der Basis des Transistois 7 ist der Widerstand 33 verbunden, zu dem in dargestellter Weise die Reihe aus dem Widerstand 32 und dem Kondensator 65 parallel geschaltet ist. Analüg liegt die Basis des Transistors 8 in Reihe mit dem Widerstand 35, zu dem die aus Widerstand 34 und Kondensator 66 bestehende Reihe parallel geschaltet ist. Die Basis des Transistors 9 ist in Reihe mit dem Widerstand 37 geschaltet, der seinerseits vom Widerstand 36 und Kondensator 67 überbrückt wird. Schließlich ist die Basis des Transistors 10 in Reihe mit dem Widerstand 39 geschaltet, der seinerseits parallel zur den Widerstand 38 und den Kondensator 68 enthaltenden Reihe liegt.

Wie abgebildet, ist der Kollektor des Transistors

10 direkt mit der Ausgangsklemme 81 verbunden. Ähnlich ist der Endtransistor 5 in dem PNP-Abschnitt der Zusatzschaltung an die Ausgangsklemme 81 über ein Netzwerk, das den in Reihe üegenden Widerstand 40 und diesen überbrückenden Widerstand 41 und Kondensator 69 enthält, angeschlossen, wie es in Abb. 1 gezeigt ist.

Wie in Abb. 1 dargestellt, besitzt der PNP-Abschnitt der transistorisierten Zusatzschaltung ein Spannungsteiler-Netzwerk, das mit den Basen der Transistoren 2,3,4 und 5 verbunden ist. Dieses Spannungsteiler-Netzwerk enthält die in Reihe geschalteten Widerstände 42. 43, 44 und 45. die in der dargestellten Weise an das Bezugsspannungsniveau angeschlossen sind. Ebenso sind in diesem Spannungsleiler-Netzwerk die Kondensatoren 70, 71, 72 und 73 in der in Abb. 1 gezeigten Weise enthalten. Ein zusätzlicher Widerstand 51 gehört, wie gezeigt, auch dazu. Dieser Widerstand 51 ist direkt an eine positive Spannungsquclle von +· 1200 Volt angeschlossen.

Analog ist auch mil dem NPN-Abschnitt der transistorisierten Zusatzschaltung ein Spannungsteiler-Netzwerk verbunden. Wie dargestellt, ist mit den Basen der Transistoren 7. 8, 9 und 10 die Anordnung der in Reihe geschalteten Widerstände 46, 47, 48. 49 und 50 verbunden. Der letztgenannte Widerstand 50 ist, wie gezeigt, direkt an eine positive Spannungsquelle von + I 200 Volt angeschlossen. Auch ist der Widerstand 46 in gezeigter Weise direkt mit dem Bezugsspannungsniveau verbunden. Zusätzlich sind die Kondensatoren 74. 75. 76 und 77 in dem Spannungsteiler-Netzwerk enthalten und in der abgebildeten Weise mit den letztgenannten Widerständen verbunden.

Ferner gibt es. in Abb. 1 unterhalb der soeben besprochenen Spannungsteiler-Netzwerke dargestellt, zwei Steuerkreise (Flip-Flops) 82 und 83. Die beiden Steuerkreise 82 und 83 sind handelsübliche Einheiten und bei FAIRCHILD CORPORATION unter der Bezeichnung »FAIRCHILD U L 91428-748 units« zu erhalten. Wie die Abb 1 zeigt, ist das Netzwerk, das die zwei Steuerkreise 82 und 83 sowie die diese begleitenden und verbindenden Schaltelemente enthält, mit den Klemmen oder Punkten 91, 92. 93 und 94 versehen. Das Auftreten von verschiedenen Spannungsimpulsen an diesen Klemmen und an der Ausgangsklemme 81 werden im folgenden an Hand der Abb. 2. 3. 4. 5. 6 und 7 besprochen.

Die in Abb. 1 schematisch dargestellte Schaltung wird benutzt, um die Spannung an der Ausgangsklemme 81 auf + 1200 Volt über die Bezugsspannung, anschließend zurück und nach einer vorgegebenen Zeit wieder auf + 1200 Volt zu bringen. In betriebsbereitem Zustand arbeitet die Schaltung der Abb. 1 folgendermaßen.

