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Anordnung mit einer Elektronenröhre.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass es nicht nötig ist, zur Verbesserung der Wirkungsweise einer Verstärkerröhre zusätzliche Zwischengitter zu verwenden, sondern dass es vielmehr auch mit andern und einfacheren Mitteln gelingt, hohe Verstärkung ohne störende Nebenerscheinung zu erreichen. Schutz-und Schirmgitter waren eingeführt, um die die Verstärkung vermindernde Anodenrückwirkung bzw. die kapazitive Beeinflussung des Steuergitters zu verhindern ; derartige Gitter sind mit positiven Gleichspannungen zu betreiben und verbrauchen einen im Verhältnis zum Anodennutzstrom erheblichen Verluststrom. Es zeigte sich ferner bei der Weiterentwicklung derartiger Röhren die Notwendigkeit zur Einführung eines weiteren Gitters (Fanggitters) zwecks Vermeidung des Überganges von Sekundärelektronen zwischen der Anode und dem Schirmgitter.
Zur Vermeidung der Nachteile der hilfsgitterfreien Röhre, in erster Linie also der Dreielektrodenröhre, sind auch noch andere Mittel vorgeschlagen und angewendet worden. Die kapazitive Rückwirkung der Anode wurde durch Neutralisations-bzw. Neutrodyneschaltungen ausgeglichen, die im wesentlichen darin bestanden, dass das Steuergitter über eine zweite, der Anoden-Steuergitter-Kapazität gleiche Kapazität auch gegenphasig aufgeladen wurde und somit insgesamt ungeladen blieb. Eine bekannte Neutralisationssehaltung enthält beispielsweise eine Doppelgitterröhre in Raumladeschaltung, bei der dem Raumladegitter ausser der üblichen positiven Vorspannung eine zur Anodenwechselspannung gegenphasige Wechselspannung zugeführt wird.
Um die Entkopplung von Anode und Steuergitter frequenzunabhängig zu machen, ist angegeben worden, dass das Verhältnis der Teilkapazitäten zwischen der Anode und den beiden wechselspannungsführenden Gittern gleich dem Verhältnis der Teilkapazitäten zwischen der Kathode und diesen beiden Gittern sein soll. Bei dieser Schaltung ist aber zu beachten, dass die zur Beseitigung der Anodenrückwirkung dienende Elektrode auf der einen und die Anode selbst auf der andern Seite des Steuergitters angeordnet ist. Es wird also nur der Einfluss der Anodenwechselspannung auf das Steuergitter, nicht aber auf andere Teile des Elektrodensystems aufgehoben und ferner wirkt die am Raumladegitter auftretende Wechselspannung auch auf den Emissionsstrom ein.
Die Anodenrückwirkung infolge des Einflusses des Aussenwiderstandes hat man vielfach durch Rückkopplung auf das Steuergitter selbst aufgehoben.
Es hat aber bisher an Vorschriften gefehlt, diese Schaltungsmassnahmen durch geschickte bauliche Anordnungen in der Röhre zu ersetzen und von vornherein bei der Konstruktion der Röhre Bedacht auf eine betriebs-und schaltungstechnisch einfache Verwendung der hochverstärkenden Elektronenröhre zu nehmen.
Die Erfindung besteht in einer Anordnung mit einer Elektronenröhre zur Aufhebung der Rückwirkung des Wechselpotentials einer Elektrode auf eine andere Elektrode durch eine eine gegenphasige Wechselspannung führende Zusatzelektrode und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzelektrode, die mit der rückwirkenden Elektrode, wie an sich bekannt, mehrfach ineinandergreift, so fein unterteilt ist, dass sich an jeder Stelle der Nachbarelektrode die von den beiden Elektroden hervorgerufenen Wechselpotentiale aufheben.
