Hochevakuiertes Entladungsgefäss mit Elektronenquelle und Anode. Die Erfindunr, hat ein hochevakuiertes Entladungsgefäss mit Elektronenquelle und Anode zum Gegenstand, bei dem die von den Elektronen zwischen Elektronenquelle (Glüh- draht)
und Anode zurückgelegte Wegstreeke von mindestens einem konstanten Magnetfeld tind mindestens einem diesem Feld hinsicht- lieh seiner 'Wirhung auf die freien Elektro nen entgegenwirkenden konstanten elektri- sehen Felde derart beeinflusst wird, dass die Entladungsstrecke als negativer Widerstand %virkt. Das elektrische Feld kann dabei ge bildet werden von einem Hilfselektronen- strom,
der erzeugt wird durch eine die Haupt entladung kreuzende, zwischen einer Glüh- hathode lind einer Anode übergehende Hilfs entladung. Ein derartiges Entladungsgefäss ist verwendbar für alle diejenigen Zwecke, für die Entladungsstrecken mit negativem Widerstand vorteilhaft sind, zum Beispiel züm Erzeugen, Verstärken, Gleichrichten usw. von elektrischen Weehselströmen und Schwingungen.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfin dung in zwei beispielsweisen Ausfüllrungs- formen. Fig. <B>1</B> ist eine Vorderansicht des gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Entladungsgefässes,<B>-</B> - Fig. 2 eine Seitenansicht desselben, und Fig. <B>3</B> ein Schnitt dadurch;
Fig. 4 stellt ein Schaltungsscherna des Entladungsgefässes nach Fig. <B>1</B> bis<B>3</B> für den Fall der Schwingungserzeugung, Fig. 4a eine Schaltung für Verstärkungs- Zwecke dar; Fig. <B>5</B> und<B>6</B> zeigen eine zweite Aus führungsform, des Entladungsgefässes in Ver- biüdung mit andern Schaltungen.
Das Entladungsgefäss nach Fig. <B>1</B> bis 4, das so weit evakuiert ist, dass keine merk liche lonisation, das heisst kein Glimmlicht, an der Elektronenquelle auftritt, enthält einen üblichen Glühdraht<B>1</B> und eine platten- förmige Anode 2. Der Glühdraht kann, um das Heraustreten der Elektronen aus ihm zu erleichtern, von einem an sich bekannten Gitter<B>3</B> umgeben sein, an das eine geringe positive Spannung gelegt ist. Im wesent lichen parallel zu derEntladungsstrecke liegt eine Metallfläclie 4, die zur Erzeugung eines konstanten elektrischen Feldes dient.
In dem ,gezeichneten Beispiel besteht diese Metall- fläehe 4 aus einer parallel zur Entladungs strecke verlaufenden Platte, die uiigef.%hr die Länge, der Entladungsstrecke besitzt. Senk recht zu dem elektrischen Felde ist ein Mag net 5, beispielsweise ein Elektromagnet, an geordnet, dessen Kraftlinien senkrecht zu der Richtung des elektrischen Feldes der Platte 4 (senkrecht zur Papierfläche) stehen. Beide Fel der stehen senkreelit zu der Bewegungsrieli- tung (Peil I in Fig. 4) der Elektronen, die sieh vom Glühdralit <B>1</B> zur Anode 2 bewegen.
Auf die bewegten Elektronen wirken sie einander entgegen, und, zwar üben sie eine seitlich ablenkende Wirkung auf die in der Pfeilrichtung<B>1</B> sich bewegenden Elektronen aus. Das elektrostatische Feld der Platte 4 sucht die Elektronen in der -Richtung der Pfeile<B>11</B> abzulenken, während das inagne- tische Feld sie in der RUchtung des Pfeils<B>111</B> abzulenken strebt. Die Röhre wird bei In betriebnahme so einreguliert, dass die ablen kenden Wirkungen II und III sich gegen seitig aufheben, somit der Weg der Elek tronen im wesentlichen geradlinig zwischen Glühdraht<B>1</B> uind Anode 2 verläuft.
