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EP0378997A2 - HF generator for high-power consumers - Google Patents

HF generator for high-power consumers Download PDF

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Publication number
EP0378997A2
EP0378997A2 EP90100122A EP90100122A EP0378997A2 EP 0378997 A2 EP0378997 A2 EP 0378997A2 EP 90100122 A EP90100122 A EP 90100122A EP 90100122 A EP90100122 A EP 90100122A EP 0378997 A2 EP0378997 A2 EP 0378997A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
grid
tube
voltage
frequency generator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP90100122A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0378997A3 (en
Inventor
Abdelraouf Dipl.-Ing. Meddour
Erich Dipl.-Ing. Conrad
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Himmelwerk & Co Hoch- und Mittelfrequenzanla GmbH
Original Assignee
Himmelwerk & Co Hoch- und Mittelfrequenzanlagen GmbH
Flender Himmelwerk GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Himmelwerk & Co Hoch- und Mittelfrequenzanlagen GmbH, Flender Himmelwerk GmbH filed Critical Himmelwerk & Co Hoch- und Mittelfrequenzanlagen GmbH
Publication of EP0378997A2 publication Critical patent/EP0378997A2/en
Publication of EP0378997A3 publication Critical patent/EP0378997A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/04—Sources of current

Definitions

  • the invention relates to a high-frequency generator with a self-excited oscillator having a multi-lattice tube.
  • Such high-frequency generators are used, for example, for the capacitive or inductive excitation of gases, in particular in the case of lasers and plasma, but also for the inductive heating of workpieces.
  • a specific pulse shape of the high-frequency voltage is required.
  • the multi-grid tube is designed as a tetrode. While one grid of the tube is used exclusively for the feedback of the oscillator, the other grid is used for amplitude modulation.
  • the voltage level on the grid can be adjusted by means of an electronic amplifier element (transistor). In this manner and a change in the HF AC voltage is possible with the aim of avoiding costly actuators, for example thyristor controllers.
  • the invention has for its object to provide a high-frequency generator of the type mentioned, which enables the generation of high-frequency pulses of any shape.
  • a control device for pulse width modulation and a control device for a combined pulse width and amplitude modulation are connected to a grid of the multi-grid tube, the control devices at all times can be controlled and synchronized with each other.
  • the pulse width of the individual pulses is primarily achieved by driving the grating, which is connected to the feedback of the oscillator.
  • control device for the pulse width modulation has an electronic switch, via which the control grid connected to the feedback of the oscillator can optionally be connected to a negative bias or to the cathode of the multi-grid tube.
  • the control grid for the combined pulse width and amplitude modulation has a voltage divider with an adjustable resistor formed by an electronic component, to the tap of which the grid is connected.
  • This partial voltage tap has the advantage that there is no time delay when changing the voltage division due to internal rechargeable capacities of the electronic component.
  • the two control devices are assigned as actuators to one or more control loops.
  • the high-frequency generator comprises an oscillator which essentially consists of an oscillating circuit SK, a multi-grid tube T r and a feedback RK.
  • a load not shown in the circuit diagram, is coupled to the resonant circuit SK, which dampens the resonant circuit.
  • the multigrid tube T r is via a choke L of the DC voltage source U A supplied.
  • a capacitor C is connected between the anode A of the multi-lattice tube T r and the connection point of the resonant circuit SK and the feedback RK for the purpose of DC decoupling.
  • the cathode K of the multi-grid tube T r is grounded.
  • the next to the cathode K control grid G1 is connected on the one hand to the feedback RK and on the other hand via a resistor R11 and a control transistor T1 to ground or via a resistor R12 to a negative bias voltage V G1 , depending on whether the transistor T1 is turned on or blocked.
  • the next to the anode control grid G2 is connected via a resistor R2 to a positive bias voltage U G2 .
  • a control transistor T2 is connected to the supply line of the resistor R2, the emitter of which is connected to ground.
  • the generator works in the following way:
  • the control transistor T 1 When the control transistor T 1 is switched on and the control transistor T 2 is blocked, the oscillator oscillates. When the control transistor T 1 is blocked, the feedback RK becomes ineffective, so that the oscillator no longer oscillates.
  • the control transistor T 1 In order to generate the envelope of the high-frequency voltage shown in Figure 2, the control transistor T 1 is turned on at time t 1 and the control transistor T 2 is blocked. At the control grid G2, the voltage U G2 is thus across the resistor R2, while the control grid G1 is across the resistor R11 at the cathode. If at the time t2 with the switching state of the control transistor T1 unchanged, the control transistor T2 is partially turned on, then the original voltage U G2 at the control grid G2 drops by the voltage drop across the resistor R2.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochfrequenzgenerator für leistungsstarke Verbraucher mit einem eine Mehrgitterröhre Tr aufweisenden, selbsterregten Oszillator SK,RK,Tr. Um Hochfrequenzimpulse beliebiger Form erzeugen zu können, ist an einem Steuergitter G₁ der Mehrgitterröhre Tr, das an der Rückkopplung RK angeschlossen ist, ein elektronischer Schalter T₁ angeschlossen, mit dem wahlweise das Steuergitter G₁ mit der Kathode K der Mehrgitterröhre Tr oder einer negativen Vorspannung verbindbar ist. Dadurch ist es möglich, die Schwingungen zu unterbrechen. An dem zweiten Steuergitter G₂ der Mehrgitterröhre Tr erfolgt innerhalb des am anderen Steuergitter G₁ eingestellten Impulses die Amplitudenmodulation der Hochfrequenzspannung. Durch Kombination der beiden Steuermöglichkeiten kann jede beliebige Impulsform der HF-Spannung erzeugt werden.

