Elektrische Anordnung mit im autostabilisierten Wärmezustand arbeitenden nichtlinearen dielektrischen Elementen Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung mit nichtlinearen dielektrischen Elementen, insbesondere solchen, welche im Gebiet der erhöhten Nichtlinearitäten unter Einwirkung der dielektrischen Erwärmung durch Verluste im Dielektrikum im au tostabilisierten Wärmezustand wirken.
Hierbei werden vorzugsweise solche nichtlineare dielektrische Elemente in Betracht gezogen, die ein Dielektrikum aufweisen, dessen Dielektrizitätskon- stante bei temperaturautostabilisiertem Zustand die grössten Nichtlinearitäten aufweist, wobei die Erwär mungsleistung und die Wärmeabfuhr des dielektri- schen Elementes derart gewählt sind, dass es durch die dielektrischen Verluste im Dielektrikum von der Umgebungstemperatur auf die zu stabilisierende Tem peratur angewärmt wird.
In der Praxis ha es sich erwiesen, dass durch einen mechanischen Zusammenbau eines nichtlinearen Ele mentes mit andern, seinen Wärmezustand regelnden Elementen neue Vorteile erzielbar sind.
Soll z. B. die Amplitude des Ausgangsssignals ge steigert werden, ist es notwendig, die Amplitude der Quelle für die Hochfrequenzerwärmung des dielektri- schen Elementes zu erhöhen. Damit diese grössere Amplitude das Dielektrikum des nichtlinearen Ele mentes nicht zerstört, muss sein Volumen vergrössert werden.
Die Leistung der Hochfrequenzwärmung für die Versetzung des Elementes in den autostabilen Zustand muss in diesem Falle ziemlich gross sein und die Erwärmungsquelle muss imstande sein, wenn auch nur vorübergehend, sie abzugeben. Hierbei wird jener Zustand als autostabil bezeichnet, wo im dielektrischen Element Verluste im Dielektrikum mit der abgestrahl ten Wärme im Gleichgewicht sind.
Zweck der Erfindung ist, die Beherrschbarkeit der Einstellung der Arbeitsbedingungen des nichtlinearen Elementes zu vereinfachen, den Wirkungsgrad der ge samten Schaltung zu verbessern und den von dem entsprechenden Teil der Schaltungsanordnung bean spruchten Raum zu vermindern.
Dies wird bei der erfindungsgemässen Anordnung mit im autostabilisierten Wärmezustand arbeitenden nichtlinearen dielektrischen Elementen dadurch er reicht, dass zur zusätzlichen Erwärmung oder Kühlung der nichtlinearen Elemente thermoelektrische Elemen te im mechanischen und wärmeleitenden Zusammen bau mit den dielektrischen Elementen vorgesehen sind.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbei spieles gemäss der Zeichnung, welche einen Schnitt einer elektrischen Anordnung, bestehend aus einem nichtlinearen dielektrischen Element und einem Pel- tier'schen Thermoelement darstellt, näher erläutert werden.
In der Zeichnung bedeutet 1 das nichtlineare di- elektrische Element, bestehend aus einem Dielektri- kum 11, welches durch Elektroden 12 mit Zuführun gen 13 versehen ist. Im thermischen Kontakt mit ihm steht ein Peltier'sches Thermoelement 2, bestehend aus einer Verbindungsbrücke 21, an der zwei Halb leiterstücke befestigt sind, von denen eines 22 vom P-Typ, das andere 23 vom N-Typ hergestellt ist.
Beide Stücke tragen Plättchen 24, welche zur Wärmeüber führung und Stromzuführung aus der Gleichstrom quelle 3 dienen. Wird die Stromrichtung aus der Quelle 3 im Pel- tier'schen Thermoelement 2 derart gewählt, dass sich die Verbindungsbrücke 21 abkühlt, so wird die Ab kühlungsintensität des nichtlinearen dielektrischen Ele mentes 1 vergrössert:
Zur Aufrechterhaltung des au tostabilen Zustandes des nichtlinearen dielektrischen Elementes 1 ist es nun nötig, die Leistung seiner dielektrischen Erwärmung zu erhöhen.
Umgekehrt kann auch die im nichtlinearen dielektrischen Element verarbeitete Leistung ohne Gefahr einer Beschädigung dieses Elementes in gewissen Grenzen durch Vergrös- serung der Intensität seiner Kühlung erhöht werden.
Manchmal wird es dagegen zweckmässig sein, das nichtlineare dielektrische Element 1 zusätzlich an- zuwärmen. Es wird dadurch eine Ersparnis der Lei stung der dielektrischen Anwärmquelle erreicht, wel che entweder zur Aufrechterhaltung des autostabili sierten Wärmezustandes oder zum Versetzen des nicht- linearen Elementes in diesen Zustand nötig ist.
