Schaltungsanordnung zum Empfang elektrischer Schwingungen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Empfang elek- triseher Schwingungen durch Überlagerung mit einer örtlich erzeugten Hilfsschwingung zwecks Erzeugung einer Zwischenfrequenz.
Beim Zwischenfrequenzempfang liegt die Aufgabe vor, zwei verschiedene Schwingun gen, nämlich einerseits ,die von der Antenne aufgenommene und gegebenenfalls durch eine Vorstufe verstärkte Fernwelle und ander seits die im Empfänger selbst erzeugte Über lagerungswelle miteinander derart zu kom binieren, da.B daraus eine in gleicher Weise wie die Fernwelle modulierte Zwischen frequenz gebildet wird.
Dieser Vorgang voll zieht sich in einer eogenannten Mischrohr schaltung, von welcher bereits verschiedene Ausführungsformen bekannt sind. Üm den Empfänger zu vereinfachen, wurde bereits vorgeschlagen, die Funktion des örtlichen Schwingungserzeugers (Überlagerers) und der Mischetufe in. eine einzige Röhre zu- sammenzulegen. Dies ist bekanntlich durch Verwendung einer Röhre, welche zwischen einer Kathode und einer Anode mehrere Gitterelektroden enthält, möglich.
Einer der selben, z. B. dem der Kathode zunächst lie genden Gitter, wird die modulierte Fern welle aufgedrückt. Mittels zweier weiterer aufeinander rückgekoppelter Gitter erzeugt man die Überlagerungmchwingung und diese bildet zusammen mit der Eingangswelle die gewünschte Zwischenfrequenz, die im Ano- denkreils abgenommen werden kann. Hierbei ist es wichtig, den Vorgang der Scliwin- gungserzeugung möglichst unabhängig von der !Steuerung durch die Eingangsspannung zu machen.
Das Verfahren, die .Schwhngungserzeu- gung in der von der EingangswechGelspan- nung gesteuerten Strombahn vorzunehmen, weist einige praktische Nachteile auf. Diese treten insbesondere dann in Erscheinung, wenn man mit der gleichen Röhre auch eine Lautstärkeregelung, etwa zwecks Ausgleichs der atmosphärischen Schwunderscheinungen, vornehmen will.
In diesem Falle wird unter Umständen der Elektronenstrom durch die Wirkung der Steuerelektrode so weit abge drosselt, dass die für die Schwingungserzeu gung erforderliche Stromdichte nicht mehr zur Verfügung steht.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, in einer selbstschwingenden Mischrohrschal- tung eine Röhre mit zwei von einer gemein samen Kathode ausgehenden und zu je einer Anode verlaufenden Entladungsbahnen der artig zu verwenden, dass in der einen Ent ladungsbahn (Hilfsentladungsbahn),die Über lagerungsschwingung durch Rückkopplung von einer positiv vorgespannten Elektrode (Hilfsanode) auf eine Gitterelektrode er zeugt wird und in der andern Entladungs bahn (Hauptentladungsbahn) aus Eingangs und Überlagerungsschwingungen die Kom binationsschwingungen gebildet werden, die an einer positiv vorgespannten Elektrode (Hauptanode)
der Hauptentladungsbahn ab genommen werden. Bei dieser bekannten Schaltung sind zwischen der Kathode und den Anoden zwei Gitter vorhanden, von denen das eine den ganzen Querschnitt der Hilfsentladungsbahn erfasst und zu einem Teil in die Hauptentladungsbahn hineinragt, während das andere Gitter die Hauptentla- dungSbahn ganz erfasst und zu einem Teil in die Ililfsentladungsbahn hineinragt.
Auf diese Weise sollen die Überlagerungsschwin- gungen in die Hauptentladungsbahn hinein geleitet werden; dabei ist jedoch noch keine befriedigende Unabhängigkeit der beiden in der Röhre nebeneinander stattfindenden Vorgänge, nämlich der Schwingungserzeu gung und Mischung erzielt.