Figure imga0001
The invention relates to a high frequency generator for high-performance loads with a multigrid tube T r having self-excited oscillator SK, RK, T r. In order to be able to generate high-frequency pulses of any shape, an electronic switch T 1 is connected to a control grid G 1 of the multi-grid tube T r , which is connected to the feedback RK, with which either the control grid G 1 with the cathode K of the multi-grid tube T r or a negative bias voltage is connectable. This makes it possible to interrupt the vibrations. On the second control grid G₂ of the multi-grid tube T r , the amplitude modulation of the high-frequency voltage takes place within the pulse set on the other control grid G₁. By combining the two control options, any pulse shape of the RF voltage can be generated.
Figure imga0001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochfrequenzgenerator mit einem eine Mehrgitterröhre aufweisenden, selbsterregten Oszillator.The invention relates to a high-frequency generator with a self-excited oscillator having a multi-lattice tube.

Solche Hochfrequenzgeneratoren werden zum Beispiel für die kapazitive oder induktive Anregung von Gasen, insbesondere bei Lasern und Plasma, aber auch beim induktiven Erwärmen von Werkstücken eingesetzt. Je nach Einsatzgebiet wird eine bestimmte Impulsform der Hochfrequenzspannung gefordert.Such high-frequency generators are used, for example, for the capacitive or inductive excitation of gases, in particular in the case of lasers and plasma, but also for the inductive heating of workpieces. Depending on the area of application, a specific pulse shape of the high-frequency voltage is required.

Bei einem bekannten Generator der eingangs genannten Art (EP 0 238 122 A1) ist die Mehrgitterröhre als Tetrode ausgebildet. Während das eine Gitter der Röhre ausschließlich für die Rückkopplung des Oszillators verwendet wird, wird das andere Gitter für eine Amplitudenmodulation eingesetzt. Mittels eines elektronischen Verstärkerelementes (Transistor) läßt sich der Spannungspegel an dem Gitter einstellen. Auf diese Art und Weise ist eine Änderung der HF-Wechselspannung möglich, mit dem Ziel, kostenaufwendige Stellglieder, zum Beispiel Thyristorsteller, zu umgehen.In a known generator of the type mentioned at the beginning (EP 0 238 122 A1), the multi-grid tube is designed as a tetrode. While one grid of the tube is used exclusively for the feedback of the oscillator, the other grid is used for amplitude modulation. The voltage level on the grid can be adjusted by means of an electronic amplifier element (transistor). In this manner and a change in the HF AC voltage is possible with the aim of avoiding costly actuators, for example thyristor controllers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochfrequenzgenerator der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Erzeugung von Hochfrequenzimpulsen jeder Form ermöglicht.The invention has for its object to provide a high-frequency generator of the type mentioned, which enables the generation of high-frequency pulses of any shape.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Hochfrequenzgenerator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß an einem Gitter der Mehrgitterröhre eine Steuereinrichtung für eine Impulsbreitenmodulation und an einem anderen Gitter der Mehrgitterröhre eine Steuereinrichtung für eine kombinierte Impulsbreiten- und Amplitudenmodulation angeschlossen sind, wobei die Steuereinrichtungen zu jeder Zeit ansteuerbar und miteinander synchronisierbar sind. Dadurch ist es möglich, HF-Impulse jeder Form zu erzeugen. Bei der Erfindung wird die Impulsbreite der einzelnen Impulse vorrangig durch die Ansteuerung des Gitters erreicht, das an der Rückkopplung des Oszillators angeschlossen ist.This object is achieved in a high frequency generator of the type mentioned in that a control device for pulse width modulation and a control device for a combined pulse width and amplitude modulation are connected to a grid of the multi-grid tube, the control devices at all times can be controlled and synchronized with each other. This makes it possible to generate RF pulses of any shape. In the invention, the pulse width of the individual pulses is primarily achieved by driving the grating, which is connected to the feedback of the oscillator.

