Elektrischer Stromkreis mit einem mehrteiligen dielektrischen Element, dessen Dielektrikum eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die mit wachsender Temperatur kleiner wird Die Erfindung betrifft einen elektrischen Stromkreis mit einem mehrteiligen dielektrischen Element, dessen Dielektrikum eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die mit wachsender Temperatur kleiner wird.
Solche Dielek- trika lassen sich durch dielektrische Verluste bis in eine Zone maximaler Nichtlinearität anwärmen und durch geeignete Schaltungsmassnahmen in dieser Zone in autostabilem Zustand halten. Im Schweizer Patent Nr. 453 503 (Gesuch Nr. 13 321I63) iist dieser Zustand ausführlich beschrieben.
Die Vorteile des angeführten autostabilen Zustandes bestehen einesteils in der Unabhängigkeit von der Umge bungstemperatur, andererseits darin, dass bei der stabili sierten Temperatur im Bereich des Curie-Punktes das Dielektrikum die grösste Nichtlinearität aufweist und dabei seine elektrische Hysterese verschwindet, so dass die zugehörigen Kreise mit einem beträchtlichen Gewinn und ohne Frequenzbegrenzung arbeiten können.
Für manche Zwecke besteht jedoch ein Nachteil darin, dass die zur Erwärmung des Dielektrikums auf eine stabilisierte Temperatur nötige Spannung zu gross ist, wodurch die Wirkung des entsprechenden Signalkrei ses gestört würde.
Der Zweck dieser Erfindung ist, diesen Nachteil zu vermeiden und einen elektrischen Stromkreis zu schaf fen, welcher gestattet, die genannten unerwünschten Einflüsse der Anwärmespannung zu beschränken.
Dies wird beim Erfindungsgegenstand dadurch er reicht, dass das Dielektrikum mindestens ein Körperchen aufweist, das ein Maximum der Temperaturabhängigkeit zumindest der imaginären Komponente der Dielektrizi- tätskonstante besitzt, welches durch Elektroden mit einem zu seiner Erwärmung dienenden Mittel verbunden ist, und mindestens ein Körperchen aufweist, das ein Maximum der Temperaturabhängigkeit zumindest der reellen Komponente der Dielektrizitätskonstante besitzt, welches durch Signalelektroden in einen Signalkreis eingeschaltet ist,
wobei die beiden Maxima bei derselben Temperatur auftreten und einen praktisch gleichen Ver lauf besitzen und die Körperchen in einem direkten thermischen Kontakt stehen und die benachbarten Kör perchen mindestens eine gemeinsame Elektrode aufwei sen.
Der elektrische Stromkreis kann hierbei als frequenz- modulierter Oszillator oder als Verstärker ausgebildet sein.
Beispielsweise Ausführungsformen sollen anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert werden. Es zei gen: Fig. 1 eine Anordnung eines mehrfachen nichtlinea ren dielektrischen Elementes mit zwei Körperchen, Fig. 2 eine ähnliche Anordnung mit drei Körper chen, Fig. 3 eine Schaltung eines frequenzmodulierten Oszillators mit einem dielektrischen Element, und Fig. 4 eine Schaltung eines dielektrischen Verstär kers mit einem dielektrischen Element.
Fig. 1 zeigt eine konstruktive Zusammensetzung zweier Körperchen aus Dielektriken, welche eine Dielek- trizitätskonstante aufweisen, die mit wachsender Tempe ratur kleiner wird. Hierbei bedeutet 1 ein Signalkörper chen des dielektrischen Elementes 111, 112 die Elektro den mit Zuleitungen, 2 ein Anwärmungskörperchen des dielektrischen Elementes 112 und 113 die Elektroden mit Zuleitungen des letzteren.
An die Elektroden 112,<B>113</B> wird eine hochfrequente Wechselspannung für die dielektrische Anwärmung des Körperchens 2 angelegt, damit das Dielektrikum durch dielektrische Verluste im autostabilen Zustand gehalten wird, da es einen Temperaturbereich aufweist, in dem die dielektrischen Verluste mit wachsender Temperatur sinken. Der Bereich der Temperaturen des autostabilen Zustandes stimmt wenigstens teilweise mit dem Tempe raturbereich überein, in dem die ausgeprägten Nichtli- nearitäten der elektrischen Grössen mit sinkender Er wärmungsspannung wachsen.
Die Erwärmungsleistung und die Wärmeabfuhr der Körperchen sind derart aufeinander abgestimmt, dass der elektrische Stromkreis durch die dielektrischen Verluste von der Umgebungs temperatur im übereinstimmenden Temperaturbereich angewärmt wird. Das Körperchen 2 ist mit dem Körper chen 1 in dichtem thermischem Kontakt, den die gemeinsame Elektrode 112 darstellt.
