DE4119738C2

DE4119738C2 - High frequency generator

Info

Publication number: DE4119738C2
Application number: DE4119738A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Hansen
Original assignee: DRESSLER HOCHFREQUENZTECHNIK G
Current assignee: Advanced Energy Industries GmbH
Priority date: 1991-06-15
Filing date: 1991-06-15
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2011-06-16
Also published as: DE4119738A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Generator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum hochfrequenten Tasten oder Pulsen (Erzeugen und unterdrücken) des Ausgangsspannungssignals eines rück gekoppelten, freischwingenden Hochfrequenz-Generators mit einem MOSFET-Verstärkungstransistor.The invention relates to a high-frequency generator according to the preamble of claim 1 and a method for high-frequency buttons or pulses (generating and suppress) the output voltage signal of a return coupled, free-swinging high-frequency generator with a MOSFET amplifying transistor.

Mit derartigen Hochfrequenz-Generatoren werden unter anderem Laser oder andere plasmaerzeugende Verbraucher angesteuert. Das Einsatzgebiet derartiger Verbraucher ist beispielsweise die Medizintechnik oder die Ferti gungstechnik. Hier ist es oftmals wünschenswert, die von dem Hochfrequenz-Generator erzeugte Hochfrequenz- Energie im zeitlichen Verlauf mit variablem Tastver hältnis zu tasten, also zu pulsen oder allgemein zu modulieren.With such high frequency generators are under other laser or other plasma generating consumer controlled. The area of application of such consumers is for example medical technology or ferti engineering technology. Here it is often desirable that high frequency generated by the high frequency generator Energy over time with variable touch to feel, i.e. to pulse or generally to modulate.

Hochfrequenz-Generatoren können prinzipiell nach zwei unterschiedlichen Konzepten aufgebaut sein. Bei dem sogenannten Verstärkerkonzept wird die Hochfrequenz leistung zunächst durch einen Quarzoszillator oder durch einen schwingkreis-stabilisierten Oszillator im Kleinstpegelbereich erzeugt und in nachgeschalteten Verstärkerstufen, den sogenannten Vortreiber- und Trei berstufen verstärkt, um dann in der Endstufe auf den geforderten Leistungspegel verstärkt zu werden. Ein Pulsen oder Tasten der Hochfrequenzleistung ist durch Takten der Treiberverstärker schnell und einfach mög lich; die Pulsfrequenz ist nach oben durch die Mindest einschwingzeiten des Verstärkers begrenzt.In principle, high-frequency generators can have two different concepts. In which the so-called amplifier concept is the high frequency performance first through a quartz oscillator or by an oscillator stabilized oscillator in the Smallest level range generated and in downstream Amplifier stages, the so-called pre-driver and Trei higher stages, then in the final stage to the required power level to be amplified. A Pulse or feel of the high frequency power is through The driver amplifiers can be clocked quickly and easily Lich; the pulse rate is up through the minimum settling times of the amplifier limited.

Bei dem zweiten Konzept, nach dem ein Hochfrequenz- Generator arbeiten und aufgebaut sein kann, handelt es sich um den sogenannten freischwingenden Generator. Dieser besteht im wesentlichen aus einer Verstärkerend stufe, die aber nicht als Endverstärker arbeitet, son dern deren Ausgang mit dem Eingang durch ein (frequenz selektives) Rückkopplungsnetzwerk rückgekoppelt ist. Während der Endverstärker den Verstärkungsfaktor v auf weist, ist die Verstärkung des Rückkopplungsnetzwerkes auf den Wert k eingestellt, wobeiThe second concept, according to which a high-frequency Generator can work and be built, it is the so-called free-floating generator. This essentially consists of an amplifier end stage, which does not work as a power amplifier, son their output with the input by a (frequency selective) feedback network is fed back. During the power amplifier the gain factor v indicates the gain of the feedback network set to the value k, where

k × v < 1k × v <1

gilt. Ist die Oszillator-Rückkoppelbedingung für die Frequenz, bei der Hochfrequenz-Generator schwingen soll, erfüllt, so schwingt die Verstärkerendstufe an und erzeugt die erforderliche Hochfrequenzleistung. Die Ausgangsleistung eines freischwingenden Generators ist lediglich durch Variation der Betriebsspannung möglich, da der Endverstärker stets in die Sättigung gerät und bis zur Betriebsspannung voll ausgesteuert ist. Ein Pulsen oder Tasten der Hochfrequenzleistung erfolgt durch entsprechende Pulsung oder Tastung der Betriebs spannung, oder, bei Röhrenbetrieb, durch Tastung eines Steuergitters, beispielsweise des Schirmgitters. Bei einer derartigen Modulation der Betriebsspannung ist die Tastfrequenz (Modulationsfrequenz) wegen der "lang samen" Bauelemente recht gering. Bei Mehrelektrodenröh ren ist dagegen durch Tastung eines Steuergitters eine schnellere Pulsung möglich, die bis zu 10 KHz betragen kann. Bei Leistungshalbleitern wie Transistoren oder Power-MOSFET-Transistoren fehlt eine derartige für den Pulsbetrieb geeignete Steuerelektrode. Der Wirkungsgrad eines freischwingenden Generators ist höher als der jenige eines nach dem Verstärkerkonzept aufgebauten Generators, da die Endstufe stets in der Sättigung be trieben wird und keine leistungsbeanspruchenden Trei berstufen nötig sind, während beim Verstärkerkonzept- Generator wegen der diversen Treiberstufen der Gesamt wirkungsgrad schlechter ist als der Wirkungsgrad der Endstufe selber.applies. Is the oscillator feedback condition for the Frequency at which high frequency generator vibrate should be met, the amplifier output stage swings and generates the required high frequency power. The Output power of a free-running generator is only possible by varying the operating voltage, because the power amplifier always saturates and until the operating voltage is fully controlled. A Pulses or buttons of the high-frequency power take place by appropriate pulsing or tactile operation voltage, or, in tube operation, by touching a Control grid, for example the screen grid. At such a modulation of the operating voltage the keying frequency (modulation frequency) because of the "long seeds "components quite small. With multi-electrode tubes ren, on the other hand, is by pressing a control grid faster pulsation possible, which are up to 10 KHz can. For power semiconductors such as transistors or Power MOSFET transistors lack one for the Control electrode suitable for pulse operation. The efficiency of a free-running generator is higher than that one built according to the amplifier concept Generator because the power amplifier is always in saturation is driven and no performance-demanding Trei leveling are necessary, while the amplifier concept Generator because of the various driver stages of the total efficiency is worse than the efficiency of the Power amplifier itself.

