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Die Erfindung bezieht sich auf einen HF-Elektronenröhrenleistungs
generator mit einem in Reihe mit der Kathode der Elektronenröhre angeordneten
regelbaren Impedanzelement.
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Ein HF-Elektronenröhrenleistungsgenerator dieser Art ist aus der
Niederländischen Patentschrift 148202 bekannt.
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Im allgemeinen ist es erwünscht, die von einem solchen
HF-Elektronenröhrengenerator gelieferte Leistung regeln zu können.
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Ein erstes Verfahren zur Verwirklichung dieser Regelung ist die
Anodengleichspannung der Elektronenröhre veränderlich zu machen. Dies läßt sich
verwirklichen durch Phasenanschneidung der angebotenen Netzspannung mit Hilfe von
Thyristoren, bevor diese Spannung auf die erwünschte Hochspannung herauftransformiert wird.
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Leistungsregelung durch Phasenanschneidung verursacht ziemlich viel HF-
Störspannung im Versorgungsnetz. Ein weiterer Nachteil dieser Leistungsregelung ist
die Tatsache, daß die Hochspannung während eines Teils der Periode der Netzspannung
dem Wert Null entspricht. Dadurch wird in vielen Fällen ein aufwendiges
Hochspannungsglättungsfilter erforderlich sein.
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Ein zweites Verfahren zur Regelung der gelieferten Leistung ist in der
bereits genannten Patentschrift beschrieben. Dabei wird die gelieferte Leistung mittels
eines mit der Kathode der Elektronenröhre in Reihe geschalteten einstellbaren
Impedanzelementes geregelt.
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Durch Steigerung des Impedanzwertes des Impedanzelementes nimmt die
Gleichspannung an dem Impedanzelement zu. Durch diese Zunahme wird die
Spannungsdifferenz zwischen der Kathode und dem Steuergitter negativer. Dadurch nimmt
der Anodengleichstrom der Elektronenröhre und damit die gelieferte Leistung ab.
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Ein Nachteil dieses bekannten HF-Leistungsgenerators ist die große
Verlustleistung, die in dem regelbaren Impedanzelement auftritt. Diese aufgenommene
Leistung kann etwa 10% der zu regelnden Leistung betragen. Dies ist insbesondere
nachteilig bei hohen Leistungen (beispielsweise von einigen Hundert Kilowatt),
insbesondere wenn man das Impedanzelement in Form eines regelbaren
Halbleiterelement ausbilden möchte.
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Die Erfindung hat nun u.a. zur Aufgabe, einen
HF-Elektronenröhrenleistungsgenerator zu schaffen, dessen gelieferte Leistung mittels eines mit der
Kathodenleitung in Reihe geschalteten Impedanzelementes regelbar ist und bei dem die
Verlustleistung in dem regelbaren Impedanzelement wesentlich geringer ist als die
Verlustleistung in einem bekannten Generator.
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Die Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf, daB die Elektronenröhre
als Mehrgitter-Elektronenröhre mit mindestens einem Steuergitter und einem
zusätzlichen Gitter ausgebildet ist, daß ein invertierender Verstärker vorgesehen ist, dessen
Eingang mit der mit der Kathode gekoppelten Seite des Impedanzelementes verbunden
ist und dessen Ausgang an das zusätzliche Gitter der Elektronenröhre angeschlossen ist.
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Eine Erhöhung des Wertes des Impedanzelementes wird zu einer Zunahme
der Spannung an dem Impedanzelement führen. Dadurch wird der Anodenstrom
abnehmen. Dadurch, daß die Spannung an dem Impedanzelement über den
invertierenden Verstärker dem zusätzlichen Gitter der Elektronenröhre zugeführt wird, wird
die Spannung an dem zusätzlichen Gitter verstärkt abnehmen. Dies führt zu einer
zusätzlichen Verringerung des Anodenstromes. Der Einfluß einer gewissen
Spannungsänderung an dem Impedanzelement auf den Anodenstrom ist also verstärkt.
