DE1025061B

DE1025061B - Einrichtung zur Regelung der Gitteraussteuerung bei Hochfrequenzroehrengeneratoren

Info

Publication number: DE1025061B
Application number: DES40789A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Manfred Tschermak; Dipl-Ing Karlheinz Schmitter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-09-10
Filing date: 1954-09-10
Publication date: 1958-02-27

Description

DEUTSCHES

Bei Hochfrequenzgeneratoren, die im Bereich zwischen Vollast und Leerlauf betriebssicher arbeiten sollen, sind in vielen Fällen Einrichtungen zur Regelung der Aussteuerung des Gitters erforderlich, damit der Generator im genannten Bereich optimal arbeitet und das Gitter der Generatorröhre vor Überlastung geschützt wird. Zu diesem Zweck ist es bekannt, in den Gittergleichstromkreis Kaltleiter, Glühlampen, Röhrenregler oder andere veränderliche Widerstände mit geeigneter Charakteristik einzuschalten, um den Gitterstrom im Bereich zwischen Leerlauf und Vollast annähernd konstant zu halten. Weiter ist es bekannt, zur Steuerung des Gitterstromes eine magnetisch beeinflußbare Diode zu verwenden. Die das Magnetfeld erzeugende Spule wird dabei aber weder in Abhängigkeit von dem durch die magnetisch gesteuerte Diode fließenden Strom noch von dem im Anodenkreis fließenden Strom erregt, so daß die Anordnung auch nicht zur selbsttätigen Gitteraussteuerung verwendet werden kann.

Bei den bekannten Einrichtungen erfolgt eine mehr oder minder exakt arbeitende Gitterstrombegrenzung, welche die Generatorröhre vor Überlastungen schützen soll. Es kann nun aber auch der Fall eintreten, daß der Gitterstrom seine Richtung umkehrt, so daß die Gefahr erheblicher Betriebsstörungen durch diese Einrichtungen nicht zu vermeiden ist. Es wurde zwar bereits vorgeschlagen, bei Sendern in den Gitterkreis einer Oszillatorröhre eine Diode einzuschalten, um zu verhüten, daß der Gitterstrom seine Zeichen umkehrt oder daß er einen unzulässigen hohen Wert annimmt, aber nach diesen Schaltungen wird die Diode entweder nur bei Störungen betätigt oder, wenn sie dauernd im Betrieb ist, zwar eine Umkehrung bzw. anomale Vergrößerung des Gitterstromes vermieden, doch kann mit dieser Einrichtung der Gitterstrom nur auf einen bestimmten und nicht auf jeden beliebigen einstellbaren Wert konstant gehalten werden. Die Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß in Reihe zu einem an sich bekannten magnetfeldabhängigen Widerstand, der in Abhängigkeit von einem durch den Gitter- bzw. Anodenstrom beeinflußten Magnetfeld selbsttätig steuerbar ist, ein ebenfalls bekannter Gleichrichter, vorzugsweise ein Halbleitergleichrichter, liegt und der Gitterstrom dadurch nur in einer Richtung steuerbar, in der anderen Richtung dagegen gesperrt ist.

An Hand der Fig. 1 sei der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Hochfrequenzgenerator besteht in bekannter Weise aus einer Röhre 1, deren Kathode an dem negativen und deren Anode über einen Schwingkreis 2 an dem positiven Pol einer Anodenspannungsquelle angeschlossen ist. Über die Spule 3 erfolgt die Rückkopplung der Hochfrequenzenergie auf das Gitter der Elektronenröhre 1, welches in bekannter Weise über den Gitterwiderstand 4 mit der Kathode verbunden

Ein.rich.tung

zur Regelung der Gitteraussteuerung
bei Hochfrequenzröhrengeneratoren

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Manfred Tschermak

und Dipl.-Ing. Karlheinz Schmitter, Erlangen,

sind als Erfinder genannt worden

ist. Um den über diesen Widerstand 4 fließenden Gitterstrom weitgehend konstant zu halten, soll nun gemäß der Erfindung dieser Widerstand 4 ein magnetfeldabhängiger Widerstand sein, dessen Magnetfeld in Abhängigkeit von dem Gittergleichstrom veränderbar ist.

Eine selbsttätige Steuerung der Magnetfeldstärke in Abhängigkeit vom Gittergleichstrom ist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Weise möglich, daß parallel zum Gitterwiderstand 4 ein gegenüber diesem Widerstand sehr viel größerer Widerstand 5 vorgesehen ist, in dessen Stromkreis sich die Wicklung 6 eines das Feld des magnetfeldabhängigen Widerstandes erzeugenden Elektromagneten befindet. Steigt bei einer derartigen Schaltung der Gittergleichstrom an, so steigt auch der durch die Magnetwicklungen 6 fließende Strom und somit das den Widerstand 4 beeinflussende Magnetfeld. Damit wird aber der Leitwert dieses Widerstandes 4 herabgesetzt, so daß der Gitterstrom sinkt. Statt der in dieser Figur dargestellten Parallelschaltung ist es natürlich auch möglich, die Wicklung 6 in Reihe zu dem Widerstand 4 anzuordnen.

