DE4431381A1

DE4431381A1 - Einen selbsterregten Hochfrequenzgenerator bildende elektronische Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE4431381A1
Application number: DE4431381A
Authority: DE
Inventors: Jochen Stahl; Michael Held
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-08-26
Filing date: 1994-08-26
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2014-08-27
Also published as: GB9517527D0; JPH08107311A; GB2292853B; US5602515A; ITMI951690A0; GB2292853A; ITMI951690A1; DE4431381C2; IT1277407B1

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektronischen Schalt kreise und befaßt sich mit der schaltungstechnischen Ausge staltung eines selbsterregten Hochfrequenzgenerators, bei dem im Anodenstromkreis einer gittergesteuerten Elektronenröhre ein auf die Betriebsfrequenz abgestimmter Schwingkreis ange ordnet ist und bei dem zur Rückkopplung von Leistung aus dem Anodenstromkreis an das Steuergitter eine Rückkopplungsschal tung vorgesehen ist.

Elektronische Schaltkreise in Form von selbsterregten Hoch frequenzgeneratoren sind seit langem Stand der Technik ("Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", Verfasser: Meinke & Gundlach, Springer-Verlag, 1956, Seite 955 bis 957/1992, Seite M76/77). Die Rückkopplung von Leistung aus dem Anoden stromkreis an das Steuergitter kann dabei auf unterschiedli che Weise erfolgen, beispielsweise mittels der sogenannten Meißnerschaltung, die aus einer frequenzunabhängigen Trans formatorrückkopplung in Kombination mit einem im Anodenstrom kreis angeordneten Schwingkreis besteht oder auch mittels einer Gegentaktschaltung mit kapazitiver Spannungsteilung. Bei der Ausgestaltung solcher elektronischer Schaltkreise ist man u. a. bemüht, bei der mit diesen Schaltkreisen verbundenen Umwandlung von Gleichstromleistung in Wechselstromleistung einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Dies wurde bisher durch einen sogenannten Klasse-C-Betrieb (kleiner Stromflußwinkel) und durch Realisierung eines möglichst unverfälschten sinusförmigen Wechselspannungsverlaufes an der Anode und der gesteuerten Elektrode der verwendeten gitterge steuerten Röhre erreicht.

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad der Umwandlung von Gleich stromleistung in Wechselstromleistung weiter zu verbessern und dadurch die mit dem Betrieb der Schaltungsanordnung verbundenen Betriebskosten zu senken.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß im Anodenstromkreis ein weiterer Schwingkreis angeordnet ist, dessen Resonanzfrequenz ein Mehrfaches der Betriebsfre quenz beträgt, daß weiterhin im Steuergitterstromkreis ein Schwingkreis angeordnet ist, dessen Resonanzfrequenz eben falls ein Mehrfaches der Betriebsfrequenz beträgt, und daß schließlich zur Rückkopplungsschaltung gehörende Bauelemente zugleich Bauelemente des im Steuergitterstromkreis angeordne ten Schwingkreises sind.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Schaltungsanordnung wird durch den bezüglich Phasenlage und Amplitude definierten Zusatz von Spannungen mit einer zur Betriebsfrequenz des Hochfrequenzgenerators harmonischen Frequenz der Verlauf der Anoden-Kathoden-Röhrenspannung vom sinusförmigen Verlauf abweichend einer Rechteckspannung angenähert. Dies ist insbe sondere dann der Fall, wenn die Resonanzfrequenz des weiteren Schwingkreises und des im Steuergitterstromkreis angeordneten Schwingkreises das Dreifache oder auch das Fünffache der Betriebsfrequenz beträgt. Durch diese Maßnahme steht am Generator-Ausgang eine größere Leistung zur Verfügung, ohne daß die der Verstärkerröhre zugeordneten Zusatzaggregate wie Wärmetauscher, Wasserpumpen und/oder Kühlluftgebläse in ihrer Leistungskapazität vergrößert werden müßten. Infolge davon bleiben auch der Energieaufwand für den Betrieb dieser Zu satzaggregate und damit die Energiekosten auf dem bisherigen Niveau.