Aus DE 35 44 412 C2, von der im Oberbegriff des An spruchs 1 ausgegangen wird, ist ein solcher Freischwin ger bekannt, der eine Verstärkerschaltung und eine Rückkopplungsschaltung aufweist und dessen Gesamtver stärkungsfaktor größer als 1 ist. Zum Verstärken des Eingangssignals der Verstärkerschaltung weist diese einen MOSFET-Verstärkungstransistor auf. Bei dem be kannten HF-Generator dient ein passives Rückkoppelnetz dazu, die HF-Energie zum Teil auf den Eingang rückzu koppeln, um die HF-Schwingung aufrechterhalten zu kön nen. Der MOSFET-Verstärkungstransistor ist vorgespannt, wobei zur Erzielung eines besseren Wirkungsgrades wäh rend der Einschwingphase diese Vorspannung angepaßt wird. Sobald der HF-Generator einmal schwingt, bleibt diese Schwingung erhalten. Eine Pulsung, d. h. ein Tak ten der HF-Hüllkurve wird bei dem bekannten HF-Genera tor nicht realisiert; dazu ist das bekannte Schaltungs konzept auch gar nicht ausgelegt. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß es je nach Anwendungsgebiet vorteilhaft ist, wenn sich die HF-Hüllkurve eines Hoch frequenz-Generators pulsen läßt. Dabei ist von ent scheidender Wichtigkeit, daß die HF-Leistung schlag artig zur Verfügung steht. Es muß also dafür Sorge ge tragen werden, daß die Einhüllende der durch die Pul sung entstehenden "HF-Leistungspakete" im Idealfall eine Rechteckfarm aufweisen.From DE 35 44 412 C2, of which in the preamble of An Proceeds 1 is such a cantilever ger known of an amplifier circuit and a Has feedback circuit and the total ver gain factor is greater than 1. To reinforce the Input signal of the amplifier circuit has this a MOSFET amplifying transistor. With the be known HF generator is used for a passive feedback network to partially return the RF energy to the input couple in order to be able to maintain the HF oscillation nen. The MOSFET gain transistor is biased being selected for better efficiency This prestress is adjusted during the transient phase becomes. As soon as the HF generator vibrates, remains get this vibration. A pulsation, i.e. H. a tak The RF envelope is used in the known RF genera gate not realized; this is the well-known circuit concept not designed at all. In practice it has However, it has been shown that depending on the application is advantageous if the RF envelope is a high frequency generator pulses. It is from ent of crucial importance that the RF power strikes well available. So there must be care be wearing that the envelope of the by the Pul ideally resulting "HF power packages" have a rectangular farm.

DE 32 25 222 A1 offenbart einen fremderregten, "klas sischen" HF-Rechteckgenerator, der in seiner Grund frequenz oszilliert. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Schaltungskonzept handelt es sich nicht um einen freischwingenden Generator. Der bekannte HF-Gene rator weist eine Schaltungsanordnung aus MOSFET-Tran sistoren auf, die abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden. Die HF-Hüllkurve dieses bekannten HF-Generators oszilliert kontinuierlich bei der Trägerfrequenz.DE 32 25 222 A1 discloses an externally excited, "class sische "HF square wave generator, which in its reason frequency oscillates. In the case of this publication known circuit concept is not a free-floating generator. The well-known HF genes rator has a circuit arrangement made of MOSFET Tran sistors on, which are alternately switched on and off become. The RF envelope of this well-known RF generator oscillates continuously at the carrier frequency.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hoch frequenz-Generator und ein Verfahren zum Betrieb nach dem Freischwinger-Konzept zu schaffen, mit dem sich auch bei Hochfrequenz-Ausgangs leistungen von bis zu einigen MHz noch Modulations frequenzen von über 100 kH realisieren lassen.The invention has for its object a high frequency generator and a method of operation according to the cantilever concept create that with even high-frequency output powers of up to a few MHz or modulation frequencies of over 100 kH can be realized.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein HF-Generator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 7 vorgeschlagen; die Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.To solve this problem, the invention RF generator with the features of claim 1 and a Proposed method according to claim 7; the characteristics result in advantageous developments of the invention themselves from the respective subclaims.

Bei dem erfindungsgemäßen HF-Generator wird der MOSFET- Verstärkungstransistor abwechselnd mit Nadelimpulsen (Zünd- und Löschimpulse) entgegengesetzter Polarität zum Überführen aus dem nicht-leitenden Zustand in den leitenden Zustand und aus dem leitenden Zustand wieder zurück in den nicht-leitenden Zustand versorgt. Die Nadelimpulse werden dabei derart gewählt, daß für eine Zeitdauer, die mindestens bis zu fünfmal so lang ist wie die Einschwing- oder die Ausschwingzeitdauer des HF-Generators an dem MOSFET-Verstärkungstransistor be tragsmäßig ein Vielfaches der Gate-Schwellwertspannung als Steuerspannung zum Ein- und Ausschalten anliegt, während in den Zeitintervallen zwischen zwei jeweils aufeinanderfolgenden Nadelimpulsen ausschließlich das zu verstärkende Rückkopplungssignal am Steuereingang des MOSFET-Verstärkungstransistors angelegt wird.In the HF generator according to the invention, the MOSFET Amplification transistor alternating with needle pulses (Ignition and extinguishing pulses) of opposite polarity to convert from the non-conductive state to the conductive state and out of the conductive state again back to the non-conductive state. The Needle pulses are chosen such that for a Duration that is at least up to five times as long like the transient or decay period of the RF generator on the MOSFET amplifying transistor be is a multiple of the gate threshold voltage applied as control voltage for switching on and off, while in the time intervals between two each successive needle pulses only that Feedback signal to be amplified at the control input of the MOSFET amplifying transistor is applied.

Bei dem erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Generator wird der MOSFET-Verstärkungstransistor "gewaltsam" in den leitenden bzw. in den nicht-leitenden Zustand versetzt. Dies erfolgt dadurch, daß an den Steuereingang des MOSFET-Verstärkungstransistors Nadelimpulse angelegt werden, die betragsmäßig ein Vielfaches der Gate- Schwellwertspannung des MOSFET-Verstärkungstransistors liefern, und zwar für eine ausreichende Zeitdauer, so daß der HF-Generator entweder einschwingen oder aus schwingen kann. Das gewaltsame "Aufreißen" des MOSFET- Verstärkungstransistors bewirkt, daß selbst kleinste Rauschspannungen an seinem Eingang innerhalb kürzester Zeit derart stark verstärkt werden, daß der HF-Genera tor zu schwingen beginnt. Umgekehrt wird der MOSFET- Verstärkungstransistor gewaltsam "erstickt", indem ein Nadelimpuls angelegt wird, bei dem der MOSFET-Verstär kungstransistor unter Garantie keine Signalverstärkung bewirkt. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nadel impulsen liegt an dem Steuereingang des MOSFET-Verstär kungstransistors lediglich das rückgekoppelte zu ver stärkende Signal an. Eine Gleichspannungs-Arbeitspunkt einstellung des MOSFET-Verstärkungstransistors ist bei dem erfindungsgemäßen HF-Generator also nicht vorge sehen, weshalb der MOSFET-Verstärkungstransistor mit Ausnahme der extrem kurzen Zeitabschnitte, in denen die Nadelimpulse anliegen, ausschließlich im Klasse-C-Be trieb arbeitet.In the high-frequency generator according to the invention the MOSFET amplification transistor "forcibly" in the conductive or in the non-conductive state. This takes place in that at the control input of the MOSFET amplifying transistor applied needle pulses which are a multiple of the gate Threshold voltage of the MOSFET amplifying transistor deliver, and for a sufficient period of time, so that the HF generator either settles in or out can swing. The violent "tearing open" of the MOSFET Booster transistor causes even the smallest Noise voltages at its input within the shortest Time are so strongly reinforced that the RF genera gate starts to swing. Conversely, the MOSFET Gain transistor "choked" by force by a Needle pulse is applied, in which the MOSFET amplifier Kung transistor guaranteed no signal amplification causes. Between two consecutive needles impulsen is at the control input of the MOSFET amplifier kung transistor only the feedback to ver strengthening signal. A DC working point setting of the MOSFET amplifying transistor is at the RF generator according to the invention is therefore not featured see why the MOSFET gain transistor with Except for the extremely short periods in which the Needle pulses are present only in class C-Be drive works.

