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Schaltung und Entladungsröhre zum Verstärken elektrischer Schwingungen.
Die Erfindung betrifft die Verstärkung elektrischer Schwingungen mit Hilfe thermionischer Vorrichtungen. Sind diese Vorrichtungen zu Verstärkungszwecken zu verwenden, so ist bekanntlich eine grosse Steilheit der Charakteristik erwünscht. Bei den gewöhnlichen Dreielektrodenröhren nimmt die Steilheit der statischen Charakteristik nicht unerheblich ab, wenn dem Steuergitter Schwingungen aufgedrückt werden, da diese Schwingungen verstärkt auf die Anode übertragen werden, jodoch in der Phase entgegengesetzt gerichtet sind, so dass bei Zunahme des Gitterpotentials der Anodenstrom zwar unter der Einwirkung dieses ansteigenden Potentials zunimmt, unter der Einwirkung des fallenden Anodenpotentials dagegen abnimmt, so dass sich die resultierende Zunahme des Anodenstroms verkleinert.
Zwecks Behebung dieses Nachteils beim Endverstärker kann in bekannter Weise zwischen dem Steuergitter und der Anode ein sogenanntes Schutzgitter eingeschaltet werden, das auf konstantem ziemlich hohem positivem Potential gehalten wird, wobei sich zugleich die für einen Endverstärker sehr erwünschte Möglichkeit ergibt, eine ausreichende negative Vorspannung an das Steuergitter anzulegen.
Die Wahl eines hohen positiven Potentials ergibt eine grössere Steilheit der Röhrencharakteristik.
Verwendet man aber ein so hohes Potential in einem Verstärker, so tritt die Erscheinung auf, dass beim Sinken des Anodenpotentials der Schutzgitterstrom auf Kosten des Anodenstroms zunimmt und dass, wenn dieser Abfall 110 stark wird, dass das Anodenpotential unter das Potential des Schutzgitters sinkt, einesteils Sekundärelektronen von der Anode zum Schutzgitter übergehen und andernteils ein Teil der Primärelektronen zwischen Schutzgitter und Anode ihre Richtung umkehren und zum Schutzgitter zurückkehren. Beide Erscheinungen haben, die eine in höherem und die andere in geringerem Masse zur Folge, dass der Schutzgitterstrom auf Kosten des Anodenstroms zunimmt, so dass der Vorteil, der mit der Verwendung des Schutzgitters verbunden ist, wieder grösstenteils verloren geht,
indem die Steilheit durch diese Erscheinung herabgesetzt wird.
Die Erfindung gründet sich auf diese Erkenntnis und besteht daher in der Anbringung von Mitteln, durch welche erreicht wird, dass wenn das Anodenpotential fällt, die Rückwirkung auf das Schutzgitter vermieden wird. Dadurch wird man in Stand gesetzt, das Sehutzgitterpotential und damit die Steilheit der Röhre zu erhöhen.
Es können nun eine Reihe von Mitteln angegeben werden, mit denen dieser Zweck erreicht werden kann. Einige dieser Mittel, die wegen ihrer Einfachheit und zweckdienlichen Wirkung besonders empfehlenwert sind, sind die folgenden :
1. Zwischen dem Schutzgitter und der Anode des Endverstärkers wird ein Hilfsgitter angeordnet, das auf einem konstanten Potential gehalten wird, das nicht wesentlich höher, zweckmässig sogar niedriger als der niedrigste Augenblickswert des Anodenpotentials ist.
2. Dem Hilfsgitter werden Spannungswechsel aufgedrückt, die mit den Spannungswechseln der Anode 180 in der Phase verschieden sind.
3. Als Endverstärker wird eine Entladungsröhre mit wenigstens zwei Hilfselektroden zwischen Kathode und Anode verwendet, wobei der Abstand zwischen der Anode und der äusseren Hilfselektrode so gross ist, dass etwaige von der Anode herrührende Elektronen durch die Raumladung verhindert werden, zur erwähnten Hilfselektrode hinüberzugehen.
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4. Man benutzt eine Entladungsröhre mit wenigstens drei Hilfselektroden zwischen Kathode und Anode, wobei die auf der Anodenseite liegende Hilfselektrode mit der Kathode leitend verbunden ist. Diese leitende Verbindung kann dann unbedenldich im Innern der Röhre angebracht werden.
5. Als Endverstärker wird eine Entladungsröhre mit wenigstens zwei Hilfselektroden zwischen
Kathode und Anode verwendet, wobei die Anode eine Anzahl radial zur Kathode gerichteter Scheidewände besitzt. Der Vorteil dieser Bauart soll weiter unten erläutert werden.