Erfindungsgemäss wird daher vorge schlagen, eine selbstschwingende Mischrohr- schältung, bei der in einer Hilfsentladungs- bahn die Überlagerungsschwingung erzeugt wird und in einer Hauptentladungsbahn die Mischung mit den Eingangsschwingungen erfolgt, derartig auszubilden,
@dass in der Hauptentladungsbahn zwischen. Kathode und Hauptanode zwei sich über den ganzen Querschnitt der zugehörigen Entladungsbahn erstreckende Gitter als leistungslos steuer bare ,Steuergitter dienen, dass zwischen den beiden Steuergittern ein auf konstantem, positivem Potential gehaltenes .Schirmgitter vorgesehen ist, dass eines ,der eben genannten Steuergitter mit einer kalten Elektrode :
der Hilfsentladungsbahn elektrisch verbunden ist und .die Eingangsschwingungen dem an dern, nur der Hauptentladungsbahn ange hörenden Steuergitter zugeführt werden.
Durch diese erfindungsgemässe Ausbil dung wird es vermieden, dass die Eingangs wechselspannungen auch steuernd auf die Hilfsentladungsbahn einwirken, und es wird eine einwandfreie Entkopplung des Ein gangskreises vom Oszillatorteil erzielt. In der Hauptentladungsba.hn kann dabei zur Lautstärkeregelung jede beliebige Verände rung des Entladungsstrames vorgenommen werden, ohne dass die Schwingungserzeugung beeinflusst wird.
Eine weitere Verbesserung in diesem Sinne kann erzielt werden, wenn die beiden Anoden gegeneinander praktisch vollkommen elektrostatisch entkoppelt werden. Dies kann durch ihre geometrische Anordnung und durch besondere Abschirmmittel, beispiels- weiGe geerdete Bleche, erreicht werden. Be sonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn die beiden Entladungsbahnen in ver schiedenen Richtungen verlaufen, insbeson dere dann, wenn diese Richtungen einander entgegengesetzt sind.
In besonderen Fällen wird es :sich als vorteilhaft erweisen, auch andere Elektroden der @Iauptentladungsbahn gegenüber Elektroden der Hilfsentladungs- bahn elektrostatisoh abzuschirmen.
Auch für die vorzunehmende Verbindung einer kalten Elektrode der Hilfsentladungs- bahn mit einem Steuergitter der Hauptent- ladungsbahn bestehen prinzipiell verschie dene Ausführungsmöglichkeiten. In bezug auf die Art der miteinander zu verbindenden Elektroden hat es sich als besonders vorteil haft herausgestellt, wenn zwei Gitterelektro den miteinander verbunden. werden. Die elek- frische Verbindung kann entweder durch eine vorgesehene Drahtverbindung oder über einen innerhalb der Röhre befindlichen Kon densator geschehen.
Auch können die beiden miteinander zu verbindenden Elektroden konstruktiv miteinander zu einem Aggregat vereinigt werden, das dann im Sinne der Er findung zwei Elektroden darstellt.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungs gemässen Schaltungsanordnung ist in der Abb. 1 schematisch dargestellt. Der Ein- gangs#hreis LC, welcher von der Antenne<I>A</I> oder einer Vorstufe gespeist wird, liegt zwi schen der Kathode 2 und dem Gitter 6, wel ches durch die Batterie E, negativ vorge spannt wird.
Die Gittervorspannung kann auch in an sich bekannter Weise zum Zwecke einer automatischen Lautstärkeregelung in Abhängigkeit von der Eingangsamplitude variabel gemacht werden; für fliesen Fall wird das Gitter 5 mit "veränderlichem Durchgriff" ausgeführt.