Dem Steuer-(Gate-)Eingang des MOSFET-Verstärkungstran sistors des HF-Generators werden also abwechselnd Zünd- und Löschimpulse unterschiedlicher Polarität zugeführt. Mit den Zündimpulsen wird an das Gate des MOSFET-Tran sistors eine Spannung angelegt, die beträchtlich größer ist als die Gate-Schwellwertspannung, so daß der MOSFET-Transistor in den leitenden Zustand versetzt wird. Demgegenüber wird dem Gate des MOSFET-Transistors mit den Löschimpulsen eine Löschspannung zugeführt, bei der zuvor leitende Transistor in seinen nicht-leitenden Zustand übergeht. Die Impulsdauer sowohl der Zünd- als auch der Löschimpulse ist jeweils größer als die Ein schwing- und/oder die Ausschwingzeitdauer der Verstär kerschaltung. Für die Verstärkerschaltung (Endstufe) des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Generators wird ein Power-MOSFET-Transistor verwendet; derartige Transisto ren lassen sich sowohl in konventionellen als auch in hochfrequenz geeigneten Bauformen zur Erzeugung von Hochfrequenzenergie im Bereich zwischen 1 bis 1000 MHz ideal einsetzen. Wie bei Bipolar-Transistoren fehlt auch bei MOSFET-Transistoren eine Steuerelektrode zur Modulation bzw. Pulsung oder Tastung. Durch Tastung der Betriebsspannungsenergie des MOSFET-Transistors lassen sich nur relativ geringe Modulationsfrequenzen der Hochfrequenz-Ausgangsleistung erzielen.The control (gate) input of the MOSFET gain train sistors of the HF generator are thus alternately and erase pulses of different polarity are supplied. The firing pulses are sent to the gate of the MOSFET train sistors applied a voltage that is considerably larger is than the gate threshold voltage so that the MOSFET transistor in the conductive state becomes. In contrast, the gate of the MOSFET transistor supplied with the erase pulses an erase voltage at the previously conductive transistor in its non-conductive Condition passes. The pulse duration of both the ignition and the erase pulse is also greater than the on oscillation and / or the decay time of the amplifier core circuit. For the amplifier circuit (output stage) of the high-frequency generator according to the invention is a Power MOSFET transistor used; such transisto can be used in both conventional and High frequency suitable designs for the generation of Radio frequency energy in the range between 1 and 1000 MHz ideal use. As with bipolar transistors, is missing a control electrode for MOSFET transistors Modulation or pulsation or keying. By touching the Leave operating voltage energy of the MOSFET transistor there are only relatively low modulation frequencies Achieve high frequency output power.

Deshalb wird bei dem erfindungsgemäßen Hochfrequenz- Generator nicht die Betriebsspannung des MOSFET-Tran sistors getastet, sondern es werden an den Gate-Eingang des Transistors Impulse angelegt, die den Transistor abwechselnd zünden, d. h. von dem Sperrzustand in den leitenden Zustand überführen und löschen, d. h. von dem leitenden Zustand in den seinen Sperrzustand überfüh ren. Während der Zündspannungsimpuls am Gate des MOSFET-Verstärkungstransistors anliegt, schwingt der Hochfrequenz-Generator an. Sobald die Zündspannung näm lich die Gate-Schwellwertspannung des MOSFET-Verstär kungstransistors von ca. 3 Volt überschritten hat, setzt wegen des steilen Kennlinienverlaufs (Abhängig keit des Drain-Stromes von der Gate-Source-Spannung) das Anschwellen des Drain-Stromes abrupt ein. Mit an steigendem Drain-Strom steigt auch der Verstärkungsfak tor v. Da der Zündimpuls den MOSFET-Transistor vollkom men aussteuert, und zwar in einem stärkeren Maße als beim Schwingen des Hochfrequenz-Generators, wird das Rauschen am Eingang des MOSFET-Transistors übermäßig stark verstärkt, so daß der Hochfrequenz-Generator an schwingt. Bevor die Spannung des Zündimpulses wieder bis unterhalb der Gate-Schwellwertspannung abgesunken ist, ist der Hochfrequenz-Generator eingeschwungen und hält sich nun selbst aufrecht. Ohne Eingriff von außen würde der Hochfrequenz-Generator nun immer weiter schwingen. Zum Beenden dieses Schwingungsvorganges wird dem Gate-Eingang des MOSFET-Transistors ein Löschspan nungsimpuls zugeführt, dessen Amplitude größer ist als die Summe aus der Scheitelspannung der von dem MOSFET- Transistor im Oszillator-Betrieb zu verstärkenden Span nungssignals und der Gate-Schwellwertspannung. Die Löschspannung ist negativ, so daß der MOSFET-Transistor in jedem Falle aus dem leitenden Zustand in den nicht leitenden Sperrzustand überführt wird. Die Zeitdauer, für die der Löschimpuls eine Löschspannung aufweist, die betragsmäßig größer ist als oben angegeben, muß größer als die Ausschwingzeitdauer der Verstärkerschal tung sein, damit der MOSFET-Transistor in jedem Falle in den Sperrzustand übergegangen ist, wenn der Lösch impuls abgeklungen ist. Nach dem Anlegen des Löschspan nungsimpulses fließt in den MOSFET-Verstärkungstransis tor kein Ruhestrom mehr hinein, da dessen Gate-Spannung 0 Volt beträgt. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Generators weist deshalb den durch den Schaltungsaufbau maximal erzielbaren Wert auf.Therefore, in the high-frequency generator according to the invention, the operating voltage of the MOSFET transistor is not sampled, but rather pulses are applied to the gate input of the transistor, which alternately ignite the transistor, ie convert it from the blocking state into the conductive state and delete it, ie from the conductive state to its blocking state. While the ignition voltage pulse is present at the gate of the MOSFET amplifying transistor, the high-frequency generator oscillates. As soon as the ignition voltage has exceeded the gate threshold voltage of the MOSFET amplification transistor of approx. 3 volts, the swelling of the drain current begins abruptly due to the steep characteristic curve (depending on the drain current on the gate-source voltage) . With increasing drain current, the gain factor v. Since the firing pulse controls the MOSFET transistor fully, to a greater extent than when the high-frequency generator vibrates, the noise at the input of the MOSFET transistor is excessively amplified, so that the high-frequency generator vibrates. Before the voltage of the ignition pulse has dropped below the gate threshold voltage again, the high-frequency generator has settled and is now maintaining itself. Without external intervention, the high-frequency generator would continue to oscillate. To end this oscillation process, the gate input of the MOSFET transistor is supplied with an erase voltage pulse whose amplitude is greater than the sum of the peak voltage of the voltage signal to be amplified by the MOSFET transistor in oscillator operation and the gate threshold voltage. The erase voltage is negative, so that the MOSFET transistor is in any case converted from the conductive state to the non-conductive blocking state. The period of time for which the erase pulse has an erase voltage which is greater in magnitude than specified above, must be greater than the decay time of the amplifier circuit so that the MOSFET transistor has in any case switched to the off state when the erase pulse has subsided. After the application of the erase voltage pulse, no quiescent current flows into the MOSFET amplifying transistor since its gate voltage is 0 volts. The efficiency of the high-frequency generator according to the invention therefore has the maximum value that can be achieved by the circuit structure.

