Pierwszenstwo: 26.III.1963 Francja Opublikowano. 6.XI.1965 50306 KI 21a", 8/01 MKP H 03 b UKD Twórca wynalazku: Charles Alphonse Beurtheret Wlasciciel patentu: Compagnie Francaise Thomson — Houston, Paryz (Francja) Lampowy generator drgan elektrycznych Wynalazek dotyczy lampowych generatorów drgan elektrycznych, w których za pomoca obwo¬ du sprzezenia zwrotnego wprowadza sie w oscyla¬ cje lampe elektronowa przylaczona do obwodu re¬ zonansowego. Generatory te nadaja sie do pracy zarówno przy wielkich czestotliwosciach jak i przy czestotliwosciach akustycznych, szczególnie przy czestotliwosciach zawierajacych sie miedzy 3 kHz i 3 MHz. Zadaniem wynalazku jest uzyskanie opty¬ malnej fazy napiecia sprzezenia zwrotnego..Jest rzecza znana, ze generatory drgan elektrycz¬ nych pracuja z maksymalna sprawnoscia wówczas, gdy czestotliwosc drgan pokrywa sie z czestotli¬ woscia rezonansowa obwodu rezonansowego a na¬ piecie miedzy siatka a katoda, jest dokladnie w fa¬ zie przeciwnej wzgledem napiecia miedzy anoda i katoda. W przypadku pracy ze sterowaniem w siatce, jak i w przypadku pracy ze sterowaniem w katodzie, róznice potencjalów siatki i katody stanowi napiecie sterujace. Zgodnie z ta definicja optymalne przesuniecie fazowe miedzy napieciem sterujacym a napieciem anodowym w obydwóch przypadkach wynosi Jt radianów.W znanych obecnie generatorach mocy stwier¬ dzono, ze rzeczywiste warunki pracy nie sa zgodne z zalozeniami teoretycznymi i ze miedzy napieciem sterujacym i napieciem anodowym istnieje pewne niewielkie przesuniecie fazowe, które zmienia sie wraz z moca i powoduje znaczny spadek sprawnosci anodowej generatora. Zjawisko to powstaje w wy- 2 niku samego charakteru obwodów sprzezenia zwrot¬ nego stosowanych w tych generatorach. Zasadniczo stosuje sie dwa typy ukladów. W pierwszym typie napiecie sprzezenia zwrotnego pobiera sie z dziel- 5 nika napiecia który moze byc badz pojemnosciowy, badz indukcyjny i który tworzy czesc obwodu ano¬ dowego. W drugim typie obwód rezonansowy po¬ laczony magnetycznie z ukladem wyjsciowym jest przylaczony do zacisków wejsciowych lampy elek- 10 tronowej.Pierwszy typ obwodu ma te zalete, ze zaleznosc miedzy napieciem sterujacym i napieciem anodo¬ wym jest prawie niezalezna od czestotliwosci ro¬ boczej i od odpornosci wejsciowej lampy elektro- 15 nowej, dzieki czemu generator moze pracowac przy zmiennych obciazeniach. Jednakze zadana przeciw¬ nosc faz tych dwóch napiec mozna uzyskac tylko przy skonczonej wartosci tej opornosci, a przesu¬ niecie fazowe jest wówczas mniejsze niz Jt. 20 Obwody drugiego typu teoretycznie umozliwiaja otrzymanie przesuniecia fazowego wynoszacego Jt dla okreslonej wartosci opornosci wejsciowej, ale przy zalozeniu, ze obwód rezonansowy siatki nie jest dostrojony do wartosci krytycznej obwodu 25 anodowego. A zatem wszelka zmiana czestotliwosci drgan lub opornosci wejsciowej lampy elektrono¬ wej, powoduje przy takim sprzezeniu zwrotnym znaczne przesuniecie fazowe rózne od wartosci.Szczególna trudnosc wystepuje w generatorach, 30 w których obwód wyjsciowy tworzy uklad obwo- 5030650306 dów sprzezonych ponadkrytycznie, a