Bei Verwendung einer Meißnerschaltung zur Ankopplung des Steuergitters an den auf die Betriebsfrequenz abgestimmten Anodenschwingkreis mittels eines Transformators wird in Weiterbildung der Erfindung die Rückkopplungsschaltung so gestaltet, daß die Sekundärwicklung des Transformators wenig stens eine Teilinduktivität des im Steuergitterstromkreis angeordneten Schwingkreises bildet. - Bei einem als Gegen taktgenerator ausgebildeten Hochfrequenzgenerator, bei dem die jeweilige Rückkopplungsschaltung aus einem kapazitiven Spannungsteiler besteht, der von der Anodenspannung der jeweiligen Gegentaktseite gespeist wird, wird dagegen die Rückkopplungsschaltung so gestaltet, daß parallel zu der der Steuergitter-Kathoden-Strecke zugeordneten Teilerkapazität ein induktiver Widerstand vorgesehen ist, der die Teilerkapa zität zu einem Schwingkreis mit einer das Mehrfache der Betriebsfrequenz betragenden Resonanzfrequenz ergänzt.

Um beim Betrieb des Hochfrequenzgenerators auch nach einer Frequenzdrift der Grundwelle den gewünschten annähernd recht eckförmigen Spannungsverlauf wieder zu erhalten, können die auf ein Mehrfaches der Betriebsfrequenz abgestimmten zusätz lichen Schwingkreise mit einer Nachstimmeinrichtung versehen sein. Zusätzlich oder alternativ können beide oder eine der beiden zusätzlichen Resonanzstellen auch stark gedämpft und breitbandig ausgeführt sein.

Auf dem Gebiet der Verstärkertechnik, insbesondere bei Rund funksendern, gehört es an sich zum Stand der Technik, den Wirkungsgrad des Verstärkerbetriebes u. a. durch gezielten Zusatz der dritten Harmonischen zur Grundwelle zu erhöhen. Dieser sogenannte 3-H-Betrieb bzw. D-Betrieb ist in der einschlägigen Literatur mehrfach beschrieben (u. a. BBC-Mit teilungen 7-80, Seiten 444 bis 448).

Zwei Ausführungsbeispiele der neuen Schaltungsanordnung sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit einer modifizierten Meißnerrückkopplung und

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung mit einer modifizierten Gegentaktschaltung.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 ist im Anodenstrom kreis der Triode T ein Parallelschwingkreis angeordnet, der aus der Induktivität L_A1 und der Kapazität C_A1 besteht und auf die Betriebsfrequenz f₁ abgestimmt ist. Die Induktivität L_A1 ist Teil eines Übertragers, dessen Sekundärspule L_G31 im Gitterstromkreis der Triode T liegt. Mit Hilfe dieser Sekun därspule erfolgt eine Rückkopplung von Leistung aus dem Anodenstromkreis an das Steuergitter. Parallel zu der Sekun därspule L_G31 sind eine Kapazität C_G3 sowie eine weitere Induktivität L_G32 angeordnet. Die beiden Induktivitäten L_G31 und L_G32 bilden zusammen mit der Kapazität C_G3 einen Pa rallelschwingkreis, der auf das Dreifache der Betriebsfre quenz f₁ abgestimmt ist. - Ein gleichartiger, d. h. ebenfalls auf das Dreifache der Betriebsfrequenz abgestimmter Parallel schwingkreis ist zusätzlich im Anodenstromkreis angeordnet und besteht aus der Induktivität L_A3 und Kapazität C_A3. - Die Schaltungsanordnung enthält im übrigen in üblicherweise in der Anodenzuführung eine Drosselspule D_A sowie nicht näher bezeichnete Kondensatoren zur Abblockung von Gleichspannungen und zum Kurzschluß von Wechselspannungen. Auch ist das Steu ergitter der Triode in üblicherweise über einen Widerstand RG mit der auf Masse liegenden Kathode verbunden.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 zeigt die eine Hälfte einer an sich zur Mittellinie M_L symmetrisch ausgebildeten Gegentaktschaltung. Gemäß der Darstellung ist zwischen den Anoden der beiden Trioden T ein auf die Betriebsfrequenz f₁ abgestimmter Schwingkreis angeordnet, zu dem u. a. die Induk tivität L_A1 und die beidseits angeordneten Kapazitäten C_A1 gehören. Zur Rückkopplung von Leistung aus dem Anodenstrom kreis an die Steuergitter der beiden Trioden sind zwei kapa zitive Spannungsteiler vorgesehen, die aus der Kapazität C_K1 und der Kapazität C_K2 bestehen. Die Teilerkapazität C_K2 besteht dabei wenigstens teilweise aus der internen Röhrenka pazität zwischen Gitter und Kathode (Fußpunktkapazität). - Im Anodenstromkreis jeder Röhre ist weiterhin ein Parallel schwingkreis angeordnet, der auf das Fünffache der Betriebs frequenz f₁ abgestimmt ist und aus der Induktivität L_A5 und der Kapazität C_A5 besteht. Parallel dazu kann ein Dämpfungswi derstand R_A5 angeordnet sein. - Im Gitterstromkreis ist ebenfalls ein Parallelschwingkreis angeordnet, der aus der Kapazität C_G5 und der Induktivität L_G51 sowie einer durch die Schaltungsanordnung bedingten, nicht näher bezeichneten Leitungsinduktivität L_G52 besteht. Die der Schaltungsanord nung innewohnenden und in Form diskreter Bauelemente zusätz lich erforderlichen Induktivitäten und Kapazitäten müssen in üblicherweise meßtechnisch ermittelt werden. - Auch der im Gitterstromkreis angeordnete auf die Betriebsfrequenz f₅ abgestimmte Schwingkreis kann mit Hilfe eines Dämpfungswider standes R_G5 zusätzlich bedämpft sein. - Die im übrigen wei terhin vorgesehenen Drosseln D_A und D_G sowie nicht näher bezeichnete Kapazitäten dienen in bekannter Weise dem Ab blocken bzw. Kurzschließen von Hochfrequenz und -Gleichspan nungen.

