NL9001060A - Hoogfrequent elektronenbuisvermogensoscillator. - Google Patents

Description

N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN TE EINDHOVEN Hoogfrequent elektronenbuisvermogensoscillator.

Een hoogfrequent elektronenbuisvermogensoscillator waarbij in serie met de kathode van de elektronenbuis een regelbaar impedantie-element is opgenomen.

Een dergelijke hoogfrequent elektronenbuisvermogens-oscillator is bekend uit het Nederlandse octrooischrift 148202 (PHN 1025).

In het algemeen is het gewenst om het afgegeven vermogen van dergelijke hoogfrequent elektronenbuisoscillatoren te kunnen regelen.

Een eerste manier om dit te realiseren is het variabel maken van de anodegelijkspanning van de elektronenbuis. Dit kan gedaan worden door middel van fase aansnijding van de aangeboden netspanning met behulp van thyristoren, alvorens deze spanning te transformeren naar de gewenste hoogspanning.

De vermogensregeling door middel van fase aansnijding veroorzaakt vrij veel hoogfrequent stoorspanning op het net. Een ander nadeel van deze vermogensregeling is dat de hoogspanning gedurende een deel van de periode van de netspanning gelijk is aan nul. Daardoor zal in veel gevallen een groot en duur hoogspanningsafvlakfilter nodig zijn.

Een tweede methode tot regeling van het afgegeven vermogen is beschreven in het eerder genoemde octrooischrift. Hier wordt het afgegeven vermogen geregeld door middel van een instelbaar impedantie-element dat in serie is geschakeld met de kathode van de elektronenbuis.

Door de impedantiewaarde van het impedantie-element te verhogen, neemt de gelijkspanning over het impedantie-element toe. Door deze toename wordt het spanningsverschil tussen kathode en stuurrooster meer negatief. Daardoor neemt de anodegelijkstroom van de elektronenbuis, en daarmee het afgegeven vermogen af.

Een nadeel van deze bekende hoogfrequent vermogensoscillator is de grote vermogensdissipatie die optreedt in het stuurbare impedantie-element. Dit vermogen kan ongeveer 10 % bedragen van het te regelen vermogen. Dit is vooral bezwaarlijk bij grote vermogens (bijvoorbeeld van enkele honderden kilowatts), in het bijzonder wanneer men het impedantie-element wil uitvoeren in de vorm van een stuurbaar halfgeleider element.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een hoogfrequent electronenbuisvermogensoscillator met regeling van het afgegeven vermogen door middel van een impedantie-element dat in serie is geschakeld met de kathodeleiding, met een aanzienlijk lagere vermogensdissipatie in het stuurbare impedantie-element dan die vermogensdissipatie in een oscillator volgens de stand van de techniek.

De uitvinding is daartoe gekenmerkt doordat de elektronenbuis is uitgevoerd als een meerroosterbuis die voorzien is van minstens een stuurrooster en een extra rooster, dat er een inverterende versterker aanwezig is waarvan de ingang is verbonden met de met de kathode gekoppelde zijde van het impedantie-element en waarvan de uitgang is aangesloten op het extra rooster van de elektronenbuis.

Een vergroting van de waarde van het impedantie-element zal leiden tot een toename van de spanning over het impedantie-element. Daardoor zal de anodestroom afnemen. Doordat de spanning over het impedantie-element via de inverterende versterker toegevoerd wordt aan het extra rooster van de elektronenbuis, zal de spanning op het extra rooster versterkt afnemen. Dit resulteert in een extra afname van de anodestroom. De invloed van een zekere spanningsverandering over het impedantie-element op de anodestroom is nu dus versterkt.

Voor een gegeven variatie van de anodestroom kan nu volstaan worden met een kleinere zwaai van de spanning over het impedantie-element dan nodig is in de triode-oscillator volgens de stand van de techniek. Door deze kleinere spanningszwaai kan de rustspanning over het impedantie-element nu op een lagere waarde ingesteld worden dan nodig was in de stand van de techniek, zodat de dissipatie in dit impedantie-element lager zal zijn.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm heeft de hoogfrequent elektronenbuisvermogensoscillator het kenmerk dat de inverterende versterker is voorzien van een stroombron en een triode waarvan de anode de uitgang van de versterker vormt, op welke uitgang tevens de stroombron is aangesloten terwijl het stuurrooster is verbonden met de negatieve aansluiting van een instelspanningsbron en de ingang van de versterker gevormd wordt door de positieve aansluiting van de instelspanningsbron.