Neben der Erzielung eines maximalen Wirkungsgrades zeichnet sich der erfindungsgemäße Hochfrequenz-Genera tor durch eine sehr gute Puls- oder Tastfähigkeit aus, wobei bei Ausgangssignalen im MHz-Bereich Tastfrequen zen von vielen -zig KHz leicht erreicht werden. Bei einem im Laborbetrieb praktisch aufgebauten Generator mit einer Ausgangsspannung im 100 MHz-Bereich konnten Tastfrequenzen von über 100 KHz erreicht werden. Die Anstiegs- und Abfallzeiten der Hochfrequenz-Hüllkurve des Ausgangssignals liegen dabei jeweils unter einer Mikrosekunde, was mit herkömmlichen Schaltungen bisher nicht erreicht werden kannte. Die Breite der hierbei verwendeten Zünd- und Löschimpulse liegt im Mikrosekun den-Bereich. Diese extrem kurzen (Trigger-)Impulse füh ren nicht zu einer thermischen Vernichtung des MOSFET- Transistors, obwohl wegen der Vollaussteuerung des MOSFET-Transistors bei Zündspannungen von 10 Volt und mehr extrem hohe Ströme fließen. Aufgrund dieser kurz zeitigen Vollaussteuerung (oder Vollsperrung) des MOSFET-Transistors schwingt dieser schnellstmöglich an (ab), wobei die Einschwingzeiten (Ausschwingzeiten) lediglich durch die Form der Triggerimpulse und den Gütefaktor des (nachgeschalteten) Induktivität-Kapazi tät-Schwingkreises begrenzt ist (Betriebsgüte Q). Bei Einsatz eines MOSFET-Verstärkungstransistor betragen die Einschwing- und Ausschwingzeiten etwa das Zwei- bis Fünffache der Periodendauer des Hochfrequenz -Ausgangs signals des Generators.In addition to achieving maximum efficiency stands out the high-frequency genera according to the invention very good pulse or tactile ability, where keying frequencies for output signals in the MHz range zen of tens of kHz can be easily achieved. At a generator practically built in laboratory operation with an output voltage in the 100 MHz range Key frequencies of over 100 KHz can be achieved. The Rise and fall times of the high-frequency envelope of the output signal are each below one Microsecond, what with conventional circuits so far could not be reached. The width of this The ignition and extinguishing pulses used are in microseconds the area. These extremely short (trigger) pulses lead to do not lead to thermal destruction of the MOSFET Transistor, although because of the full level of the MOSFET transistor at ignition voltages of 10 volts and more extremely high currents flow. Because of this briefly early full control (or full lock) of the MOSFET transistor swings up as quickly as possible (ab), the settling times (settling times) only by the shape of the trigger pulses and the Quality factor of the (downstream) inductance capaci the resonance circuit is limited (quality of operation Q). At Use a MOSFET amplifying transistor the settling and settling times about two to Five times the period of the high-frequency output signals of the generator.

Durch die Vollaussteuerung des MOSFET-Transistors bei Anlegen des Zündspannungsimpulses arbeitet dieser mit Verstärkungsfaktoren, die ein Vielfaches höher sind als der Nennverstärkungsfaktor. Damit ist sichergestellt, daß der Hochfrequenz-Generator auch bei Leistungsfehl anpassung anschwingt. Eine derartige Leistungsfehlan passung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die mit der Hochfrequenzleistung zu versorgende Last ihre Impedanz ändert, was bei plasmaerzeugenden Verbrauchern in Abhängigkeit von dem Betriebszustand, in dem sie betrieben werden, eintritt.By full control of the MOSFET transistor at Applying the ignition voltage pulse works with it Gain factors that are many times higher than the nominal gain factor. This ensures that the high-frequency generator even in the event of power failure adaptation swings. Such a performance failure fit can be done, for example, that the load to be supplied with the high-frequency power Impedance changes what happens to plasma-producing consumers depending on the operating state in which they operated, occurs.

Bei dem erfindungsgemäßen HF-Generator betragen die Zünd- und die Löschspannungen betragsmäßig ein Viel faches der Gate-Schwellwertspannung des MOSFET-Verstär kungstransistors, wobei bezüglich des Betrages der Löschspannung ferner gilt, daß dieser deutlich größer ist als die Summe aus der Scheitelspannung des zu ver stärkenden Spannungssignals und der Gate-Schwellwert spannung. Bei Einhaltung dieser Bedingungen ist stets ein zuverlässiges Zünden und ein zuverlässiges Löschen des MOSFET-Transistors gegeben, mit der Folge, daß der MOSFET-Transistor aus seinem Sperrzustand in den lei tenden Zustand und danach aus dem leitenden Zustand wieder in den Sperrzustand überführt wird.In the HF generator according to the invention, the Ignition and extinguishing voltages are a lot times the gate threshold voltage of the MOSFET amplifier kung transistor, with respect to the amount of Quenching voltage also applies that this is significantly larger is to be understood as the sum of the vertex tension of the strengthening voltage signal and the gate threshold tension. Compliance with these conditions is always reliable ignition and extinguishing given the MOSFET transistor, with the result that the MOSFET transistor from its blocking state in the lei tending state and then from the conductive state is brought back into the locked state.

Die bei der Erfindung gegebenen Besonderheiten lassen sich wie folgt zusammenfassen:Let the special features given in the invention can be summarized as follows:

1. The HF generator according to the invention vibrates on the Carrier frequency (some 100 MHz) by suitable, phase correct feedback and not by a clocking control in the carrier frequency.
2. The HF generator according to the invention is used in the HF Envelope pulsed by extreme control tion (quasi-ignition) of the active output stage elements tes, namely the MOSFET amplifying transistor. Only after ignition of the MOSFET amplification transistor the RF oscillates within to the desired carrier frequency in the shortest possible time on. The concept of the HF genera according to the invention tors, the HF vibration through extreme control to initiate the MOSFET amplification transistor by briefly making a lot at its control input times the gate threshold voltage is applied, is unique so far. By the clock rate of the The RF energy superimposed needle pulses MOSFET amplifying transistor ignited or ge deletes.
3. With the help of the circuit concept according to the invention RF envelopes can be used for an HF generator reach increases with pulsation of the RF envelope, as they were previously unimaginable. So that leaves the HF generator according to the invention in particular apply in laser technology where it is under other depends on the load to be driven pul to be able to.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorge sehen, daß der Hochfrequenz-Generator im sogenannten Klasse C Betrieb arbeitet. Dem MOSFET-Verstärkungstran sistor wird also (zwischen den einzelnen Zünd- und Löschimpulsen) kein Ruhestrom zur Einstellung eines Arbeitspunktes zugeführt. Damit bleibt der MOSFET-Tran sistor auch dann ausgeschaltet, wenn der Löschspan nungsimpuls abgeklungen ist. Darüberhinaus weist der erfindungsgemäße Hochfrequenz-Generator einen recht hohen Wirkungsgrad auf, wenn er im Klasse C Betrieb arbeitet.In an advantageous development of the invention is pre see that the high-frequency generator in the so-called Class C operation works. The MOSFET gain train sistor is thus (between the individual ignition and Quenching pulses) no quiescent current to set a Working point fed. This leaves the MOSFET Tran sistor switched off even when the quenching chip voltage pulse has subsided. In addition, the High frequency generator according to the invention a right high efficiency when operating in class C. is working.