Die + 4-VoIt und 4-Volt-Energiequellen (bezo gen auf + 1200 Volt) werden zur gleichen Zeit wii die 1200-Volt-Energiequelle angelegt, und ein positi ver Auslöseimpuls wird bei Klemme 91 in die Schal tungeingegeben, vgl. Abb. 2. Dieses bewirkt, daß di< Spannung an Klemme 93 von 1 196 Volt auf + 120( Volt steigt, wodurch auch die an Klemme 81 anlie gende Spannung den Wert 1200 Volt annimmt. (Vgl Abb. 5 hinsichtlich der Wellenform der an Klemm< 93 anliegenden Spannung.) Die genannten Vorgäng< führen dazu, daß die Transistoren im PNP-Abschnit der Zusatzschaltung einschalten, d. h. einen Zustani niedriger Impedanz annehmen. Gleichzeitig wechsel die Spannung an Klemme 93 und die Spannung ai Klemme 94 (s. Abb. 6) wechselt auf + 4 Volt gegen über der Bezugsspannung. Dieser Vorgang bewirkt daß der NPN-Abschnitt der Zusatzschaltung abschal tet. d. h. in einen Zustand hoher Impedanz übergeht Jetzt wird jegliche Spannung an der Klemme 95 übei die Ausgangsklemme 85 abgebaut, weil der PNP-Ab schnitt der Zusatzschaltung im Zustand niedriger Im pedanz und der NPN-Abschnitt im Zustand hohei Impedanz ist. Zu diesem Zeitpunkt wird bei Klemmt 92 ein positiver Anfangsimpuls eingegeben. Dadurcr fällt die Spannung an Klemme 93 von 1200 auf 119f Volt. Dieses bewirkt, daß der PNP-Abschnitt der Zu satzschaltung ausschaltet. Wenn der Anfangsimpuli in den S'romkreis eingegeben wird, nimmt die Spannung an Klemme 94 den Wert der Bezugsspannunj an. Dadurch wird der NPN-Abschnitt veranlaßt einzuschalten. Nunmehr, da der PNP-Abschnitt in Ausschaltstellung oder im Zustand hoher Impedanz unc der NPN-Abschnitt in Einschaltstellung oder im Zustand niedriger Impedanz ist, geht die Spannung ar der Ausgangsklemme 95 auf den Wert der Bezugsspannung. Nach einer vorgegebenen Zeit wird ein positiver Endimpuls bei Klemme 91 in den Stromkreii eingegeben. Dieser bewirkt einen gleichen Vorgang wie der Auslöseimpuls. Daher geht die Spannung ar der Ausgangklemme 81 zurück auf 1200 Volt.

Die Eingabe von Anfangs- und Endimpulsen kanr unbegrenzt fortgesetzt werden, wodurch ein periodisches Wchseln der Spannung an der Ausgangsklemmc 81 erzielt wird.

Die in der Abb. 1 für die einzelnen Schaltungselemente eingetragenen elektrischen Werte sind beispielhaft. Sie sollen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen. Das Ausführungsbeispie! soll die Erfindung in keiner Weise beschränken.

Die hier gegebene detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dient der F-läuterung der Anwendung der Prinzipien der Erfindung. Ohne von derartigen Prinzipien abzuweichen, kanr die Erfindung auch auf andere Weise ausgeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltung mit einer Anzahl in Reihe geschalteter NPN-Transistoren, die über Schaltungselemente an eine Ausgangsklemme und deren Basen mit Ausnahme eines Transistors zur Aufteilung der Spannungen und zur Regulierung der Leitfähigkeitszeit an ein Netzwerk angeschlossen sind, während die Kollektoren jeweils mit den Emittern der vorangehenden Transistoren verbunden sind, für die Erzeugung von Spannungsimpulsen, die hohe Amplituden aufweisen, von kurzer Dauer sind, steil ansteigen und steil abfallen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zusätzlich zu den in Reihe geschalteten NPN-Transistoren noch eine Anzahl von in Reihe geschalteten PNP-Transistoren vorgesehen sind, wobei der Emitter jeweils eines PNP-TriUisistors mit dem Kollektor des vorangehenden PNP-Transistors verbunden ist,

b) der Kollektor eines der PNP-Transistoren genau wie der Kollektor eines der NPN-Transistoren über Schaltungselemente an eine Ausgangsklemme angeschlossen ist,

c) die-Basen aller PNP-Transistoren genau wie die Basen aller NPN-Transistoren mit Ausnahme eines, jedoch nicht des unter b) genannten PNP- bzw. NPN-Transistors an ein Netzwerk angeschlossen sind, das die Spannungen jaeer diesen PNP-Transistoren aufteilt und ihre Leitfähigkeitszeit reguliert,

