-
Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhrengenerator für einen schmalbandigen
Verbraucher mit Reihenresonanzcharakter und veränderlicher Resonanzfrequenz, der
auch bei Änderung der Resonanzfrequenz des Verbrauchers, z. B. infolge von Temperaturschwankungen,
an den Verbraucher angepaßt bleibt.
-
Bekannt ist ein Schwingungsgenerator, bei dem ein schmalbandiger ParalIelresonanzkreis
parallel zur Last liegt. Die Stromrückkopplung erfolgt im Kathodenkreis über einen
phasenreinen Ohmschen Widerstand und einen streuarmen Transformator.
-
Weiterhin bekannt sind Röhrengeneratoren, die mit einer Stromrückkopplung
über einen Ohmschen Widerstand und einem Transformator mit Schwingungskreis arbeiten,
wobei noch eine zusätzliche Ab-
schirmung der Anodenleitung vorgesehen sein
kann, um eine phasenreine Rückkopplung zu erhalten. In diesen Fällen ist jedoch
die Last rein ohmisch und bestimmt daher nicht die Frequenz des Schwingungsgenerators.
-
Demgegenüber handelt es sich bei der Erfindung um einen Röhrengenerator,
wobei die Stromrückkopplung vom Anodenkreis auf den Steuergitterkreis über einen
primär vom Verbraucherwechselstrom durchflossenen Stromtransforinator mit fester
Kopplung erfolgt, dessen Sekundärwicklung um ein Vielfaches mehr Windungen als seine
Primärwicklun 'g
hat, und der miteinem Kondensator den im Steuergitterkreis
liegenden, breitbandig auf die Resonanzfrequenz des schmalbandigen Verbrauchers
abgestimmten Parallelresonanzkreis bildet, wobei die positive Stromrückkopplung
so eingestellt ist, daß die Röhre im C-Betrieb arbeitet.
-
Der Parallelresonanzkreis liegt im Gitterkreis und ist so breitbandig,
daß die Resonanzfrequenz des schmalbandigen Verbrauchers auch bei Frequenzänderungen
noch innerhalb des Parallelresonanzkreises bleibt. Die Stromrückkopplung erfolgt
im Anodenkreis über den Stromtransformator, der sekundär breitbandig auf die Resonanzfrequenz
des schmalbandigen Verbrauchers abgestimmt wird.
-
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist ein Teil der
Anodenwechselspannung auf das Steuergitter negativ rückgekoppelt. Ferner kann die
negative Rückkopplung über einen Kondensator zwischen der Last und dem Steuergitter
der Röhre erfolgen. Der Verbraucher kann aus einem elektromechanischen Wandler,
z. B. aus piezoelektrischem Material bestehen. Dabei kann der Parallelresonanzkreis
am Steuergitter auf eine mechanische Harmonische des elektromagnetischenWandlers
abgestimmt sein.
-
In der Zeichnung sind T, und 7#, Eingangsklenimen, über welche eine
Wechselspannung aus einer nicht näher dargestellten Energiequelle dem Schwingungserzeugerkreis
zugeführt wird. Zur praktischen Verwirklichung einer solchen Schaltung läßt sich
nach vorgenommenen Versuchen beispielsweise eine Speisespannung von - 115
V Wechselstrom bei 60 Hz verwenden. Diese -,Spannung kann mittels eines Hauptschalters
10 ein- und ausgeschaltet werden.
-
Ri ist ein 20-Ohm-Widerstand, der den Stromfluß durch den Gleichrichter
12 auf Grund der Ladung des Kondensators C, begrenzt. R, ist ein 450-Ohm-10-W-Widerstand,
der den StronAuß über den Heizleiter der Vakuumröhre V, begrenzt, indem er diesen
Strom auf einem hinreichend genauen Betriebswert von etwa 150 mA hält. C,
ist ein 40-#tF-150-V-Elektrolytkondensator, der als Energiespeicher für die pulsierende
Gleichstromenergie aus dem Gleichrichter 12 dient. Dieser Gleichrichter ist eine
SiE-ziumdiode. Er läßt nur die positiven Halbwellen der Wechselspannung aus der
Energiequelle durch, um eine pulsierende Ausgangsgleichspannung zu liefern. L, ist
eine Gleichstrominduktivität mit 30 mHy, 20 Ohm, die einen Weg niedrigen
Widerstandes für Gleichstrom zwischen der Energiequelle und der Anode der Vakuumröhre
V, bildet, umgekehrt aber einen Weg hohen Widerstandes für hochfrequenten Wechselstrom
darstellt, d. h. für Strom mit einer Frequenz von der Größenordnung von
50 kHz und darüber.
