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Die Erfindung bezieht sich auf einen HF-Generator mit einer Mehrgitter-
Elektronenröhre mit mindestens einem Gitterpaar, das aus einem Steuergitter und einem
Schirmgitter besteht, mit einer Speiseschaltung für die Elektronenröhre und mit einer
Last, die beide mit der Hauptstromstrecke der Elektronenröhre verbunden sind und mit
einem Rückkopplungskreis, der einerseits über die Röhrenspeiseschaltung an die
Hauptstromstrecke der Elektronenröhre und andererseits an eines der Gitter des
Gitterpaares angeschlossen ist zum in der Hauptstromstrecke Erzeugen eines HF-
Signals
Ein derartiger HF-Generator, der in der Industrie, beispielsweise bei HF-
Erhitzung, benutzt wird, ist in der nicht veröffentlichten niederländischen
Patentanmeldung 8600673 oder in FR-A-728,674 beschreiben.
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Der dort beschriebene HF-Generator weist ein
Niederspannungssteuerelement auf, das an ein Gitter einer Tetrode angeschlossen ist. Mit dem
Niederspannungssteuerelement läßt sich der Spannungspegel einer Regelspannung an dem
betreffenden Gitter einstellen, wodurch die in die Last aufzunehmende Ausgangsleistung der
Elektronenröhre beeinflußt wird.
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Der Nachteil der Beeinflussung der Ausgangsleistung der Elektronenröhre
mittels des Niederspannungssteuerelementes ist, daß im Betrieb des Generators
Umstände auftreten können, in denen die Elektronenröhre beschädigt wird.
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Die Erfindung hat nun u. a. zur Aufgabe, in dem HF-Generator
Maßnahmen zu treffen, wodurch die Gitterverlustleistung auf einfache Weise beschränkt und die
Lebensdauer der Elektronenröhre verlängert wird.
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Dazu weist der HF-Generator in einer ersten Ausführungsform nach der
Erfindung das Kennzeichen auf, daß er eine Stromquellenschaltung aufweist, die zum
Bestimmen der Gitterverlustleistung in der Elektronenröhre an das andere Gitter des
Gitterpaares angeschlossen ist.
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Die Erfindung benutzt mit Vorteil die Erkenntnis, daß bei Anwendung
von Stromsteuerung am Schirmgitter oder am Schirmgitter der Gitterstrom aufgeprägt
wird und nicht bis zu einem derart hohen Wert ansteigen kann, daß dadurch die
Elektronenröhre beschädigt wird.
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Eine zweite Ausführungsform des HF-Generators, wobei der
Rückkopplungskreis an das Steuergitter angeschlossen ist, weist nach der Erfindung das
Kennzeichen auf, daß die Stromquellenschaltung an das Schirmgitter angeschlossen ist.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen HF-Generators ist, daß ohne
zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen die Elektronenröhre auf einfache Weise auch gegen einen
mit einem etwaigen Fortfallen der Anodenspannung einhergehenden unzulässig hohen
Wert des Schirmgitterstromes geschützt ist.
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Eine dritte Ausführungsform des HF-Generators weist nach der Erfindung
das Kennzeichen auf, daß die Stromquellenschaltung als eine regelbare
Stromquellenschaltung mit einem mit der Hauptstromstrecke der Elektronenröhre verbundenen
Steuereingang ausgebildet ist.
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Ein weiterer Vorteil ist, daß durch diese Regelmöglichkeit des
Schirmgitterstromes ein Arbeitspunkt der Elektronenröhre eingestellt werden kann, wobei das
Verhältnis zwischen der erwünschten Verlustleistung der Last und der Verlustleistung
der Elektronenröhre optimal ist.
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Eine vierte Ausführungsform des HF-Generators weist nach der Erfindung
das Kennzeichen auf, daß der Rückkopplungskreis an das Schirmgitter angeschlossen ist
und daß die Stromquellenschaltung an das Steuergitter angeschlossen ist.
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Ein weiterer Vorteil ist noch die Tatsache, daß bei Anwendung von
Stromsteuerung am Steuergitter mit einer erforderlichen Verlustleistung in der Last,
eine niedrige Ausgangsspannung der Stromsteuerschaltung ausreicht, wobei diese
Ausgangsspannung im Vergleich zu der Anwendung von Stromsteuerung für das
Schirmgitter sogar um eine Größenordnung niedriger ist als die bei der letztgenannten
Anwendung erforderliche Ausgangsspannung der Stromquellenschaltung.
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Ein anderer Vorteil ist die Tatsache, daß, wenn die Ausgangsleistung der
Elektronenröhre innerhalb eines vorgegebenen Steuerbereiches liegt, das Steuergitter im
Vergleich zu dem bei Anwendung von Schirmgitter-Stromsteuerung erforderlichen
Strom nur wenig Strom verbraucht.
