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Anordnung zum Empfang und zur Verstärkung kurzwelliger Schwingungen
Beim Empfang von drahtlosen Übertragungen längerer und normaler Wellenlänge, etwa
Ober-halb von ioo in, ist die erreichbare Empfindlichkeit der Empfangsgeräte dadurch
bedingt, daß man in der Empfiangslautstärke nicht wesentlich unter den durch luftelektrische
und sonstige äußere Störungen gegebenen Schwellenwert gehen kann. Anders lieg-en
dagegen die Verhältnisse bei kürzeren Wellen. Hier liegt das Niveau der äußeren
Störungen wesentlich niedriger, und die größte erreichbare Empfindlichkeit ist bisher
dadurch begrenzt worden, daß das Röhrenrauschen des Empfängers stärker wird als
das Empfangssijgiml.# Für derartig kurze Wellen. besteht also prinzipiell
- die Möglichkeit, die Empfangsenipfindlichkeit zu verbessern, wenn es gelingt,
das Röhrenrauschen zu vermindern, und zwar besteht diese Möglichkeit um so mehr,
bei je kürzeren Wellen man arbeitet. Es genügt dabei, mindestens die erste,
allenfalls noch die zweite Verstärkerstufe *zu verbessern, da. in höheren Stuf-en,
in der Regdl das bereits verstärkte Eingangssignal das Röhrenrauschen ohnehin überwiegt.
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Das Röhrenrauschen hochwertiger,--E#nipfänkerröhren- (Schirmgitte
=.Ghren, Pentodenusw.) bat im allgemeinen zweierlei. Ursachen:- Einmal wird es durch
den statistisch- schwankenden -Wert,-. der je
Zeiteinheit von der Kathode
emittie-rtenEl#ektrcnerizahl bedingt, und ferner gibt bei-Pöhreh#init mehr
als einer positiven Elektrode das stalistisch -schW.an# kende# Verteitängs-#erhältrüg
des F-lek-tro-rieustromes auf diese Elektroden > zu; einem :Rgtfgdh#fi'-Anlaß.
Letztere
Ursache ist bei üblichen Bauarten hochwertiger Verstärkerröhren quantitativ weitaus
überwiegend, so daß man sich von einer Verbesserung der Kathode und der Raumladungsverhältnisse
in ihr-er Nähe so lange keinen praktischen Erfolg versprechen kann als das Verteilungsrauschen
nicht beseitigt ist.
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Es ist nun schon vorgeschlagen, das Verteilungsrauschen dadurch zu
verringern, daß man die Anzahl der auf das Schirmgitter gelang-enden Elektronen
nach Möglichkeit vermindert, beispielsweise dadurch, daß man ein sehr dünndrähtiges
Schirmgitter verwendet. Abgesehen davon, daß auch hier noch eine geringe Anzahl
von Elektronen auf das Schirmgitter gelangt, hat dieses Verfahren aber den Nachteil,
daß dadurch der Durchgriff der Anode durch das Schirnigitter größer wird und infolgedessen
der innere Widerstand der Röhre geringer ist. Es wurde auch schon vorgeschlagen,
das Schirmgitter dadurch vordem Auftreffen von Elektronen zu schützen, daß eine
Elektronenbündelung vorgenommen wird, derart, daß die Elektronenstrahlen durch die
Öffnungen des Schirmgitters hindurchgehen, ohne dessen D,rä:hte zu treffen. Die
Schwierigkeit hierbei besteht nun darin, -bei einer möglichst feinen Rasterung des
Schirmgitters diese Elektronenbündelung mit der erforderlichen Exaktheit durchzuführen.
Das setzt voraus, daß die Gitterdrähte von- Sbeuergitter und Schirmgitter auf der
ganzen Länge des Röhrensystems sehr genau hintereinander angeordnet -,werden müssen
und sich auch während -der- Herstellung und des Betriebes nur um Beträge verschieben
dürfen, die klein gegen die Maschenweite der Gitter sind. Macht man letztere groß,
wählt also im Interesse der bequemen Justierung eine sehr grobe Rasterung des Schirmgitters,
so wird wieder dessen Schirinwirkung beeinträchtigt.
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Die vorliegende Erfindung gibt nun eine Anordnung und ein Verfahren
zu deren Betrieb an, welche es gestattet, das Verteilungsrauschen vollständig zu
vermeiden, ohne daß die oben geschilderten Schwierigkeiten auftreten. Sie besteht
darin, daß beim Empfang kurzwelliger Schwingungen mindestens in der ersten Stufe
eine Röhre verwendet wird, bei der die Anodenrückwirkung dadurch aufgehoben ist,
daß einer Hilfselektrode eine'in Gegenphase zur Anodenwechselspannung liegende Wechselspannung
von solcher Größe zugeführt wird, daß die Spannungen beider Elektroden gemeinsam
die Gesamtemission der Kathode nicht beeinflussen, und daß insbesondere Mittel vorgesehen
sind, durch die die Hilfselektrode stromlos bleibt.