Um bei angelegtem Zündspannungsimpuls ein zuverlässiges Einschwingen des Hochfrequenz-Generators und beim An legen des Löschspannungsimpulses ein zuverlässiges Aus schwingen des Hochfrequenz-Generators zu gewährleisten, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin dung vorgesehen, daß die Zünd- und die Löschspannungs impulse jeweils mindestens bis zu zehnmal so groß sind wie die Einschwing- oder die Ausschwingzeitdauer der Verstärkerschaltung.To be a reliable one when the ignition voltage pulse is applied Swinging in of the high frequency generator and on put the erase voltage pulse a reliable off vibrate to ensure the high frequency generator is the Erfin according to an advantageous development tion provided that the ignition and the extinguishing voltage impulses are at least up to ten times as large like the transient or decay period of the Amplifier circuit.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorge sehen, daß die Zünd- und die Löschimpulse als Nadel impulse vorliegen, die besonders vorteilhaft durch Differenzierung eines Rechteck-Spannungssignals erzeugt werden, also betragsmäßig gleich groß sind und umge kehrte Polaritäten aufweisen. Der durch Differenzierung mittels Filterung eines Rechteck-Spannungssignals in einem Hochpaß-Filter erzeugte Nadelimpuls weist eine steile Anstiegsflanke und eine weniger steile Abfall flanke auf. Bei einem derartigen Nadelimpuls sollte dafür gesorgt werden, daß die Zündspannung und die Löschspannung jeweils für eine Zeitdauer anliegen, die mindestens bis zu fünfmal so lang ist wie die Ein schwing- oder die Ausschwingzeitdauer der Verstärker schaltung, so daß immer ein zuverlässiges Ein- oder Ausschwingen gegeben ist.In an advantageous development of the invention is pre see that the ignition and the extinguishing pulses as a needle impulses are present that are particularly advantageous through Differentiation of a square wave voltage signal generated are the same size and vice versa have reversed polarities. The one by differentiation by filtering a square wave voltage signal in a high-pass filter generated needle pulse has one steep rising edge and a less steep descent flank on. With such a needle pulse be ensured that the ignition voltage and the Apply extinguishing voltage for a period of time that is at least up to five times as long as the one oscillation or decay time of the amplifier circuit, so that always a reliable on or Decay is given.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Hoch frequenz-Generator eine Pulsung der Hochfrequenz-Aus gangsleistung mit variabler Frequenz möglich. Hierzu ist die Frequenz der Zünd- und der Löschimpulse ein stellbar, indem entweder die Zeit zwischen einem Zünd impuls und einem darauf folgenden Löschimpuls und/oder die Zeit zwischen einem Löschimpuls und einem darauf folgenden Zündimpuls einstellbar ist.Preferably, the high according to the invention frequency generator pulsing the high frequency off power output with variable frequency possible. For this is the frequency of the ignition and the extinguishing pulses adjustable by either the time between an ignition pulse and a subsequent delete pulse and / or the time between an erase pulse and one on it following ignition pulse is adjustable.

Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbei spiel der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:An embodiment is described below with reference to the figures game of the invention explained in more detail. In detail demonstrate:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Hochfrequenz-Genera tors mit angeschlossener Last, Fig. 1 is a block diagram of a high-frequency genera tors with connected load,

Fig. 2a bis 2c den Zeitverlauf der Spannungssignale an den in Fig. 1 mit a,b und c gekennzeichneten Stellen des Blockschaltbildes und FIG. 2a to 2c, the time course of the voltage signals at the marked points in FIG. 1 a, b and c of the block diagram and

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab die beiden an dem Ein gang des MOSFET-Transistors der Schaltung nach Fig. 1 anliegenden Signale beim Zünden und beim Löschen des MOSFET-Transistors. Fig. 3 on an enlarged scale the two at the input of the MOSFET transistor of the circuit of FIG. 1 applied signals when igniting and when deleting the MOSFET transistor.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Hochfrequenz- Generators 10 dargestellt, an dessen Ausgang 12 eine beispielsweise plasmaerzeugende Last 14 (Gas-Laser, Sputter-Anlage o. dgl.) angeschlossen ist. Der Hoch frequenz-Generator 10 ist nach Art eines freischwingen den Generators aufgebaut und besteht im wesentlichen aus einer Verstärkerschaltung 16, deren Ausgang 18 mit dem Eingang 20 eines ersten Anpassungsnetzwerks 22 ver bunden ist. Der Ausgang des Anpassungsnetzwerks 22 bil det den Ausgang 12 des Hochfrequenz-Generators 10. Der Ausgang des Anpassungsnetzwerks 22 ist ferner mit dem Eingang 24 eines frequenzselektiven Rückkopplungsnetz werks 26 verbunden. Das Rückkopplungsnetzwerk 26 weist einen Ausgang 28 auf, der mit dem Eingang 30 der Ver stärkerschaltung 16 gekoppelt ist. An seinem Eingang 30 weist die Verstärkerschaltung 16 ein zweites Anpas sungsnetzwerk 32 auf, dessen Ausgang 34 mit dem Gate- Anschluß 36 eines Power-MOSFET-Transistors 38 verbunden ist. Der Source-Anschluß 40 des MOSFET-Transistors 38 ist mit Masse verbunden, während der Drain-Anschluß 42 den Ausgang 18 der Verstärkerschaltung 16 bildet.In Fig. 1 is a block diagram of a high-frequency generator 10 is shown at its output 12 a, for example, plasma generating load 14 (gas laser, sputter system o. The like.) Is connected. The high-frequency generator 10 is constructed in the manner of a free-swinging generator and consists essentially of an amplifier circuit 16 , the output 18 of which is connected to the input 20 of a first adaptation network 22 . The output of the adaptation network 22 forms the output 12 of the high-frequency generator 10 . The output of the adaptation network 22 is also connected to the input 24 of a frequency-selective feedback network 26 . The feedback network 26 has an output 28 which is coupled to the input 30 of the amplifier circuit 16 . At its input 30 , the amplifier circuit 16 has a second adaptation network 32 , the output 34 of which is connected to the gate terminal 36 of a power MOSFET transistor 38 . The source terminal 40 of the MOSFET transistor 38 is connected to ground, while the drain terminal 42 forms the output 18 of the amplifier circuit 16 .

Das Rückkopplungsnetzwerk 26 arbeitet bei einem (ein stellbaren) Rückkopplungsverstärkungsfaktor k (Rückwärtsverstärkung), der etwas größer ist als der Kehr wert des Verstärkungsfaktors v (Vorwärtsverstärkung) der Verstärkerschaltung 16 bzw. des MOSFET-Transistors 38. Damit gilt:The feedback network 26 operates at an (adjustable) feedback gain k (reverse gain) which is slightly larger than the reciprocal of the gain v (forward gain) of the amplifier circuit 16 or the MOSFET transistor 38 . So:

k × v < 1.k × v <1.

(Genauer gesagt muß der Rückkopplungsfaktor k größer als das Produkt der Verstärkungsfaktoren der beiden Anpassungsnetzwerke 22, 32 und des MOSFET-Transistors 38 sein.)(More specifically, the feedback factor k must be greater than the product of the gain factors of the two matching networks 22, 32 and the MOSFET transistor 38. )

Neben der zum selbsttätigen Schwingen des Hochfrequenz- Generators 10 erforderlichen betragsmäßigen Erfüllung der Schwingbedingung muß diese auch bezüglich der Phase erfüllt sein. Die Phasendrehung, die ein am Eingang 30 der Verstärkerschaltung 16 anstehendes Signal erfährt, muß 360° oder ein Vielfaches davon betragen. Eine Phasendrehung erfährt das Signal in den beiden Anpas sungsnetzwerken 22, 32, dem MOSFET-Transistor 38 und dem Rückkopplungsnetzwerk 26. Die Phasenverschiebung im Rückkopplungsnetzwerk 26 ist einstellbar, so daß über das Rückkopplungsnetzwerk 26 die Schwingbedingung durch die Phasenverschiebungseinstellung auch bezüglich ihrer Phase erfüllt werden kann.In addition to the amount-wise fulfillment of the oscillation condition required for the automatic oscillation of the high-frequency generator 10 , this must also be fulfilled with regard to the phase. The phase rotation, which experiences a signal present at the input 30 of the amplifier circuit 16 , must be 360 ° or a multiple thereof. The signal undergoes a phase shift in the two matching networks 22 , 32 , the MOSFET transistor 38 and the feedback network 26 . The phase shift in the feedback network 26 is adjustable, so that the oscillation condition can also be fulfilled with regard to its phase by the phase shift setting via the feedback network 26 .

