DE1516908C3 - HF-Generator für Hochfrequenzerhitzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen HF-Generator für Hochfrequenzerhitzung mit einem rückgekoppelten gittergesteuerten Elektronenröhrenoszillator, dessen Steuergitter-Gleichstromkreis eine zwischen dem Steuergitter und der Kathode der rückgekoppelten Oszillatorröhre liegende, als veränderbaren Widerstand geschaltete, gittergesteuerte Elektronenröhre enthält, die von einer dem Belastungskreis entnommenen Regelspannung gesteuert wird. Ein derartiger HF-Generator ist bereits bekannt (britische Patentschrift 844 107).

Die zwischen dem Steuergitter und der Kathode der Oszillatorröhre liegende, als veränderbarer Widerstand geschaltete, gittergesteuerte Elektronenröhre kann vorteilhafterweise eine Pentode sein zwecks Erzielung einer empfindlichen Regelung, z. B. für eine genaue Stabilisierung von Spannung oder Strom, oder aber der Temperatur des Werkstücks, wie es z. B. für die Reinigung von Germanium oder Silizium gewünscht wird.

ίο Bei Verwendung eines solchen HF-Generators, besonders von hoher Leistung, hat sich aber ergeben, daß für dessen gute Wirkung die Größe der Ausgangsleistung nur innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen liegen darf. So wurde z. B. bei ausführlichen Prüfungen mit einem Generator von 25 kW festgestellt, daß die Größe der Ausgangsleistung nur zwischen 25 und 20 kW geändert werden kann.

Die Erfindung bezweckt, einen Generator der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem zusammen mit einer besonders empfindlichen Regelung in einfacher Weise eine beträchtliche Erweiterung der Grenzen für die Änderung der Größe der Ausgangsleistung erzielt werden kann, bis zwischen 25 und H) kW.

Die Anordnung nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß im Steuergitter-Gleichstromkreis der Oszillatorröhre in Reihe mit der als veränderbarer Widerstand geschalteten, gittergesteuerten Elektronenröhre eine von einer getrennten Regelspannung gesteuerte Einstellröhre liegt und in Reihe mit der rückgekoppelten Oszillatorröhre eine Reihenimpedanz aufgenommen ist, der die getrennte Regelspannung für die Einstellröhre entnommen wird, welche bei Zunahme den von der Einstellröhre gebildeten Widerstand herabsetzt.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Bei dem in der Figur dargestellten Hochfrequenzgenerator nach der Erfindung wird die für Heizzwecke erforderliche Hochfrequenzenergie einem gittergesteuerten Elektronenröhrenoszillator mit einer in Klasse C betriebenen Triode 1 entnommen. Im Anodenkreis des als Colpitts-Schaltung ausgebildeten Röhrenoszillators liegt ein die Oszillatorfrequenz bestimmender Schwingungskreis 2 mit einer Kreisspule 3, die durch zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 4 und 4' überbrückt ist, deren Verbindungspunkt mit der geerdeten Kathode der Triode 1 verbunden ist. Ein Ende des Schwingungskreises 2 ist über einen Trennkondensator 5 mit der Anode und das andere Ende über einen Trennkondensator 6 mit dem Steuergitter der Röhre 1 verbunden.

Die Anode der Röhre 1 wird über eine Hochfrequenzdrosselspule 7 aus einer Gleichstromspeisequelle 8 gespeist, die mit einem Hochfrequenz-Entkopplungskondensator 9 überbrückt ist.

Der beim Betrieb im Schwingungskreis 2 auftretende Kreisstrom wird zur Erhitzung eines Werkstücks 10 benutzt, das in einem z. B. von einem Induktor 11 gebildeten Belastungskreis 12 liegt. Der einseitig geerdete Induktor 11 ist dazu an die Ausgangsklemmen einer mit der Kreisspule 3 induktiv gekoppelten Kopplungsspule 13 angeschlossen, wobei zwecks Belastungsanpassung die induktive Kopplung zwischen der Kreisspule 3 und der Kopplungsspule 13 veränderbar ausgebildet ist.