Die beiden,Schirm- gitter 5 und 7 können an derselben positiven Vorspannung liegen und werden daher, um eine Einschmelzung bezw. einen Sockel stecker einzusparen, zweckmässig bereits im Innern des Vakuumgefässes oder des Sockels miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Hilfsanode 4, welche über eine Selbstin duktionsspule L' mit dem positiven Pol der Anodenbatterie EI, verbunden ist, wird auf den im Stromkreis des Gitters 3 liegenden Schwingungskreis L,, C, rückgekoppelt.
Da das Gitter 3 voraussetzungsgemäss sich auch in der zwischen der Kathode 2 und der Hauptanode 8 verlaufenden Hauptstrombahn befindet, wird der dort übergehende Ent ladungsstrom im Takte fier im Hilfsentla- dungskreis erzeugten Schwingung gesteuert. Gleichzeitig unterliegt der zur Anode 8 flie ssende Strom auch -der Steuerwirkung des Gitters 6.
Bezüglich der Wirkungsweise ist zu bemerken, dass die Spannung der Elek trode 6 die Stromverteilung zwischen der Anode 8 und dem ersten Schirmgitter 5 regelt. 'Mit andern Worten: Es wird dadurch die Steilheit<B>S</B> der Anodenstromkennlinie be einflusst, Da man mit Rücksicht auf die An- wesenheit des zweiten .Schirmgitters 7 eine Rückwirkung der Anodenwechselspannung auf den Steuervorgang vernachlässigen darf, kann man den Ansatz machen, dass der Ano denwechselstrom Ja gleich dem Produkt aus der dem Gitter 3 aufgedrückten Überlage rungsspannung E;
1 und der Steilheit S sei (J#, <I>=</I> S # <I>E;;).</I> Da jedoch ,S' eine Funktion f (E,# = Eingangswechselspannung) ist, liegt eine multiplikative Einwirkung der Über lagererspannung E;; und der Eingangsspan nung E,. auf den Entladungsstrom vor.
Auf diese Weise wird die Summen- bezw. Diffe renzschwingung aus Eingangswelle und Überlagererfrequenz gebildet, welche im Anodenkreis abgenommen und durch den auf die übliche Zwischenfrequenz abgestimmten Schwingungskreis L2, C! auf den nach geschalteten Verstärker übertragen wird.
Im Gitterschwingungskreis L,, C, wird zweckmässig noch ein von einem Kondensator C3 überbrückter Ohmscher Widerstand R in Reihe mit der Spule L, eingeschaltet, mit dem es folgende Bewandtnis hat:
Es ist einerseits erwünscht, dass die Überlagerungs- schwingungen leicht einsetzen, anderseits aller wird verlangt, dass die Schwingungs amplitude sich von selbst auf einen möglichst konstanten Wert einstellt; beide Eigenschaf ten vermittelt der Widerstand R. Bevor die Schwingungen auftreten, liegt das Gitter 3 auf Kathodenpotential, und da dann die Steilheit am grössten ist, tritt leicht eine Schwingungsanfachung ein.
Sobald die Schwingungen im Gange sind, fliesst ein Git terstrom, der an dem Widerstand R einen Spannungsabfall erzeugt, demzufolge der Arbeitspunkt sich in das Gebiet negativer Gitterspannungen verschiebt und dadurch die Schwingungsamplitude stabilisiert und begrenzt.
Es kann weiterhin von Vorteil sein, den beiden Hälften des Gitters 3 verschiedene Durchgriffseigenschaften zu erteilen. Für die Schwingungserzeugung ist ein kleiner Durch griff am Platze, da dann kleine Rückkopp lungsspannungen ausreichen, und die sta- tionäre Schwingungsamplitude sich, ins besondere durch die Wirkung -des oben er wähnten Widerstandes- R; auf kleine Werte festlegen lässt.