Die Anpassungsnetzwerke 22 und 32 sowie das Rückkopp lungsnetzwerk 26 sind aus passiven reaktiven Bauelemen ten (Induktivitäten, Kapazitäten) aufgebaut. Dabei hat das zweite Anpassungsnetzwerk 32 die Aufgabe der Leistungsanpassung der Ausgangsleistung des Rückkopp lungsnetzwerkes 26 an die Eingangsleistung des MOSFET- Transistors 38. Die Verbindung des Ausganges 28 des Rückkopplungsnetzwerkes 26 mit dem Eingang 30 der Ver stärkerschaltung 16 erfolgt normalerweise über eine 50 Ohm Koaxial-Leitung, weshalb mit dem Anpassungsnetzwerk 32 auch die Impedanz der Koaxial-Leitung auf die Ein gangsimpedanz des MOSFET-Transistors 38 transformiert wird. Die Aufgabe des ersten Anpassungsnetzwerkes 22 besteht in der Leistungsanpassung der Ausgangsleistung des MOSFET-Transistors 38 an die von der Last 14 und dem Rückkopplungsnetzwerk 26 aufgenommenen Leistungen. Auch im ersten Anpassungsnetzwerk 22 erfolgt eine Impe danztransformation, und zwar wird die Ausgangsimpedanz des MOSFET-Transistors 38 auf die Gesamtimpedanz aus Last 14 und Rückkopplungsnetzwerk 26 transformiert.The adaptation networks 22 and 32 and the feedback network 26 are constructed from passive reactive components (inductors, capacitors). The second adaptation network 32 has the task of adapting the output power of the feedback network 26 to the input power of the MOSFET transistor 38 . The connection of the output 28 of the feedback network 26 to the input 30 of the amplifier circuit 16 is normally done via a 50 ohm coaxial line, which is why the matching network 32 also transforms the impedance of the coaxial line to the input impedance of the MOSFET transistor 38 . The task of the first matching network 22 is to match the power of the output power of the MOSFET transistor 38 to the powers absorbed by the load 14 and the feedback network 26 . An impedance transformation also takes place in the first matching network 22 , specifically the output impedance of the MOSFET transistor 38 is transformed to the total impedance of the load 14 and the feedback network 26 .

Der MOSFET-Transistor 38 arbeitet im Klasse C Betrieb, d. h. seinem Gate 36 werden keine Gleichspannungen zur Überführung des Transistors 38 in einen Arbeitspunkt zugeführt. Am Gate 36 liegen also bis auf die nachfol gend zu beschreibenden Zünd- und Löschspannungsimpulse keine (Gleich-)Spannungen an, die dem von dem MOSFET- Transistor 38 zu verstärkenden (Nutz-)Signal überlagert werden.The MOSFET transistor 38 operates in class C mode, ie no DC voltages are supplied to its gate 36 for converting the transistor 38 into an operating point. Except for the ignition and quenching voltage pulses to be described below, there are no (direct) voltages at the gate 36 which are superimposed on the (useful) signal to be amplified by the MOSFET transistor 38 .

Die Verstärkerschaltung 16 ist mit einer Triggerimpuls signal-Erzeugungsschaltung 44 versehen, die einen Rechtecksignal-Generator 46 und eine diesem nachge schaltete Differenzierschaltung 48 aufweist. Der Aus gang 50 der Differenzierschaltung 48 ist mit dem Gate 36 des MOSFET-Transistors 38 verbunden. In der Diffe renzierschaltung 48, bei der es sich um ein als RC- Glied ausgebildetes Hochpaß-Filter handelt, wird das Rechtecksignal 49 der Frequenz AST in eine Folge von paarweise aufeinanderfolgenden nadelförmigen Trigger impulsen entgegengesetzter Polarität derselben Frequenz umgesetzt. Die Größe der Rechteckspannung beträgt ca. 10 Volt oder mehr, so daß an den positiven Flanken des Rechteckspannungsverlaufs positive und an den negativen Flanken negative Triggerimpulse entstehen. Die posi tiven Triggerimpulse, deren Amplitude ebenfalls ca. 10 Volt oder mehr beträgt, werden zum "Zünden" des MOSFET- Transistors 38 verwendet (Zündspannungsimpuls 52), während die negativen Triggerimpulse, deren Amplitude ca. -10 Volt oder weniger beträgt, zum "Löschen" des MOSFET-Transistors 38 verwendet werden (Löschspannungs impulse 54).The amplifier circuit 16 is provided with a trigger pulse signal generation circuit 44 , which has a square-wave signal generator 46 and a differentiation circuit 48 connected to this. From the output 50 of the differentiating circuit 48 is connected to the gate 36 of the MOSFET transistor 38 . In the differentiating circuit 48 , which is a high-pass filter designed as an RC element, the square-wave signal 49 of the frequency AST is converted into a sequence of paired successive needle-shaped trigger pulses of opposite polarity of the same frequency. The size of the square-wave voltage is approximately 10 volts or more, so that positive trigger pulses occur on the positive edges of the square-wave voltage curve and negative trigger pulses on the negative edges. The positive trigger pulses, the amplitude of which is also approximately 10 volts or more, are used to "ignite" the MOSFET transistor 38 (ignition voltage pulse 52 ), while the negative trigger pulses, the amplitude of which is approximately -10 volts or less, " Erase "of the MOSFET transistor 38 are used (erase voltage pulses 54 ).

Die Arbeitsweise des Hochfrequenz-Generators 10 wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei sei darauf hingewiesen, daß die Relationen der Signale in den Fig. 2a bis 2c und 3 nicht maßstabsgerecht wieder gegeben sind. Während die Frequenz der Ausgangsspannung (Fig. 2c) und die Frequenz des dem MOSFET-Transistor rückgekoppelten Nutzsignals (Fig. 2b) im 100 MHz-Be reich liegt, liegt die Tastfrequenz (Fig. 2a) im 100 KHz-Bereich, wobei die in Fig. 2b dargestellten positi ven und negativen Nadelimpulse eine Dauer im Mikro sekunden-Bereich aufweisen. Zu Fig. 3 sei noch ange merkt, daß in dieser Figur lediglich die beiden dem Gate des MOSFET-Transistors 38 zugeführten Signale, nämlich die Nadelimpulse und das Nutzsignal einge zeichnet sind, ohne daß in Fig. 3 das sich aus dieser Überlagerung ergebende Gesamtsignal wiedergegeben ist.The mode of operation of the high-frequency generator 10 is described below with reference to the figures. It should be noted that the relationships of the signals in FIGS. 2a to 2c and 3 are not reproduced to scale. While the frequency of the output voltage ( Fig. 2c) and the frequency of the useful signal fed back to the MOSFET transistor ( Fig. 2b) is in the 100 MHz range, the duty cycle ( Fig. 2a) is in the 100 KHz range, the in Fig. 2b shown positive and negative needle pulses have a duration in the microsecond range. Are to Fig. 3, it should be noted that in this figure, only the two of the gate of the MOSFET transistor 38 supplied signals, namely, the needle pulses and the useful signal is distinguished, without being reproduced in Fig. 3, the situation resulting from this superposition total signal is.