d) die unter c) genannten ausgenommenen PNP- und NPN-Trarjsistoren je an einen Steuertransistor angeschlossen sind und durch diese Steuertransistoren gesteuert werden, wobei jeder Steuertransistor an einen Steuerkreis (Flip-Flop) angeschlossen ist und beide Steuerkreise mit der Eingangsklemme verbunden sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle PNP- und NPN-Transistoren außer dem in Anspruch 1 c) ausgenommenen PNP- und NPN-Transistor mit Schaltungsmittein verbunden sind, die ein schnelles Übergehen jedes PNP- und NPN-Transistors in den leitfähigen bzw. nichtleitenden Zustand bewirken.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steuertransistoren NPN-Transistoren sind, wobei der Kollektor des einen Steuertransistors mit der Basis des in Anspruch 1 c) ausgenommenen PNP-Transistors und der Kollektor des anderen Steuertransistors mit der Basis des in Anspruch Ic) ausgenommenen NPN-Transistors verbunden ist.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Anspruch 1 c) genannten Netzwerke RC-Leiter enthalten.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die PNP-Transistoren bzw. die NPN-Transistoren der in Anspruch 1 a) genannten Anzahl in gewöhnlicher Basisschaltung miteinander verbunden sind.

Die Erfindung betrifft eine Schaltung mit einer Anzahl in Reihe geschalteter NPN-Transistoren, die über Schaltungselemente an eine Ausgangsklemme und deren Basen mit Ausnahme eines Transistors zur Aufteilung der Spannungen und zur Regulierung der Leitfähigkeitszeit an ein Netzwerk angeschlossen sind, während die Kollektoren jeweils mit den Emittern der vorangehenden Transistoren verbunden sind, für die Erzeugung von Spannungsimpulsen, die hohe Amplituden aufweisen, von kurzer Dauer sind, steil ansteigen und steil abfallen.

Derartige Schaltungen können insbesondere bei Vorrichtungen zum Vermessen von Bohrungen eingesetzt werden, die mit impulsangeregten Neutronen arbeiten. In einem mit impulsangeregten Neutronen arbeitenden Bohrungs-Vermessungssystem wird beispielsweise ein Neutronengenerator vom Beschleunigertyp angewendet, in dem positive Ionen in ein beschleunigendes elektrisches Feld geschossen werden. Dort werden diese Ionen beschleunigt, bis sie eine Erdungsplatte passieren. Nach dem Passieren der Erdungsplatte treffen die Ionen auf ein Target (z. B. ein Tritium-Target) und bombardieren dieses, wodurch aus ihm Neutronen befreit werden.

Der hier genannte Neutronengenerator vom Beschleunigertyp enthält Sätze von Ablenkplatten, welche zusätzliche kurzzeitige elektrische Felder auf die Ionen einwirken lassen, so daß diese in kurzen Schauern auf das Ziel aufschlagen. Ein sauberes Arbeiten des Neutronengenerators vom Beschleunigertyp erfordert das Schalten relativ hoher Spannungen für die verschiedenen Sätze von Ablenkplatten, damit der Ionenstrahl exakt zum Target geleitet wird. Es ist notwendig, ein Schaltschema anzuwenden, durch das die Spannungsimpulse für die Ablenkplatten optimale Impulsform, große Amplitude und hohe Frequenz bekommen. Eine optimale Impulsform für den vorgenannten Zweck bedeutet, daß jedsr angewendete Impuls von relativ kurzer Dauer, d. h. von geringer Breite ist und daß er innerhalb kürzester Zeit sowohl ansteigt als auch abfällt. Beispielsweise ist es für eine Art von handelsüblichen Neutronengeneratoren erwünscht, Spannungsimpulse mit einer Amplitude von 1200 Volt in einer Frequenz von 10 bis 10⁵ Hz zu erzeugen, wobei die Impulsbreiten 5 X 10~⁶ see bis 10 ' see betragen sollen mit Anstiegs- und Abfallzeiten von ca. 1,2 X 10"⁷ see und 2 X 10 "⁷ see. Die vorgenannten Anstiegs- und Abfallzeiten werden möglichst kurz gehalten, um eine optimale Impulsform zu erlangen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zur Erzeugung von in hoher Frequenz aufeinanderfolgenden Impulsen mit geringen Breiten, relativ hohen Amplituden und geringen Anstiegs- und Abfallzeiten zu schaffen, um einen Neutronengenerator, insbesondere in einem nuklearen Vermessungssystem für Bohrungen, mit Impulsen zu beaufschlagen. Dies wird gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß a) zusätzlich zu den in Reihe geschalteten NPN-Transistoren noch eine Anzahl von in Reihe geschalteten PNP-Transistoren vorgesehen sind, wobei der Emitter jeweils eines PNP-Transistors mit dem Kollektor des vorangehenden PNP-Transistors verbunden ist, b) der Kollektor eines der PNP-Transistoren genau wie der kollektor eines der NPN-Transistoren über Schaltungselemente an eine Ausgangsklemme angeschlossen ist, c) die Basen aller PNP-Transistoren gcrau wie die Basen aller NI'N-