Demzufolge nimmt das Körperchen 1 dieselbe Temperatur wie das Körper chen 2 an und erreicht so auch den autostabilen Zustand, d. h. die Temperatur des Körperchens 1 liegt dann im Bereich der Temperaturen des autostabilen Zustandes, der wenigstens teilweise mit dem Tempera turbereich übereinstimmt, in dem die ausgeprägten Nichtlinearitäten der elektrischen Grössen mit sinkender Erwärmungsspannung wachsen. An die Elektroden 111 und 112 des Körperchens 1 wird die zu messende Signalspannung angelegt.
Es muss erwähnt werden, dass solche Paare dielek- trischer Körperchen schon früher für einen anderen Zweck und in einer anderen Funktion benützt wurden, und zwar als ein parallel zur Induktivität geschalteter symmetrischer Dreipolkondensator, so dass beide Kör perchen 1 und 2 denselben Zweck und dieselbe Funktion hatten. Sie waren auch immer aus demselben Stoff hergestellt. Im vorliegenden Fall handelt es sich jedoch darum, mindestens das eine (2) von beiden Körperchen in den Kreis der Erwärmungsquelle einzuschalten, um damit der indirekten dielektrischen Erwärmung der übrigen Signalkörperchen (1) zu dienen.
Unter Berücksichtigung dieser unterschiedlichen Wirkung ist es auch nicht nötig, dass das Signalkörper chen (1) aus demselben Stoff wie das Anwärmungskör- perchen (2) ist. Es ist wesentlich, dass das Dielektrikum des Anwärmungskörperchens (2) einen Temperatur bereich aufweist, in dem seine Dielektrizitätskonstante sowie ihre imaginäre Komponente mit wachsender Tem peratur kleiner werden, und dass das Dielektrikum des Signalkörperchens (1) in diesem Temperaturbereich ein Maximum der Temperaturabhängigkeit zumindest der reellen Komponente der Dielektrizitätskonstante auf weist.
Der Bereich der Temperaturen des autostabilen Zustandes stimmt dabei wenigstens teilweise mit dem Temperaturbereich überein, in dem die ausgeprägten Nichtlinearitäten der elektrischen Grössen mit sinkender Erwärmungsspannung wachsen.
Bei der Ausführungsvariante gemäss Fig. 2 bedeuten 1 das Signalkörperchen des dielektrischen Elementes, 112 und 114 die Elektroden (mit Zuleitungen) dieses Körperchens, 21 und 12 zwei Anwärmekörperchen des dielektrischen Elementes und 113 und 115 die Elektro den mit Zuleitungen der Anwärmekörperchen 21 und 22.
Diese Anordnung weist den Vorteil einer besseren thermischen Wirkung auf, da das Signalkörperchen 1 beidseitig aufgewärmt wird.
Die Anzahl der Körperchen kann natürlich auch grösser als drei sein.
Gemäss Fig. 3, welche das Schaltschema eines frequenzmodulierten Oszillators darstellt, bedeutet 38 die Elektronenröhre des Oszillators, 31 die Gitterspule, 33 den Block-Kondensator, 1 das Signalkörperchen des mehrteiligen dielektrischen Elementes, welches mit 33 und 3 1 den Gitter-Resonanzkreis bildet, 32 und 34 Elemente des Rückkopplungskreises und 36 und 37 Elemente des Gitterkreises der Röhre 38, 39 den Ausgangstransformator.
Das Körperchen 2 zur dielektri- schen Anwärmung ist über einen Regel-Kondensator 8 an die Wechselspannung des Oszillators geschaltet. An das Signalkörperchen 1 ist einerseits über eine Sperr drossel 10 die Modulationsspannungsquelle 9, eventuell noch andererseits über den Widerstand 35 die Quelle der Polarisationsspannung 5 angeschlossen.
Die wesentliche Funktion dieses Oszillators ist be kannt. Die Röhre 38 arbeitet als Rückkopplungs-Oszilla- tor, wobei die Kapazität des Resonanzkreises, der im Gitterkreis der Röhre 38 liegt, teilweise durch die Kapazität des Körperchens 1 gebildet wird. Da die Kapazität des Körperchens 1 von der angelegten Span nung abhängig ist, ändert sich nicht nur diese Kapazität, sondern auch gleichzeitig, in gewissen Grenzen, die Frequenz des Oszillators gemäss der Frequenz der Signalspannung 9.
Die Kapazität des Kondensators 33 und die Kapazität des Körperchens 1 bilden eine Gleichstromsperre der Polarisations- und der Modula- tionsspannung des Resonanzkreises.