Beim Anlegen eines Zündspannungsimpulses 52, dessen Amplitude deutlich größer als (nämlich beispielsweise ca. dreimal so groß wie) die Gate-Schwellwertspannung des Power-MOSFET-Transistors 38 von etwa 3 Volt ist, wird der MOSFET-Transistor 38 voll ausgesteuert. Das Eigenrauschen der Verstärkerschaltung 16 am Gate 36 des MOSFET-Transistors 38 wird verstärkt, wobei zu beachten ist, daß der Verstärkungsfaktor bei voller Aussteuerung des MOSFET-Transistors 38 durch den Zündimpuls 52 deut lich größer ist als bei der Nennansteuerung während des späteren Oszillator-Betriebes (in Fig. 3 ist die Aus wirkung dieser überhöhten Verstärkung auf das rückge koppelte Nutzsignal am Gate des MOSFET-Transistors 38 nicht dargestellt). Das von dem MOSFET-Transistor 38 verstärkte Nutzsignal weist auch hinter dem Rückkopp lungsnetzwerk 26 eine Verstärkung auf, die deutlich größer als (etwa drei- bis fünfmal so groß wie) im Nennbetrieb ist (die Gesamtverstärkung des aus der Ver stärkerschaltung, den Anpassungsnetzwerken und dem Rückkopplungsnetzwerk bestehenden Schleife ist etwas größer als 1, was durch entsprechende Einstellung des Rückkopplungsnetzwerkes erzielt wird). Das dem Gate des MOSFET-Transistors 38 rückgeführte Nutzsignal 56 wird wieder mit einem überhohen Verstärkungsfaktor ver stärkt, so daß der Hochfrequenz-Generator 10 schnellst möglich anschwingt, was im übrigen auch bei Fehlanpas sung der Last 14 an den Hochfrequenz-Generator 10 sichergestellt ist. Die Einschwingzeitdauer T_EIN be trägt etwa das Zwei- bis Fünffache der Periodendauer des Hochfrequenz-Ausgangssignals bei der Nennfrequenz f_HF (der Wert 2 bis 5 ist dabei durch den Power-MOSFET- Transistor und die Betriebsgüte des Induktivität-Kapa zität-Gesamtschwingkreises bestimmt). Damit der Hoch frequenz-Generator 10 sicher anschwingt, sollte die Zeitspanne, innerhalb derer der Zünd-Nadelimpuls 52 eine Spannung aufweist, die deutlich größer als die Gate-Schwellwertspannung ist, mindestens etwa das Fünf fache der Einschwingzeitdauer T_EIN betragen.When an ignition voltage pulse 52 is applied , the amplitude of which is significantly greater than (namely, for example, approximately three times as large) the gate threshold voltage of the power MOSFET transistor 38 of approximately 3 volts, the MOSFET transistor 38 is fully driven. The inherent noise of the amplifier circuit 16 at the gate 36 of the MOSFET transistor 38 is amplified, it being noted that the gain full modulation of the MOSFET transistor 38 by the ignition pulse 52 interpreting is Lich larger than the rated drive during the later oscillator operation (In Fig. 3, the effect of this excessive gain on the feedback feedback signal at the gate of the MOSFET transistor 38 is not shown). The useful signal amplified by the MOSFET transistor 38 also has a gain behind the feedback network 26 which is significantly greater than (about three to five times as large) in nominal operation (the total gain of the amplifier circuit, the matching networks and the like Feedback network existing loop is slightly larger than 1, which is achieved by appropriate setting of the feedback network). The feedback of the gate of the MOSFET transistor 38 useful signal 56 is again reinforced with an excessive gain factor, so that the high-frequency generator 10 swings as quickly as possible, which is also ensured in the event of incorrect adjustment of the load 14 to the high-frequency generator 10 . The settling time period T _EIN is about two to five times the period of the high-frequency output signal at the nominal frequency f _HF (the value 2 to 5 is determined by the power MOSFET transistor and the quality of operation of the inductance-capacitance overall resonant circuit) . In order for the high-frequency generator 10 to oscillate safely, the time period within which the ignition needle pulse 52 has a voltage that is significantly greater than the gate threshold voltage should be at least about five times the settling time period T _ON .

Der in den Figuren dargestellte Hochfrequenz-Generator 10 soll bei einer Frequenz im 100 MHz-Bereich schwin gen, seine Einschaltzeitdauer T_EIN beträgt also etwa 2/100 bis 5/100 Mikrosekunden. Ein Nadelimpuls im Mikrosekunden-Bereich und einer Amplitudenspannung von ca. 10 Volt genügen, um diesen Hochfrequenz-Generator 10 anschwingen zu lassen. Wie man in Fig. 3 erkennen kann, ist der Hochfrequenz-Generator 10 nach etwa 5/100 Mikrosekunden (50 Nanosekunden) eingeschwungen. Dies ist ein Wert, der um mehrere Größenordnungen kleiner ist als der bei konventionellen Hochfrequenz-Generato ren erzielbare Wert und darüberhinaus bei derartigen Hochfrequenz-Generatoren bisher nicht erreicht werden konnte. Bei derartig kurzen Anstiegszeitdauern kann das Ausgangssignal 58 des Hochfrequenz-Generators bei einer Frequenz gepulst oder getastet werden (im Ausführungs beispiel im 100 KHz-Bereich), die lediglich etwa zwei bis drei Größenordnungen kleiner ist als die Ausgangs signalfrequenz, wobei die an die Pulsung oder Tastung gestellte Forderung nach einer rechteckförmigen Einhül lenden 60 des gepulsten Hochfrequenz-Ausgangssignals (Anstiegs- und Abfallzeiten um Größenordnungen kleiner als die Pulsdauer des Hochfrequenz-Signals) erfüllt sind (s. Fig. 2c).The high-frequency generator 10 shown in the figures is intended to oscillate at a frequency in the 100 MHz range, its on-time T _ON is therefore approximately 2/100 to 5/100 microseconds. A needle pulse in the microsecond range and an amplitude voltage of approximately 10 volts are sufficient to start this high-frequency generator 10 . As can be seen in FIG. 3, the high-frequency generator 10 has settled after about 5/100 microseconds ( 50 nanoseconds). This is a value that is several orders of magnitude smaller than the value that can be achieved with conventional high-frequency generators and, moreover, has not previously been able to be achieved with such high-frequency generators. With such short rise times, the output signal 58 of the high-frequency generator can be pulsed or keyed at a frequency (in the embodiment, for example, in the 100 kHz range), which is only about two to three orders of magnitude smaller than the output signal frequency, with the pulsation or Tacting demand for a rectangular Einhül lenden 60 of the pulsed high-frequency output signal (rise and fall times by orders of magnitude smaller than the pulse duration of the high-frequency signal) are met (see. Fig. 2c).

Die thermische Zeitkonstante eines Power-MOSFET-Tran sistors beträgt etwa 2 Millisekunden. Für eine wesent lich kürzere Zeit, d. h. für eine Zeitdauer im Mikro sekunden-Bereich, verträgt der MOSFET-Transistor jedoch einen wesentlich höheren Drain-Strom, so daß die ge waltsame Ansteuerung durch die entsprechend dimensio nierten Nadel-Zündimpulse nicht zu einer thermischen Zerstörung des MOSFET-Transistors führen.The thermal time constant of a power MOSFET train sistors is approximately 2 milliseconds. For an essential much shorter time, d. H. for a period of time in the mic seconds range, the MOSFET transistor can withstand a much higher drain current, so that the ge violent control by the corresponding dimensio nated needle firing pulses do not result in a thermal Destruction of the MOSFET transistor result.

Nachdem der Zündimpuls 52 abgeklungen ist, verbleibt der MOSFET-Transistor 38 in seinem leitenden Zustand, in den er zuvor durch den Zündimpuls gewaltsam über führt worden ist. Jetzt arbeitet der MOSFET-Transistor 38 im Klasse C Betrieb, d. h. an seinem Gate liegen gleichspannungsmäßig 0 Volt an.After the firing pulse 52 has subsided, the MOSFET transistor 38 remains in its conductive state, in which it was previously forced over by the firing pulse. Now the MOSFET transistor 38 is operating in class C mode, ie 0 volts are present at its gate in terms of DC voltage.

