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Mit Wechselstrom oder pulsierendem Gleichstrom geheizte Röhre, die
mindestens Kathode, Anode und Steuergitter enthält Die Erfindung betrifft Maßnahmen
zur Herabsetzung der bei Entladungsröhren mit mittelbar geheizter Kathode auftretenden
Brummstörungen.
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Mittelbar geheizte Kathoden werden praktisch niemals mit reinem Gleichstrom
gespeist, sondern meistens mit Netzwechselstrom von 50 Hz. Daneben kommt
auch noch eine Heizung mit Wechselstrom höherer Frequenz, der beispielsweise mittels
eines Zerhackers aus einer Gleichspannungsquelle gewonnen wird, in Frage oder Netzgleichstrom,
dem praktisch durchwegs eine Wechselstromkomponente -überlagert ist. Dadurch entstehen
bekanntlich Brummstörungen, deren absoluten Wert man bisher teils durch Schaltungs-
oder konstruktive Maßnahmen klein zu halten suchte. So ist bereits bekannt, die
Heizzuführungen zu einer Röhre zu verdrillen und die Abschirmung dieser Zuführung
bis unmittelbar an die Röhrenstifte heranzuführen und außerdem den Sockel der Röhre
noch mit einer Metallmanschette zu umgeben. Hierdurch werden zwar die äußeren Streufelder
herabgemindert; jedoch ist eine restlose Beseitigung des Brumms nicht möglich, da
man den innerhalb der Röhre entstehenden Brumm nicht miterfassen kann. -An Hand
der Abb. i soll eine übersicht über die verschiedenen Arten der Störspannungsentstehung
gegeben werden. In Abb. i ist eine Röhre i mit der Anode--, einem Gitter
3 und einer mittelbar geheizten Kathode dargestellt, deren Äquipotentialschicht
mit q. und deren Heizer mit 5 bezeichnet ist. Die Heizwechselspannung wird von einem
übertrager 6 geliefert. Mit 7 ist ein einstellbarer Spannungsteiler bezeichnet,
mit dessen Abgriff
die an die Entladungselektroden angeschlossenen
Stromkreise verbunden sind. Der Anodenkreiswiderstand ist mit 8, der Gitterwiderstand
mit g und der häufig zur Erzeugung einer negativen Gittervorspannung verwendete
Kathodenwiderstand mit i o bezeichnet; letzterer wird gewöhnlich mit einem Kondensator
i i von großer Kapazität, etwa 2o Mikrofarad, überbrückt. Es gibt folgende Möglichkeiten
für die Entstehung einer Störspannung im Anodenkreis (vgl.- die Arbeit des Erfinders
in der Zeitschrift »Die Telefunkenröhre«, Heft 12, Seite ¢6 ff.) a) der statische
Gitterbrumm, der durch kapazitive Übertragung von netzfrequenten Wechselspannungen
aus dem Heizstromkreis, insbesondere von den Heizdrahtenden auf das Gitter hervorgerufen
wird, b) der statische Anodenbrumm, der in gleicher Weise durch kapazitive Spannungsübertragung
vom Heizstromkreis auf die Anode hervorgerufen wird, c) der Induktionsbrumm, der
durch induktive Übertragung von Wechselspannungen von den Heizstromleitungen in
die Zuleitungen zu anderen Elektroden, insbesondere zum Steuergitter, entsteht,
d) der magnetische Brumm, der durch das magnetische Streufeld des Heizdrahtes verursacht
wird und sowohl die Elektronenraumladung in der Nähe der Kathodenoberfläche als
auch die Richtung der Elektronenbahnen beeinflußt, e) der Isolationsbrumm, der durch
den Isolationsstrom entsteht, der die Isolierschicht zwischen Heizer und Äquipotentialschicht
durchfließt.
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Die beiden unter a und b aufgeführten Störspannungen lassen sich für
sich allein durch geeignete Einstellung des Spannungsteilers 7 praktisch beseitigen.
