<Desc/Clms Page number 1>
Nichtlinearer elektrischer Kreis, enthaltend wenigstens ein
Körperchen aus ferroelektrischem Dielektrikum
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Schaltungskreise auch bei sehr hohen Frequenzen, welche bisher mit den unter der Curie-Temperatur arbeitenden dielektrischen Kreisen unerreichbar waren, zu ermöglichen.
Dies wird bei dem eingangs genannten nichtlinearen elektrischen Kreis erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das dielektrische Körperchen aus einem Stoff angefertigt ist, dessen Gebiet der Temperaturen des autostabilisierenden Zustandes wenigstens teilweise mit dem Temperaturgebiet der ausgeprägten und mit sinkender Erwärmungsspannung wachsenden elektrischen Nichtlinearitäten übereinstimmt, und die Erwärmungsleistung und die Wärmeabfuhr des Körperchens derart eingestellt sind, dass es durch die dielektrischen Verluste von der Umgebungstemperatur in das übereinstimmende Temperaturgebiet angewärmt wird.
Dielektrika, welche die Verwirklichung der Erfindung ermöglichen, sind alle solche Stoffe, bei denen eine Temperaturzone existiert, in welcher die dielektrischen Verluste mit wachsender Temperatur sinken.
Ein Beispiel eines solchen Stoffes ist das Triglyzinsulfat.
Gemäss einer zweckmässigen Ausgestaltung enthält der erfindungsgemässe elektrische Kreis in an sich bekannter Weise einen dielektrischen Verstärker mit einem Resonanzkreis, dessen Kapazität mindestens teilweise ein nichtlinearer, durch eine Wechselspannung und eine Signalspannung gespeister Kondensator bildet, und einen Demodulator.
Das Wesen der Erfindung wird weiter an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Fig. 1-6 dargelegt. In der Fig. 1 wird die Abhängigkeit der reellen und imaginären Komponente der Dielektrizitätskonstante (Permitivität) von der Temperatur dargestellt. (In einigen Veröffentlichungen wird die hier als
EMI2.1
Diagramm in Fig. 3 erklärt die Wärmeverhältnisse im Dielektrikum nach der Erfindung. Die Fig. 4 illustriert die erreichte Stabilisierung der Temperatur. In Fig. 5 ist die Schaltung eines dielektrischen Verstärkers dargestellt, bei welchem die Erfindung angewendet werden kann. Das Diagramm in Fig. 6 demonstriert die durch Anwendung der Erfindung erreichte Erhöhung der Verstärkung dieses Verstärkers.
Wie bekannt, sind die in Wärme in der Volumeneinheit des Dielektrikums umgewandelten dielektrischen Verluste in der Zeiteinheit durch folgenden Ausdruck gegeben :
EMI2.2
wobei k eine Konstante ist, e die imaginäre Komponente der Dielektrizitätskonstante (Permitivität), U der Effektivwert der an das Dielektrikum angelegten Spannung, f die Frequenz dieser Spannung,
EMI2.3
wobei die reelle Komponente EI dem Begriff der relativen Dielektrizitätskonstante Er nach dem Giorgi-System der Einheiten entspricht, und das Verhältnis beider Komponenten dem sogenannten Verlustwinkel
EMI2.4
so dass die imaginäre Komponente der Dielektrizitätskonstante (Permitivität) e. = = #r tg#).
Bei gegebener Spannung und Frequenz sind also die dielektrischen Verluste der imaginären Komponente der Dielektrizitätskonstante (Permitivität) #2 proportional.
Bei den Dielektriken, welche zur Verwirklichung des Gegenstandes der Erfindung anwendbar sind, ist es nötig, dass die imaginäre Komponente der Dielektrizitätskonstante (Permitivität) e von der Temperatur derart abhängig ist, dass sie in einer gewissen Temperaturzone einen sinkenden Verlauf besitzt. Für das Triglyzinsulfat ist diese Forderung erfüllt, wie es aus der Fig. 1, welche die Abhängigkeit der imaginären Komponente der Dielektrizitätskonstante (Permitivität) e von Triglyzinsulfat von der Temperatur T darstellt. Der Wert e hat ein Maximum bei der Temperatur Tl in der Nähe der Curie-Temperatur Tc. Die Temperatur Ts stellt den Arbeitspunkt des Betriebszustandes des erfindungsgemässen elektrischen Kreises dar, wie in der weiteren Beschreibung erklärt wird.