Ein derart vorgewärmtes nichtlineares dielektrisches Ele ment 1 ist im Vergleich zum gekühlten Element selbst verständlich nur fähig, ein schwächeres Signal zu bear beiten, aber die Grösse der dielektrischen Erwärmung wird grundsätzlich verkleinert werden können. Da durch wird eine bessere Betriebsökonomie erreicht.
Die Konstruktion der beschriebenen Anordnung kann mannigfaltig abgeändert werden, ohne dass die Grenzen des Erfindungsgedankens überschritten wer den. So z. B. kann die Verbindungsbrücke 21 des Pel- tier'schen Thermoelementes 2 dirket als eine Elektrode 12 des nichtlinearen dielektrischen Elementes 1 die nen. Die Wärmeübertragung kann aber auch über eine geeignete Isolierschicht erfolgen.
Die Peltier'schen Elemente 2 können auch zu beiden Seiten des Dielek- trikums 11 angeordnet werden usw.
Der Vorteil liegt hier immer darin, dass eine Än derung der Kühlung oder Erwärmung durch einfache Stromänderung im Peltier'schen Thermoelement 2 durchgeführt werden kann.
Electrical arrangement with non-linear dielectric elements operating in the auto-stabilized heat state The present invention relates to an electrical arrangement with non-linear dielectric elements, in particular those which act in the area of increased non-linearities under the effect of dielectric heating through losses in the dielectric in the auto-stabilized heat state.
In this case, such nonlinear dielectric elements are preferably considered which have a dielectric whose dielectric constant has the greatest nonlinearities in the temperature-auto-stabilized state, with the heating power and heat dissipation of the dielectric element being selected in such a way that it is due to the dielectric losses is heated in the dielectric from the ambient temperature to the temperature to be stabilized.
In practice it has been shown that a mechanical assembly of a non-linear element with other elements that regulate its heat state provides new advantages.
Should z. If, for example, the amplitude of the output signal is increased, it is necessary to increase the amplitude of the source for the high-frequency heating of the dielectric element. So that this larger amplitude does not destroy the dielectric of the nonlinear element, its volume must be increased.
The power of high-frequency heating for putting the element in the autostable state must in this case be quite large and the heating source must be able to give it off, even if only temporarily. In this case, the state is referred to as autostable where losses in the dielectric are in equilibrium with the radiated heat in the dielectric element.
The purpose of the invention is to simplify the controllability of the setting of the working conditions of the nonlinear element, to improve the efficiency of the entire circuit and to reduce the space required by the corresponding part of the circuit arrangement.
This is achieved in the inventive arrangement with non-linear dielectric elements working in the auto-stabilized heat state in that thermoelectric elements are provided in mechanical and thermally conductive assembly with the dielectric elements for additional heating or cooling of the non-linear elements.
The invention is to be explained in more detail using an exemplary embodiment according to the drawing, which shows a section of an electrical arrangement consisting of a non-linear dielectric element and a Pelier thermocouple.
In the drawing, 1 denotes the nonlinear dielectric element, consisting of a dielectric 11, which is provided with leads 13 by electrodes 12. In thermal contact with it is a Peltier thermocouple 2, consisting of a connecting bridge 21 to which two semiconductor pieces are attached, one of which 22 is made of the P-type, the other 23 of the N-type.
Both pieces carry platelets 24, which are used for heat transfer and power supply from the direct current source 3. If the current direction from the source 3 in the Peltier thermocouple 2 is selected such that the connecting bridge 21 cools down, the cooling intensity of the non-linear dielectric element 1 is increased:
To maintain the auto-stable state of the nonlinear dielectric element 1, it is now necessary to increase the performance of its dielectric heating.
Conversely, the power processed in the nonlinear dielectric element can also be increased within certain limits by increasing the intensity of its cooling without the risk of damaging this element.
Sometimes, on the other hand, it will be useful to additionally heat the nonlinear dielectric element 1. This achieves a saving in the performance of the dielectric heating source, which is necessary either to maintain the autostabili-based heat state or to move the non-linear element into this state.
A nonlinear dielectric element 1 preheated in this way is of course only capable of processing a weaker signal compared to the cooled element, but the amount of dielectric heating can be reduced in principle. As a result, better business economy is achieved.
The construction of the arrangement described can be varied in many ways without the limits of the inventive concept being exceeded. So z. B. the connecting bridge 21 of the Peltier thermocouple 2 can be used directly as an electrode 12 of the nonlinear dielectric element 1. The heat transfer can also take place via a suitable insulating layer.
The Peltier elements 2 can also be arranged on both sides of the dielectric 11, etc.
The advantage here is always that the cooling or heating can be changed by simply changing the current in the Peltier thermocouple 2.