-
Die Vakuumröhre V, ist eine Endtetrode mit Elektronenbündelung. C2
ist ein Kondensator mit 0,1 liF, der die Gleichspannung an der Anode der
Röhre V, daran hindert, an die Klemmen des Schallkopfs 14 zu gelangen. Andererseits
wirkt dieser Kondensator als Kopplungsglied mit niedrigem Widerstand für den hochfrequenten
Wechselstrom, der aus der Anode der Röhre zu den Schallkopfklemmen fließt. C, ist
ein Kondensator mit 0,005 liF, der als Sperre wirkt, um einen Gleichstromerdschluß
des Steuergitters über die Gitterabstimmspule L2 zu verhindern, aber einen Weg geringen
Widerstandes für den hochfrequenten Wechselstrom aus der SpuleL., zum Steuergitter
darstellt.
-
R, ist ein 47-kOhm-Widerstand, der einen Weg für den im Steuergitterkreis
durch die Anwesenheit hochfrequenten Wechselstroms am Steuergitter induzierten Gleichstrom
bildet. Dieser Widerstand erzeugt eine Vorspannung am Steuergitter der Röhre Vl.
C4 ist ein 0,1-RF-Kondensator, der die Energiequelle vom Chassis (Erde) der
Anordnung trennt, aber als Kopplungsglied dient, um einen Weg niedri--en Widerstandes
für den hochfrequenten Wechselstrom zu bilden, der zu den Klemmen des Schallkopfs
14 fließt. C 5 ist ein 33-uJ-Kondensator, der eine negative Rückkopplung
vom Ausgangskreis des Schallkopfs14 zum Steuergitter der Vakuumröhre ermöglicht.
Die negative Rückkopplung vom Ausgang zum Eingang eines Kreises hat im allgemeinen
den Effekt einer Verkleinerung des Ausganges. Sie dient bei der Schwingungserzeugerschaltung
gemäß der Erfindung zur Erzielung einer Verbesserung des Wirkungsgrades, und zwar
speziell zur Verbesserung der Phasenlage von Spannung und Strom am Schallkopf 14.
-
L2 ist eine 10-mHy-Gitterabstimmspule mit einem Q-Wert von mindestens
100. C6 ist ein Gitterabstimmkondensator mit einem Einstellbereich von bis
zu 1000 ligF. Die durch L2 und C, gebildete Kombination von Induktivität
und Kapazität wird auf die mechanische harmonische Frequenz abgestimmt, bei der
der Schallkopf 14 arbeiten soll, beispielsweise auf eine Frequenz von
70 000 kHz. L3 ist eine 0,6-mHy-Stromrückkopplungsspule, die um ein Vielfaches
weniger Windungen besitzt als die GitterabstimmspuleL2. Die SpulenL2 und L" sind
jedoch elektromagnetisch eng miteinander gekoppelt. Der Ausgangsstrom aus der Röhre
V, zum Schallkopf 14 fließt über die Spule L., welche in der Spule L, eine
Spannung induziert, die am Steuergitter der Röhre in Erscheinung tritt. Diese Spannung
stellt eine positive Rückkopplung dar und hat zur Folge, daß der Kreis sich selbst
in einem schwingenden Zustand
hält. DieserRückkopplungs- und schwingunghaltende
Effekt tritt wirksam auf, wenn die GitterabstimmspuleL, und der KondensatorC, miteinander
auf eine aktive, mechanische, harmonische Frequenz des Schallkopfs 14 abgestimmt
sind.
-
Der Schallkopf 14 umfaßt eine relativ dünne Scheibe aus piezoelektrischem
Material 16, die auf das größere Ende eines metallenen und elektrisch leitenden
Resonators 18 von Kegelstumpfgestalt aufgebracht ist. Dieser Schallkopf,
dessen dargestellte Form lediglich ein erläuterndes Beispiel ist, besitzt eine axiale,
durch die beiden Teile 16 und 18
durchgehende Bohrung. An dem piezoelektrischen
Teil 16 ist in Ausrichtung mit dieser Bohrung eine Flüssigkeitsspeiseleitung
22 befestigt, die ein elektromagnetisch betätigtes Absperrorgan 24 enthält. Bei
Abwesenheit eines Erregerstroms an seiner Wicklung ist das Absperrorgan 24 normalerweise
geschlossen.
-
C7 ist ein 100-RgF-Kondensator, und R4 ist ein 10-kOhm-Widerstand.
Die hochfrequente Wechselspannung aus der Vakuumröhre V, erscheint an der Reihenschaltung
aus Kondensator C7 und Widerstand R4. Der Kondensator C7 dient als
Sperre für den Gleichstrom aus der Anode der Röhre Vi sowie für niederfrequente
Wechselströme, die aus einer unzureichend gefilterten Energiequelle herrühren können.