Claims

1. Einen selbsterregten Hochfrequenzgenerator bildende elek tronische Schaltungsanordnung mit einer gittergesteuerten Elektronenröhre, einem im Anodenstromkreis liegenden, auf die Betriebsfrequenz abgestimmten Schwingkreis und mit einer Rückkopplungsschaltung zur Rückkopplung von Leistung aus dem Anodenstromkreis an das Steuergitter, dadurch gekennzeichnet,
daß im Anodenstromkreis ein weiterer Schwingkreis (L_A3, C_A3) angeordnet ist, dessen Resonanzfrequenz (3f₁) ein Mehrfaches der Betriebsfrequenz (f₁) beträgt,
daß im Steuergitterstromkreis ein Schwingkreis (L_G31, L_G32; C_G3) angeordnet ist, dessen Resonanzfrequenz (3f₁) ebenfalls ein Mehrfaches der Betriebsfrequenz (f₁) beträgt,
und daß zur Rückkopplungsschaltung gehörende Bauelemente (L_G31) zugleich Bauelemente des im Steuergitterstromkreis angeordneten Schwingkreises sind.

2. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnete, daß die Resonanzfrequenz des weiteren Schwingkreises und des im Steuergitterstromkreis angeordneten Schwingkreises das Dreifache der Betriebsfrequenz beträgt.

3. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergitter an den auf die Betriebsfrequenz abge stimmten Anodenschwingkreis mittels eines Transformators (L_A1, L_G31) angekoppelt ist (Meißnerschaltung) und daß die Sekundärwicklung (L_G31) des Transformators wenigstens eine Teilinduktivität des im Steuergitterstromkreis angeordneten Schwingkreises bildet.

4. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem als Gegentaktgenerator ausgebildeten Generator, bei dem die jeweilige Rückkopplungsschaltung aus einem kapa zitiven Spannungsteiler (C_K1, C_K2) besteht, der jeweils von der Anodenspannung der Gegentaktseite gespeist wird, parallel zu der der Steuergitter-Kathoden-Strecke zugeordneten Tei lerkapazität (C_K2) ein induktiver Widerstand (L_G51) vorgese hen ist, der die Teilerkapazität zu einem Schwingkreis mit einer das Mehrfache der Betriebsfrequenz betragenden Reso nanzfrequenz (5f₁) ergänzt.

5. Hochfrequenzgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf ein Mehrfaches der Betriebsfrequenz abgestimmten Schwingkreise mit einer Nachstimmeinrichtung versehen sind.

6. Hochfrequenzgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einem oder beiden auf ein Mehrfaches der Betriebsfrequenz abgestimmten Schwingkreisen ein Dämpfungswiderstand (R_A5) zugeordnet ist.