Weiter ist der tem- peraturabhängigeverlauf der reellen Komponente der Dielektrizitätskonstante (Permitivität) ei darge-
<Desc/Clms Page number 3>
gestellt, dessen Maximum gerade bei TC liegt.
Nach Fig. 2 ist das Dielektrikum 1 mit den angegebenen Eigenschaften mit Elektroden 2 und 3 versehen, mit denen es einen Kondensator bildet, der an eine Quelle 4 der Wechselspannung U4 mit einer Frequenz f angeschaltet ist. Das elektrische Wechselfeld im Dielektrikum 1 zwischen den Elektroden 2 und 3 ruft dielektrische Verluste hervor. Die Quelle 4 wird deswegen weiter als Erwärmungsquelle bezeichnet. In Fig. 3 stellen die Kurven Q'1, Q"1' Q"'1 die Verläufe der während einer Zeiteinheit in der Volumeneinheit des Dielektrikums mit den angegebenen Eigenschaften durch die dielek-
EMI3.1
wärmungskurven entsprechend dem geforderten sinkenden Verlauf der Abhängigkeit der imaginären Komponente der Dielektrizitätskonstante (Permitivität) von der Temperatur.
Die Kurven sind anschaulichkeitsund übersichtlichkeitshalber flacher als in der Wirklichkeit gezeichnet.
Weiter sind Abkühlgeraden Q'2' Q"2' Q"'2 dargestellt, welche in der ersten Annäherung die in einer Zeiteinheit aus einer Volumeneinheit des Dielektrikums in die Umgebung abgeführte Wärmemengen in Abhängigkeit von der Temperatur des Dielektrikums angeben, für drei verschiedene Abkühlungsintensitäten. Der Schnittpunkt aller dieser Geraden mit der waagrechten Achse liegt bei der Umgebungs-
EMI3.2
in den Punkten b und c-vorausgesetzt, dass z. B. die Freisetzung der Wärme nach dem Verlauf der Erwärmung Q"und die Abführung der Wärme nach der Abkühlungsgeraden Q"2 verläuft - erfüllt ist. Dasselbe gilt für die Verläufe der Erwärmung Q'l und Kühlung Q"2 in den Punkten a und j. Von den angegebenen Punkten sind aber nur jene stabil, für welche die Bedingung
EMI3.3
erfüllt ist.
Dieser Bedingung genügen die Punkte a und c, wogegen z. B. im Punkt b, wo diese Bedingung nicht erfüllt ist, jede zufällige Änderung der Temperatur eindeutig verstärkt wird, so dass in diesem Punkt der Zustand eines labilen Wärmegleichgewichtes besteht.
Wird also an einen Kondensator nach Fig. 2 mit einem Dielektrikum 1, dessen Anfangstemperatur To mit der Umgebungstemperatur zusammenfällt, die Erwärmungsquelle 4 mit einer der Erwärmungs-
EMI3.4
zum Punkt a in Fig. 3, wo die Erwärmung eingehalten wird. Bei dieser Temperatur aber hat das Dielektrikum noch nicht die gewünschten Eigenschaften. Es ist also notwendig, diesen Zustand zu überwinden und die Temperatur des Dielektrikums nicht weiter zu erhöhen. Dies ist durch dreierlei Massnahmen möglich : a) Bei unveränderter Umgebungstemperatur To und Kühlungsintensität Qu2, dite dielektrische Erwärmung z.
B. auf den Verlauf Qlll erhöhen, dessen erste Krümmung mit der Kühlungsgeraden den Berührungspunkt b bildet, in welchem die Bedingung (2) nicht erfüllt ist, so dass die Temperatur des Dielektrikums in den Punkt c sprunghaft übergeht, wo ihr Anwachsen eingestellt wird ; b) bei unveränderter Umgebungstemperatur To und Erwärmungsleistung Q'l die Abkühlungsintensität des Dielektrikums herabsetzen, z. B. auf den Verlauf Q'2'weIcher in der ersten Krümmung der Erwärmungskurve Q'l mit ihr den Berührungspunkt d hat, so dass ein stabiles Wärmegleichgewicht im Punkt e eintreten kann ; c) bei unveränderter Erwärmungsleistung Q'und Abkühlungsintensität "2 die Umgebungstem- peratur To, z.