Ein angemessener Betrag hochfrequenten Wechselstroms wird durch den Kondensator
C 7 durchgelassen, der als Kopplungsglied zwischen dem Schwingkreis selbst
und dem Sicherheitskreis mit dem Relais 26 wirkt, das dazu dient, die zu
versprühende Flüssigkeit nur dann zum Schallkopf 14 fließen zu lassen, wenn dieser
mit Antriebsenergie versehen ist.
-
Der Widerstand R4 wirkt als Proportionierungsvorrichtung für den vom
Kondensator 7 durchgelassenen Wechselstrom, um zu ermöglichen, daß dem Gleichrichter
28 hinreichend Strom zufließt, um den Arbeitsbedingungen des Relais
26 genügen zu können, nämlich etwa 2 mA Gleichstrom; die äußeren Klemmen
T, und T4 des Relais 26 sind normalerweise offen. Als Gleichrichter
28 dient ein Germanium-Gleichrichter, der aus derVakuumröhre V, mit Wechselstrom
gespeist wird und einen pulsierenden Gleichstrom durchläßt. C, ist ein 0,1-J-Kondensator,
der als Speicher für diesen pulsierenden Strom dient, welcher sowohl durch die Wicklung
des Relais 26 als auch durch den Widerstand R4 fließt; sobald eine angemessene
Menge hochfrequenten Wechselstroms aus dem Schwingungskreis am Kondensator C7 verfügbar
ist, wird das Relais 26 erregt, so daß seine Klemmen 1#, und T4 geschlossen
werden. Dadurch wird der Spulenkreis des elektromagnetischen Absperrorgans 24 geschlossen,
so daß das Absperrorgan geöffnet wird und die zu versprühende Flüssigkeit über die
Leitung 22 zum Schallkopf 14 fließen läßt.
-
Der beschriebene Schwingungserzeuger stellt eine Einrichtung zur Erzielung
besonders großer Anodenströme bei niedrigen Anodenspannungen an der Vakuumröhre
V, dar. Dadurch ergibt sich eine wirksame Kopplung für Umsetzeranordnungen, wie
dem Schallkopf 14 mit Belastungswiderständen in der Größenordnung von
100 bis 1000 Ohm. Die Steuerung der Schwingung wird über den Schallkopf
ausgefibt, und Änderungen der Resonanzfrequenz des Schallkopfs auf Grund von Änderungen,
beispielsweise der Temperatur, ergeben entsprechende Änderungen der Arbeitsfrequenz
des Schwingungserzeugers.
-
Die Resonanzfrequenz beim Betrieb des Schallkopfs 14 ist eine Reihenresonanzfrequenz.
Dementsprechend wird die maximale Schallkopfwirkung bei maximalem Strom erhalten.
Der Schallkopfstrom fließt über die Rückkopplungsspule L., die mit der Abstimmspule
L 2 des Gitterkreises gekoppelt ist, um eine positive Rückkopplung zu schaffen,
und daher ist, je höher der Schallkopf- oder Ausgangsstrom, um so höher die
Steuergitterspannung der Röhre V,.
Die Gittervorspannung an der Vakuumröhre
des Schwingungserzeugers gemäß der Erfindung wird auf einem mittleren Pegel gehalten,
der etwa das Doppelte beträgt wie der, welcher benötigt wird, um zu verursachen,
daß der Anodenstrom zu fließen aufhört. In diesem Falle, der als C-Betrieb (C-Verstärker-Arbeitsweise)
bezeichnet werden kann, fließt der Anodenstrom nur bei den positiven Spitzen der
Gittererregungsspannung.
-
Ein Schallkopf, der durch den Schwingungserzeuger gemäß der Erfindung
betrieben werden soll, kann mehr als nur eine Resonanzfrequenz haben;
d. h., es können Longitudinalschwingungen bei ihm auf mehr als nur einer
mechanischen Harmonischen (halben Wellenlängen, vollen Wellenlängen, drei halben
Wellenlängen usw.) aufrechterhalten werden. Es ist zweckmäßig, aus diesen Harmonischen
die eine für den Betriebspunkt des Schwingungserzeugerantriebes auszuwählen, welche
die wirksamste in bezug auf Energieumwandlung im Schallkopf ist. Der abgestimmte
Kreis, der die Spule L, und den Kondensator C, enthält, welcher an den ;%,usgangskreis
über die Spule L, angekoppelt und mit dem Steuergitter der Röhre V, verbunden
ist, wird so eingestellt, daß er bei der gewählten mechanischen Harmonischen des
Schallkopfs eine besonders breite Resonanz besitzt. Eine solche Einstellung ergibt
bei dieser einen Harmonischen die maximale Stromrückkopplung, und der Betrieb des
Schwingungserzeugers wird auf diesem Arbeitspunkt gehalten.