Zweckmässig ist bei dieser Bauart der Entladungsröhre die auf der Anodenseite liegende Hilfselektrode aus einer Anzahl parallel zur Kathode verlaufender gestreckter Leiter hergestellt, die je mit einer der Anodenscheidewände und der Kathode in einer einzigen Ebene liegen.
6. Als Endverstärker wird eine Entladungsröhre mit wenigstens zwei Hilfselektroden zwischen
Kathode und Anode verwendet, bei der die auf der Kathodenseite liegende Hilfselektrode die unmittelbar darauffolgende Hilfselektrode gegen die von der Kathode kommenden Elektronen abschirmt. Zu diesem Zweck kann die erste Hilfselektrode z. B. aus einer Anzahl kleiner flacher Bänder bestehen. Auch diese Ausführung soll im nachfolgenden näher erläuterd werden.
7. Als Endverstärker wird eine Entladungsröhre mit einem Schutzgitter verwendet, das auf der Anodenseite nahezu ganz von einem nahe bei diesem Gitter liegenden Hilfsgitter abgedeckt wird, das leitend mit der Anode verbunden ist.
8. Man verwendet eine Endröhre mit Schutzgitter, bei der die wirksamen Elemente des Schutzgitters und jene des Steuergitter einander senkrecht oder nahezu senkrecht kreuzen.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung an Hand einiger Schaltungen und Röhrenbauarten beispielsweise erläutert. Fig. 1 zeigt eine Schaltung, bei welcher der Endverstärker mit einem Hilfsgitter zwischen dem Schutzgitter und der Anode versehen ist und dieses Hilfsgitter auf konstantem positivem Potential gehalten wird. Fig. 2 ist ein Diagramm, auf dem die Potentiale der verschiedenen Elektroden des Endverstärkers nach Fig. 1 aufgetragen sind. Fig. 3 ist eine der Fig. 1 entsprechende Schaltung, mit u. a. dem Unterschied, dass das Hilfsgitter mit der Kathode leitend verbunden ist. Fig. 4,5, 6,7 und 8 stellen schematisch verschiedene Bauarten der als Endverstärker nach der Erfindung zweckmässig zu verwendenden Entladungsröhren dar.
Fig. 9 zeigt eine Schaltung, bei der dem Hilfsgitter Wechselspannungen aufgedrückt werden, die mit den Spannungssehwankungen der Anode 180 in der Phase verschieden sind.
In Fig. 1 stellt 1 einen Transformator mit Eisenkern dar, dessen Sekundärspule mit ihrem einen Ende mit dem Steuergitter 2 der Endröhre verbunden ist, während ihr anderes Ende über eine Vorspannungsbatterie 7 mit dem negativen Ende der Kathode 6 verbunden ist. Die Entladungsröhre ist mit einem Schutzgitter 3 versehen, das mit einem entsprechenden Punkt der Hoehspannungsbatterie 9 verbunden ist, so dass es auf einem hohen positiven Potential gehalten wird, das jedoch etwas tiefer als das mittlere Potential der Anode 5 ist. In dem Stromkreis der Anode 5 liegt ein Anzeigeinstrument 10 (Fernsprecher, Lautsprecher, Schreibvorrichtung od. dgl. ). Die Kathode 6 wird von einer Batterie 8 gespeist, wobei ein nicht dargestellter Regulierwiderstand vorgesehen werden kann.
Zwischen Schutzgitter 3 und Anode 5 ist ein Hilfsgitter 4 angeordnet, das mit einem solchen Punkt der Batterie 9 verbunden ist, dass das Potential von 4 wesentlich niedriger als das des Schutzgitters 3 ist. In dem Diagramm nach Fig. 2 sind die Potentiale der Elektroden 2, 3, 4 und 5 graphisch aufgetragen, um den Verlauf des elektrischen Feldes innerhalb der Entladungsröhre tu verdeutliehen. Das Potential des Hilfsgitters 4 wählt man so wenig positiv, dass als sicher angenommen werden kann, dass das augen- blickliche Anodenpotential auch bei Höchstwerten der Spannungsamplitude am Steuergitter 2 nie wesentlich unter das Potential von 4 sinken wird.
Auf diese Weise wird endgültig verhütet, dass etwaige von der Anode ausgesandte Sekundärelektroden zum Hilfsgitter 4 hinÜbergehen, da das Potential von 4 nach 5 fast durchwegs anwachsen sein wird.