B. um AT, auf die Temperatur T, erhöhen, wodurch die Kühlungsgerade parallel in die Lage Q verschoben wird, in welchem Falle sie in erster Krümmung der Erwärmungskurve Q'1 weder einen Schnittpunkt noch einen Berührungspunkt besitzt, so dass ein wärmestabiler Zustand in Punkt f eintritt.
<Desc/Clms Page number 4>
Diese drei Mittel können beliebig kombiniert werden. Ihr gemeinsames Kennzeichen ist das Bestreben nach der Erreichung des labilen Zustandes des Wärmegleichgewichtes, wenn die Abkühlungsgerade
EMI4.1
undverschiedene Parameter Q und Q und Umgebungstemperatur T0 wird die Erwärmung selbstverständlich in verschiedenen Punkten der sinkenden Verläufe der Erwärmungskurven Q1 eingestellt.
Durch passende Änderungen der Parameter des Betriebszustandes kann dieser Punkt, in welchem das Anwachsen der Temperatur eingehalten wird, verschieden eingestellt werden. Angenommen, dass der stationäre Zustand dem Schnittpunkt c der Erwärmungskurve Lil mit der Kühlungsgeraden Q" entspricht, ist die zugehörige Temperatur To des Dielektrikums 1 gegen die Schwankungen der Umgebungstemperatur stabilisiert, wie daraus ersichtlich ist, dass bei einer Erhöhung der Umgebungstempe-
EMI4.2
Tg nur um einen kleinen Unterschied 6. IT erhöht, wie es dem Schnittpunkt g der Erwärmungskurve Qat, mit der Kühlungsgeraden QlV entspricht.
Die Temperatur des Dielektrikums 1 ist auch gegen die Schwankungen der Spannung U 4 oder Frequenz f der Wechselspannungsquelle 4 stabilisiert, was daraus ersichtlich ist, dass bei Erhöhung der Erwärmung vom Werte, entsprechend z. B. dem Verlaufe Q"bei unveränderter Umgebungstemperatur Ta auf den Wert, entsprechend z. B. der Er- wärmungskurve sich der Schnittpunkt c nur wenig in den Punkt h verschieben kann.
Selbst eine Änderung der Abkühlungsintensität, z. B. vom Verlauf Q"aufQ'verschiebt bloss die Lage des Punktes c in die Lage i mit nur einer kleinen Temperaturänderung des Dielektrikums. Wür-
EMI4.3
Dielektrikums ungefähr beibehalten.
Im Gebiet der sinkenden Verläufe der dielektrischen Verluste in Abhängigkeit von der Temperatur des Dielektrikums wird also eine Stabilisierung der Temperatur des Dielektrikums 1 und dadurch auch eine Unabhängigkeit seiner elektrischen Eigenschaften von der Umgebungstemperatur erzielt. Dieser Zustand, entsprechend im allgemeinen dem Punkt Tg in Fig. l, wird weiter kurz als"temperaturautosta- bilisierend"bezeichnet. Er ist allen Schnittpunkten aller denkbaren Kühlungsgaraden Q mit allen erreichbaren Erwärmungskurven Q1 in ihrer sinkenden Zone eigen (z.B. Punkte c, e, f, g, h, i, k).
Es ist notwendig, noch einen Grenzfall zu beschreiben, der dem Zustand im Punkt j entspricht, der einen Berührungspunkt der Abkühlungsgeraden Quiz mit der Erwärmungskurve Q'in der Nähe ihres Hochpunktes bildet. Zunächst stellt man sich den Ausgangszustand im Punkt c vor, entsprechend dem Erwärmungsvermögen Q"und der Kühlungsintensität Q"bei der Umgebungstemperatur To
EMI4.4
Sobald aber die Erwärmungskurve in die Lage Q'übergeht, verschiebt sich der Schnittpunkt c in den Berührungspunkt j, in welchem die Bedingung (2) nicht mehr erfüllt ist und die Temperatur des Dielektrikums ändert sich sprunghaft längs der Erwärmungskurve Qll bis in ihren unteren Schnittpunkt a mit der Kühlungsgeraden Qu 12.