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Für eine bestimmte Änderung des Anodenstromes reicht es nun, einen
geringeren Hub der Spannung an dem Impedanzelement zu verwirklichen als in dem
bekannten Trioden-Generator erforderlich ist. Durch diesen kleineren Spannungshub
kann die Ruhespannung an dem Impedanzelement nun auf einen niedrigeren Wert
eingestellt werden als im Stand der Technik bisher erforderlich war, so daß die
Verlustleistung in diesem Impedanzelement niedriger sein wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der
HF-Elektronenröhrenleistungsgenerator das Kennzeichen auf, daß der invertierende Verstärker eine
Stromquelle sowie eine Triode aufweist, deren Anode den Ausgang des Verstärkers bildet,
wobei mit diesem Ausgang ebenfalls die Stromquelle gekoppelt ist, während das
Steuergitter mit der negativen Klemme einer Quelle veränderlicher Spannung gekoppelt
ist und der Eingang des Verstärkers durch die positive Klemme der Quelle
veränderlicher Spannung gebildet wird.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß dr Strom in dem zusätzlichen
Gitter der Elektronenröhre den von der Stromquelle gelieferten Strom niemals
überschreiten kann. Ohne diese Begrenzung könnte beim Fortfallen der Anodenspannung ein
außergewöhnlich hoher Strom in das zusätzliche Gitter fließen, wodurch dieses zerstört
werden könnte.
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Wenn der HF-Elektronenröhrenleistungsgenerator mit einer pulsierenden
Spannung betrieben wird kann ein Problem entstehen, wenn mit dem zusätzlichen Gitter
der Elektronenröhre eine Stromquelle verbunden wird. Wenn das Steuergitter der
Elektronenröhre außer Betrieb gesetzt wird, wird an dem zusätzlichen Gitter dadurch
eine hohe Spannung auftreten, daß die Belastungsimpedanz der Stromquelle zunimmt.
Diese hohe Spannung an dem zusätzlichen Gitter kann den pulsierenden Betrieb des
Generators beeinträchtigen.
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Eine bekannte Eigenschaft einer Triode ist, daß der Anodenstrom stark
zunimmt, wenn die Anodenspannung einen bestimmten Wert überschreitet. Dadurch hat
eine Triode eine spannungsbegrenzende Wirkung.
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Da das zusätzliche Gitter der Elektronenröhre in dem
HF-Elektronenröhrenleistungsgenerator mit der Anode der Triode verbunden ist, wird die genannte
Spannungszunahme an dem zusätzlichen Gitter bei pulsierendem Betrieb nun beschränkt
bleiben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Generators,
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Fig. 2 eine bevorzugte Ausfiihrungsform dieses Generators,
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Fig. 3 graphische Darstellungen der Verlusfleistung in dem
Impedanzelement aufgetragen zu dem Wert dieses Impedanzelementes für einen bekannten
Trioden-Generator sowie für den erfindungsgemäßen Generator.
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In Fig. 1 wird die Mehrgitter-Elektronenröhre des
HF-Elektronenröhrenleistungsgenerators durch die Tetrode 1 gebildet, deren Anode über den
Koppelkondensator 2 mit dem frequenzbestimmenden Element 3 sowie mit dem Eingang des
Rückkopplungselementes 4 verbunden ist. Das frequenzbestimmende Element 3 besteht
aus einer Parallelschaltung einer Spule und eines Kondensators und wird untenstehend
als Parallelkreis bezeichnet. Die Kathode der Tetrode 1 ist mit dem Impedanzelement 5
sowie mit dem Eingang des invertierenden Verstärkers 6 verbunden. Der Ausgang des
invertierenden Verstärkers 6 ist an das zusätzliche Gitter (das Schirmgitter) der Tetrode
1 angeschlossen. Die Hochspannungsquelle 7 ist über eine Drosselspule 8 mit der
Anode der Tetrode verbunden.
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Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Generators. In dieser Ausführungsform wird der invertierende Verstärker 6 durch eine
Triode 9 in Kombination mit einer Gleichstromquelle 10 und einer Quelle
veränderlicher Spannung 11 gebildet. Das Steuergitter der Triode 9 ist über die Reihenschaltung
aus der Quelle veränderlicher Spannung 11 und dem Widerstand 20 mit dem in diesem
Fall durch einen Transistor 17 gebildeten Impedanzelement 5 verbunden. Der Kollektor
des Transistors 17 ist über die Drosselspule 18 mit der Kathode der Tetrode verbunden.
Der Kondensator 19 ist mit der Kathode der Tetrode 1 verbunden. Die Anode der
Triode 9 ist mit der Stromquelle 10 sowie dem Schirmgitter der Tetrode 1 verbunden.
Die andere Seite der Stromquelle ist mit der Hochspannungsquelle 7 verbunden. Das
Rückkopllungselement 4 weist eine einerseits mit dem Parallelkreis 3 und andererseits
mit dem Kondensator 13 und einem Koppelkondensator 14 verbundene Spule 12 auf.
Die andere Seite des Koppelkondensators 14 ist mit dem Steuergitter der Tetrode 1
verbunden. Die Drosselspule 15 ist einerseits mit dem Steuergitter der Tetrode 1 und
andererseits mit einem Widerstand 16 verbunden. Die Kathode der Triode 9, die
negative Seite des Impedanzelementes 5, der Widerstand 16, der Kondensator 13 und
der Parallelkreis 3 sind mit der negativen Klemme der Hochspannungsquelle 7
verbunden.