zatem ma wie¬ cej niz jedna czestotliwosc rezonansowa. Aby moz¬ na bylo wybrac jedna z tych czestotliwosci robo¬ czych, obwód sprzezenia zwrotnego musi byc se¬ lektywny. Wypadek taki ma miejsce wówczas, gdy \ obwód sprzezenia zwrotnego zawiera obwód rezo¬ nansowy, biorac jednak pod uwage, jego niedosta¬ teczna sprawnosc pracy przy zmiennych obciaze¬ niach, nalezy zastosowac obwód z dzielnikiem na¬ piecia, dzieki któremu mozna wzbudzic kazda cze¬ stotliwosc rezonansowa w obwodzie wyjsciowym.Zadaniem wynalazku jest stworzenie takiego ge¬ neratora drgan elektrycznych, w którym optymalne przesuniecie fazowe miedzy napieciem sterujacym a napieciem anodowym mozna uzyskac niezaleznie od obciazenia obwodu rozbudzenia.Wynalazek dotyczy generatora drgan elektrycz¬ nych, w którym wzmacniajaca lampe elektronowa polaczona z rezonansowym obwodem wyjsciowym, wprowadza sie w oscylacje za pomoca, obwodu sprzezenia zwrotnego, który sklada sie z czwórnika, przylaczonego z jednej strony do zacisków wej¬ sciowych lampy, a z drugiej strony — do dwóch punktów rezonansowego obwodu wyjsciowego, przy czym czwórnik ten patrzac od strony lampy ma wlaczona równolegle opornosc bierna,, która moze sie skladac w calosci lub .czesciowo z wejsciowej opornosci biernej lampy elektronowej, nastepnie . wlaczona jest szeregowo opornosc bierna q znaku przeciwnym do znaku pierwszej wlaczonej równo¬ legle opornosci biernej; z kolei wlaczona jest rów¬ nolegle druga opornosc bierna o znaku przeciw¬ nym do znaku pierwszej wlaczonej szeregowo opornosci biernej, a w koncu wlaczona ma szere¬ gowo opornosc bierna, której wartosc bezwzgledna jest wielokrotnoscia pierwszej wlaczonej szeregowo opornosci biernej.W przypadku, gdy generator jest sterowany w siatee, wówczas' druga z kolei opornosc bierna szeregowa, z uwzglednieniem sposobu jej wlaczenia do reszty czwórnika, musi miec taki sam znak jak pierwsza wlaczona szeregowo opornosc bierna.W przypadku generatora sterowanego w katodzie opornosc ta powinna miec znak przeciwny.Generator wedlug wynalazku zostanie objasnio¬ ny na podstawie rysunku.Na fig. 1 i 2 sa przedstawione uklady generatora wedlug wynalazku ze sterowaniem odpowiednio w siatce i w katodzie,, na fig. 3 — 5 uklady sprze¬ zenia zwrotnego, które moga stanowic czesc skla¬ dowa generatorów wedlug fig. 1 i 2, a na fig. 6 i 7 sa przedstawione uklady dwóch odmian generatora wedlug wynalazku.Uklady z fig. 1 i 2 przedstawiaja zasade genera¬ tora wedlug wynalazku. Z tego powodu nie zawie¬ raja one elementów pomocniczych, jak zródlo zasi¬ lania pradu stalego i kondensatory blokujace.Na fig. 1 jest przedstawiony uklad generatora wedlug wynalazku sterowanego w siatce. W sklad jego wchodzi lampa elektronowa 1 na przyklad trioda, obwód rezonansowy wyjsciowy 2 skladaja¬ cy sie z kondensatora i indukcyjnosci i czwórnik 5 opornosci biernej. Czwórnik 5 przylaczony jest za pomoca zacisków 6 i 7 do siatki 8 i katody 3 lampy elektronowej 1 oraz za pomoca zacisków 9 i 10 do konców obwodu rezonansowego 2. Zaciski 7 1 10 sa bezposrednio polaczone wewnatrz czwórnika 5.Cyfra 11 jest oznaczona skladowa rzeczywista im- pedancji