Durch Verwendung des an der Rückkopplung angeschlossenen Steuergitters für die Impulsbreitenmodulation steht das andere Steuergitter innerhalb des Impulses ausschließlich der Amplitudenmodulation zur Verfügung. Dadurch lassen sich Impulse mit steilen Anstiegs- und Abstiegsflanken nicht nur am Anfang und am Ende eines Impulses, sondern auch innerhalb eines Impulses erreichen. Bei gattungsbildenden Stand der Technik der EP 0 238 122 A1 ist dagegen nicht vorgesehen, die Ansteuerung der beiden Gitter derart zu gestalten, daß beliebige Impulsformen erhalten werden können. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, beliebige Impulsfolgen bei geringster Verlustleistung zu erhalten.By using the control grid connected to the feedback for pulse width modulation, the other control grid within the pulse is only available for amplitude modulation. This enables impulses with steep rising and falling edges to be reached not only at the beginning and end of a pulse, but also within a pulse. In the generic prior art of EP 0 238 122 A1, on the other hand, there is no provision for the control of the two gratings to be designed in such a way that any desired pulse shapes can be obtained. With the solution according to the invention, it is possible to obtain any pulse train with the lowest power loss.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuereinrichtung für die Impulsbreitenmodulation einen elektronischen Schalter auf, über den das mit der Rückkopplung des Oszillators verbundene Steuergitter wahlweise an eine negative Vorspannung oder an die Kathode der Mehrgitterröhre anschließbar ist.According to one embodiment of the invention, the control device for the pulse width modulation has an electronic switch, via which the control grid connected to the feedback of the oscillator can optionally be connected to a negative bias or to the cathode of the multi-grid tube.

Das Steuergitter für die kombinierte Impulsbreiten- und Amplitudenmodulation weist dagegen einen Spannungsteiler mit einem einstellbaren, von einem elektronischen Bauelement gebildeten Widerstand auf, an dessen Abgriff das Gitter angeschlossen ist. Dieser Spannungsteilabgriff hat den Vorteil, daß bei Änderung der Spannungsteilung keine Zeitverzögerung infolge innerer aufladbarer Kapazitäten des elektronischen Bauelementes auftritt.The control grid for the combined pulse width and amplitude modulation, on the other hand, has a voltage divider with an adjustable resistor formed by an electronic component, to the tap of which the grid is connected. This partial voltage tap has the advantage that there is no time delay when changing the voltage division due to internal rechargeable capacities of the electronic component.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Steuereinrichtungen als Stellglieder einem oder mehreren Regelkreisen zugeordnet.According to a further embodiment of the invention, the two control devices are assigned as actuators to one or more control loops.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

  • Fig. 1 ein Schaltbild eines Hochfrequenzgenerators
    und
  • Fig. 2 ein Impulsdiagramm einer HF-Spannung.
The invention is explained in more detail below with reference to a drawing. In detail show:
  • Fig. 1 is a circuit diagram of a high frequency generator
    and
  • Fig. 2 is a timing diagram of an RF voltage.