An Hand der Fig. 2 sei die selbsttätige Regelung auf konstanten Gitterstrom näher erläutert. Es ist wiederum der Gitterwiderstand mit 4, die Magnetfeldwicklung mit 6, der Reihenschlußwiderstand zur Feldwicklung 6 von Widerstand 4 mit 5 bezeichnet. Der Gitterstrom sei mit I_g, der durch die Wicklung 6 fließende Strom mit I₁, der durch den Widerstand 4 fließende Strom mit J₂ bezeichnet. Die gesamte an der Parallelschaltung liegende Spannung entspricht also der Gitterspannung U_g. Der Wert des Gitterwiderstandes 4 sei im folgenden mit R_g

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und der Wert des Vorwiderstandes 5 mit R₁, bezeichnet. Es ist dann "

Jj

Da Ig konstant gehalten, werden soll, ist also

in =

-konst.

R₁

Unter den AmBy-Verbindungen eignen sich für den vorliegenden Zweck insbesondere Verbindungen von einem der Elemente Bor, Aluminium, Gallium, Indium mit einem der Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen und Antimon. Bei Indiumantimonid beispielsweise werden Trägerbeweglichkeiten von 60 000 cm²/Vs erreicht. Diese Stoffe haben infolge ihrer verhältnismäßig großen Trägerbeweglichkeit die Eigenschaft, ihren elektrischen Widerstand durch Anlegen einer magnetischen Feldstärke i

g g

Nun ist aber andererseits der Wert R_g des Widerstandes 4 i° innerhalb besonders weiter Grenzen zu verändern,
abhängig von der Größe des auf ihn wirkenden Magnet- Für die Zwecke der Erfindung können außerdem Halb

feldes, d. h. li i

R₀ = U_%

Φ — A₂ · I₁ ■ w,

wobei w die Windungszahl der Spule 6 sein möge. Setzt man statt

ρ —

R_v

Da andererseits, wie oben festgestellt,

R_g =

ist, erhält man für

R ^z k ■ k

Wird der Differentialkoeffizient
,η
J

-JL

= k₂ = S

leiter mit sogenannter magnetischer Sperrschicht verwendet werden. Hierzu gehört beispielsweise eigenleitendes Germanium mit besonderer Oberflächenbehand- lung. Durch Anlegen eines Magnetfeldes bestimmter Richtung und ausreichender Stärke kann der Widerstand in einer Stromdurchlaßrichtung auf einen sehr hohen Wert gesteigert werden.

Es sind magnetfeldabhängige Widerstände bekannt,

so bei denen die Widerstandsänderung proportional der Magnetfeldänderung ist. Im allgemeinen hat jedoch die Funktion R — f (Φ) einen Verlauf ähnlich dem in Fig. 3 dargestellten. Wird nun beispielsweise der magnetfeldabhängige Widerstand 4 einem zusätzlichen konstanten Magnetfeld ausgesetzt, so kann auch bei einem Widerstand mit einer der abgebildeten Funktion ähnlichen Abhängigkeit der Arbeitsbereich des Widerstandes in den annähernd linearen Teil der Kennlinie verschoben werden. ^^m Ausführungsbeispiel hierzu ist in der Fig. 4 dargestellt, in der die gleichen Bezeichnungen wie in Fig. 1 gewählt wurden. Das zusätzliche konstante Magnetfeld wird in diesem Fall durch einen Elektromagneten 7 erzeugt. Seine Höhe ist an einem Widerstand 8 einstellbar. Statt des Elektromagneten kann selbstverständlich auch

als magnetische Steilheit des Widerstandes bezeichnet, 35 ein Dauermagnet Verwendung finden.

so ist

und somit

R_v =

Ig-S_7n-W

Bei den bisher beschriebenen Anordnungen wurde die Größe des Widerstandes als Funktion des Magnetfeldes lediglich zur Regelung der Gitteraussteuerung herangezogen. Es ist jedoch bekannt, daß bei Röhrengenerat°^ren der Fall eintreten kann, daß der Gitterstrom seine Richtung umkehrt. Die Folge sind erhebliche Betriebsstörungen.