Zur Beendigung der Pulsdauer, während derer der Hoch frequenz-Generator 10 die Nenn-Hochfrequenz-Ausgangs leistung liefert, wird dem Gate des MOSFET-Transistors 38 der negative Löschspannungsimpuls 54 zugeführt, dessen Amplitude betragsmäßig größer sein muß als die Scheitelspannung des dem Gate des MOSFET-Transistors 38 rückgekoppelten Nutzsignals 56. Bei einer typischer weise 5 Volt betragenden Scheitelspannung dieses rück geführten Nutzsignals 56 während des Oszillator-Betrie bes und einer Gate-Schwellwertspannung von ca. 3 Volt reicht der negative Löschspannungsimpuls mit der Ampli tude von -10 Volt (die von dem Rechteck-Generator 46 erzeugte Rechteckspannung 49 beträgt etwa 10 Volt) aus, um den MOSFET-Transistor 38 sicher vom leitenden Zu stand in den nicht-leitenden Sperrzustand zu überfüh ren. Auch dieser Vorgang erfolgt "gewaltsam" in einer extrem kurzen Zeit. Der Löschspannungsimpuls muß jedoch für eine Zeitdauer, die größer als die Ausschwingzeit dauer T_AUS ist, den oben definierten Löschspannungswert aufweisen. Bis zum Abklingen des ebenfalls im Mikro sekunden-Bereich liegenden Löschspannungsimpulses be tragsmäßig bis unterhalb der Summe aus der Scheitel spannung und der Gate-Schwellwertspannung ist dann jeg liches Schwingen des Hochfrequenz-Generators durch Sperren des MOSFET-Transistors 38 "erstickt" bzw. unterdrückt, so daß der Hochfrequenz-Generator 10 kein Ausgangssignal mehr liefert. Der MOSFET-Transistor 38 verbleibt in seinem Sperr- oder Aus-Zustand, bis der nächste Zündimpuls 52 (positiver Triggerimpuls) ange legt wird.To end the pulse duration during which the high-frequency generator 10 supplies the nominal high-frequency output power, the gate of the MOSFET transistor 38 is supplied with the negative erase voltage pulse 54 , the amplitude of which must be greater in magnitude than the peak voltage of the gate of the MOSFET -Transistor 38 feedback useful signal 56th With a typical peak voltage of 5 volts of this feedback useful signal 56 during oscillator operation and a gate threshold voltage of approximately 3 volts, the negative erase voltage pulse with the amplitude of -10 volts (generated by the square wave generator 46) Rectangular voltage 49 is about 10 volts), in order to safely transfer the MOSFET transistor 38 from the conductive state to the non-conductive blocking state. This process also takes place “by force” in an extremely short time. However, the erase voltage pulse must have the erase voltage value defined above for a period of time that is longer than the decay time T _AUS . Until the extinction voltage pulse, which is also in the microsecond range, decays to below the sum of the peak voltage and the gate threshold voltage, any oscillation of the high-frequency generator is "choked" or suppressed by blocking the MOSFET transistor 38 , so that the high-frequency generator 10 no longer delivers an output signal. The MOSFET transistor 38 remains in its blocking or off state until the next firing pulse 52 (positive trigger pulse) is applied.

Lediglich in denjenigen Zeitabschnitten, in denen das Gate 36 des MOSFET-Transistors 38 durch die Zündimpulse 52 mit einer Gleichspannung versorgt wird, die oberhalb der Gate-Schwellwertspannung liegt, arbeitet der MOSFET-Transistor 38 nicht im Klasse C Betrieb, sondern im Klasse A, B oder AB Betrieb. Da diese Zeitabschnitte jeweils im Submikrosekunden- bis Mikrosekunden-Bereich liegen, ist der Wirkungsgrad des Hochfrequenz-Genera tors 10 recht hoch.Only in those periods in which the gate 36 of the MOSFET transistor 38 is supplied by the ignition pulses 52 with a DC voltage which is above the gate threshold voltage does the MOSFET transistor 38 not operate in class C operation, but in class A, B or AB operation. Since these periods are each in the sub-microsecond to microsecond range, the efficiency of the high-frequency generator 10 is quite high.

Claims

1. High frequency generator with

- An input ( 30 ) and an output ( 12 ) having an amplifier circuit ( 16 ) with an amplification factor, the amplifier circuit ( 16 ) for amplifying the input signal having a MOSFET amplifying transistor ( 38 ),
- A feedback circuit ( 26 ) having one with the output ( 12 ) of the amplifier circuit ( 16 ) coupled input ( 24 ) and one with the input ( 30 ) of the amplifier circuit ( 16 ) coupled output ( 28 ) and provided with a feedback gain which is greater than or equal to the reciprocal of the gain factor of the amplifier circuit ( 16 ), characterized in that
- That the control input ( 36 ) of the MOSFET amplifier transistor ( 38 ) alternating ignition voltages supplying ignition pulses ( 52 ) for transferring the MOSFET amplifying transistor ( 38 ) from the non-conductive state into the conductive state and erasing voltages supplying erase pulses ( 54 ) for transferring the MOSFET amplification transistor ( 38 ) from the conductive state to the non-conductive state, who supplied the ignition and erase pulses ( 52 , 54 ) opposite polarities sen
- That the ignition and the extinguishing pulses ( 52 , 54 ) each because needle pulses, the time courses of which are such that for a period of time that is at least up to five times as long as the oscillation or the decay period (T _ON , T _OFF ) of the feedback amplifier circuit ( 16 ), at the control input ( 36 ) of the MOSFET amplifying transistor ( 38 ) is a multiple of its gate threshold voltage, and
- That between two successive needle pulses at the control input ( 36 ) of the MOSFET amplifying transistor ( 38 ) only the feedback signal to be amplified is present.

2. Generator according to claim 1, characterized in that the extinction voltage is greater in magnitude than the sum of the peak voltage at the control input ( 36 ) of the MOSFET amplifying transistor ( 38 ) to be amplified voltage signal ( 56 ) and the gate threshold voltage of the MOSFET amplifying transistor ( 38 ).

3. Generator according to claim 1 or 2, characterized in that the control input ( 36 ) of the MOSFET amplifying transistor ( 38 ) is not supplied with an operating point quiescent current.

4. Generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the duration of the ignition and the extinguishing pulses ( 52 , 54 ) is at least up to ten times as large as the transient or off oscillation period (T _ON , T _OFF ) of the feedback amplifier circuit ( 16 ).

5. Generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the needle pulses are generated by differentiating a square wave voltage signal ( 49 ).

6. Generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the frequency of the ignition and the erase pulses ( 52 , 54 ) is adjustable.

7. A method for generating high frequency and suppressing the output voltage signal of a feedback, free-floating high-frequency generator with a MOSFET amplifying transistor, in which

- The MOSFET amplifying transistor ( 38 ) alternately by applying an ignition needle pulse ( 52 ) at its control input ( 36 ) from the non-conductive state to the conductive state and by applying an erase needle pulse ( 54 ) to Ignition needle pulse ( 52 ) of opposite polarity at the control input ( 36 ) is converted from the conductive state back to the non-conductive state, the length of time for which an ignition needle pulse ( 52 ) or an erase needle pulse ( 54 ) has a magnitude of a multiple of the gate threshold voltage of the MOSFET amplifying transistor ( 38 ), is up to at least five times greater than the oscillation or decay period (T _ON , T _OFF ) of the high frequency generator and
- In the time between the application of the ignition and the erase pulses ( 52 , 54 ) to the control input ( 36 ) of the MOSFET amplifying transistor ( 38 ) only the signal to be amplified ( 56 ) which is to be amplified.