In der folgenden Beschreibung der Funktion des erfindungsgemässen elektrischen Kreises wird es nützlich sein, eine Verallgemeinerung der Bezeichnung einiger der eben beschriebenen Punkte vorzunehmen.
Es würden weiter die Punkte mit stabilem Wärmegleichgewicht in der ersten internen Krümmung einer beliebigen Erwärmungskurve Ql mit a, die autostabilen Punkte mit c, die labilen Berührungspunkte in der unteren Krümmung mit b und in der Nähe des Hochpunktes mit j bezeichnet. Weiters werden die Bezeichnungen der Fig. 3 beibehalten.
In Fig. 4 ist die erreichte Temperaturstabilisation mittels des Diagramms des Temperaturverlaufes des Dielektrikums 1 in Abhängigkeit von der dem Dielektrikum 1 in der Schaltung nach Fig. 2 zugeführten Spannung U4 dargestellt. Auf der Abszissenachse wird die Erwärmungsspannung U4 auf der Ordinatenachse, die Temperatur T des Dielektrikums 1 aufgetragen.
DieVerläufe sind für ein gegebenes Dielektrikum 1, unveränderliche Frequenz f und Kühlungsintensität Q des Dielektrikums 1 gezeichnet. Parameter der Verläufe ist die Umgebungstemperatur T. Es sind zwei Verläufe dargestellt, davon einer für eine niedrige Umgebungstemperatur To und der
<Desc/Clms Page number 5>
andere für eine höhere Umgebungstemperatur Tlo. Im Ausgangspunkt U 4 = 0 sind die TemperaturendesDielektrikumsgleichderUmgbungstemperatur, wasdurchdiePunkteT0undT'0inFig.4dargestellt ist.
Erhöht man unter den angeführten Bedingungen die Spannung U 4 am Dielektrikum 1 vom Werte Null genügend langsam, so dass die Erwärmung des Dielektrikums 1 dem Spannungsanstieg zu folgen vermag, wächst die Temperatur des Dielektrikums 1 längs des unteren stabilen Astes A des Ver-
EMI5.1
verschiebt.
Hat der Punkt a den Charakter des labilen Punktes b erreicht, springt die Temperatur des Dielektrikums 1 In den Punkt c über, der der stabilisierten Temperatur Ts entspricht, auf welcher sie sich auch noch bei weiterer Erhöhung der Spannung U in der Richtung zum Punkt h längs des Astes C des Dielektrikums annähernd erhält. Bei Herabsetzung der Spannung U kehrt die Temperatur zurück zu dem Punkt c und dann weiter bis zum Punkt j, der unstabil ist. Von hier springt sie plötzlich in den Punkt a über. Der gemessene Verlauf entspricht der Beschreibung der Fig. 3.
Für eine höhere Umgebungstemperatur T'ist die Form des Verlaufes sehr ähnlich der Form des Temperatur-Verlaufes bei der Temperatur To Die nichtstabilen Zustände erscheinen aber bei einer niedrigeren Spannung U4 ; dies entspricht auch der Erklärung der Fig. 3. Die Punkte sind zur Unterscheidung durch gleiche Buchstaben mit Strich bezeichnet. Die Temperatur im autostabilen Zustand Ts ist für beide Umgebungstemperaturen To und Tto annähernd dieselbe.
Für die praktische Anwendung genügt es, ein Dielektrikum mit einer geforderten Temperaturabhängigkeit der imaginären Komponente der Dielektrizitätskonstanten (Permitivität) in ein elektrisches Wechselfeld einer solchen Intensität und Frequenz einzubringen, dass die entstehenden dielektrischen Verluste zur Erwärmung des dielektrischen Körpers in das Gebiet von Ts imstande sind. Am einfachsten ist dies nach Fig. 2 mittels der Elektroden 2 und 3 durchführbar. Prinzipiell kann aber auch das Dielektrikum 1 allein, d. h. ohne Elektroden, in ein Wechselfeld eingebracht werden, welches durch ausserhalb des eigentlichen dielektrischen Elementes vorgesehene Mittel, z. B. separate Elektroden oder eine Spule, erzeugt wird.