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Im allgemeinen reicht auf diese Weise eine relativ kleine Spannung bzw.
ein relativ kleiner Strom zum Aussteuern der Elektronenröhre. Damit ist nicht nur die
Verlustleistung der Elektronenröhre definiert, aber außerdem wird bei der Beeinflussung
des Schirmgitterstromes auf Basis von Frequenzsteuerung die maximal erzielbare
Steuerfrequenz erhöht, wodurch eine Verbreiterung des Anwendungsbereiches des HF-
Generators entsteht und dieser sich insbesondere zum Gebrauch bei der Lasersteuerung
eignet.
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Eine fünfte Ausführungsform des HF-Generators, bei der die
Stromquellenschaltung nur einen Ausgang hat, weist nach der Erfindung das Kennzeichen auf, daß
der HF-Generator eine zwischen den Ausgang der Stromquellenschaltung und einen
Punkt gemeinsamer Speisespannung angeschlossene Gitterstromschaltung aufweist zum
augenblicklichen Beeinflussen des Stromes in der Hauptstromstrecke der
Elektronenröhre.
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Wieder ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, daß durch Anwendung der
Gitterstromschaltung auf einfache Weise nach Wunsch ein kontinuierlicher Betrieb, ein
Impulsbetrieb oder ein modulierter Betrieb des HF-Generators verwirklicht werden
kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen HF-Generators.
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In Fig. 1 ist ein HF-Generator 1 dargestellt, der bei industriellen
Prozessen, wie bei HF-Erhitzung, beispielsweise bei der Herstellung optischer Fasern, wie
Glasfasern, verwendet wird. Weitere Anwendungsbereiche sind beispielsweise
Senderöhrenschaltung oder die Ansteuerung von Lasern.
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Der Generator 1 enthält eine Mehrgitter-Elektronenröhre 2, wie eine in
Fig. 1 dargestellte Tetrode oder eine ähnliche Mehrgitter-Elektronenröhre, wie eine
Pentode, Hexode, Heptode, Octode usw. Die Elektronenröhre 2 hat mindestens ein
Elektrodenpaar, das aus eine Steuergitter 3 und einem Schirmgitter 4 besteht, und
selbstverständlich eine Anode 5 und eine Kathode 6. Der in Fig. 1 dargestellte
Generator 1 weist eine Röhrenspeiseschaltung 7 auf, die eine Speisespannung für die
Elektronenröhre 2 liefert und eine Last 8 aufweist. Die Röhrenspeiseschaltung 7 und die
Last 8 sind in Fig. 1 je an die Anode 5 angeschlossen. Die Röhrenspeiseschaltung 7 ist
weiterhin an einen Punkt 12 gemeinsamer Speisespannung angeschlossen. Die Last wird
beispielsweise durch eine oder mehrere (in der Figur nicht dargestellte) Arbeitsspulen
gebildet. Der Generator 1 weist weiterhin einen in einer ersten Ausführungsform an das
Steuergitter 3 angeschlossenen Rückkopplungskreis 9 auf. Der Rückkopplungskreis 9 ist
weiterhin mit der Hauptstromstrecke der Elektronenröhre 2 gekoppelt, in der Figur
dadurch, daß er über die Röhrenspeiseschaltung 7 an die Anode 5 angeschlossen ist.
Der Rückkopplungskreis 9, der die Elektronenröhre 2 schwingen läßt, ist auf eine dem
Fachmann bekannte Art und Weise dazu eingerichtet, in der Hauptstromstrecke ein HF-
Signal zu erzeugen. Die Frequenz des HF-Signals liegt meistens zwischen 50 kHz und
50 MHz.
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Um zu vermeiden, daß der Gitterstrom, insbesondere der
Schirmgitterstrom, unter Umständen unzulässig hoch wird, ist in den Generator 1 eine in dieser
Ausführungsform an das Schirmgitter 4 angeschlossene Stromquellenschaltung 10
aufgenommen. Durch eine Beschränkung des Schirmgitterstromes durch die
Stromquellenschaltung ist die Verlustleistung in dem Schirmgitter 4 beschränkt, wodurch die
Gefahr vor Beschädigung des Schirmgitters 4 durch einen zu hohen Schirmgitterstrom
verringert ist und die Lebensdauer der Elektronenröhre 2 verlängert ist.
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Von einer Mehrgitter-Elektronenröhre 2 ist es allgemein bekannt, daß das
positiv geladene Schirmgitter 4 bei einer gelegentlichen Senkung der Anodenspannung
fast alle von der Kathode herrührenden Elektronen verarbeiten muß. Das Schirmgitter 4
übernimmt dann gleichsam die Aufgabe der Anode 5. Die Konstruktion des
Schirmgitters 4 ist diesem Umstand jedoch nicht gewachsen, so daß im allgemeinen ein Schutz
gegen eine Senkung der Anodenspannung vorgesehen werden muß, damit in einem
solchen Fall eine bleibende Beschädigung der Elektronenröhre 2 vermieden wird. Der
Vorteil des HF-Generators 2 ist, daß ohne zusätzlich durchzuführende
Sicherheitsmaßnahmen die Elektronenröhre 2 durch Anwendung der Stromquellenschaltung 10
automatisch vor einem derartigen Fall geschützt ist.