Den Induktionsbrumm kann man durch Verdrillen der Heizstromzuführungen abschwächen;
er ist unabhängig von der Einstellung des Spannungsteilers. Der magnetische Brumm
läßt sich durch Verwendung eines bifilar gewickelten Heizers verringern. Außerdem
hat man auch schon durch eine zum Elektrodensystem koaxial vom Heizstrom durchflossene
Spule diese Störung auszuschalten versucht. Dem Isolationsbrumin kann durch eine
vorzügliche Isolation zwischen dem Heizer und den Entladungselektroden und :durch
Anlegung einer gegen die Äquipotentialschicht positiven Vorspannung an den Heizdraht
entgegengewirkt werden. Alle diese Maßnahmen bringen aber keine restlose Beseitigung
aller Brummstörungen.
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Erfindungsgemäß ist daher bei einer mit Wechselstrom oder pulsierendem
Gleichstrom geheizten Röhre, die mindestens Kathode, Anode und Steuerelektrode enthält,
die räumliche Anordnung der Heizstromzuleitungen und der übrigen Elektrodenzuleitungen,
insbesondere der Zuleitung zur Steuerelektrode, innerhalb des Vakuumgefäßes und
des Sokkels so getroffen, daß die durch die Heizstromzuführungen induktiv und kapazitiv
auf die übrigen Zuführungen übertragenen Brummspannungen den auf die Steuerelektroden-oder
Anodenzuführungen allein übertragenen Brummspannungen entgegenwirken und sich in
ihrer Wirkung auf den Anodenstrom für einen vorgeschriebenen Arbeitspunkt und vorgeschriebene
Gitter- und Anodenkreiswiderstände ganz oder bis auf einen unschädlichen Rest aufheben.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die verschiedenen Störspannungen
sich hinsichtlich ihrer Phasenlage zur Heizspannung voneinander unterscheiden. Die
beiden statisch übertragenen Brummspannungen eilen in der Phase um 9o" gegen die
Heizwechselspannung vor, während die Induktionsbrummspannung eine Phasennacheilung
von 9o' aufweist. Der durch magnetische Beeinflussung des Entladungsstromes erzeugte
Brumm äußert sich im allgemeinen in einer Anodenwechselstromkomponente von der doppelten
Frequenz des Heizstromes. Die Isolationsbrummspannung ist im wesentlichen ohmisch,
d. h. konphas, mit der Heizwechselspannung. In manchen Fällen weist sie aber auch
eine Blindkomponente auf.
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Besonders leicht einzusehen ist diese Möglichkeit bezüglich der statisch
und der induktiv übertragenen Störspannungen a-c, da diese gegeneinander um i8o'
phasenverschoben sind. Man braucht also lediglich darauf zu achten, daß auch die
Amplituden der an der Anode erscheinenden Störspannungen beider Phasenlagen einander
gleich sind, um eine völlige Aufhebung zu erreichen. Bisher hat man, wie bereits
bekannt, die statischen Brummspannungen gegeneinander durch Einstellung des Spannungsteilers
7 in Abb. i abgeglichen und beim Aufbau der Röhre selbst darauf geachtet, daß die
übertragene Störspannungsamplitude an sich nicht allzu groß ist. Die Induktionsbrummspannung
läßt sich aber mittels des Spannungsteilers überhaupt nicht beeinflussen, so daß
man sich bisher damit begnügen mußte, durch verdrillte Leitungsführung einen möglichst
kleinen Wert dieser Störspannungskomponente zu erzielen. In Ausführung der Erfindung
geht man im Gegensatz zu früher nun so vor, daß diese beiden Spannungen nicht jede
für sich verschwinden, sondern sich lediglich entgegenwirken. Es ist einleuchtend,
daß man sich dadurch erhebliche Erleichterungen beim Röhrenaufbau verschaffen kann"weil
man die Abschirmung
und Entkopplung der aufeinanderwirkenden Elektroden
nicht bis zum Äußersten zu treiben braucht. Die Kapazität zwischen dem Heizer und
den übrigen Elektroden bzw. Elektrodenzuleitungen hat man durch die Reihenfolge
der Einschmelzungen im Quetschfuß und durch .den Abstand sowie die Dicke der Zuleitungen
weitgehend in der Hand. Auch die gegenseitige Induktion zwischen zwei Leitungen
kann man durch Wahl eines passenden Abstandes und einer geeigneten Länge der Zuleitungen
nach Wunsch beeinflussen.