Zur Steuerung der Gittererregung der Triode 1 liegt im Steuergitter-Gleichstromkreis ein veränder-

barer Widerstand in Form einer Pentode 14, die mit einem Widerstand 15 überbrückt ist, um zu verhüten, daß der Gitterwiderstand der Triode 1 einen bestimmten zulässigen Grenzwert überschreitet. Die Schirmgitterspannung der Pentode 14 wird einer getrennten Speisespannungsquelle 16 entnommen, und im Steuergitter-Gleichstromkreis liegt weiterhin ein aus einer Reihenspule 17 und einem Qiierkondensator

18 bestehendes Hochfrequenzentkopplungsnetzwerk. Bei der dargestellten Anordnung wird die Steuerung der Gittererregung der Triode 1 für die Stabilisierung der Spannung im Belastungskreis 12 benutzt, wozu dem Belastungskreis 12 eine Regelspannung entnommen wird, die über einen Regelspannungskreis

19 dem Steuergitter der Pentode 14 zugeführt wird. In einer Ausführungsform enthält der Regelspannungskreis 19 ein Eingangsnetzwerk, das aus den Trennkondensatoren 20, 20' und einer dazwischenliegenden Hochfrequenzdrosselspule 21 besteht, und anschließend eine Gleichrichtervorrichtung 22 mit zugeordnetem Ausgangswiderstand 23. Der Ausgangswiderstand 23 ist mit den Eingangsklemmen

) eines Gleichspannungsverstärkers 24 über eine konstante Vorspannungsquelle verbunden, die von einer Gasentladungsröhre 25 gebildet ist, welche über einen Reihenwiderstand 26 an eine Speisespannungsquelle 27 angeschlossen ist. An den Eingangsklemmen des Gleichspannungsverstärkers 24 entsteht daher eine Eingangsspannung gleich der Ausgangsspannung der Gleichrichtervorrichtung 22 anzüglich der Brennspannung der Gasentladungsröhre 25, und diese Eingangsspannung wird nach erfolgter Verstärkung im Gleichspannungsverstärker 24 als Regelspannung mit negativem Vorzeichen dem Steuergitter der Pentode 14 zugeführt.

Mit der bisher beschriebenen Anordnung wird eine genaue Stabilisierung der Spannung im Belastungskreis 12 verwirklicht; insbesondere wenn die Spannung im Belastungskreis 12 zunimmt, erhöht sich dadurch gleichfalls die negative Regelspannung ebenso wie der von der Pentode 14 gebildete Gitterwiderstand der Triode 1, woraus sich eine Verschiebung der Gittervorspannung der Triode 1 und eine ^N, entsprechende Abnahme der Gittererregung ergibt, - die der Spannungszunahme im Belastungskreis 12 entgegenwirkt. Umgekehrt wird bei einer Spannungsabnahme im Belastungskreis 12 durch Herabsetzung des von der Pentode 14 gebildeten Gitterwiderstandes der Triode 1 eine Erhöhung der Gittererregung auftreten, die der Spannungsabnahme im Belastungskreis 12 entgegenwirkt.

Auf diese Weise ist eine empfindliche Regelung der Spannung im Belastungskreis 12 auf einen vorbestimmten Wert entstanden, die gegebenenfalls dadurch einstellbar gemacht werden kann, daß der Ausgangswiderstand 23 der Gleichrichtervorrichtung 22 als Spannungsteiler ausgebildet wird. Es ergibt sich aber, daß bei starken Belastungsänderungen im Ausgangskreis der Oszillatorröhre I und demnach großen Änderungen der Ausgangsleistung die angegebene Regelung nicht den gestellten Erwartungen entspricht. Insbesondere wurde festgestellt, daß die von den Belastungsänderungen im Steuergitter-Gleichstromkreis herbeigeführten Spannungs- bzw. Stromänderungen eine Einstellung der Pentode 14 außerhalb ihres Arbeitsbereiches herbeiführen können, was die Gesamtregelung unwirksam macht oder sogar einen Defekt der Pentode 14 verursachen kann.