wejsciowej lampy 1. Dla uproszczenia 6 wyjasnien przyjmuje sie, ze pierwsza opornosc bierna 12 wlaczona równolegle w czwórniku 5 ma charakter pojemnosciowy.Druga wlaczona równolegle opornosc bierna 13 ma zatem równiez charakter pojemnosciowy a dwie 10 szeregowo wlaczone opornosci bierne 14 i 15 sa opornosciami indukcyjnymi, przy tym wartosc bez¬ wzgledna opornosci 15 jest znacznie wieksza, niz wartosc bezwzgledna opornosci 14. Takie wyko¬ nanie wynalazku ma te zalete, ze kondensator, któ- 16 ry jest bezposrednio wlaczony do zacisków wejscio¬ wych lampy elektronowej, stanowi bocznik dla skladowych harmonicznych pradu siatki, zmniejsza¬ jac ich niekorzystne oddzialywanie na ksztalt krzy¬ wej napiecia sterujacego. Wynalazek dotyczy 20 w szczególnosci takich ukladów generatora w któ¬ rych bezwzgledna wartosc opornosci 12 jest o polo¬ we mniejsza od wartosci bezwzglednej opornosci wejsciowej lampy elektronowej.Na zaciskach 6 i 7 czwórnika 5 otrzymuje sie 25 napiecie zmienne, przesunietego w fazie o kat Jt wzgledem napiecia na zaciskach 9 i 10. Jezeli war¬ tosc indukcyjnosci 15 jest dostatecznie duza to prad I, wplywajacy przez zacisk 9 do czwórnika jest zalezny wylacznie od tej indukcyjnosci. Prad 30 ten jest opózniony o kat -£ wzgledem napiecia na zaciskach 9 i 10. Jezeli wartosc bezwzgledna biernej opornosci pojemnosciowej 13 i indukcyjnej 14 jest taka sama to na zaciskach 6 i 7 otrzymuje 85 sie napiecie opóznione o kat -5. wzgledem pradu I.L Napiecie sterujace jest zatem dpóznione o kat n wzgledem napiecia anodowego, niezaleznie od war¬ tosci skladowej i rzeczywistej impedancji wejscio- 40 wej lampy 1 i pojemnosciowej opornosci biernej 12.W rzeczywistosci skonczonej wartosci indukcyjno¬ sci 15 przesuniecie fazowe pradu I jest mniejsze niz Y , odejmujac zas wartosci opornosci biernych 13 45 i 14 od ich wartosci rezonansowych otrzymujemy opóznienie napiecia na zaciskach 6 i 7 wieksze niz — wzgledem pradu I tak, ze w efekcie konco- L t wym napiecie sterujace przesuwa sie o kat wzgle- 50 dem napiecia anodowego.Takie przesuniecie fazy mozna uzyskac dla kaz¬ dej amplitudy napiecia sterujacego, mniejszej od amplitudy anodowego napiecia zmiennego, za po¬ moca zmiany wartosci opornosci biernych 13, 14 C5 i 15, a w szczególnosci wlaczonej szeregowo opor¬ nosci indukcyjnej 15 i wlaczonej równolegle opor¬ nosci pojemnosciowej 13. Opornosc bierna 15 pra¬ wie wylacznie wplywa na amplitude a opornosc bierna 13 prawie wylacznie na faze napiecia steru- 60 Jacego, natomiast opornosc indukcyjna 14 wplywa na faze i amplitude. W ukladzie wedlug wynalazku opornosc bierna 15 oraz opornosc bierna 13 sa re¬ gulowane.Ponadto, szczególnie korzystne zaleznosci sa po- 65 miedzy wartoscia pierwszej wlaczonej szeregowo5 50306 6 opornosci biernej 14, pierwszej wlaczonej równole¬ gle opornosci biernej 12 i wlaczonej równolegle drugiej opornosci biernej 13. Jezeli przy czestotli¬ wosci roboczej opornosci biernej 14, 12, i 13 maja te sama wartosc bezwzgledna X0, to czesc czwórni- ka skladajaca sie z tych opornosci biernych, stano¬ wi obwód przeksztaltnika opornosci pozornej, zna¬ nego równiez