Für die andere Entladungs bahn spielt dagegen der Aussteuerbereich eine ausschlaggebende Rolle; dieser muss gross sein gegenüber dem Aussteuerbereich der zur Schwingungserzeugung dienenden Entladungsstrecke, damit durch die Über- lagerungsschwingungen keine Übersteuerun gen und keine damit verbundenen Verzerrun gen eintreten, welche wegen der dadurch ent stehenden Oberwellen unbedingt vermieden werden müssen. Aus diesem Grunde wählt man für die beiden Gitterhälften verschiedene Durchgriffe, wobei .der Durchgriff auf der Seite des.
Mischsystems etwa 5 bis 10 Mal so gross wie der Durchgriff auf der Seite des Schwingungsssystems sein soll. Der Durch griff ist hierbei auf die unmittelbar auf die betreffende Gitterhälfte folgende Elektrode zu beziehen, also in dem einen Fall auf den Durchgriff der Hilfselektrode 4 auf die Ka thode und im andern Fall auf den Durchgriff des Schirmgitters 5 auf,die Kathode.
Die For derung eines verschiedenen Durchgriffen ist insbesondere dann leicht zu erfüllen, wenn das Gitter 3 aus zwei miteinander leitend verbundenen Hälften zusammengesetzt wird, da man dann sowohl die Stromdurchlässig keit (Maschenweite oder Gittersteigung) als auch die Abstände von der Kathode ver schieden gross wählen kann.
Über die konstruktive Ausführung des Elektrod@ensyntems einer für die erfindungs gemässe Schaltungsanordnung verwendbaren Röhre gibt ,die Abb. 2 Aufschluss. Diese zeigt einen Querschnitt .durch ein Elektroden system. In dem Glaskolben 1 befindet sich die beispielsweise indirekt geheizte Kathode 2, welche von einem zylindrischen Gitter 3 umschlossen wird. Um die Gitterfläche mög lichst nahe an die Kathodenoberfläche her anzubringen, ist die angedeutete Form ge wählt worden, derzufolge der auf einer Zy linderfläche liegende Teil der Elektrode 3 mittels zweier Rippen 10 an den Halte streben 11 befestigt ist.
Dadurch wird die Erzeugung eines homogenen Feldes in der Nähe der Kathode ermöglicht. Gleichzeitig verbessern die Rippen 10 auch .die Entkopp lung.der beiden Entladungsbahnen. Auf der einen :Seite des Steuergitters befindet sieh die Hilfsanode 4 in Gestalt einer ebenen oder gekrümmten Platte.
Auf der andern Seite folgen auf die Elektrode 3 das erste Schirmgitter 5, das .Steuergitter 6, das zweite Schirmgitter 7 und die Hauptanode B. Diese Elektroden sind beispielsweise als plan parallele Flächen ausgebildet. Da die beiden Schirmgitter 5 und 7, wie bereits oben be merkt wurde, an das gleiche Potential gelegt werden können, können diese auch baulich vereinigt werden und beispielsweise die an gedeutete Form eines aus einem Metallnetz hergestellten Kastens erhalten, welcher an zwei seitlich stehenden Stützen 12 befestigt ist.
Innerhalb ,desselben wird die von zwei Haltestreben 13 getragene Steuerelektrode 6 angeordnet. Um eine Ablenkung der Elek tronen in Richtung der Streben 12 zu ver hindern, werden .die Stützen 13 aus Voll- bleehstreifen hergestellt.
Eine andere, gleichfalls gut verwendbare Elektrodenau.sbildung ist in der Abb. 3 dar gestellt. Das in dem Glaskolben 20 aufge baute Elektrodensystem enthält eine soge nannte "Flachkathode" 21 von vorzugsweise rechteckigem Querschnitt.
Der Vorteil von Flachkathoden besteht darin, dass sich eine höchst homogene Feldverteilung ausbildet und vor allem die Steuerelektrode infolge der guten Verspannungsmöglichkeit zwischen den Haltestreben sehr nahe an die Kathode herangebracht werden kann; .ausserdem er gibt sich bei der Flachkathode zwangsläufig eine gute Entkopplung der beiden Ent ladungsbahnen. Dass 'Steuergitter 22 hat die Form eines Kastens von rechteekigem Quer schnitt, der aus zwei Hälften mit verschie dener Maschenweite zusammengesetzt wer den kann. Auch das Doppelschirmgitter 23. dessen Flächen zweimal vom Entladungs strom durchsetzt werden, hat dieselbe Ka stenform.