Naeh erstmaliger Einregulierung in die sem Sinne wird nun jede irgendwie (zum Bei spiel durch induktive Überlagerung) hervor gerufene Erhöhung der Spannung zwischen .zlnode 2 und Kathode<B>1</B> eine Vergrösserung der Geschwindigkeit der Elektronen mit sich brinuen. Dadurch -wird die Kraftwirkun- (11) des elektrischen Feldes und auch die jenige (ITI) des magnetischen Feldes auf die Elektronen verändert, und zwar wird die jenige (III) des magnetischen Feldes mehr ärkt als die (II) des elektromagnetischen Feldes,
so (lass ersteres die beseilleuni-ten Elektronen stärker ablenkt das heisst die Bahn der Elektronen wird auf einem Bogen liegen, dessen Ebene etwa senkrecht zur Platte, 4 steht. Jede solche Ablenkung der Elektronen bedeutet eine Verlängerung des Weces der Elektronen. Die Folge dieser Weg- verlän eruno, ist ein Sinken der Feldstärke <B>9</B> 1-# der Anode und eine Folge dieser wiederum eine Verminderung der Elektronenentnahme aus dem Glühdraht.
Das bedeutet also, dass der durch die Entlastungsstreche hindurch gehende Strom trotz Erhöllung der Spannung an der Anode gesunken ist. Dies ist ein Cha- rakteristik-tim eines EntlastungsgefUes mit negativem Widerstand bezw. fallender Cha rakteristik.
Wenn gesagt wurde, dass die Verlänge rung des Weges der Elektronen infolge ihrer Ablenkung durch das magnetische Feld ein Sinken der Feldstärke der Anode herbeiführt, so ist dabei naturgemäss in Rücksicht zu ziehen, dass die Erhöhung der Anodenspan nung vorher selbstverständlich auch ihrer seits eine Erliöhun(, der Anodenfeldstärhe verursacht hatte.
Es hann aber nun leicht durch konstruktive Massnahmeri die Röhre so eingestellt werden, dass die Abnahme der An.odenfeldstärke infolge Ablenkung der Elektronen grösser ist als die vorlierige Zu nahme der Feldstärke infol 'ge der Spannungs erhöhung. Zum Teil trägt auch das Schutz gitter<B>3,</B> das beispielsweise an einer Batterie <B>10.</B> von<B>10</B> bis<B>30</B> Volt Spannung, liegt, mit dazu bei, diesen gewünsehten Effekt zu er zielen.
Die Fig. 4 veranschaulicht ein Sehaltungs- sehema, für den Fall der Schwingungserzeu gung. Der Schwingungskreis <B>6</B> liegt zwischen Kathode<B>1</B> und Anode 2. In den Leitunk-s- zweig zwischen Seliwingungskreis <B>6</B> und Anode 2 ist die Hochspannungsbatterie <B>7,</B> etwa von 9-00 Volt, eingeschaltet. Das elek trische Feld der Platte 4 wird erzeugt durch eine Batterie<B>8</B> von etwa<B>100</B> Volt, deren anderer Pol an der Kathode<B>1</B> liegt.
Der Elektromagnet<B>5</B> erhält eine beliebig geartete li:onstante Stromztifühi-ting, die gegebeneur falls auch von der Batterie<B>9</B> des Glühdrahtes entnommen werden kann.
Der Sehwingungskreis <B>6</B> besteht im ein zelnen aus einer Selbstinduktion 6a und einem parallel dazu liegenden Kondensator <B>6b.</B> Die Schwingungen in diesem Kreise ent stehen in dem Augenblick des Einschaltens und werden verstärkt und aufrechterhalten in derselben grundsätzlichen Weise, wie das bei Hintereinanderschaltung eines solchen Schwingungskreises und eines negativen Wi derstandes bekannt ist (vergleiche Jahrbucli der drahtlosen Telegrapliie und Telephonie, <B>1919,</B> Band 14, Heft<B>1,</B> Seite<B>60</B> und folgende, Fig. <B>11,
</B> sowie Heff 2, Seite<B>161,</B> unter Nr. <B>9,</B> auch Barkhausen, "Das Problem der Seliwin- ('ungserzeugung", Leipzig,<B>1907.</B> Verlag Hir- 7.e.1, Seite<B>68,</B> wo der negative Widerstand, ein Lichtbogen, selbst im Schwingungskreis liegt; bezüglich der verstärkenden Wirkung des ne-,ativen Widerstandes, siehe ebenda Seite 46, Mitte, und Seite 49, unten,<B>µ</B> 22;
über die Äquivalenz der Schaltungsarten ver gleiche Zenneck, "Lehrbuch der dralitlosen Telegraphie",<B>1916,</B> Stuttgart, Seite<B>269,</B> drit ter Absatz).
Ausser als Schwingungserzeuger ist das Entladungsgefäss auch als Verstärker ver wendbar. In diesem Falle wird an Stelle des Schwingtingskreises S <B>6</B> die niederfrequente Verkehrsleitung<B>27,</B> deren Ströme verstärkt worden sollen, beispielsweise mittelst eines Transformators<B>30,</B> wie die Teilfigur 4a zeigt, angeschlossen.