Nach einem Merkmal der Erfindung wird nun zusammen mit einer empfindlichen Regelung in einfacher Weise eine beträchtliche Erweiterung der Grenzen, innerhalb deren die Größe der Ausgangsleistung geändert werden kann, dadurch erzielt, daß im Steuergitter-Gleichstromkreis der Oszillatorröhre 1 in Reihe mit der als veränderbarer Widerstand geschalteten Pentode 14 eine von einer getrennten Regelspannung gesteuerte Einstellröhre28 aufgenommen und weiterhin in Reihe mit der rückgekoppelten Oszillatorröhre 1 eine Impedanz geschaltet ist, der die getrennte Regelspannung für die von einer Triode gebildete Einstellröhre 28 entnommen wird, welche bei Zunahme den von der Einstellröhre 28 gebildeten Widerstand herabsetzt. Bei der beschriebenen Ausführungsform liegt die Reihenimpedanz in Form eines Reihenwiderstandes 29 im Gleichstromspeisekreis der Oszillatorröhre 1 zwischen der geerdeten Kathode der Oszillatorröhre 1 und der negativen Klemme der Gleichstromspeisequelle 8, wobei die am Reihenwiderstand 29 auftretende Gleichspannung nach Umwandlung in Wechselstrom in einem Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umwandler (»chopper«) 30 über einen Transformator 31 einer Gleichrichtervorrichtung 32 in Brückenschaltung mit einer Ausgangsimpedanz 33 zugeführt wird, zwecks Erzeugung der Regelspannung für die Einstellröhre 28, die mit positivem Vorzeichen deren Steuergitter zugeführt wird. Wegen verschiedener Gleichspannungspegel der Kathodenkreise der Oszillatorröhre 1 und der Einstellröhre 28 ist die durch den Transformator 31 verwirklichte galvanische Trennung zwischen diesen Kreisen von besonders praktischem Vorteil.
Die Wirkungsweise der angegebenen Vorrichtung wird nunmehr näher erläutert.

Nimmt die Belastung des Oszillators zu, so wird dadurch der Oszillatorstrom zunehmen und die Ausgangsspannung abnehmen, woraus sich eine Abnahme der Gittererregung und der Größe der negativen Gittervorspannung der Oszillatorröhre 1 ergibt. In diesem Falle wird die durch die Zunahme des Oszillatorgleichstromes verursachte Spannungszunahme am Reihenwiderstand 29 nach erfolgter Umwandlung in Wechselspannung und etwaiger Verstärkung im Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umwandler 30 und anschließend Gleichrichtung in der Gleichrichtervorrichtung 32 die positive Regelspannung am Steuergitter der Einstellröhre 28 erhöhen und demnach den von der Einstellröhre 28 gebildeten Widerstand herabsetzen, so daß die Abnahme der negativen Gittervorspannung der Oszillatorröhre 1 mit einer Abnahme des von der Einstellröhre 28 gebildeten Widerstandes im Steuergitter-Gleichstromkreis der Oszillatorröhre I einhergeht. Umgekehrt wird bei einer Belastungsabnahme der Oszillatorröhre 1 die dadurch verursachte Zunahme der negativen Gittervorspannung der Oszillatorröhre 1 von einer Zunahme des von der Einstellröhre 28 gebildeten Widerstandes begleitet.

6p Die durch Belastungsänderungen des Oszillators auftretenden Änderungen der negativen Gittervorspannung der Oszillatorröhre 1 werden im wesentlichen durch Änderungen des von der Einstellröhre 28 gebildeten Widerstandes aufgehoben, was zur Folge hat, daß die Einstellung der Pentode 14 innerhalb ihres Arbeitsbereiches unabhängig von der Oszillatorbelastung aufrechterhalten wird, und diese Pentode bewirkt dann auf die oben beschriebene

5 6

Weise eine genaue Stabilisierung der Spannung im vorstehend detailliert beschriebenen Ausführungs-Belastungskreis 12. form im Rahmen der Erfindung noch weitere Aus-Zwischen beiden von getrennten Regelspannungen führungsformen möglich sind. Für die Steuerung der gesteuerten Regelsystemen, die von der in Reihe ge- Einstellröhre 28 kann z. B. statt vom Anodengleichschalteten Einstellröhre 28 bzw. Pentode 14 gebildet 5 strom des Röhrenoszillators durch Aufnahme des sind, tritt sogar bei sich stark ändernden Betriebs- Reihenwiderstandes 29 in den Gleichstromspeisekreis Verhältnissen keine störende Wechselwirkung auf, der Oszillatorröhre 1 auch vom Anodenwechselstrom insbesondere ergeben sich keine störenden Unstabili- des Röhrenoszillators durch Aufnahme einer Reihentäten, vielmehr unterstützen sich die beiden Regel- impedanz in den Anodenwechselstromkreis der Ossysteme 28 und 14. Dadurch ergibt sich nicht nur eine «o zillatorröhre 1 ausgegangen werden, da sich der Erweiterung der Grenzen, innerhalb deren die Aus- Anodenwechselstrom des Röhrenoszillators in genau gangsleistung des Oszillators geändert werden kann, gleicher Weise mit der Belastung ändern wird wie der z. B. zwischen 25 und 10 kW, sondern diese Erweite- Anodengleichstrom. Auch hier ist es vorteilhaft, zwirung geht auch mit einer äußerst empfindlichen Sta- sehen der Reihenimpedanz und der Einstellröhre 28 bilisierung der Spannung im Belastungskreis 12 des 15 einen Trenntransformator zu legen, wobei die diesen Oszillators einher, z. B. werden über den ganzen Be- entnommene Wechselspannung auf die in der Figur lastungsbereich des Oszillators Spannungsänderungen dargestellte Weise nach erfolgter Gleichrichtung in um einen Faktor 30 herabgesetzt. Durch die stabili- einem Gleichrichter als Regelspannung mit positivem sierende Wirkung der Einstellröhre 28 auf den Ar- Vorzeichen dem Steuergitter der Einstellröhre 28 zubeitsbereich der Röhre 14 wird es sogar möglich ge- ao geführt wird. Die in der Figur dargestellte Ausfühmacht, zur weiteren Steigerung der Regelungsemp- rungsform, bei der die Regelspannung einen im findlichkeit für die Röhre 14 einen empfindlichen Typ Gleichstromkreis der Oszillatorröhre 1 liegenden von Röhren zu verwenden, die üblicherweise nur Reihenwiderstand entnommen wird, bietet aber den einen kleinen Regelbereich haben, z. B. steile Pen- praktischen Vorteil, daß als Trenntransformator 31 toden, Trioden mit hohem Innenwiderstand u. dgl. as ein Niederfrequenztransformator verwendbar ist.