jako „obwód Boucherota".W miejscu wlaczania opornosci biernej 13 wy¬ stapi zatem polaczona szeregowo z opornoscia bier¬ na 15 wylacznie opornosc pozorna 16 o wartosci 3 X —°- , a faza napiecia na tej opornosci 16 wyprze- Rg dza o — napiecie sterujace na zaciskach 6 ,1 7, niezaleznie od wartosci Rg. Przy nieskonczonej wartosci opornosci bierrej 15 przesuniecie fazowe mieczy napieciem anodowym a napieciem steruja¬ cym wynoszace Jt uzyskuje sie zatem niezaleznie od wielkosci obciazenia lampy elektronowej.Jezeli opornosc bierna 15 ma wartosc skonczona, ale duza w stosunku do opornosci 16, to uzyskuje sie podobny skutek, pomimo nieznacznej rozbiez¬ nosci z idealnym obwo em Boucherota. W ukladzie wedlug wynalazku wartosci opornosci biernych 12, 14, 13 sa tak dobrane, ze dla czestotliwosci rezo¬ nansowej obwodu wyjsciowego lub dla jednej z je¬ go czestotliwosci rezonansowych, zadna z wartosci bezwzglednych tych trzech opornosci niegrozni sie wiecej niz dwukrotnie od kazdej z dwóch pozosta¬ lych opornosci. Praktyka wykazala, ze w tak okre¬ slonym zakresie uzyskuje sie amplitu e sterujaca, zasadniczo niezalezna od obciazenia generatora dla stosowanych w praktyce wartosci opornosci biernej 15 przy przesunieciu fazowym wynoszacym Jt.Przy obliczaniu wartosci elementów czwórnika stanowiacego czesc generatora wedlug wynalazku, przyjmuje sie, ze wartosc pierwszej wlaczonej rów¬ nolegle opornosci biernej zalezy od biernej opor¬ nosci wejsciowej lampy elektronowej i biernej opor¬ nosci elementu dolaczonego do lampy. W zakresie wysokich czestotliwosci, pojemnosc wejsciowa lam¬ py elektronowej przyjmuje czasami taka wartosc, ze zewnetrzna opornosc tierna staje sie zbedna.Istnieja nawet przypadki, w których pojemnosc wejsciowa lampy elektronowej nalezy umieszczac równolegle z zewnetrznym dlawikiem dla zapew¬ nienia opornosci biernej, odpowiedniej wartosci, w ce7u regulowania czwórnika.Podobne zaleznosci maja równiez miejsce w przy¬ padku generatora sterowanego w katodzie, jaki przedstawiony jest na fig. 2, gdzie elementy iden¬ tyczne z elementami z fig. 1 oznaczone sa tymi samymi liczbami natomiast elementy, które spel¬ niaja podobne funkcje lecz maja inne wielkosci lub sa umieszczone w innym miejscu, oznaczone sa liczbami z litera „a".W odróznieniu od generatora sterowanego w siat¬ ce przedstawionego na fig. 1, w generatorze stero¬ wanym w katodzie wedlug fig. 2, siatka 8 jest przy¬ laczona do zacisku 7 czwórnika który to zacisk jest bezposrednio przylaczony do zacisku 10 po stronie przeciwnej czwórnika. Natomiast sposób przylaczania zacisków 9 i 10 do obwodu rezonanso¬ wego 2 jest taki sam jak w generatorze sterowa¬ nym w siatce. Biegunowosc napiecia sterujacego, nie bylaby zatem biegunowoscia zadana, gdyby bu¬ dowa czwórnika byla taka jak przedstawiono na 5 fig. 1. W celu uzyskania wlasciwej biegunowosci opornosc bierna 15a czwórnika 5a ma znak prze¬ ciwny niz opornosc bierna 16 czwórnika 5, to zna¬ czy, ze opornosc bierna 15a jest opornoscia pojem¬ nosciowa. io Poniewaz napiecie na cewce 16a jest przesuniete wzgledem napiecia na zaciskach 9 i 10 o kat mniej¬ szy niz wiec napiecie