Das zweite Steuergitter. 24 weist ebenso wie die Anode 25 einen, U-förmigen Querschnitt auf, der einerseits die Ausbil dung eines homogenen Feldes unterstützt und anderseits auch die Befestigung dieser Elektroden in der Mittelebene des Systems gestattet. Die Hilfselektrode 2,6 ist als ebene Platte ausgebildet.
In der Abb. 4 ist eine Weiterbildung dieses Elektrodensystems durch ein Fang gitter angedeutet. Für die mit .der Abb. 3 übereinstimmenden Elektroden wurden der Einfachheit halber .die gleichen Bezeichnun gen gewählt. Neu kommt ein Fanggitter 27 hinzu, welchem mehrere Funktionen zu fallen. Das Fanggitter wird in an sich be kannter Weise auf ein gegenüber der Anode \.5 negatives, vorzugsweise auf Kathoden potential gebracht.
Es verhindert dadurch einerseits den Übergang von Sekundärelek tronen von der Anode auf das vorhergehende Schirmgitter 23. Gleichzeitig wird der Durchgriff der Anodenspannung durch das Steuergitter 22 und damit auch die Anoden rückwirkung verringert bezw. der innere Widerstand :dieser Entladungsbahn erhöht: Das Fanggitter gibt auch die Möglichkeit, dem Schirmgitter 23 dieselbe Gleichspan nung wie der Anode 2,5 zuzuführen, während man sonst bekanntlich an das Schirmgitter eine niedrigere Spannung anzulegen hatte, die gewöhnlich erst .durch einen .Spannungsteiler gewonnen werden= muss.
Wie die Abb. 4 zeigt, ist auch das Fanggitter in Kastenform ausgebildet und umschliesst gleichzeitig .die andere Entladungsbahn mit der Hilfselek trode 26. Dadurch kommt eine gute Ab schirmung nach aussen zustande, so dass der Entladungsvorgang durch äussere Störfelder nicht mehr beeinflusst werden kann.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit für die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist in dem in Abb. 5 dargestellten Schaltbild schematisch angedeutet. In diesem werden der Einfachheit halber für die mit der Abb. 1 übereinstimmenden Elemente die glei chen Bezugszeichen verwendet. An der Röhre ist dabei neu, .dass den beiden Gitterhälften 3', 3" wohl die gleichen Wechselspannungen, aber verschiedene Gleichspannungen aufge- drückt werden sollen.
Dieser Fall tritt ein, wenn das innerste Gitter 3' zur Verstär kungsregelung verwendet werden soll. Die von dem Eingangskreis L C gelieferte Roch frequenzspannung wird dem zweiten Steuer- gitter,6 allein zugeführt, während die durch das :Symbol ET angedeutete Regelspannung sowohl an die Gitterhälfte 3', als auch an das zweite ,Steuergitter 6 oder auch nur an das Gitter 3' allein gelegt wird. Im ersten Fall wird die Regelwirkung naturgemäss nachhaltiger.
In die Zuleitung zur Gitter hälfte .3' ist ein Widerstand W eingeschaltet, an welchem sich die gleiche Hochfrequenz spannung wie am Schwingungskreis L1, C,. ausbildet.<B>Es</B> isst zweckmässig, den Anschluss an die Gitterhälften 3', 3" zu vertauschen; dabei ist es dann möglich, -den Widerstand W innerhalb der Röhre anzuordnen und zwi schen der Gitterhälfte 3" und der Kathode anzuschliessen und so eine besondere Zulei tung zum Gitter 3" zu sparen.