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Es ist aber auch noch eine weitergehende Aufhebung der Störspannungen
möglich. Beispielsweise gelingt auch die Aufhebung einer allenfalls vorhandenen
Blindkomponente der Isolationsbrummspannung, welche durch elektrochemische Polarisationserscheinungen
in der Isolierschicht zwischen Heizdraht und Kathode erzeugt wird. Durch Hystereseerscheinungen
innerhalb der Kathodenisolation kann der Isolationsbrumm auch eine induktive Blindkomponente
erhalten. Andererseits kann auch der elektrostatisch übertragene Gitter-und Anodenbrumm
eine Ohmsche Komponente besitzen, sobald zwischen Heizdraht und Gitter bzw. zwischen
Heizdraht und Anode eine Ohmsche Leitfähigkeit vorhanden ist; es ist also auch eine
Aufhebung des Isolationsbrumms durch die andere Brummursache möglich.
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Vorhin wurde bereits bemerkt, daß der magnetische Brumm hauptsächlich
mit der doppelten Frequenz der Heizspannung auftritt. Häufig weist auch der Isolationsbrumm
teilweise die doppelte,Heizspannungsfrequenz auf, weil die Isolationsschicht zwischen
Heizer und 'A' quipotentialschicht der Kathode im heißen Zustand eine nichtlineare
Stromspannungskennlinie hat, also einen spannungsabhängigen Widerstand darstellt.
Dies bedeutet aber; daß in diesem Teil der Strombahn eine Gleichrichterwirkung zustande
kommt, die das Auftreten der doppelten Heizspannungsfrequenz- ohne weiteres erklärt.
Es ist also möglich, auch diese Störspannung der doppelten Frequenz zu kompensieren.
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Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß die einzelnen Brummkomponenten
sich durch Messungen auseinanderhalten lassen, so daß es möglich ist, festzustellen,
ob der -erreichte Stand der Störfreiheit eine Folge davon ist, daß sich die mit
merklicher Stärke vorhandenen Störspannungen gegenseitig in ihrer Wirkung aufheben
oder daß sie an sich verschwindend klein sind. Beispielsweise verschwindet der statisch
übertragene Gitterbrumm beim Kurzschließen des Gitterwiderstandes 9. Ebenso kann
der Isolationsbrumm zum größten Teil - durch Kurzschließen des Kathodenwiderstandes
io, über den ja der Isolationsstrom fließt, zum Verschwinden gebracht werden. Der
statisch übertragene Anodenbrumm verschwindet beim Verriegeln des Entladungsstromes
durch eine hohe, negative Gittervorspannung. Auch der magnetische Brumm verschwindet
mit kleinem Strom. Die beiden letztgenannten Störspannungen unterscheiden sich,
wie bereits erwähnt, hinsichtlich ihrer Frequenz. Die mit der doppelten Netzfrequenz
auftretenden magnetischen und Isolationsbrummspannungenunterscheiden sich voneinander
dadurch, :daß letztere temperaturabhängig ist, so daß sie durch die Heizstromstärke
beeinflußt wird. Auch kann der Isolationsbrumm durch Anlegen einer positiven Vorspannung
des Heizdrahtes gegen die Aquipotentialschicht gedrosselt werden. Die Beobachtung
führt man zweckmäßig mittels einer Braunsehen Röhre aus, deren Strahl in zwei Koordinatenrichtungen
abgelenkt wird, und zwar in der einen Koordinate durch die Heizwechselspannung und
die andere über einen Meßverstärker geleitete Störspannung. Man kann aus der Lage
und Form der auf dem Leuchtschirm erscheinenden Strahlspur unmittelbar auf die Phasen-
und Amplitudenverhältnisse der Störspannungen und auf ihre Herkunft schließen.