Een voordeel van deze uitvoering is dat de stroom in het extra rooster van de elektronenbuis nooit groter kan worden dan de stroom die geleverd wordt door de stroombron. Zonder deze begrenzing zou bij het wegvallen van de anodespanning een excessief hoge stroom in het extra rooster kunnen vloeien waardoor dit beschadigd kan worden.

Bij pulserend bedrijf van de hoogfrequent elektronen-buisvermogensoscillator kan een probleem ontstaan door het aansluiten van een stroombron op het extra rooster van de elektronenbuis. Bij het dichtsturen op het stuurrooster van de elektronenbuis zal een hoge spanning op het extra rooster ontstaan doordat de belastingsimpedantie van de stroombron toeneemt. Deze hoge spanning op het extra rooster kan pulserend bedrijven van de oscillator bemoeilijken.

Een bekende eigenschap van een triode is dat de anodestroom sterk toeneemt wanneer de anodespanning boven een zekere waarde stijgt. Daardoor heeft een triode een spanningsbegrenzende werking.

Doordat in de hoogfrequent elektronenbuisvermogens-oscillator het extra rooster van de elektronenbuis is verbonden met de anode van de triode zal de eerder genoemde spanningstoename op het extra rooster bij pulserend bedrijf van de oscillator nu beperkt blijven.

Aan de hand van de tekening zal de uitvinding nader toegelicht worden, waarbij overeenkomstige elementen met gelijke verwijzingscijfers aangeduid worden.

Figuur 1 toont een schematische voorstelling van de oscillator volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont een voorkeursuitvoeringvorm van deze oscillator.

Figuur 3 toont grafieken van het gedissipeerde vermogen in het impedantie-element als functie van de waarde van dit impedantie-element, zowel voor een bekende triode oscillator als voor de oscillator volgens de uitvinding.

In figuur 1 wordt de meerroosterbuis van de hoogfrequent elektronenbuisvermogensoscillator gevormd door de tetrode 1 waarvan de anode via de koppelcondensator 2 met het frequente bepalende elemetn 3 en de ingang van het terugkoppelelement 4 is verbonden. Het frequentie bepalende element 3 bestaat uit een parallelschakeling van een spoel en een condensator en wordt in het vervolg aangeduid als parallel kring. De kathode van tetrode 1 is verbonden met het impedantie-element 5 en de ingang van de inverterende versterker 6. De uitgang van de inverterende versterker 6 is aangesloten op het extra rooster (het schermrooster) van tetrode 1. De hoogspanningsbron 7 wordt via een smoorspoel 8 verbonden met de anode van de tetrode.

Figuur 2 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van de oscillator volgens de uitvinding. In deze uitvoeringsvorm wordt de inverterende versterker 6 gevormd door een triode 9, samen met een gelijkstroombron 10 en een instelspanningsbron 11. Het stuurrooster van de triode 9 is via de serieschakeling van de instelspanningsbron 11 en de weerstand 20 verbonden met het impedantie-element 5 dat hier wordt gevormd door een transistor 17. De collector van transistor 17 is via de smoorspoel 18 verbonden met de kathode van de tetrode. De condensator 19 is verbonden met de kathode van de tetrode 1. De anode van de triode 9 is verbonden met de stroombron 10 en met het schermrooster van de tetrode 1. De andere zijde van de stroombron is verbonden met de hoogspanningsbron 7. Het terugkoppelelement 4 bestaat uit een spoel 12 die aan één zijde is verbonden met parallelling 3 en met de andere zijde met een condensator 13 en een koppelkondensator 14. De andere zijde van koppelkondensator 14 is verbonden met het stuurrooster van de tetrode 1. Smoorspoel 15 is aan één zijde verbonden met het stuurrooster van de tetrode 1 en aan de andere zijde met een weerstand 16. De kathode van de triode 9, de negatieve zijde van het impedentie-element 5, weerstand 16, condensator 13 en de parallelkring 3 zijn op de negatieve klem van de hoogspanningsbron 7 aangesloten.

Hieronder zal aan de hand van de figuren de werking van de uitvinding nader verklaard worden.

De tetrode 1 vormt samen met de parallelkring 3 en het terugkoppelelement 4 de kern van de oscillator. Koppelcondensator 2 is aanwezig om te voorkomen dat de hoogspanningsbron 7 via smoorspoel 8 en de parallelkring 3 kortgesloten wordt. Smoorspoel 8 zorgt ervoor dat er geen hoogfrequentstroom door hoogspanningsbron 7 vloeit. Het terugkoppelelement 4 zorgt voor een fasedraaiing van 180°, hetgeen nodig is om oscillatie mogelijk te maken en een zekere verzwakking van de anodewisselspanning van de tetrode. Deze resulterende spanning wordt aan het stuurrooster van de tetrode toegevoerd.