Erfindungsgemäss enthält eine Elektronenröhre ausser einer Kathode K, einem Steuergitter G und einer Anode A, noch eine Zusatzelektrode At in solcher Anordnung, dass der Durchgriff al der
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zur Steuergitter-Zusatzelektrodenkapazität CA2G (wobei als Kapazitätsbelegungen die Elektroden samt ihren Zuleitungen in Rechnung gestellt werden). Im einfachsten, aber auch wohl üblichsten Sonderfall werden diese Verhältnisse den Wert l haben, d. h. die Durchgriff, Kapazitäten und Wechselspannungen von Anode und Zusatzelektrode werden untereinander gleich sein. In der folgenden Erklärung ist I dieser Sonderfall in den Vordergrund gestellt ; der allgemeinere Fall ergibt sich dann ohne weiteres.
Es sollen also folgende Bedingungen erfüllt sein : al = α2 und CA1G = GAc, für jeden aktiven Punkt der Kathode.
Es sind Röhren bekannt, die trotz einer äusserlichen Ähnlichkeit mit dem Anmeldungsgegenstand nicht verwechselt werden dürfen. Beispielsweise hat man die Anoden von einer als Mehrphasen- gleichrichter für technischen Wechselstrom arbeitenden Röhre in aus einzelnen Drähten bestehende
Gruppen zerlegt und diese so angeordnet, dass die Teile der einen Gruppe zwischen denen der andern stehen ; bei diesen Röhren ist weder Näheres über das Verhältnis der Teilkapazitäten bekannt, noch spielt dieses dort eine Rolle.
Ferner sind aus dem Schrifttum Röhren bekannt mit zwei Anoden, die spiralförmig gewunden und ineinandergelegt sind. Der Zweck dieser Anordnung ist eine bestimmte Stromverteilung auf die beiden Anoden, die lediglich von den geometrischen Verhältnissen des elektrischen Feldes im Entladungs- raum und der Elektronenbahnen bestimmt wird und weder mit der Grösse der Durchgirffe noch der
Teilkapazitäten etwas zu tun hat.
Schliesslich sei noch erwähnt, dass Röhren mit zwei ineinandergewundenen Gittern bekannt sind ; an diese wurde jedoch nicht die Forderung gestellt, durch entsprechende Abstände zwischen den Gittern und zu den Nachbarelektroden ein einheitliches Feld an den steuerfähigen Teilen der Röhre entstehen zu lassen.
Der Vollständigkeit halber sei auch noch erwähnt, dass auch Neutrodyneschaltungen mit Doppel- gitterröhren bekannt sind, bei denen die Kapazität zwischen dem Steuergitter und der Anode durch die natürliche Kapazität zwischen dem Steuergitter und dem zweiten Gitter ausgeglichen wird. Dabei wird jedoch weder von den Möglichkeiten Gebrauch gemacht, die sich gemäss der Erfindung aus der innigen Vermischung der Felder zweier zusammenarbeitender Elektroden und aus der Wahl bestimmter
Durchgriffsbeziehungen ergeben.
Eine Anordnung, die den vorhin aufgestellten Bedingungen genügt, ist in Fig. 1 schematisch wiedergegeben. Über der Kathode K und dem Steuergitter G sind die Anode Ai und die Zusatz- elektrode J. a angeordnet, die aus untereinander gleichen Elementen bestehen. Die mit einem Kreisring angedeuteten Elemente der Anode Al und die als schwarz angelegte Kreisflächen dargestellten Elemente der Zusatzelektrode A2 sind untereinander leitend verbunden. Es ist ferner gestrichelt angedeutet, zwischen welchen Punkten die Kapazitäten CA1G und GAG zu messen sind ; durch die von benachbarten
Elementen der Anode bzw. Zusatzelektrode zu je einem Punkt der Kathode führenden und mit o, o ; : bezeichneten Feldlinien ist der Sinn der Durchgriffsangabe verdeutlicht worden.