Die als Doppelleitung aus gebildete Verkehrsleitung<B>27</B> verbindet die beiden untereinander verkehrenden Stationen <B>28,</B> 29, und das Entladungsgefäss wird nun mehr so einreguliert, dass sein negativer Wi derstand den positiven Dämpfungswiderstand der Leitung<B>27</B> annähernd ausgleicht. (Bei genauem Ausgleich würde ein Selbsttönen imftreten, das vermieden werden muss.) Diese Methode ist an sieh für solche nach beiden Seiten wirkende Zwischenverstärker mit negativem Widerstand bekannt.
Ein ein seitig wirkender Verstärker entsteht da gegen, wenn man die zu verstärkenden Ströme einer ankommenden Leitung in be kannter Art an ein Gitter des Entladungs gefässes heranführt und an Stelle des Schwingungskreises der Fig. 4, beziehungs weise des Transformators<B>30</B> der Fig. 4a das Telephon der Empfangsstatio-n einschaltet.
Solche einseitigen VersUrker werden be kanntlich auf den Endstationen als so- genannte Endverstärker vorgesehen.<B>All-</B> gemein lassen Röhren mit fallender Charak- teristik (negativem Widerstand) eine Ver. sUtrkung erzielen, die bei weitem diejenige der üblichen dreielektrodigen Entladungs röhren ohne fallende Charakteristik übertrifft, weil der positive Widerstand des Telephons, beziehungsweise der Leitung durch den ne gativen Widerstand der Röhre kompensiert .wird, so dass er verschwindet.
Werden an Stelle der niederfrequenten Mikrophonströme hoeltfrequente Empfangs ströme (zum Beispiel einer funkentelegra- phischen Empfangsstation) an das Gitter, be ziehungsweise die Sonde geleitet, so wirkt das Entladungsgefäss gleichzeitig als Gleich richter, also als Detektor. Wird ferner mit dem erwähnten Telephon noch ein Schwin gungskreis in Reilie geschaltet, so wirkt es als Überlagerer (Ultraaudion).
Uin das Entladungsgefäss als telephoni- sehen Sender für drahtlose Telephonie zu be nützen, sind die Mikrophonströme entweder der Anode, oder der Seitenplatte, oder dem Elektromagneten, oder dem Herauszieligitter, oder der Sonde zuzufüllren.
An Stelle nur eines elektrischen Lind eines magnetischen Feldes könnten naturgemäss auch mehrere Paare solcher Felder derart abwechselnd angeordnet werden, dass der Weg der Elektronen nach Ablenkung durch die macmetischen Felder eine Schlangenlinie n darstellt. Das das elektrische Feld erzeugende Or gan 4 kann anstatt in der Röhre auch ausser <B>halb</B> derselben liegen, oder es kann durch din zweites, entgegengesetzt aufgeladenes Oraan ereänzt werden, das -auf der andern Seite des Entladungsgefässes angeordnet wird.
Letztere Anordnung -würde die Wir kung haben, dass die Kraftlinien des elek trischen Feldes genau senkrecht zur Ent- ladungsstreche verlaufen.
Die Platte 4 und auch die Anode 2 können -auch gitterförmig oder irgendwie durchbrochen sein.
Die Fig. <B>5</B> und<B>6</B> zeigen eine, zweite Ausfüllrungsform des Entladungsgefässes, die den Zweck hat, die Wirkungsweise zu verbessern. Das elektriselie Feld, welches in d(,p Ausführungsform der Fig. <B>1</B> bis 4 ein reines Kraftfeld ist, ist hier zu einem kine tischen Feld -umgewandelt. Zu diesem Zweck.
wird ein Hilfsfeld durch einen Hilfs- fIehtronenstrom hergestellt, der eine die Hauptentladung kreuzende Richtung hat und zwischen einer Hilfs-Glühkathode und (-inpr Anode übergeht. Die quer züm Haupt- el(#litronenstrom flie-enden Seitenelektronen slossen erstere aus ihrer Bahn, und die Folge ist, dass auf diese Weise energischer dif-- Bedingungen für das Entstehen einer fallenden Charakteristik geschaffen werden.
in der Ausführungsform der Fig. <B>1</B> bis 4 findet die Hauptentladang zwischen der Ka thode<B>1</B> und der Anode 2 statt. Die Kathode kann, wie sehon erwähnt, von einem Heraus- ziehgitter <B>3</B> umgeben sein. Das magnetische Feld wird, wie bisher, durch die als strich punktierter Kreis angedeutete Elektromag- netspule <B>5</B> erzeugt.