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Untenstehend wird anhand der Figuren die Wirkungsweise der Erfindung
näher erläutert.
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Die Tetrode 1 bildet zusammen mit dem Parallelkreis 3 und dem
Rückkopplungselement 4 den Kern des Generators. Es gibt einen Koppelkondensator 2 um zu
vermeiden, daß die Hochspannungsquelle 7 über die Drosselspule 8 und den
Parallelkteis 3 kurzgeschlossen wird. Die Drosselspule 8 sorgt dafür, daß durch die
Hochspannungsquelle 7 kein HF-Strom fließt. Das Rückkopplungselement 4 sorgt für eine
Phasendrehung um 180º, was zur Ermöglichung einer Oszillation und einer bestimmten
Dämpfung der Anodenwechselspannung der Tetrode erforderlich ist. Diese
Resultierende Spannung wird dem Steuergitter der Tetrode zugeführt.
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Der Kondensator 14, die Drosselspule 15 und der Widerstand 16 bilden
den Kreis, der für eine automatische Einstellung der richtigen Gleichspannung an dem
Steuergitter der Tetrode sorgt. Während der maximalen Spannungspegel der dem
Steuergitter zugeführten Wechselspannung wird in dem Steuergitter der Tetrode ein
Strom fließen, wodurch der Kondensator 14 aufgeladen wird. Die Gleichspannung an
dem Steuergitter der Tetrode wird sich nun derart einstellen, daß zwischen der Ladung
des Kondensators 14 durch die Gitterstromimpulse und der Ladung, die über die
Drosselspule 15 und den Widerstand 16 zu dem negativen Anschluß der
Hochspannungsquelle 7 wegfließt, ein Gleichgewicht erzielt wird. Die Drosselspule 15 vermeidet,
daB durch den Widerstand 16 ein Gleichstrom zu dem negativen Anschluß der
Hoch-Spannungsquelle 7 fließt.
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Wie bereits erläutert, läßt sich die von dem Generator gelieferte Leistung
dadurch regeln, daß der Wert des Impedanzelementes 5 eingestellt wird. In dieser
bevorzugten Ausführungsform erfolgt dies dadurch, daB der Basisstrom des Transistors
17 eingestellt wird. Der Kondensator 19 schließt den HF-Kathodenstrom zu dem
negativen Anbschluß der Hochspannungsquelle 7 kurz. Die Drosselspule 18 verringert
die HF-Spannung an dem Kollektor des Transistors 17, wobei diese Spannung durch die
restliche HF-Spannung an der Kathode der Tetrode 1 verursacht wird.
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Die Einstellspannungsquelle 11 sorgt für die richtige Ruhestromeinstellung
der Triode 9, während der Widerstand 20 den Ruhestrom der Triode bei einer positiven
Gitterspannung begrenzt. Die Stromquelle 10 liefert den Anodenstrom der Triode 9 und
den Schirmgitterstrom der Tetrode 1. Der Spannungsverstärkungsfaktor des
invertierenden Verstärkers 6 wird durch die Eigenschaften der Triode, den Einstellstrom, die
Ausgangsimpedanz der Stromquelle und die durch das Schirmgitter der Tetrode 1
gebildete Belastungsimpedanz bestimmt. Wie bereits erläutert, führt das Anlegen einer
Spannung an dem Impedanzelement über den invertierenden Verstärker an das
Schirmgitter der Tetrode zu einer Verringerung der Verlustleistung in diesem
Impedanzelement. Das Ausmaß dieser Verringerung wird durch die Eigenschaften der Tetrode und
den Spannungsverstärkungsfaktor des invertierenden Verstärkers bestimmt. Je größer
dieser Spannungsverstärker, umso größer ist die Verringerung der Verlustleistung in
dem Transistor 17.
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In Fig. 3 ist die Verlustleistung in dem Transistor 17 als Funktion des
Gleichstromimpedanzwertes des Transistors 17 aufgetragen. Die Verlustleistung ist in
linearem Maßstab aufgetragen. Die Kurve a stellt die Verlusfleistung in dem Transistor
17 in dem bekannten Triodengenerator dar, während die Kurve b diese Leistung eines
erfindungsgemäßen Generators dargestellt. Aus dieser graphischen Darstellung läßt sich
herleiten, daß Anwendung der Erfindung gegenüber dem Triodengenerator nach dem
Stand der Technik zu einer wesentlichen Verringerung der Verlustleistung führt.