Von einem in der Praxis ausführlich erprobten Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß die Röhre Generator von 25 kW nach der Erfindung werden 14 auch zur Stabilisierung des Stromes im Belastungsnachstehend folgende Daten erwähnt: kreis 12 oder der Temperatur des Werkstücks 10 beTriode 1 TB 12/25 nutzt werden kann. In letzterem Falle ist z. B. mit

Triode 28 TB 4/1250 ³° ^^em Werkstück ein Thermoelement verbunden,

Pentode 14 EL 34 (6 x) dessen Ausgangsspannung nach etwaiger Verstärkung

Widerstand 29 6 8 Ω ^u^^er ^'^e Gasentladungsröhre 25 und den Gleich-

' spannungsverstärker 24 der Pentode 14 zugeführt

An dieser Stelle sei noch bemerkt, daß neben der wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. HF-Generator für Hochfrequenzerhitzung mit einem rückgekoppelten, gittergesteuerten Elektronenröhrenoszillator, dessen Steuergitter-Gleichstromkreis eine zwischen dem Steuergitter und der Kathode der rückgekoppelten Oszillatorröhre liegende, als veränderbaren Widerstand geschaltete, gittergesteuerte Elektronenröhre enthält, die von einer dem Belastungskreis entnommenen Regelspannung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuergitter-Gleichstromkreis der Oszillatorröhre (1) in Reihe mit der als veränderbaren Widerstand geschalteten, gittergesteuerten Elektronenröhre (14) eine von einer getrennten Regelspannung gesteuerte Einstellröhre (28) liegt und in Reihe mit der rückgekoppelten Oszillatorröhre (1) eine Reihenimpedanz (29) aufgenommen ist, der die getrennte Regelspannung für die Einstellröhre (28) entnommen wird, weiche bei Zunahme den von der Einstellröhre (28) gebildeten Widerstand herabsetzt.

2. HF-Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der in Reihe mit der rückgekoppelten Oszillatorröhre (1) liegenden Reihenimpedanz (29) und der Einstellröhre

(28) ein Transformator (31) angeordnet ist, der von einer der Reihenimpedanz (29) entnommenen Wechselspannung gespeist wird, und die dem Transformator (31) entnommene Wechselspannung nach erfolgter Gleichrichtung in einem Gleichrichter (32) als Regelspannung mit positivem Vorzeichen dem Steuergitter der Einstellröhre (28) zugeführt wird.

3. HF-Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenimpedanz

(29) von einem Reihenwiderstand gebildet wird.

4. HF-Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenwiderstand (29) im Gleichstromspeisekreis der Oszillatorröhre (1) zwischen der geerdeten Kathode der Oszillatorröhre und der negativen Klemme der Gleichstromspeisequelle (8) liegt.

5. HF-Generator nach den Ansprüchen 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reihenwiderstand (29) und dem Transformator (31) ein Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umwandler (30) angebracht ist.

6. HF-Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der als veränderbarer Widerstand geschalteten, von einer Pentode gebildeten gittergesteuerten Elektronenröhre (14) eine Einstellröhre (28) in Form einer Triode angeordnet ist.