Eine Anordnung, wie sie z. B. Fig. 2a oder Fig. 2b zeigen, würde zwar auch die Bedingung
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für jeden einzelnen aktiven Punkt der Kathode erfüllen und damit, wie gleich gezeigt wird, die Lösung der gestellten Aufgabe nicht geben. Anordnungen, wie sie die Fig. 2 a und 2 b zeigen, sind in einer Röhre vereinigte, aber schliesslich auch in zwei getrennten Röhren ausführbare und darum dem Wesen der Erfindung nicht gerecht werdende Konstruktionen.
Legt man nämlich an J. i eine positive Gleichspannung Eau., der eine kleinere Wechselspannung A B sin rot, wie sie etwa der Wechselspannung am äusseren Widerstand entspricht, überlagert wird, und an eine negative Gleichspannung Eau, dite
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der Fig. 1 sich über die ganze Kathode, d. h. für jeden ihrer Pnukte, annähernd gleichmässig ein Feld verteilen, das sich zusammensetzt aus :
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Es bleibt also hier lediglich die Gleichspannungskomponente des Anodeneinflusses bestehen ; die Röhre hat einen unendlich hohen Wechselstrominnenwiderstand und ist wegen des Cis = Ce auch kapazitiv rückwirkungsfrei.
Im Falle der Fig. 2 aber ist das Feld an der linken Kathodenhälfte proportional α'(EA1+#E sin #t), an der rechten proportional (EA2+# E sin #t). Rechts flösse wegen
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der Nachbarschaft der Kathode, nämlich an der der Kathode vorgelagerten Umkehrstelle der Elektronen, für jeden ihrer Punkte notwendig, um eine Abhängigkeit des Stromes von den Wechselspannungen an Al und A2 zu vermeiden. An diesem Zusammenhang wird nichts geändert durch das Anlegen von Spannungen an das Steuergitter. Dieses ist vielmehr dann die allein wirksame Steuerelektrode des Systems.
Ein beispielmässiges Schema für Röhre und Schaltung gibt die Fig. 3. Die von einer Antenne a aufgenommenen Schwingungen werden über eine induktive Kopplung dem Gitterkreis der Röhre R, welche die in Fig. 1 dargestellten Elektroden enthält, zugeführt. Der aus den Induktivitäten L und
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der Kapazität 0 bestehende Ausgangskreis liegt zwischen der Anode At und der Zusatzelektrode A2 und ist durch die Blockkondensatoren OB gleichstrommässig unterteilt, so dass den Elektroden , verschiedene bzw. verschieden gepolte Gleichspnnungen EA1 und EA2 zugeführt werden können. Der Aussenwiderstand kann, wie dargestellt, als abgestimmter Schwingungskreis oder auch als Zwischenfrequenzfilter oder als Transformator ausgebildet sein.
Die Anzapfung und Erdung des Aussenwiderstandes erfolgt zweckmässig an einer solchen Stelle, dass sich mindestens für eine Frequenz die Wechselspannungen an J. i und A2 umgekehrt wie die zugehörigen Durchgriffe al und α2 verhalten.
Ist somit bewiesen, dass nur eine solche Anordnung von J. i und A2 die ausreichenden Bedingungen erfüllen kann, bei der die von A1 und A2 ausgehenden Felder sich sehr innig vermischen, insbesondere also die Durchgriffbestimmung für jeden Kathodenpunkt gilt, so hat eine solche Anordnung auch gleichzeitig den Vorteil, dass die Bedingungen al = < Xz und C == Cc auch dann noch hinreichend erfüllt sind, wenn durch die zwangläufig bei der Fertigung beim Versand und im Betrieb auftretenden Fehler oder durch mechanisch-thermische Beanspruchungen eine Verschiebung der Elektroden zueinander auftritt.
Denn die Bedingung 11. 1 = a2 für jeden Punkt der Kathode setzt eine innige Verflechtung der Elektroden J. i und A2 untereinander voraus, die zweckmässig auch konstruktiv in der Ausbildung dieses Elektrodenpaares zu einem konstruktiven Bauelement ihren Ausdruck findet. Fig. 4 a und b geben schematische Beispiele für eine derartige Vereinigung.