Die elektronischen Anwendungen sind darauf gegründet, dass die stabilisierte Temperatur T s'wel- che dicht über dem Curie-Punkt TC liegt, bei ferroelektrischen Stoffen der Zone entspricht, in welcher diese Stoffe die grösste Nichtlinearität der Abhängigkeit der zugeführten Ladung und der angelegten Span- nung, d. s. diegrössten Änderungen der reellen Komponente der Dielektrizitätskonstanten (Permitivität) EI aufweisen.
Dies ermöglicht dielektrische Verstärker, Modulatoren, Frequenzvervielfacher u. a. ähnliche Schaltungskreise zu konstruieren, welche sich schaltungstechnisch grundsätzlich von den bekannten Kreisen nicht unterscheiden, trotzdem aber eine viel vorteilhaftere Wirkung, d. h. erhöhte Verstärkung oder Mischsteilheit als die ohne Erwärmung arbeitenden Kreise zu erreichen imstande sind.
Die Grundschaltung dieser Kreise muss selbstverständlich im wesentlichen der Fig. 2 entsprechen, also immer wenigstens ein Element mit einem nichtlinearen Dielektrikum 1 enthalten, welches durch weitere Schaltelemente (s. ein Beispiel in Fig. 5) an die Erwärmungsquelle 4 angeschaltet ist, deren Spannung und Frequenz so gewählt sind, dass eine dielektrische Erwärmung des nichtlinearen Dielektrikums 1 im autostabilen Gebiet des sinkenden Verlaufes der imaginären Komponente der Dielektrizitätskonstante (Permitivität) e, in Abhängigkeit von der Temperatur T des Dielektrikums 1 entsteht. Da in
EMI5.2
nachder Erfindung gleichzeitig eineverbreiterung des übertragenen Frequenzbandes und eine Herabsetzung der Rauschzahl erreicht werden.
Die praktischen Schaltungen besitzen freilich gegenüber dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel noch weitere Bestandteile, welche für den entsprechenden Schaltungskreis erforderlich sind, für die Realisierung des Erfindungsgedankens dagegen nicht wesentlich sind, d. h. welche an der dielektrischen Erwärmung des nichtlinearen Dielektrikums in den autostabilen Zustand nichts ändern.
EMI5.3
ka, 21,22, 31,32 die Elektroden, welche mit ihnen die Kondensatoren 110 und 120 bilden, 4 eine HF-Speisespannung, welche im Betriebszustand nach der Erfindung auch als Erwärmungsquelle dient, 5 Zuführungsklemmen der Polarisationsspannung, 6 einen Sperrkondensator, der die Quelle 5 über-
<Desc/Clms Page number 6>
brückt, 7 die Induktivität des Resonanzkreises, 8 einen Kondensator zur Einstellung der an die Di- elektra 11,12 gelegten Spannung U., 9 die Signalquelle, 10 eine Sperrdrossel, 100 eine Demodulationsdiode und 101,102 ein Gleichrichter-RC-Glied.
Die Funktion eines solchen Verstärkers ist bekannt. Die Induktivität 7 mit den nichtlinearen Kondensatoren 110,120 bildet einen Resonanzkreis, der so abgestimmt ist, dass ohne das Signal aus der Quelle 9, solange an den Kondensatoren nur die Polarisationsspannung aus der Quelle 5 liegt, die Frequenz der HF-Speisungsquelle 4 sich an der Flanke der Resonanzkurve des Resonanzkreises 7,110, 112 befindet. Wird ein zu verstärkendes Signal aus der Quelle 9 zugeführt, vergrössert oder vermindert sich in seinem Rhythmus die augenblickliche Polarisationsspannung der Kondensatoren 110,120 und dadurch wird die Resonanzkurve des Kreises in der Richtung zu den höheren oder niedrigeren Frequenzen verschoben. Dadurch wird die HF-Spannung des Kreises 7,110, 120 in ihrer Amplitude moduliert.
Mittels der Diode 100 wird diese Spannung demoduliert, so dass am RC-Glied 101,102 das demodulierte Signal erscheint, das gegenüber dem Eingangssignal verstärkt ist.