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Wie vorhin bemerkt, ist es durch entsprechende räumliche Anordnung
der Zuleitungen zum Heizdraht, zum Steuergitter und zur-Anode möglich, die Brummstörungen
an der Röhre selbst für einen bestimmten Arbeitspunkt und vorgeschriebene Widerstände
des Gitter- und Anodenkreises zu unterdrücken. Der Arbeitspunkt spielt eine Rolle,
weil von ihm die wirksame Steilheit und Verstärkung der auf das Gitter übertragenen
Brummspannungen abhängt. Andererseits kann z. B. eine kapazitiv vom Heizdraht auf
das Steuergitter übertragene Brummspannung verschwinden, wenn man den Gitterableitwiderstand
zu Null macht oder kurzschließt. Um nun auch beim Abweichen vom Normalzustand eine
gegenseitige Aufhebung der Störspannungen zu erzielen, können zusätzlich außerhalb
der Röhre einstellbare kapazitive oder induktive Kopplungsmittel vorgesehen werden.
Beide Anordnungen haben gegenüber einem Ohmschen Spannungsteiler, wie dem Widerstand
7 in Abb. i, den Vorzug, daß sie keinen Querstrom verbrauchen.
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In Abb.2 ist als Ausführungsbeispiel die Dosierung des statischen
Gitterbrumms durch einen Differentialkondensator dargestellt. Soweit in dieser und
in folgenden Abbildungen gleiche Bestandteile wie in Abb. i dargestellt sind, wurden
dieselben Bezugszeichen wie dort verwendet. Der Differentialkondensator 12 hat zwei
feste Belegungen, welche an die beiden Enden des Heizers 5 angeschlossen sind. Die
mittlere,
bewegliche Belegung ist mit dem Steuergitter 3 verbunden. Durch Einstellung der
mittleren Belegung kann dem Steuergitter eine so große Wechselspannung zugeführt
werden, daß die durch Wahl unvorhergesehener Werte von Gitter- und Anodenwiderstand
und der Betriebsspannungen hervorgerufene restliche Brummstörung aufgehoben oder
auf einen Mindestwert gebracht wird. Die Kathode q. ist z. B. fest mit dem Mittelpunkt
der Sekundärwicklung des Heizwandlers 6 verbunden.
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Eine Abänderung dieser Anordnung zeigt Abb.3, in welcher die einstellbare
Belegung des Differentialkondensators 12 nicht mit dem Steuergitter, sondern mit
der Anode 2 verbunden ist.
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Gemäß Abb. q. erfolgt der Abgleich der restlichen Störspannungen induktiv
duich Einstellung der Gegeninduktivität zwischen zwei vom Heizstrom durchflossenen
Leitungen und einer weiteren mit der Kathode verbundenen Leitung. In den Heizstromkreis
sind zwei zueinander parallele Drähte 13 und 15 in einem festen Abstand von
etwa einigen Millimetern eingeschaltet. Zwischen ihnen ist ein Draht 1q. angeordnet,
der etwa mittels einer Einstellschraube verschiebbar ist, so daß sein Abstand von
den beiden Drähten 13 und 15
geändert werden kann, bis der Störspannungsabgleich
eingetreten ist. Da von den Leitern 13 und 15 in dem Leiter r q. entgegengesetzte
Wechselspannungen induziert werden, kann man damit dem Abstand die Größe und Richtung
der Kompensationsspannung ein- j stellen, welche dem Gitter bzw. Anodenkreis zugeführt
wird. Die in Abb.2 bis q. dargestellten Einrichtungen können auch im Röhrensockel
selbst vorgesehen werden.