Oben wurde bereits ausgeführt, daß bei Halbleiter mit magnetischer Sperrschicht der Widerstand in einer Strom

AlIe diese Betrachtungen gelten selbstverständlich nur unter der Bedingung, daß I₁ vernachlässigbar klein gegenüber J₂ ist, d. h. also, daß R_v 3> R_g ist. Es ist somit er-

wiesen, daß es bei Vorliegen einer bestimmten magne- 45 durchlaßrichtung auf einen sehr hohen Wert gesteigert

tischen Steilheit, d. h. einer hinreichend großen Änderung werden kann. Durch Umkehrung des magnetischen oder

des Widerstandes R_g bei kleinen Änderungen der magne- des elektrischen Feldes (der Stromrichtung) wird der

tischen Feldstärke möglich ist, den Gitterstrom durch Sperrschichteffekt aufgehoben, so daß der Widerstand

entsprechende Einstellung des Widerstandes 5, d. h. durch lediglich als ohmscher Widerstand dient. Es ist also

entsprechende Veränderung seiner Größe R₁, auf jeden 50 möglich, den Sperrschichteffekt eines magnetfeldabhän-

beliebigen konstant zu haltenden Wert einzustellen. gigen Widerstandes zur Gleichrichtung auszunutzen, da

Es ist leicht zu erkennen, daß eine derartige Regelung bei konstanter Magnetfeldrichtung in der einen Stromder Gitteraussteuerung bei Hochfrequenzgeneratoren nur richtung durch den Sperrschichteffekt dem Strom ein möglich ist, wenn die magnetische Steilheit des magnet- hoher Widerstand entgegengesetzt, in der anderen Stromfeldabhängigen Widerstandes hinreichend groß ist. Nun 55 richtung dieser Widerstand jedoch nahezu gleich Null sind zwar Widerstandsmaterialien mit magnetfeldabhän- wird.

giger Leitfähigkeit, beispielsweise Wismut, bekannt. Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird Deren verhältnismäßig geringe magnetfeldabhängige dieser Gleichrichtereffekt zur Sperrung des Generators Widerstands- bzw. Leitwertsänderung kommt jedoch für beim Auftreten einer Gitteremission verwendet. Zu dem die Zwecke der vorliegenden Erfindung kaum in Betracht, 60 Zweck kann beispielsweise das von der Wicklung 7 in zumindest bedarf es dabei eines verhältnismäßig großen Fig. 4 erzeugte Magnetfeld derart auf den Widerstand 4 Aufwandes an Verstärkungsmitteln. Für die Zwecke der einwirken, daß bei normalem Gitterstrom keine Beeinvorliegenden Erfindung ist es jedoch besonders vorteil- flussung des Widerstandes durch dieses Magnetfeld einhaft, magnetfeldabhängige Widerstände aus Halbleitern tritt. Tritt nun Gitteremission auf, d. h. ändert der Gittermit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens etwa 65 strom seine Richtung, so setzt der Widerstand 4 durch 6000 cm²/Vs zu verwenden. Zu diesen Halbleitern ge- das zusätzliche Magnetfeld der Spule 7 diesem Emissionshören vor allem Widerstandsmatenalien aus halbleitenden strom einen derart hohen Widerstand entgegen, daß der Verbindungen, insbesondere von der Form AmBy, d. h. Strom gleich Null wird.

aus Verbindungen eines; Elementes der III. Gruppe mit Soll bei einer derartigen Überwachung des Gitter-

einem Element der V. Gruppe des Periodischen Systems. 70 stromes die oben beschriebene Regelung der Gitteraus-

steuerung beibehalten werden, so ist, wie in Fig. 5 dargestellt, an sich die gleiche Schaltung wie in Fig. 4, jedoch mit der Einschränkung zu verwenden, daß auch ein Stromfluß über den Nebenwiderstand S vermieden werden muß. Zu diesem Zweck ist in Reihe zum Widerstand 5 ein einfacher Gleichrichter 9 vorgesehen, der einen Stromfluß durch die Spule 6 beim Auftreten von Gitteremission verhindert. Es ist also bei der Verwendung von magnetfeldabhängigen Halbleitern möglich, mit ein und demselben Widerstand sowohl den Gitterstrom auf konstante Höhe zu begrenzen, als auch die Umkehrung des Gitterstromes beim Auftreten von Gitteremission zu verhindern. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, statt der doppelten Beeinflussung des Widerstandes 4 zwei Widerstände in Reihe zu schalten, von denen der eine durch das Magnetfeld der Spule 6, der andere durch das Magnetfeld der Spule 7 beeinflußt wird. Dabei kann gegebenenfalls statt des den Gitterstrom bei Gitteremission sperrenden Widerstandes auch ein einfacher Gleichrichter verwendet werden.