Nach dem bisherigen Stand der Technik musste die HF-Speisespannung an den Kondensatoren 110, 120 so klein gehalten werden, dass keine bemerkenswerte dielektrische Erwärmung der Dielektrika 11, 12 dieser Kondensatoren entstehen konnte. Das Dielektrikum arbeitete im Gebiet der verhältnismässig kleinen Spannungsnichtlinearitäten, so dass der Wirkungsgrad der Modulation und die dabei erreichte Verstärkung klein waren und ausserdem die Wirkung des Verstärkers auf verhältnismässig niedrige Frequenzen begrenzt wurde und durch Wärmeinstabilitäten beeinflusst wurde.
Unter der Voraussetzung, dass die Dielektrika 11,12 aus einem Stoff bestehen, dessen Gebiet der Temperaturen des autostabilisierenden Zustandes wenigstens teilweise mit dem Temperaturgebiet der ausgeprägten und mit sinkender Erwärmungsspannung wachsenden elektrischen Nichtlinearitäten übereinstimmt, genügt es nach der Erfindung, z. B. die Spannung U. oder die Frequenz f der Quelle 4 derart zu erhöhen, dass durch die entstandene dielektrische Erwärmung der Dielektrika 11,12 diese in den autostabilisierenden Zustand und dadurch auch in das Gebiet der grossen Spannungsnichtlinearitäten gebracht werden, wodurch die Verstärkung durch den Einfluss der erhöhten Nichtlinearitäten grössenordnungsmässig gesteigert wird und darüber noch die beschränkende Frequenzabhängigkeit vermindert wird.
Infolgedessen kann man in dieser Schaltung auch sehr hohe Frequenzen verstärken, für welche eine Verstärkung auf diese Art bisher unmöglich war.
Das Ergebnis ist aus dem Diagramm in Fig. 6 ersichtlich, in welchem die Abhängigkeit der mit der Schaltung nach Fig. 5 mit einem Dielektrikum nach der Erfindung erreichten Verstärkung V von der Spannung U 4 der Erwärmungsquelle 4 dargestellt ist.
Es sind zwei Verläufe dargestellt, deren Parameter die Frequenz des zu verstärkenden Signals ist.
Die Kurven wurden bei konstanter Kühlung Q, konstanter Umgebungstemperatur To und konstanter Frequenz der Erwärmungsquelle 4 gemessen. Die Frequenz des zu verstärkenden Signals war etwa fi = 10 kHz bzw. f, = 1 MHz. Der Verlauf der Verstärkung entspricht dem Verlauf der Temperaturstabilität in Fig. 4. Die einander entsprechenden Punkte sind durch dieselben Buchstaben angegeben. Die Krüm-
EMI6.1
- jel-it die Spannungsnichtlinearitäten des Dielektrikums die grössten sind. Die Zone c-h bzw. c'-h' und weiter, entspricht den Temperaturen des Dielektrikums, bei welchen die Werte der elektrischen Nichtlinearitäten mit wachsender Temperatur, also auch mit der angelegten Erwärmungsspannung U steil absinken. Siehe dazu in Fig. 1 die gegenseitige Lage der Verläufe E1 und e in Abhängigkeit von der Temperatur des Dielektrikums, im vorliegenden Beispiel des Triglyzinsulfats.
Es ist auch offensichtlich, dass der optimale Betriebszustand eines nichtlinearen Elementes nach der Erfindung als Verstärker dem Punkt k in Fig. 3 entspricht, dessen autostabile Temperatur Ts sich in grosser Nähe der Curie-Temperatur TC befindet. Aus den gemessenen Verläufen ist ersichtlich, dass im nichterwärmten Zustand, ausserhalb des autostabilisierenden Bestriebszustandes, die Verstärkung V sehr klein für eine zu verstärkende Frequenz in der Grössenordnung von MHz praktisch unmessbar ist. Im autostabilisierenden Zustand, in dem Gebiet j-c-h bzw. j'-c'-h'ist sie gross und in einem breiten Frequenzband praktisch konstant. Dies zeigt, dass die bekannte Verstärkerschaltung, verwendet im Betriebszustand der Erfindung, unerwartet und wesentlich höhere Wirkungen aufweist.