Die Schaltung kann (Fig. 3) durch Verbindung des Hilfsgitters 4 unmittelbar mit einem der Enden des Heizdrahtes 6 etwas vereinfacht werden. Das Hilfsgitter 4 kommt infolgedessen auf das Potential 0, so dass das mit Bezug auf die etwaigen Sekundärelektronen der Anode Gesagte hier in noch stärkerem Masse gilt, wobei es ausserdem ermöglicht wird, das Gitter 4 innerhalb der Röhre oder gegebenenfalls innerhalb der Röhrenhülse mit der Kathode zu verbinden. Die Anzahl der an der Röhre anzubringenden Kontaktschrauben oder Stifte wird daher um eines verringert. Als zweiter Unterschied gegen Fig. 1 ist zu bemerken, dass das Schutzgitter 3 mit dem positiven Ende der Batterie 9 verbunden ist und auf diese Weise das gleiche Gleichstrompotential wie die Anode 5 erhält. Die von der Endröhre abzugebende Leistung wird hiedurch gesteigert.
In Fig. 4 sind die wichtigsten Teile einer Röhrenbauart nach der Erfindung dargestellt, wobei zwischen Kathode und Anode drei Hilfselektroden angeordnet'sind, deren äusserste mit der Kathode leitend verbunden ist. Die Elektroden sind hier in bekannter Weise mit ihren Trägern, die zum Teil gleichzeitig als Stromzuleitungsdrähte wirken, in die Glasquetschstelle j ! 3 eines Lampenfusses eingeschmolzen. Der Glaskörper, mit dem der Glasfuss verschmolzen wird, ist nicht dargestellt.
Die-Kathode 6 besteht aus einem gestreckten Draht, der zwischen zwei Zuleitungen 11 gespannt ist, deren linke nach obenhin verlängert ist und dort leitend mit einem Metallsteg 12 verbunden ist, der zur Versteifung und Unterstützung des äussersten Gitters 4 dient Dieses Gitter ist im Sinne der
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Erfindung als Hilfsgitter wirksam und ist zwischen der Anode 5 und dem Schutzgitter 3 angeordnet. Letzteres wird in bekannter Weise von einem Tragsteg und zwei in die luetsehstelle 13 eingeschmolzenen Trägern unterstützt, deren rechter durch die Quetschstelle hindurch nach aussen geführt ist.
Zwischen dem Schutzgitter 3 und der Kathode 6 befindet sich ein Steuergitter 2, das ebenso wie die beiden Gitter3 und 4 als schraubenförmig gewundener Draht dargestellt ist, der auf der Unterseite an einem Tragsteg befestigt ist, der mittels zweier Träger in die Quetschstelle 13 eingeschmolzen ist. Von diesen zwei Trägern ist nur der linke ausgeführt. Die Anode 5 wird in bekannter Weise von einem steifen mittleren Träger unterstützt ; der in die Quetschstelle 13 eingeschmolzen und durch diese Quetschstelle hindurchgeführt ist. Insgesamt hat man somit 5 nach aussen führende Drähte, von denen z. B. 4 mit Kontaktstiften der unteren Fläche der Rohrenhülse verbunden werden können, während der fünfte, z.
B. der nach aussen führende Draht des Schutzgitters, zu einer Kontaktschraube auf der zylindrischen Seitenwand derselben Hülse geführt werden kann.
Fig. 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Elektroden einer Entladungsröhre von geänderter Bauart. Die Kathode 6 besteht auch hier aus einem gestreckten Draht, der vom Steuergitter 2 umgeben wird, das beliebig ausgebildet sein kann. Rings um das Steuergitter ist ein Schutzgitter 3 angeordnet, das aus einer Anzahl parallel zur Kathode 6 und gemäss Radialflächen angeordneter schmaler Metallbändehen besteht, die an den Enden durch Metallringe miteinander vereinigt sind. Diese Ringe sind in Fig. 6, die einen Längsschnitt durch eine solche Röhrenbauart darstellt, mit 19 bezeichnet. Die Anode 5 enthält eine Anzahl radialer Seheidewände. M, die mit den Bändchen 3 in Flucht liegen, jedoch viel breiter als letztere sind.
Diese Scheidewände sind an den Enden durch flache Ringe 14 zu einem steifen Ganzen vereinigt. Der Zwischenraum zwischen Gitter 3 und Anode 5 wird zweckmässig nur gering gestaltet und auch. die Zwischenräume zwischen den Seheidewänden 5 werden zweckmässig dadurch klein gehalten, dass die Anzahl der Scheidewände gross gewählt wird. Der Zweck dieser Vorrichtung ist, die durch das Gitter 3 hindurchgetretenen Elektronen, die eine Neigung zeigen, anstatt zu der Anode hinüberzugehen, zum Gitter 3 zurückzukehren und die zu diesem Zweck seitwärts aus ihren geradlinigen Bahnen ablenken, durch die Scheidewände 15 abzufangen, so das sie doch wieder zur Anode gelangen.