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Fig. 1 ist zugleich dazu gemeint, eine zweite Ausführungsform des HF-
Generators 1 darzustellen. In dieser zweiten Ausführungsform ist der
Rückkopplungskreis 9 statt an das Steuergitter 3 über die gestrichelte Linie 14 an das Schirmgitter 4
angeschlossen und die Stromquellenschaltung 10 ist statt an das Schirmgitter 4 über die
gestrichelte Linie 15 an das Steuergitter 3 angeschlossen.
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In der Praxis stellt es sich heraus, daß bei Anwendung der Stromsteuerung
an dem Steuergitter 3 in dieser zweiten Ausführungsform eine niedrigere
Ausgangsspannung der Stromquellenschaltung 10 als unbedingt notwendig bei
Schirmgittersteuerung in der bereits beschriebenen ersten Ausführungsform ausreichen kann. Weiter
stellt es sich heraus, daß bei einem erwünschten Aussteuerungsbereich der
Ausgangsleistung
der Elektronenröhre 2, gemessen über die Last 8, der dazu erforderliche
Steuergitterstrom im Vergleich zu dem bei Schirmgittersteuerung erforderlichen Strom
gering ist. Dadurch ist im Vergleich zu der ersten Ausführungsform des HF-Generators
1 eine weitere Verringerung des Gitter-Verlustleistung erzielt.
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Außerdem stellt es sich in der Praxis heraus, daß in dieser zweiten
Ausführungsform die maximal erzielbare Steuerfrequenz bei einer Beeinflussung des
Steuergitterstromes durch die Stromgitterschaltung 10 auf Basis von Frequenzsteuerung,
höher ist als bei der ersten Ausführungsform. Damit ist eine Vergrößerung des
Anwendungsbereiches des HF-Generators 1 verwirklicht worden, da dieser sich nun durchaus
dazu eignet, beim Steuern von Lasern verwendet zu werden; weil zum Steuern von
Lasern im allgemeinen eine höhere Steuerfrequenz erforderlich ist.
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Eine Erklärung für die höhere Steuerfrequenz ist, daß die im allgemeinen
in der Stromquellenschaltung 10 vorhandenen Kapazitäten, die je nach der
Ausführungsform des Generators 1, mit dem Steuergitter 3 oder dem Schirmgitter 4 verbunden sind,
in der zweiten Ausführungsform eine Gleichspannung führen, die durch die niedrigere
notwendige Ausgangsspannung der Stromquellenschaltung 10 auch niedriger ist.
Dadurch ist das Entladen dieser Kapazitäten bei der Beeinflussung des
Steuergitterstromes durch Frequenzsteuerung auch weniger zeitaufwendig, wodurch die maximal
erzielbare Steuerfrequenz ansteigt.
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In einer dritten Ausführungsform des HF-Generators 2 ist die
Stromquellenschaltung 10 weiterhin mit der Hauptstromstrecke der Elektronenröhre 2 gekoppelt.
Die Stromquellenschaltung 10 ist dazu mit einem Steuereingang 11 versehen, der in Fig.
1 an die Anode 5 angeschlossen ist. Durch Anwendung einer mittels eines
Steuerspannung an dem Steuereingang 11 regelbaren Stromquellenschaltung 10 entsteht die
Möglichkeit, den Wert des von der Stromquellenschaltung 10 abgegebenen Stromes je
nach der Verlustleistung in der Last 8 zu regeln. Außerdem kann in der bereits
beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform des Generators 1 durch eine
Einstellung des Wertes des Schirm- oder des Steuergitterstromes mit der regelbaren
Stromquellenschaltung 10 der Arbeitspunkt der Elektronenröhre beeinflußt und gewählt
werden, beispielsweise zur Optimalisierung des Verhältnisses zwischen der erwünschten
Verlustleistung in der Last 8 und der Verlustleistung in der Elektronenröhre 2.
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In einer vierten Ausführungsform weist der HF-Generator 2 eine
Gitterstromschaltung 13 auf. Die Gitterstromschaltung 13 liegt zwischen einem Ausgang 16
der Stromquellenschaltung 10 und dem Punkt 12 der gemeinsamen Speisespannung. Es
ist die Aufgabe der Gitterstromschaltung 13, je nach der Ausführungsform des
Generators 1 den Steuergitter- oder Schirmgitterstrom und damit den Strom durch die Last 8
augenblicklich zu beeinflussen. Dazu kann die Gitterstromschaltung 13 auf nicht
dargestellte Art und Weise mit einer Impulsschaltung ausgebildet sein zum zu den
erwünschten Zeitpunkten dem Punkt 12 den von der Stromquellenschaltung 10
abgegebenen Strom zuzuführen, damit die Elektronenröhre 2 gepulst betrieben wird, oder mit
einer nicht dargestellten Schaltungsanordnung ausgebildet sein, um den
Schirmgitterstrom auf erwünschte Weise kontinuierlich zu beeinflussen. Mit der
Gitterstromschaltung 13 kann, ggf. kombiniert mit der eventuell regelbaren Stromquellenschaltung,
der Strom eines der Gitter des Gitterpaares und damit der Strom in der
Hauptstromstrecke der Elektronenröhre 2 beispielsweise auf Basis von Frequenzsteuerung,
beeinflußt werden.