na cewce 16a wzrasta.L Powstala róznica w przesunieciu fazowym zmiej- 15 sza sie do zera wskutek opóznienia uzyskanego w pozostalej czesci czwórnika. Opornosci bierne 12a, 13a, 14a maja takie wartosci, ze powoduja prze¬ sunie, ie fazowe mniejsze niz Jt, przy tym dobranie takich wartosci nastepuje jak w przypadku opor- 20 nosci biernych 12, 13, 14 czwórnika 5, w którym za¬ dane przesuniecie fazowe bylo wieksze niz —• W ten sam sposób, tak jak opornosci bierne 12, 13,- 14 opornosci bierne 12a, 13a, i 14a moga tworzyc 25 obwód Boucherota tak, ze amplituda napiecia ste¬ rujacego jest niezalezna od opornosci wejsciowej lampy e'ektionowej.Wedlug odmiany wykonania wynalazku przed¬ stawionej na fig. 3 i 4, czwórnik powodujacy sprze- 30 zerie zwrotne zawiera miedzy dwiema opornosciami biernymi wlaczony szeregowo transformator 17, który obniza napiecie po stronie ^opornosci biernej 14. Opornosc bierna 13 moze byc wtedy badz umie¬ szczona w calosci z jednej ze stron transformatora, 35 jak pizedstawiono na fig. 3, badz tez podzielona na < wie czesci umieszczone odpowiednio po oby- dwcch stronach transformatora. Jest rzecza korzy¬ stna, ze w celu spelnienia tych samych funkcji, wartosc opornosci biernej lub czesci opornosci bier- 40 nej umieszczonej po stronie wyzszego napiecia jest pomnozona przez kwadrat stosunku przekladni trarsfrrmatora do opornosci biernej po stronie niz¬ szego napiecia.Na^zy równiez zaznaczyc, ze indukcyjnosci paso- 45 zytnicze i pojemnosci pasozytnicze transformatora 17 nalezy uwzgledniac w obliczeniach wartosci ele¬ mentów czwórnika, w szczególnosci w obliczeniach wartosc opornosci biernych 15, 13, 13a, 13d. Powyz¬ sza odmiana wykonania ukladu generatora wedlug 50 wyna'azku ma te zalete, ze przez drugie wlaczone szeregowo' opornosci bierne plynie mniejszy prad "a zatem zmniejsza sie moc bierna. Poza tym na¬ piecie pradu stalego w obwo "zie anodowym i na¬ piecie siatki sa rozdzielone co zastepuje czesciowo 55 kondensator blokujacy. W przypadku, gdy opornosc bierna 15 jest opornoscia indukcyjna, mozna te opornosc stosowac bezposrednio w postaci dlawika.Przy tej Odmianie druga opornosc bierna wlaczo¬ na szeregowo mozna wykonac w postaci dlawika, eo badz w postaci kondensatora i to zarówno w gene¬ ratorze sterowanym w kato zie jak i w siatce za ^pomoca wybrania w odpowiedni sposób kierunku nawiniecia uzwojen transformatora i sposobu ich polaczenia z graniczacymi czlonami w czwórniku. 05 Na fig. 5 jest przedstawiony przyklad czwórnika, v /50306 8 który moze zastapic czwórnik 5 z fig. 1 Dlawik 15 zastapiony jest kondensatorem 15c. Skrzyzowanie wyprowadzenia jednego z uzwojen transformatora daje uklad, w którym napiecia o przeciwnej biegu¬ nowosci znajduja sie na odpowiednich koncach 34 i 35 opornosci biernych 14 i 15c. Kondensator 13 z fig. 1 zastapiony jest pona to kondensatorem 13e umieszczonym po stronie uzwojenia transformatora o podwyzszonym napieciu.Jezeli chodzi o obwód anodowy generatora, to wynalazek ten nie ogranicza sie do jakiegos kon¬ kretnego typu obwodu rezonansowego. Wynalazek dotyczy jednak konkretnego generatora, poniewaz opisany wyzej