Bildet man bei dieser Bauart das Steuergitter 2 als eine schraubförmige Windung oder als eine Anzahl paralleler Ringe aus, so kreuzen die Elemente der Gitter 2 und 3 einander senkrecht oder nahezu senkrecht. Dies wird eine günstige Wirkung haben, da die Elektronen hiernach weniger aus ihren geradlinigen Bahnen abgelenkt werden, als wenn die erwähnten Elemente ganz oder nahezu parallel zueinander verlaufen.
Eine andere Bauart, die gleichfalls den Zweck hat, die durch das Schutzgitter hindurchgetretenen.
Primärelektronen an einer Rückkehr zum Schutzgitter zu hindern, ist in Fig. 7 dargestellt. Diese Figur ist ein schematischer Querschnitt durch die Elektroden einer Entladungsröhre nach der Erfindung, bei der das Gitter 2 aus einer Anzahl kleiner, parallel zum Heizdraht 6 verlaufender, flacher Bänder besteht, die senkrecht zu der Ebene liegen, die durch ihre Längsachse und durch die Kathode geht ; auf der von dieser abgewandten Seite der Bänder liegen die Elemente, z. B. Drähte, des Schutzgitters 3, die somit von den Bändchen 2 ziemlich vollständig abgeschirmt werden.
Dies hat zur Folge, dass die Elektronen unter dem kombinierten Einfluss der Gitter 2 und 3 nur wenig abgelenkt werden, so dass sie weniger Neigung zeigen werden, zum Gitter 3 zurückzukehren. Ausserdem werden infolge der abschirmenden Wirkung des Steuergitter 2 auf das Schutzgitter 3 so gut wie gar keine Primärelektronen unmittelbar zum Schutzgitter gelangen. Wird dann rings um das Schutzgitter 3 noch ein Hilfsgitter 4 angeordnet, das die Emission von Sekundärelektronen von der Platte 5 zum Gitter 3 in beschriebener Weise verhindert, so werden alle drei eingangs erwähnten nachteiligen Erscheinungen ausgeglichen.
Bei Anwendung der Erfindung ist es möglich, einen Endverstärker zu verwenden, der in Verbindung mit einer grossen Leistung einen inneren Widerstand hat, der so gross in bezug auf die Impedanz der Anzeigevorrichtung (Lautsprecher od. dgl. ) ist, dass die Stromschwankungen in dieser Vorrichtung genau denselben Verlauf wie die Spannungsschwankungen des Steuergitter der Endlampe haben, so dass die Wiedergabe unverzerrt ist.
In Fig. 8 ist eine dritte Bauart angegeben, bei der die Elektronen an einer Rückkehr zum Schutzgitter gehindert werden. Zu diesem Zweck ist unmittelbar ausserhalb des Schutzgitters ein gegen dieses isoliertes Gitter 16 angeordnet, das mit der Anode 5 leitend verbunden ist (eine bei 17 schematisch angegebene leitende Verbindung) und dessen Elemente den Elementen des Schutzgitters entsprechen.
Kehren nun Elektronen in dem Raum zwischen 16 und 5 ihre Bewegungsrichtung um, so gelangen sie zum übergrossen Teil auf die Aussenflächen der Elemente 16 und nicht auf das Gitter 3.
Fig. 9 zeigt eine Schaltung für eine Fünfelektrodenröhre, bei der das zwischen der Anode 5 und dem Schutzgitter 3 vorhandene Schutzgitter 4 mit einem Punkt verbunden ist, dessen Spannungsschwankungen jenen der Anode in der Phase entgegengesetzt sind. Zu diesem Zweck liegt im Anodenstromkreis die Primärspule eines Transformators 18, in dessen Sekundärstromkreis der Indikator 10 eingeschaltet ist. Das Hilfsgitter 4 ist nun leitend mit dem Ende der Sekundärspule verbunden, dessen Potential von dem der Anode 180 in der Phase verschieden ist.
Dies führt zum Ergebnis, dass bei passender
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Wahl der Dimensionen der Elektroden und des Übersetzungsverhältnisses von J das elektrische Feld zwischen den Gittern 3 und 4 von Potentialschwankungen an der Anode nicht beeinflusst wird.
Die Erfindung umfasst daher alle jene Mittel, die entweder für sich oder in Verbindung angewendet
EMI4.1
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Erhöhung der Verstärkerwirkung von Entladungsröhren, welche mit einem Schutzgitter zwischen Anode und Steuergitter versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, (z. B. ein Hilfsnetz, eine besondere Ausgestaltung der Anode bzw. des Schutznetzes, eine Vergrösserung des Abstandes zwischen diesen beiden Organen od. dgl.), welche die Rückwirkung der Anodenpotentialschwankungen auf das Schutznetz herabsetzen.