Der Hochfrequenzgenerator umfaßt einen Oszillator, der im wesentlichen aus einem Schwingkreis SK, einer Mehrgitterröhre Tr und einer Rückkopplung RK besteht. Dem Schwingkreis SK ist eine im Schaltbild nicht dargestellte Last angekoppelt, die den Schwingkreis bedämpft. Die Mehrgitterröhre Tr wird über eine Drossel L von der Gleichspannungsquelle UA versorgt. Zwischen der Anode A der Mehrgitterröhre Tr und dem Verbindungspunkt des Schwingkreises SK und der Rückkopplung RK ist zum Zwecke der Gleichstromentkopplung ein Kondensator C eingeschaltet. Die Kathode K der Mehrgitterröhre Tr liegt an Masse.The high-frequency generator comprises an oscillator which essentially consists of an oscillating circuit SK, a multi-grid tube T r and a feedback RK. A load, not shown in the circuit diagram, is coupled to the resonant circuit SK, which dampens the resonant circuit. The multigrid tube T r is via a choke L of the DC voltage source U A supplied. A capacitor C is connected between the anode A of the multi-lattice tube T r and the connection point of the resonant circuit SK and the feedback RK for the purpose of DC decoupling. The cathode K of the multi-grid tube T r is grounded.

Das der Kathode K nächste Steuergitter G₁ ist einerseits an der Rückkopplung RK und andererseits über einen Widerstand R₁₁ und einen Steuertransistor T₁ an Masse oder über einen Widerstand R₁₂ an einer negativen Vorspannung VG1 angeschlossen, je nachdem ob der Transistor T₁ durchgeschaltet oder gesperrt ist.The next to the cathode K control grid G₁ is connected on the one hand to the feedback RK and on the other hand via a resistor R₁₁ and a control transistor T₁ to ground or via a resistor R₁₂ to a negative bias voltage V G1 , depending on whether the transistor T₁ is turned on or blocked.

Das der Anode nächste Steuergitter G₂ liegt über einen Widerstand R₂ an einer positiven Vorspannung UG2. An der Zuleitung des Widerstandes R₂ ist ein Steuertransistor T₂ angeschlossen, dessen Emitter an Masse liegt.The next to the anode control grid G₂ is connected via a resistor R₂ to a positive bias voltage U G2 . A control transistor T₂ is connected to the supply line of the resistor R₂, the emitter of which is connected to ground.

Der Generator arbeitet auf folgende Weise:The generator works in the following way:

Bei durchgeschaltetem Steuertransistor T₁ und gesperrtem Steuertransistor T₂ schwingt der Oszillator. Bei Sperrung des Steuertransistor T₁ wird die Rückkopplung RK wirkungslos, so daß der Oszillator nicht mehr schwingt. Um die in Figur 2 dargestellte Hüllkurve der Hochfrequenzspannung zu erzeugen, wird zum Zeitpunkt t₁der Steuertransistor T₁ durchgeschaltet und der Steuertransistor T₂ gesperrt. Am Steuergitter G₂ liegt somit über den Widerstand R₂ die Spannung UG2 an, während das Steuergitter G₁ über den Widerstand R₁₁ an der Kathode liegt. Wird zum Zeitpunkt t₂ bei unverändertem Schaltzustand des Steuertransistors T₁ der Steuertransistor T₂ teilweise durchgesteuert, dann fällt die ursprüngliche Spannung UG2 am Steuergitter G₂ um den Spannungsabfall am Widerstand R₂ ab. Das hat eine Verminderung der zur Verfügung stehenden Hochfrequenzspannung zur Folge. Wird zum Zeitpunkt t₃ der Steuertransistor T₁ gesperrt, dann wird die Spannung am Steuergitter G₁ auf die negative Vorspannung UG1 erniedrigt, was ein Abreißen der Schwingungen des Oszillators zur Folge hat. Da die Zeitpunkte t₁,t₂,t₃ und der Grad der Durchsteuerung des Steuertransistors T₂ frei gewählt werden können, ist es möglich, jede Art von Impuls zu erzeugen.When the control transistor T 1 is switched on and the control transistor T 2 is blocked, the oscillator oscillates. When the control transistor T 1 is blocked, the feedback RK becomes ineffective, so that the oscillator no longer oscillates. In order to generate the envelope of the high-frequency voltage shown in Figure 2, the control transistor T 1 is turned on at time t 1 and the control transistor T 2 is blocked. At the control grid G₂, the voltage U G2 is thus across the resistor R₂, while the control grid G₁ is across the resistor R₁₁ at the cathode. If at the time t₂ with the switching state of the control transistor T₁ unchanged, the control transistor T₂ is partially turned on, then the original voltage U G2 at the control grid G₂ drops by the voltage drop across the resistor R₂. That has a decrease in Available high-frequency voltage result. If at the time of control transistor T₁ t₃ locked, then the voltage on the control grid G₁ to the negative bias voltage U G1 is decreased, resulting in a tearing of the oscillations of the oscillator result. Since the times t₁, t₂, t₃ and the degree of control of the control transistor T₂ can be chosen freely, it is possible to generate any type of pulse.