Der elektrische Verstärker wurde hier nur als ein typisches Beispiel der Anwendung des Erfindungsgedankens angeführt, wodurch das Anwendungsgebiet der Erfindung keineswegs beschränkt wird. Der Gegenstand der Erfindung kann sich gleichermassen vorteilhaft auch in ändern elektronischen Schaltungskreisen, wie Modulatoren, Generatoren von harmonischen Mischern usw. geltend machen.
<Desc/Clms Page number 7>
In den verschiedenen Schaltungskreisen ist es nötig, festzustellen, ob das Dielektrikum 1 schon in den autostabilisierenden Betriebszustand bei der Temperatur Ts gebracht wurde. Die Grösse der erforderlichen Erwärmungsspannung U ist von vielen verschiedenen Bedingungen abhängig, wie z. B. von den Abmessungen und Abkühlungsverhältnissen des Elementes, von der Steilheit des Abfalles von E2' von der Frequenz f usw., weswegen die Bestimmung der notwendigen Spannung durch einfache Mittel unmöglich ist.
Physikalisch äussert sich die Erreichung des autostabilen Betriebszustandes dadurch, dass die Temperatur Tg des Dielektrikums 1 gegen die Änderungen der Umgebungstemperatur T oder der Erwärmungsspannung U4 um deren Frequenz f stabilisiert ist, wie schon im Zusammenhang mit Fig. 2 und 3 dargelegt wurde. Eine andere Erscheinung ist das Verschwinden der Hysteresisschleife in der Polarisationscharakteristik des Dielektrikums. Diese Erscheinungen sind aber nur mühevoll messbar und deswegen zur praktischen Indikation unbrauchbar.
Ein einfaches und müheloses Verfahren der Bestimmung des autostabilisierendenBetriebszustandes besteht darin, dass die Kapazität des Elementes 1, 2,3 bei der Abkühlung wächst, wogegen sie sich ausserhalb des autostabilisierenden Betriebszustandes durch Abkühlung vermindert. Die Änderungen der Kapazität sind in den elektronischen Kreisen leicht indizierbar, z. B. nach der Grösse der Spannung am nichtlinearen Element.
Wenn also ein nichtlineares Element über einem üblichen zur Einstellung der Erwärmung dienenden Kondensator 8 an die Erwärmungsquelle 4 angeschlossen ist, dann wird im autostabilisierenden Zustand die Kapazität des Elementes bei Abkühlung, z. B. durch Blasen an das Element, vorübergehend grösser und die Spannung an ihm kleiner, wogegen unterhalb des autostabilisierenden Zustandes die Kapazität durch Blasen kleiner und die Spannung grösser wird.
Je nach der Art des angewendeten Schaltungskreises können zur Indikation auch andere Grössen als die Kapazität benutzt werden, wie die Änderung der Resonanzfrequenz des Kreises, die Grösse der Verstärkung oder der Ausbeute der höheren Harmonischen ; dies alles sind Parameter, welche sich bei der Erreichung des autostabilisierenden Zustandes sprunghaft ändern, wodurch ein verlässliches und einfaches Kriterium zur Beurteilung der Frage, ob der Kreis im autostabilisierenden Betriebszustand gemäss der Erfindung arbeitet, vorhanden ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Nichtlinearer elektrischer Kreis zur Ausnützung der nichtlinearen Erscheinungen des Dielektrikums eines in ihn eingeschalteten Kondensators, enthaltend wenigstens ein Körperchen aus ferroelektrischem Dielektrikum, das durch dielektrische Verluste im autostabilisierenden Zustand gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Körperchen (l, 11,12) aus einem Stoff angefertigt ist, dessen Gebiet der Temperaturen des autostabilisierenden Zustandes (tug) wenigstens teilweise mit dem Temperaturgebiet der ausgeprägten und mit sinkender Erwärmungsspannung wachsenden elektrischen Nichtlinearitäten übereinstimmt, und die Erwärmungsleistung und die Wärmeabfuhr des Körperchen (1, 11,12) derart eingestellt sind,
dass es durch die dielektrischen Verluste von der Umgebungstemperatur in das übereinstimmende Temperaturgebiet angewärmt wird.