Es ist bekannt, bei selbsterregten Röhrengeneratoren in B- oder C-Betrieb eine lastabhängige Aussteuerung dadurch zu erreichen, daß mit abnehmender Last eine Verschiebung des Arbeitspunktes der Röhre in Gebieten negativer Gittervorspannung erfolgt. Bei geeigneter Dimensionierung solcher Einrichtungen ist es zu erreichen, daß der Generator im ganzen Gebiet zwischen Leerlauf und Vollast mit ungefähr konstantem Anodenwirkungsgrad arbeitet. Ferner wird das Gitter der Generatorröhre durch eine lastabhängige Aussteuerung bei Leerlauf oder Lastzuständen unterhalb Vollast vor Überlastung geschützt. Für diese lastabhängige Regelung der Gitteraussteuerung sind mechanisch veränderbare Widerstände verwendet worden, die im Gittergleichstromkreis liegen und deren Steuerung in Abhängigkeit vom Anodengleichstrom erfolgt.

Gemäß der Erfindung ist in den Gittergleichstromkreis ein magnetfeldabhängiger Widerstand geschaltet, dessen Magnetfeld in Abhängigkeit vom Anodengleichstrom gesteuert wird. Da magnetfeldabhängige Widerstände keine beweglichen Teile, wie Schleifer od. dgl., aufweisen, haben sie gegenüber den mechanisch veränderbaren Widerständen den Vorteil, daß sie keinem Verschleiß unterworfen sind und keiner Wartung bedürfen.

Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Schaltung ist in Fig. 6 dargestellt. Es ist wiederum die Elektronenröhre mit 1, der Schwingkreis mit 2, die Rückkopplungsspule mit 3, der magnetfeldabhängige Widerstand mit 4 und die Spule zur Erregung des Magnetfeldes mit 6 bezeichnet. Wird der Generator entlastet, so steigt die Gitterwechselspannung. Es stellt sich dann ein neuer Arbeitspunkt nach Maßgabe der Gitterstromkennlinie und der Größe des Gitterwiderstandes ein. Da der Gitterwiderstand eine endliche Größe aufweist, steigt der Gitterstrom bei Entlastung des Generators an. Zur Konstanthaltung des Gitterstromes wäre eine weitere Verschiebung des Arbeitspunktes in den negativen Bereich der Gittervorspannung erforderlich. Diese Verschiebung ist durch Vergrößerung des Gitterwiderstandes 4 zu erreichen, da sich mit der Vergrößerung des Widerstandes der Spannungsabfall erhöht. Dadurch sinkt aber der Anodengleichstrom. Als Steuerwiderstand 10 für den Anodengleichstrom ist nun ein Widerstand mit negativer Kennlinie vorhanden, d. h. ein Widerstand, dessen Spannung mit abnehmendem Strom steigt. Parallel zu diesem Widerstand 10 ist die Spule 6 für die Erzeugung des Magnetfeldes geschaltet.

ίο Fällt auf oben beschriebenem Wege der Anodenstrom, so steigt die Spannung am Widerstand 10, und dadurch erhöht sich der Strom über die Magnetwicklung 6. Das Magnetfeld wird verstärkt und der Widerstand 4 in bekannter Weise vergrößert, so daß eine weitere Verschiebung des Arbeitspunktes der Röhre in Gebiete negativerer Gittervorspannung erreicht wird.

Statt des Widerstandes 10 kann auch die Spannung des Anodengleichstromgenerators zur Steuerung des Widerstandes 4 verwendet werden. Da mit abnehmender Last der Anodenstrom fällt, erhöht sich die Klemmenspannung der Anodengleichspannungsquelle, da diese einen von Null verschiedenen Innenwiderstand hat. Die an die Generatorldemmen angeschlossene Spule 6 für das Magnetfeld des Widerstandes 4 erhält eine höhere Spannung, so daß über das höhere Magnetfeld der Widerstand 4 vergrößert wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Gitteraussteuerung bei Hochfrequenzröhrengeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu einem an sich bekannten magnetfeldabhängigen Widerstand, der in Abhängigkeit von einem durch den Gitter- bzw. Anodenstrom beeinflußten Magnetfeld selbsttätig steuerbar ist, ein ebenfalls bekannter Gleichrichter, vorzugsweise ein Halbleitergleichrichter, liegt und der Gitterstrom dadurch nur in einer Richtung steuerbar, in der anderen Richtung dagegen gesperrt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand im Gittergleichstromkreis vorgesehen ist, der gleichzeitig die Funktion der selbsttätigen Steuerung und des Halbleitergleichrichters dadurch erfüllt, daß er sowohl einem vom Gitter- bzw. Anodenstrom beeinflußten Magnetfeld als auch einem konstanten Magnetfeld ausgesetzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung S 22281 VIIIc/21g;

deutsche Auslegeschrift S 31041 VIIIc/21e, (bekanntgemacht am 3. 11. 1955);

deutsche Patentschriften Nr. 949 246, 955 080, 807111, 902 423, 648 370, 669 387, 879 263;
schweizerische Patentschriften Nr. 228 538, 292 236;
USA.-Patentschrift Nr. 2 545 328;
A. E. Ü. 8 (1954), S. 217 bis 222, 269 bis 278.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen