Schaltung zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen. Die Schwingungen, die mit einer Schal tung erzeugt werden können, bei der ,die Elektronen in einer Entladungsröhre von einem Magnetfeld beeinflusst werden, lassen sich in verschiedene Gruppen einteilen.
So können z. B. mit einer Oszil- latorröhre, die eine zylindrische Anode auf weist, die ihrerseits eine .geradlinige Kathode symmetrisch umgibt, Schwingungen erzeugt werden, deren Sehwi baungszeit von der glei chen Grössenordnung wie die Umlaufzeit der Elektronen in der Röhre ist. Die Frequenz dieser Schwingungen ist proportional zu der Stärke des Magnetfeldes.
Eine zweite Art von Schwingungen kann mit einer Oszillatorröhre erzeugt werden, in der zwei oder mehr Anoden symmetrisch in bezug auf eine Kathode angeordnet sind und bei der ein negativer Widerstand auftritt, wenn an zwei einander .gegenüberliegenden Anoden ein Potentialunterschied angelegt wird.
Wird zwischen zwei einander gegen überliegenden Anoden ein Schwingungskreis angeschlossen, so werden infolge ödes nega tiven Widerstandes in diesem Kreis- 'Schwin- gungen erzeugt, deren Frequenz :durch -die Eigenfrequenz des ,Schwingungskreises be dingt ist. Die Frequenz dieser Schwingungen ist von der Stärke des Magnetfeldes unab hängig.
Eine dritte Gruppe von Schwingungen wird erhalten, wenn bei einer Oszillatorröhre, die ein oder mehrere Anodenpaare aufweist, die gleichmässig am Röhrenumfang angeord net sind und eine Kathode umgeben, die Stärke des -Magnetfeldes grösser als die Feld stärke gemacht wird,
bei welcher der Anoden strom bei Abwesenheit von Schwingungen einen Mindestwert erreicht. Es werden in diesem Fall Schwingungen erhalten, deren Frequenz der Magnetfeldstärke umgekehrt proportional ist. Das Auftreten dieser Schwingungen lässt sich anhand der Bewe- gungs;gleichungen für die Elektronen in der Röhre erklären.
Es folgt-aus-,diesen Glei chungen, dass beim Vorhandensein einer kleinen Wechselspannung zwischen den zwei Anoden einer Oszillatorröhre, die Elektronen die Anode erreichen können, nachdem sie mit 01 ei chbleibender Winkelgeschwindigkeit eine schraubenlinienförmige Bahn zurückgelegt haben.
Es ergibt sich, dass die lineare Ge- schwindigkeit, mit der die Elektronen auf .die Anode auftreffen, viel geringer ist als die der Anodengleichspannung entsprechende Geschwindigkeit, so dass kräftige Schwin- gungen erzeugt werden können.
Die Fre quenz der erzeugten Schwingungen wird bei einer Generatorröhre mit zwei Anoden an nähernd durch ,die Gleichung
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bestimmt, in der V., die Anodengleichspan nung, r., den Abstand der iSymmetrieachse von den Anoden und H die Stärke des Mag netfeldes bezeichnet.
Die physikalischen Vorgänge der Sehwin- gungserzeugung dritter Art, wie sie vor stehend erwähnt sind, sind in einem Schrift satz von K. Posthumus, "Oscillations in a. split anode magnetron" in der Zeitschrift "Wireless Engineer" vom März 1935, Seiten 126-132 eingehend beschrieben worden.
Die Erfindung bezieht ,sich auf eine Schaltung, die eine Oszillatorröhre mit zwei oder mehr Anodenpaaren enthält und .die sich zum Erzeugen von Schwingungen der letzt genannten Art eignet. Ein besonderer Vor teil dieser Art von iSchwingungen ist, dass sie mit einem erheblich grösseren Wirkungsgrad erzeugt werden können, als dies bei den an dern Schwingungsarten möglich ist.
Bei An wendung einer Schaltung gemäss der Erfin dung kann :der Wirkungsgrad mehr als 50 betragen, während beim Erzeugen der erst genannten Schwingungsarten ein Wirkungs- graU von höchstens 30 % erhalten wird.
Wird zur Erzeugung von .Schwingungen der .dritten Art, deren Frequenz der Magnet feldstärke umgekehrt proportional ist, eine Oszillatorröhre-verwendet, die zwei oder mehr- Anodenpaare aufweist, die mit einer Aus- gangsimpedanz derart verbunden sind, dass das Potential jeder Anode dem Potential der näohstliegenden Anoden entgegengesetzt ist, so können höhere Frequenzen erhalten wer den,
als dies bei Verwendung einer Oszilla- torröhre mit zwei Anoden der Fall ist. Es können nämlich bei Anwendung einer .der artigen Röhre Schwingungen erzeugt wer den, deren Frequenz annähernd durch die Gleichung
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bestimmt wird.
Diese Frequenz ist also zweimal ,so hoch wie die Frequenz, die mit einer Oszillatorröhre mit zwei Anoden erhal ten werden kann. :Sind Schwingungen von noch höherer Frequenz erwünscht, so kann eine 0szillatorröhre mit drei oder mehr Ano denpaaren angewendet werden, die auf ähn liche Weise mit einer Ausgangsimpedanz verbunden sind.
Es macht sich dabei jedoch der Übelstand geltend, dass bei einem bestimmten Wert der Magnetfeldstärke die Selbsterregungsneigung um so kleiner ist, je grösser die Anzahl der Anoden der Oszillatorröhre ist. Es ergab sieh ausserdem, dass bei einer bestimmten Oszilla- torröhre die Selbsterregungsneigung abnimmt, wenn die Felästärke zunimmt.
Diese Übelstände werden erfindungs- gemäss :dadurch beseitigt, dass die Kathode, die Anoden und die iblagnetisierungsspule derart in bezug aufeinander angeordnet wer den, dass mindestens eines der schwingungs erzeugenden Felder, das heisst das Magnet feld oder das elektrische Wechselfeld zwi schen den Anoden oder beide Felder unsym- metrisch in bezug auf wenigstens einen Teil der Kathode sind.
Die Erfindung wird anhand der Zeich nung näher erläutert, in der einige Ausfüh rungsbeispiele dargestellt sind, und in der lediglich die zum richtigen Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile dargestellt sind.
In Fig. 1 ist eine Oszillatorröhre dar- 1);estel.lt, die zwei Paare Anoden 2l. 4-Und 3; J tiuf -eist, die gleichmässig am Röhrenumfang angeordnet sind und abwechselnd unmittel bar miteinander verbunden sind.
Zwischen dem Anodenpaar 2, 4 und,dem Anodenpaar .\3, 1 liegt ein auf die zu erzeugende Frequenz abgestimmter .Schwing ngskreis 6, der aus gleichmässig verteilter iSelbstinduktion und Kapazität besteht. Die Anodenspannungs- quelle ist einerseits mit einem Punkt der zur Abstimmung des Kreises 6 ,dienenden Brücke 7 und anderseits mit der Kathode 8 der Os- zillatorröhre verbunden.
Die Kathode 8 ist geradlinig und steht senkrecht auf ,der Zeich nungsebene. Die Feldspule, die mit gleich gerichtetem Wechselstrom oder Gleichstrom gespeist wird und derart angeordnet ist, dass die Kraftlinien parallel zur Kathode ver laufen, ist in der Figur nicht dargestellt. Die Mabo-netfeldstärke in der Röhre ist so viel grösser als die Feldstärke, bei welcher der Anodenstrom bei Abwesenheit von Schwin gungen einen Mindestwert erreicht, gewählt, dass mit der besehrieben.en Schaltung Schwin gungen erzeugt werden,
deren Frequenz der Magnetfeldstärke praktisch umgekehrt pro portional ist. Die Abstände der Kathode 8 von,den Anoden \?, 3, 4 und 5 sind verschie den, so dass das elektrische Wechselfeld zwi- chen den Anoden in bezug auf die Kathode unsymmetrisch ist.
Es wird dadurch er reicht, dass bereits vor dem Auftreten von Schwingungen sich Elektronen in denjenigen Gebieten befinden, in denen ein elektrisches Weehselfeld auftritt, sobald an die beiden Anodenpaare 2, 4- und 3. 5 eine kleine Ano denwechselspannung gelangt. Infolge des Vorhandenseins der Tangentialwechselkraft, die vom elektrischen Wechselfeld auf die Elektronen ausgeübt wird, können die Elek tronen auf schraubenlinienförmigen Bahnen die Anoden erreichen und können Schwin gungen erzeugt werden. Je grösser die Mag netfeldstärke ist, desto weiter ist das Gebiet, in dem sich die Elektronen vordem.
Auftre ten von Schwingungen befinden, von dem Gebiet entfernt, in dem die Tangentialwech- selkra.ft auftritt und desto grösser muss die Exzentrizität des Glühdrahtes sein. Das Gleiche gilt für eine Entladungvröhre mit einer grösseren Anzahl von Anodenpaaren, da in diesem Fall das Gebiet, in dem das elek trische Wechselfeld auftritt, mehr in der Nähe der Anoden liegt und demnach weiter von dem Gebiet entfernt ist., in dem sich die Elektronen befinden.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird eine geradlinige Kathode verwendet, die jedoch einen gekrümmten Teil aufweist und symmetrisch in bezug auf die Anoden liegt. Eine derartige Kathode ist in Fig. 2 beispielsweise dargestellt, in der 8 die Hauptteile der Kathode und 8a den ge krümmten Teil derselben bezeichnet.
Bei einer Oszillatorröhre mit einer derartigen Kathode wird die gewünschte Wirkung in folge des Umstandes erreicht, dass sich vor dem Auftreten von Schwingungen die vom gekrümmten Teil 8a ausgesandten Elektro nen in einem Gebiet befinden, in dem beim Anlegen einer Wechselspannung an die Anoden ein elektrisches Wechselfeld auf tritt.
Bei einer dritten Ausführungsform wird eine Kathode verwendet, die aus zwei oder mehr parallelen Drähten besteht. Diese Aus führungsform ist im Schnitt in Fig. 3 dar gestellt, in der die geradlinigen Teile der Kathode mit 8, 9, 10 und 11 bezeichnet sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine geradlinige Kathode verwendet, die einen Winkel mit der Symmetrieachse der Anodenpaare bildet.
Die angestrebte Wirkung kann auch un ter Anwendung einer Entladungsröhre, bei der eine geradlinige Kathode in der Symme trieachse der Anodenpaare angeordnet ist, er reicht werden durch eine derartige VerscUie- bung der Magnetisierungsspule in bezug auf die Kathode, dass diese Achse zwar noch parallel zur Kathode ist, aber nicht mehr mit ihr zusammenfällt. Diese Massnahme kann gewünschtenfalls in Vereinigung mit einer der bereits erwähnten angewendet werden.
Circuit for generating electrical oscillations. The vibrations that can be generated with a circuit in which the electrons in a discharge tube are influenced by a magnetic field can be divided into different groups.
So z. B. with an oscillator tube, which has a cylindrical anode, which in turn surrounds a straight cathode symmetrically, vibrations can be generated whose visual time is of the same order of magnitude as the circulation time of the electrons in the tube. The frequency of these oscillations is proportional to the strength of the magnetic field.
A second type of oscillation can be generated with an oscillator tube in which two or more anodes are arranged symmetrically with respect to a cathode and in which a negative resistance occurs when a potential difference is applied to two opposite anodes.
If an oscillating circuit is connected between two opposing anodes, oscillations are generated in this circle due to the dull negative resistance, the frequency of which is determined by the natural frequency of the oscillating circuit. The frequency of these vibrations is independent of the strength of the magnetic field.
A third group of vibrations is obtained when the strength of the magnetic field is made greater than the field strength in an oscillator tube that has one or more pairs of anodes which are evenly arranged on the tube circumference and surround a cathode,
at which the anode current reaches a minimum value in the absence of vibrations. In this case, vibrations are obtained, the frequency of which is inversely proportional to the magnetic field strength. The occurrence of these oscillations can be explained using the equations of motion for the electrons in the tube.
It follows from these equations that when there is a small alternating voltage between the two anodes of an oscillator tube, the electrons can reach the anode after they have traveled a helical path at a constant angular velocity.
The result is that the linear speed with which the electrons strike the anode is much lower than the speed corresponding to the DC voltage of the anode, so that powerful oscillations can be generated.
The frequency of the generated vibrations is approximated by the equation for a generator tube with two anodes
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determines, in the V., the DC anode voltage, r., the distance of the axis of symmetry from the anodes and H denotes the strength of the magnetic field.
The physical processes of visual oscillation generation of the third kind, as mentioned above, are in a writing by K. Posthumus, "Oscillations in a. Split anode magnetron" in the magazine "Wireless Engineer" from March 1935, pages 126- 132 has been described in detail.
The invention relates to a circuit which contains an oscillator tube with two or more pairs of anodes and which is suitable for generating oscillations of the last-mentioned type. A particular advantage of this type of vibrations is that they can be generated with a significantly greater degree of efficiency than is possible with the other types of vibrations.
When using a circuit according to the invention: the efficiency can be more than 50, while when generating the first-mentioned types of vibration, an efficiency of at most 30% is obtained.
To generate oscillations of the third type, the frequency of which is inversely proportional to the magnetic field strength, an oscillator tube is used which has two or more pairs of anodes connected to an output impedance in such a way that the potential of each anode corresponds to the potential is opposite to the nearest anode, higher frequencies can be obtained,
than is the case when using an oscillator tube with two anodes. When using a tube of this type, vibrations can be generated whose frequency is approximated by the equation
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is determined.
So this frequency is twice as high as the frequency that can be obtained with an oscillator tube with two anodes. : If vibrations of an even higher frequency are desired, an oscillator tube with three or more anode pairs can be used, which are connected in a similar way to an output impedance.
However, the disadvantage is that, at a certain value of the magnetic field strength, the tendency to self-excitation is smaller, the greater the number of anodes of the oscillator tube. It also showed that with a certain oscillator tube the tendency to self-excitation decreases as the field strength increases.
According to the invention, these inconveniences are eliminated by the fact that the cathode, the anodes and the anti-magnetic coil are arranged in relation to one another in such a way that at least one of the oscillation-generating fields, i.e. the magnetic field or the alternating electrical field between the anodes or both Fields are asymmetrical with respect to at least part of the cathode.
The invention is explained in more detail with reference to the undersigned voltage in which some Ausfüh approximately examples are shown, and in which only the parts necessary for a correct understanding of the invention are shown.
In Fig. 1 an oscillator tube is shown 1); estel.lt, the two pairs of anodes 21. 4-and 3; J tiuf -eist, which are evenly arranged on the circumference of the tube and are alternately connected directly to one another.
Between the pair of anodes 2, 4 and the pair of anodes. \ 3, 1 there is an oscillating circuit 6 which is tuned to the frequency to be generated and consists of evenly distributed self-induction and capacitance. The anode voltage source is connected, on the one hand, to a point of the bridge 7, which is used to tune the circuit 6, and, on the other hand, to the cathode 8 of the oscillator tube.
The cathode 8 is straight and is perpendicular to the drawing plane. The field coil, which is fed with rectified alternating current or direct current and is arranged such that the lines of force run parallel to the cathode, is not shown in the figure. The Mabo-net field strength in the tube is so much greater than the field strength at which the anode current reaches a minimum value in the absence of vibrations, selected so that vibrations are generated with the described circuit,
whose frequency is practically inversely proportional to the magnetic field strength. The distances between the cathode 8 and the anodes 3, 4 and 5 are different, so that the alternating electrical field between the anodes is asymmetrical with respect to the cathode.
It is thereby sufficient that electrons are already in those areas before the occurrence of oscillations, in which an electrical alternating field occurs as soon as a small anode alternating voltage reaches the two anode pairs 2, 4 and 3. As a result of the presence of the tangential alternating force which is exerted on the electrons by the alternating electric field, the electrons can reach the anodes on helical paths and vibrations can be generated. The greater the magnetic field strength, the wider the area in which the electrons were previously.
Occurrence of vibrations are removed from the area in which the tangential alternating force occurs and the greater the eccentricity of the filament must be. The same applies to a discharge tube with a larger number of anode pairs, since in this case the area in which the electrical alternating field occurs is closer to the anodes and therefore further away from the area in which the electrons are located are located.
In a second embodiment of the invention a rectilinear cathode is used, but which has a curved portion and is symmetrical with respect to the anodes. Such a cathode is shown in Fig. 2, for example, in which 8 denotes the main parts of the cathode and 8a denotes the curved part thereof.
In the case of an oscillator tube with such a cathode, the desired effect is achieved as a result of the fact that, before the occurrence of vibrations, the electrons emitted by the curved part 8a are in an area in which an alternating electrical field occurs when an alternating voltage is applied to the anodes occurs.
A third embodiment uses a cathode consisting of two or more parallel wires. This form of implementation is shown in section in Fig. 3, in which the rectilinear parts of the cathode with 8, 9, 10 and 11 are designated.
In a further embodiment, a rectilinear cathode is used which forms an angle with the axis of symmetry of the anode pairs.
The desired effect can also be achieved using a discharge tube in which a rectilinear cathode is arranged in the axis of symmetry of the anode pairs; it can be achieved by shifting the magnetizing coil with respect to the cathode so that this axis is still parallel to the cathode is, but no longer coincides with it. This measure can, if desired, be used in conjunction with one of those already mentioned.