Condensator 14, smoorspoel 15 en weerstand 16 vormen het circuit dat zorgt voor de automatische instelling van de juiste gelijkspanning op het stuurrooster van de tetrode. Tijdens de maxima van de aan het stuurrooster toegevoerde wisselspanning zal er een stroom vloeien in het stuurrooster van de tetrode, waardoor de condensator 14 opgeladen wordt. De gelijkspanning op het stuurrooster van de tetrode zal zich nu zodanig instellen dat er een evenwicht wordt bereikt tussen de lading die op condensator 14 wordt aangebracht door de roosterstroom-pulsen en de lading die via smoorspoel 15 en weerstand 16 weglekt naar de negatieve aansluiting van de hoogspanningsbron 7. Smoorspoel 15 voorkomt dat er wisselstroom via weerstand 16 naar de negatieve aansluiting van de hoogspanningsbron 7 stroomt.

Zoals eerder is toegelicht, kan het door de oscillator afgegeven vermogen ingesteld worden door de oscillator afgegeven vermogen ingesteld worden door de waarde van het impedantie element 5 te sturen. In deze voorkeursuitvoeringsvorm wordt dit gedaan door de basisstroom van de transistor 17 te sturen. De condensator 19 sluit de hoogfrequent kathodestroom kort naar de negatieve aansluiting van de hoogspanningsbron 7. Smoorspoel 18 reduceert de hoogfrequentspanning op de collector van de transistor 17 die veroorzaakt wordt door de resthoog-frequentspanning op de kathode van de tetrode 1.

De instelspanningsbron 11 zorgt voor de juiste ruststroom-instelling van de triode 9 terwijl de weerstand 20 de roosterstroom van de triode begrenst bij een positieve roosterspanning. Stroombron 10 levert de anodestroom van de triode 9 en de schermroosterstroom van de tetrode 1. De spanningsversterkingsfactor van de inverterende versterker 6 wordt bepaald door de eigenschappen van de triode, haar instelstroom, de uitgangsimpedantie van de stroombron en de belastingsimpedantie gevormd door het schermrooster van de tetrode 1. Zoals reeds eerder is toegelicht, leidt het aansluiten van de spanning over het impedantie-element via de inverterende versterker op het schermrooster van de tetrode tot een reductie van de dissipatie in dat impedantie-element. De mate van deze reductie wordt bepaald door de eigenschappen van de tetrode en de spanningsversterkingsfactor van de inverterende versterker. Hoe groter deze spanningsversterker is, des te groter is de reductie van het gedissipeerde vermogen in transistor 17.

In figuur 3 is het gedissipeerde vermogen in transistor 17 weergegeven als functie van de gelijkstroom impedantiewaarde van de transistor 17. Het gedissipeerde vermogen is uitgezet op een lineaire schaal. Curve a geeft het gedissipeerde vermogen in de transistor 17 in een triode-oscillator volgens de stand van de techniek, terwijl curve b dit vermogen geeft van een oscillator volgens de uitvinding. Uit deze grafieken volgt dat toepassing van de uitvinder een aanzienlijke reductie van het gedissipeerde vermogen ten opzichte van de triode-oscillator volgens de stand der techniek tot gevolg heeft.

Claims (2)

1. Een hoogfrequent elektronenbuisvermogensoscillator waarbij in serie met de kathode van de elektronenbuis een regelbaar impedantie-element is opgenomen met het kenmerk dat de elektronenbuis is uitgevoerd als een meerroosterbuis die voorzien is van minstens een stuurrooster en een extra rooster, dat er een inverterende versterker aanwezig is waarvan de ingang is verbonden met de met de kathode gekoppelde zijde van het impedantie-element en waarvan de uitgang is aangesloten op het extra rooster van de elektronenbuis.

2. Een hoogfrequent vermogensoscillator volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de inverterende versterker is voorzien van een stroombron en een triode waarvan de anode de uitgang van de versterker vormt, op welke uitgang tevens de stroombron is aangesloten terwijl het stuurrooster is verbonden met de negatieve aansluiting van een instelspanningsbron en de ingang van de versterker gevormd wordt door de positieve aansluiting van de instelspanningsbron.