In Fig. 4 a ist angenommen, dass die Anode At und die Zusatzelektrode A2 aus je einer Drahtwendel bestehen und derart ineinandergelegt sind, dass sie zusammen eine zweigängige Schraube bilden.
Die beiden Elektroden werden von je einer Haltestrebe getragen, wobei die Windungen von J. i an die obere Strebe Bi und die Windungen von A2 an die untere Strebe H2 punktförmig angeschweisst sind.
Gemäss Fig. 4 b bestehen die Elektroden J. j und A2 aus zueinander parallelen Drähten, von denen jeder mit dem übernächsten verbunden ist. Die Drähte werden durch beiderseits angeordnete Isolierringe Hs gehalten.
Die Erfüllung der Bedingung al = 11. 2 für jeden Punkt der Kathode ist besonders wichtig bei Röhren, in denen der Durchgriff, z. B. längs der Kathodenachse, ungleich ist. Hiebei ist es zweckmässig, dass die Richtung, in der sich der Durchgriff ändert (z. B. also die Kathodenachse) sich kreuzt mit der Richtung, in der die Elemente der Anode bzw. der Zusatzelektrode geschichtet sind.
Der allgemeinere Fall α1 = , usw. bedarf nach vorstehendem keiner weiteren Erörterung. Er kann eine Rolle spielen, z. B. im Falle der Zwischenfrequenz-oder Niederfrequenzverstärkung, bei dem es mehr auf die Verstärkung einer Stufe als auf die Vermeidung der Anodenrückwirkung mit saubersten Mitteln ankommt.
Es lassen sich ferner noch zusätzliche Bemessungs-, Ausführungs-und Schaltungsvorschriften angeben, die sich aus dem Wesen der Erfindung und dem praktischen Gebrauch ergeben. Den Durchgriff a wird man möglichst gross wählen, um bei kleiner Anodenspannung Ejti und kleinem Anodenverlust dennoch den nötigen Trägerstrom zu erhalten. Je grösser al und damit auch α2 ist, um so mehr wird aber auch die in der Röhre ebenso wie in der Schaltung praktisch auftretende Unsymmetrie von Bedeutung sein und einen völligen Ausgleich verhindern. Für die Fälle, in denen es Schwierigkeiten macht, von vornherein den Unterschied der Kapazitäten unterhalb eines bestimmten Wertes zu halten, wird man durch eine Zusatzkapazität den endgültigen Ausgleich schaffen können.
Um die Rückwirkungsfreiheit in ausreichendem Masse zu gewährleisten, empfiehlt es sich, den Durchgriffsunterschied
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emittierende Glühkathode gedacht ist, was aber die sinngemässe Anwendung der Erfindung auf Glühkathoden ersetzende Elemente, wie virtuelle Kathoden, Austrittsstellen an Blenden oder Gittern, an denen die Elektronen annähernd Nullgeschwindigkeit haben, und kathodenähnliche Plasmen in gasgefüllten Röhren nicht ausschliesst.
Bei den vorhin beschriebenen Anordnungen ist der Anode eine Zusatzelektrode zugeordnet und mit ihr derart innig vereinigt bzw. isoliert ineinandergeschachtelt, dass diese beiden Elektroden eine nach aussen einheitlich wirkende Potentialfläche bilden. Ein Paar so beschaffener Elektroden soll im Anklang an die Eigenschaften eines Dipols als Dipolelektrode bezeichnet werden. Das elektrische Feld Exyz in der Umgebung einer solchen Dipolelektrode kann in Entfernungen, die grösser sind als die Abstände der Einzelelektroden oder ihrer Teile, aber kleiner als die Abstände von irgendwelchen Nachbarelektroden oder steuerfähigen Teilen der Elektronenbahn (z.