obwód sprzezenia zwrotnego zastoso¬ wany jest w kazdym z jego wykonan, przy czym rezonansowy obwód wyjsciowy sklada sie z zespolu obwodów sprzezonych pona krytycznie.W francuskim opisie patentowym nr 1.296.598, zgloszonym w dniu 28 marca 1961 r. przez towarzy¬ stwo „Aplicant Company", podany jest opis gene¬ ratora o duzej elastycznosci dopasowywania, w przypadku zmiennych obciazen spowodowanych zastosowaniem obwodu wyjsciowego, zlozonego z dwóch obwodów sprzezonych ponadkrytycznie, z których jeden zawiera opornik sprzezenia zwrot¬ nego i moze oscylowac w sposób trudny do przewi¬ dzenia przy jednej ze swych dwóch czestotliwosci rezonansowych.Zjawisko to, nie przeszkadza poprawnej pracy generatora, utrudnia jednak jego stosowanie.W przypadku generatora z obwodami anodowymi sprzezonymi ponadkrytycznie, wedlug wynalazku, wzbudzenie wystepuje tylko przy jeJnej czestotli¬ wosci, a to wskutek selektywnosci obwodu sprze¬ zenia zwrotnego opisanego wyzej, który utworzony jest w postaci filtru. Oprócz tej zalety generator ma ponadto zwiekszona sprawnosc anodowa, dzieki mozliwosci uzyskania wlasciwej fazy napiecia ste¬ rujacego lampe elektronowa.Na fig. 6 i 7 sa przedstawione ideowe schematy ukladu generatora wedlug wynalazku. Generator wedlug fig. 6 zawiera obwód sprzezenia zwrotnego przedstawiony na fig. 5, w którym wlaczone rów¬ nolegle opornosci bierne 12 i 13c sa opornosciami pojemnosciowymi. Pierwsza wlaczona szeregowo opornosc bierna 14 jest opornoscia indukcyjna a r"ruga 15c— pojemnosciowa. Transformator 17 umieszczony jest miedzy pierwsza wlaczona szere¬ gowo opornoscia bierna a druga wlaczona równo¬ legle.Zródlo napiecia 18 zasila bezposrednio zarzona katode 3 lampy 1 a zródlo 19 dostarcza wysokie napiecie pradu stalego do anody 4, przez cewke dlawikowa 20* Napiecie wstepne siatki 8 uzyskuje sie za pomoca opornika 21 zbocznikowanego kon¬ densatorem 22. Anodowy obwó a rezonansowy skla¬ da sie z kondensatora 24 i indukcyjnosci 25. Obcia¬ zenie wyjsciowe stanowi opornik 26 wlaczony w szereg z indukcyjnoscia 25. Kondensator bloku¬ jacy 27 oddziela obwód rezonansowy od pradu sta¬ lego.Generator wedlug fig. 7 rózni sie zasadniczo od generatora z fig. 6 budowa obwodu sprzezenia zwrotnego i obwodu rezonansowego wyjsciowego.W obwodzie sprzezenia zwrotnego, o ukladzie we¬ dlug fig. 3, druga opornosc bierna 15 wlaczona sze¬ regowo odgrywa jednoczesnie role dlawika. Ob¬ wód wyjsciowy 28 jest typem ukladu opisanego w patencie francuskim wspomnianym wyzej. 5 Obwód rezonansowy skladajacy sie z indukcyj¬ nosci 29 kondensatora 30 i opornika 31 nalezacego do obciazenia uzytecznego, wlaczony jest szeregowo do drugiego obwodu zawierajacego indukcyjnosc 32 i kondensator 33. Uklad 28 zawiera zatem dwa ob- 10 wody sprzezone ponadkrytycznie i ma dwie czesto¬ tliwosci rezonansowe. Dzieki selektywnosci obwo¬ du sprzezenia zwrotnego mozna wybrac je na z tych czestotliwosci za czestotliwosc robocza. Nalezy za¬ znaczyc, ze opisane odmiany wykonania wynalazku 15 niei sa jedynymi mozliwymi do zrealizowania, przy czym mozna dokonywac licznych zmian nie wykra¬ czajac poza zakres wynalazku. 20 PL