Neu ist hier, dass gegen über der Seitenplatte 4 (Fig. <B>5)</B> eine zweite Glübkathode 14 angeordnet ist, und die Platte <B>-1</B> zugleich die Anode der erwähnten Hilfs entladung darstellt. Zwischen diesen beiden Elektroden 4, 14 geht der Hilfselektronen- strom über, der denjenigen der Hauptent- Iadting, der zwischen<B>1</B> und 2 übergeht, Die Stosswirkum, dieser Seiten- (Jektronen hängt von ihrer Menge und ihrer G'c#spliwindi,-1,:eit ab.
Letztere kann durch Änderung der zwischen den Hilfselektroden 4. 14 liegenden Spannung beliebig geändert <B><I>kn</I></B> zn n -werden. Die Men-e der Hilfselektronen hann C durch Änderung der Abmessung des Glüh- f,iden, der ITilfsl,-athode 14 gesteigert wer den. Zweel#:m.Issi(y wird auch die Hilfs- tn hatbode 14 mit einem Herauszieh(,itter 1,1 unIgeben.
Fig. <B>5</B> veranschaulicht, wenn man -ich (h, sz Telephon <B>18</B> zunächst als kurzgeschlossen dünkt, eine reine Generatorschaltung. Die Jureh die Batterie<B>9</B> geheizte Glühkathode<B>1</B> steht über den SeUwingungskreis <B>6</B> und die 11oehspannungsbatterie <B>7</B> mit der Anode 2 in Verbindung. Der Schwingungskreis<B>6</B> ist <B>Z-,</B> mit der Antenne<B>19</B> gekoppelt.
Die Ililfs- hathode 14, die durch die Batterie<B>17</B> geheizt wird, sieht über die Batterie<B>8</B> mit der Hilfsanade 4 in Verbinduno- Das Her-?,u,- 7iehgitter <B>3</B> wird durch eine Batterie<B>10</B> und das Herausziehgitter <B>15</B> durch eine Batterie <B>16</B> positiv aufgeladen.
Die Wirkungsweise des Generators ist genau wie diejenige der el Ausführungsform nach den Fig. <B>1</B> bis 4, nur treten die Bedingungen für eine fallende Cha rakteristik infolge der schärferen Wirkune des durch den Hilfselektronenstrom gebilde- len elektriseben Feldes schärfer auf.
Wird das Telephon <B>18</B> eingeschaltet, so wirkt diese Schaltung als Empfänger für in der Antenne> ankommende ungedämpfte Schwingungen, das heisst als Überlagerungs- empfänger.
Es ist die Haupfanode <B>2,</B> wie auch gegebenenfalls die Hilfsanode 4, mit ihrer Fläche in die Richtung der zu gehörigen Entladungsstrecke, also hochkant zur Kathode 14 bezw. 4, zu legen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass sich die beiden Eleldroneiib,-,ilineii in einer viel bestinimlereii .Linie schneiden.
Besonders bewährt hat sieh die Schaltung nach Fig. <B>6.</B> In dieser ist die Antenne<B>19</B> niche mit dem Seh-vvino,unosI#reis <B>6</B> gekop- n el n pelt, sondern mit einer Spule 20, deren eines Ende mit einem Kondensator 21 in Terbin- clun(r steht. Parallel zu letzterem lie-t ein hohler Widerstand 22.
Die Spule 20 wird einerseits -unmittelbar entweder an ein vor bezw. hinter dem Iferausziehgitter <B>3</B> liegen des Stenergitter der Hauptentladung oder an ein solches der Hilfsentladung angescUlos- 21 tD sen und anderseits über den Kondensator 21 jeweils mit der zugehörigen T-Zathode ver bunden.
Die Steuergitter derlIaaptentladung sind mit<B>23</B> und 24, diejenigen der Hilfs- entladurg mit<B>25</B> und <B>26</B> bezeichnet.<B>EI</B> s wird also der Anschluss <B>F</B> der Spule 20 mit dem Punhi <B>R,</B> und der Anschluss W mit den Punkten 11 oder P verbunden oder der An- schluss <B>Y</B> mit<B>A</B> und der Anschluss B' mit B oder<B>C.</B>
Soll die Schaltum, nach Fig. <B>6</B> für die Zwecke der drahtlosen Telephonie verwendet werden, so wird das Telephon kurzgeschlos- sen und die niederfrequenten Sprechströme eines Mikrophons über einen Eisenkerntrans- forinator an -eines der oben genannten Ste-Liergitter und an die zugehörige Kathode geleitet.
Es werden dabei das eine Mal die Eilfselektronen, das andere Mal die Haupt- elektroneu gesteuert und die ungedämpften Schwingungen der Sprache entsprechend mo- dullert.