Claims (4)

1. Hochfrequenzgenerator mit einem eine Mehrgitterröhre (Tr) aufweisenden selbsterregten Oszillator (SK,RK,Tr)
dadurch gekennzeichnet, daß an einem Steuergitter (G₁) der Mehrgitterröhre (Tr) eine Steuereinrichtung (R₁₁,R₁₂,VG1,T₁) für eine Impulsbreitenmodulation und an einem anderen Steuergitter (G₂) der Mehrgitterröhre (Tr) eine Steuereinrichtung (R₂,UG2,T₂) für eine kombinierte Impulsbreiten- und Amplitudenmodulation angeschlossen sind, wobei beide Steuereinrichtungen (R₁₁,R₁₂,VG1,T₁,R₂, UG2,T₂) zu jeder Zeit ansteuerbar und miteinander synchronisierbar sind.1. A high-frequency generator comprising a multigrid with a tube (T r) self-excited oscillator (SK, RK, T r)
characterized in that (r T) to a control grid (G₁) of the multi-grid tube control means (R₁₁, R₁₂, V G1, T₁) for pulse width modulation and another control gate (G₂) of the multi-grid tube (T r) a control means (R₂, U G2 , T₂) for a combined pulse width and amplitude modulation, both control devices (R₁₁, R₁₂, V G1 , T₁, R₂, U G2 , T₂) being controllable and synchronized with each other at any time. 2. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (R₁₁,R₁₂,UG1,T₁) für die Impulsbreitenmodulation einen elektronischen Schalter (T₁) aufweist, über den das mit der Rückkopplung (RK) für den Oszillator (SK,RK,Tr) verbundene Steuergitter (G₁) wahlweise an eine negative Vorspannung (UG1) oder an die Kathode (K) der Mehrgitterröhre (Tr) anschließbar ist.2. High frequency generator according to claim 1,
characterized in that the control device (R₁₁, R₁₂, U G1 , T₁) for pulse width modulation has an electronic switch (T₁) via which the control grid (SK, RK, T r ) connected to the feedback (RK) for the oscillator (SK G₁) can optionally be connected to a negative bias voltage (U G1 ) or to the cathode (K) of the multigrid tube (T r ). 3. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (R₂,UG2,T₂) für die kombinierte Impulsbreiten- und Amplitudenmodulation einen Spannungsteiler (R₂,T₂) mit einem einstellbaren, von einem elektronischen Bauelement (T₂) gebildeten Widerstand aufweist, an dessen Abgriff das Steuergitter (G₂) angeschlossen ist.3. High frequency generator according to claim 1 or 2,
characterized in that the Control device (R₂, U G2 , T₂) for the combined pulse width and amplitude modulation has a voltage divider (R₂, T₂) with an adjustable, formed by an electronic component (T₂) resistor, to the tap of which the control grid (G₂) is connected. 4. Hochfrequenzgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuereinrichtungen (R₁₁,R₁₂,VG1,T₁ R₂,UG2,T₂) als Stellglieder einem oder mehreren Regelkreisen zugeordnet sind.4. High-frequency generator according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the two control devices (R₁₁, R₁₂, V G1 , T₁ R₂, U G2 , T₂) are assigned as actuators to one or more control loops.
EP19900100122 1989-01-14 1990-01-04 Hf generator for high-power consumers Withdrawn EP0378997A3 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3900958 1989-01-14
DE19893900958 DE3900958A1 (en) 1989-01-14 1989-01-14 HIGH-FREQUENCY GENERATOR FOR HIGH-PERFORMANCE CONSUMERS

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0378997A2 true EP0378997A2 (en) 1990-07-25
EP0378997A3 EP0378997A3 (en) 1992-09-02

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Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19900100122 Withdrawn EP0378997A3 (en) 1989-01-14 1990-01-04 Hf generator for high-power consumers

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DE (1) DE3900958A1 (en)

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EP0378997A3 (en) 1992-09-02
DE3900958A1 (en) 1990-07-26

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