Im Falle, dass das dielektrische Element nur das Signalkörperchen 1 laut vorstehender Beschreibung ent hält, arbeitet dieses bei einer Temperatur, die von der Umgebungstemperatur beinahe nicht abweicht und mit dieser synchron schwankt. Demzufolge schwankt nicht nur die Kapazität des dielektrischen Elementes im Ruhezustand, sondern auch der Wert der mittleren Frequenz des Oszillators. Ausserdem weist das Element bei dieser Temperatur verhältnismässig ungünstige elek trische Eigenschaften auf, so dass der erzielte Frequenz hub klein ist.
Diese Eigenschaften können in gegebenem Fall nicht durch eine direkte dielektrische Anwärmung des Körper chens 1 nach der früher erwähnten Patentschrift Nr. 453 503 verbessert werden, da im Gitterkreis eine ausreichende Wechselspannung nicht vorhanden ist und von aussen eine so grosse Spannung nicht zugeführt werden kann, ohne den gesamten Gang des Oszillators zu stören. Deswegen ist mit dem Körperchen 1 in thermischem Kontakt ein weiteres Körperchen 2 mit einem Dielektrikum vorgesehen, dessen Dielektrizitäts- konstante mit wachsender Temperatur kleiner wird.
Im Anodenkreis ist eine für die dielektrische Erwärmung ge nügend grosse Spannung vorhanden und da die Körper chen 2 und 1 mittels der gemeinsamen Elektrode im gu ten thermischen Kontakt stehen, erreicht das Körper chen 1 dieselbe Temperatur wie das Körperchen 2, wobei diese Temperatur eben im Gebiet der günstigsten elektrischen Eigenschaften stabilisiert wird. Da die bei den Körperchen 1 und 2 mittels einer gemeinsamen Elektrode geerdet sind, findet keine Spannungsübertra gung aus dem Anwärmekörperchen 2 in das Signalkör perchen 1 und weiter in den Signalkreis statt.
Das Schaltbild in Fig. 2 stellt eine solche Schaltung dar, die die Stabilisation der Spannung sowie der Temperatur garantiert; sie ist ausserordentlich günstig im Fall, dass die Frequenz weiter multipliziert werden soll.
Fig. 4 zeigt ein Schaltbild eines dielektrischen Ver stärkers, wo die Signalelektroden des dielektrischen Elementes wenigstens einen Teil eines Resonanzkreises bilden und gleichzeitig in den Stromkreis des verstärkten Signals und der Polarisationsspannungsquelle über einen induktiven Widerstand geschaltet sind, wobei die Elektroden des Erwärmungselementes über ein Re gelglied an die Mittel für Erwärmung angeschlossen sind.
Im Schaltbild bedeuten 4 eine Hochfrequenzspannungs- erwärmungsquelle, 8 einen Regelkondensator zur Ein stellung der Erwärmungsspannung, welche an die äusse- ren Elektroden der Erwärmungskörperchen 21 und 22 des mehrteiligen Elementes angelegt ist, und 11 und 12 die Signalkörperchen des dielektrischen Elementes, an dessen mittlerer Elektrode über die Sperrdrossel 10 die Signalquelle 9 angeschlossen ist.
An die geradzahligen Elektroden ist die Induktivität 7 angeschlossen, die mit der Kapazität der Körperchen 11 und 12 einen Resonanzkreis bildet, an welchen der Ausgangsdemodulator 100, 101, 102 angeschlossen ist. Falls nötig, kann auch die Polarisationsspannungsquelle 5 angeschlossen werden.
Die Körperchen 11 und 12 sind in den Signalkreis geschaltet und weisen folgende Funktion auf: Die Kapa zität der Körperchen 11 und 12 ändert sich unter dem Einfluss der Spannung der Signalquelle 9; der Kreis 7-1l-12 wird demzufolge verstimmt, so dass seine Frequenz eine gewisse Differenz gegenüber der Frequenz der Quelle 4 der Erwärmungsspannung aufweist. An der Induktivität 7 entsteht also eine Hochfrequenzspannung mit einer Amplitudenmodulation, deren Frequenz gleich der Signalfrequenz ist.
Die amplitudenmodulierte Hoch frequenzspannung wird dann mittels der Diode 100 demoduliert; am Demodulationselement 101, 102 ent steht das verstärkte Signal. Die Erwärmungskörperchen 21 und 22, die in den Stromkreis der hochfrequenten Erwärmungsquelle 4 eingeschaltet sind, verbessern die bekannte Wirkung. Die Körperchen 21 und 22 werden durch dielektrische Erwärmung in den autostabi len Temperatur-Zustand gebracht und bringen indirekt auch die Signalkörperchen 11 und 12 auf dieselbe Temperatur, bei der diese Signalkörperchen ihre günstig sten elektrischen Eigenschaften aufweisen.
Das Erwär mungskörperchen 21 sperrt die Polarisationsspannung 5 gegen Erde und erdet gleichzeitig hochfrequenzmässig das eine Ende des Resonanzkreises 7, 11, 12.