B. virtuelle Kathode), überall - insbesondere auch zu beiden Seiten der Dipolelektrode-annähernd dargestellt werden durch den Ausdruck :
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sind zwei kammartig ineinandergreifende Teilelektroden D1, D2 vorhanden, die sich zumindest über die Kathodenlänge q überlappen. Die Fig. 5 b lässt die Lage der Dipolelektrode innerhalb eines
Elektrodensystems erkennen. Es bezeichnen : K die Kathode, A die Anode und pi, p gewohn- liche Gitter.
Zwei kammartig ineinandergreifende Gitter sind bisher nur für einen ganz andern Zweck vorgeschlagen worden, nämlich zur Querablenkung des Entladungsstromes (von oder zu der Anode).
Im vorliegenden Fall ist jedoch eine solche Wirkung nicht nur nicht beabsichtigt, sondern sie soll sogar durch eine hinreichend grosse Ausdehnung der nachfolgenden Elektroden oder durch geschlossene
Bauweise gerade vermieden werden. Es empfiehlt sich insbesondere, die zur Entladungsrichtung senkrecht stehenden Flächen der Elektroden bzw. Dipolelektroden mit ihrer von der Kathode aus gerechneten Ordnungszahl grösser werden zu lassen, so dass jede Elektrode mit Bestimmtheit den von der vorhergehenden Elektrode durchgelassenen Elektronenstrom erfasst. Ferner ist es zweckmässig, einige oder alle Elektroden bzw. Dipolelektroden so, z. B. zylindrisch, auszubilden, dass sie die Kathode umschliessen.
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gleichmässig.
Werden solche Dipolelektroden zwischen andern Elektroden der Röhre angeordnet, so kann man sie sowohl zur Trennung der einzelnen Entladungsabschnitte als auch als Träger anderer Funktionen, z. B. als leistungsabführende Anoden, heranziehen. Denn obgleich die einzelnen Teilelektroden
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A B eine kleinere Spannung (z. B. 5 Volt) und/E20/etwas grösser als/A 111 EI ist, so wirkt die Dipolelektrode mit einem Feld proportional (Eio-Eo), das also gar keine Wechselspannungskomponente
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erregter Hilfsschwingun.
In Fig. 6 ist eine Röhre schematisch dargestellt, die eine Kathode K, eine Anode A und eine aus zwei ineinandergreifenden Elektrodengruppen bestehende Dipolelektrode Ds, die an der Stelle eines Schirmgitters liegt, enthält. Zu beiden Seiten der Dipolelektrode Ds sind gewöhnliche Gitter (Steuergitter) Ci, G2 angeordnet.
In der Röhre nach Fig. 7 ist statt der einfachen Anode eine Dipolelektrode DA vorgesehen ; die übrigen Elektroden sind dieselben wie in Fig. 6.
Ein Beispiel der schaltungsmässigen Verwendung einer Röhre nach Fig. 7 zeigt die Fig. 8. Es handelt sich um eine selbstschwingende Mischröhre, in welcher eine Überlagerungsschwingung #is erzeugt und mit einer Eingangsschwingung me derart kombiniert wird, dass im Ausgangskreis eine Zwischenfrequenz Ms als Summen-oder Differenzfrequenz von roü und mu abgenommen werden kann. Zu diesem Zweck ist an die Dipolelektrode Ds ein auf die Überlagerungsschwingung abgestimmter Resonanzkreis angeschlossen und eine induktive Rückkopplung auf den Stromkreis des Gitters GI hergestellt.
Die von der Antenne gelieferte Eingangsweehselspannung roH wird dem zweiten Steuer- gitter G2 zugeführt. An die als Ausgangselektrode dienende Dipolelektrode DA ist ein auf die Zwischenfrequenz to, abgestimmter Resonanzkreis angeschlossen, von dem aus die Zwischenfrequenz einer weiteren Verwertung zugeführt wird.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.