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Es sind zwar bereits Anordnungen bekannt, bei denen durch eine Hilfselektrode,
an der eine zur Anodenwechselspannung gegenphasige Spannung liegt, die Anodenrückwirkung
aufgehoben ist. Bei diesen Anordnungen kann jedoch der Vorteil, derdurch die vorliegende
Erfindung erreicht wird, nicht eintreten, denn es sind keine Mittel vor7 gesehen,
die die Hilfselektrode in jedem Zeitpunkt einer Hochfrequenzperiode stromlos bleiben
lassen, und nur durch diese Mittel und die damit eintretende Verhinderung einer
Stromverteilung löst man die Aufgabe, die sich die vorliegende Erfindung setzt,
nämlich eine Verminderung des Röhrenrauschens.
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Die Fig. i zeigt ein Beispiel einer Anordnung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem evakuierten Kolben i befindet sich ein Elektrodensystem
mit einer Kathode 2, einem mit der Eingangswechselspannung verbundenen Steuergitter
3 und zwei weiteren Elektroden 4 und.5, die einander in der in Fig. 2a dargestellten
Weise in engen Maschen durchdringen. Von diesen stellt die Elektrode 5 die
eigentliche von Elektronen getroffene Arbeitsanode der Röhre dar, welche mit dem
aus der Selbstinduktion 6 und der Kapazität 7 bestehenden Ausgangsschwingungskreis
verbunden ist. Sie erhält ihre positive Gleichspannung über die an der Selbstinduktion
angebrachte Anzapfung 8 von der Anodenstromquelle g. Die Hilfselektrode-
4 bekommt über den Kondensator io, der mit dem der Anodenzuleitung entgegengesetzten.
Ende der Sel#bstinduktion verbunden ist, eine in Gegenphase zur Anodenspannung liegende
Wechselspannung. Ferner erhält sie über den großen Widerstand ii eine vom Widerstand
12 abgegriffene negative Vorspannung von solcher Größe, daß sie trotz ihrer Wechselspannung
nicht von Elektronen getroffen werden kann. Der Abgriff 8 an der Selbstinduktion.
6 ist nun so zu wählen, daß die von der A-n(>denwechselspannung
auf das Kathoden-Gitter-SystemausgeÜbte Steuerwirkung durch die gegenphasige
Wechselspannung an der Elektrode 4 gerade aufgehoben wird. Es ist also hier in bezug
auf das Steuersystem keinerlei Rückwirkung der Anodenwechselspannung vorhanden-
Die Röhre wirkt demgemäß wie ein Rohr mit unendlich hohem inneren Widerstand, und
da in ihm keine Stromverteilung zwischen mehreren positiven Elektroden stattfindet,
ist als wesentlicher Vorteil gegenüber einer Schirmgitterröhre keirr Verteilungsrauschen
vorhanden. Derartige Anordnungen sind an sich für normale Verstärkerzwecke bereits
bekannt, da sie den Vorteil haben, daß die mit dem Betrieb eines belasteten Gitters
verbundene Verlustleistung und die durch auftretende Sekundäremission verursachten
Schwierigkeiten vermieden werden. Im Kurzwellengebiet hat man sie jedoch bisher
nicht verwendet, weil die Kapazität der ineinandergeschalteten Anoden, die ja parallel
zu der Kapazität des Schwingungskreises liegt, dessen Verhältniis von Selbstinduktion
zu Kapazität ungünstig beeinflußt und, dadurch die Vorteile illusorisch zu machen
schien, die an sich mit dem Fortfall des belasteten Gitters verbunden sind. Demgegenüber
besteht nun der entscheidende Fortschritt der vorliegenden Erfindung in der Erkenntnis,
da# derartige Röhren trotz der mit der erhöhten Kapazität evtl. verbundenen geringeren
Stufeen.verstärkung eine höhere Gesamtverstärkung überhaupt erst möglich machen,
weil sie allein unter Beibehaltung aller Vorteile einer Schirmgitterröhre es erlauben,
den
durch die Röhre selbst bedingten Störpegel genügend herabzusetzen. Diese Eigenschaft,
die bisher weder erkannt, noch beim Empfang längerer Wellen wegen deren größeren
Störpegels des Eingangssignals überhaupt eine Rolle spielt, ermöglicht es erst,
den geringeren Gehalt an Störungen des Kurzwellenempfangs überhaupt auszunutzen.
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Die beschriebene Wirkungsweise ist an sich von der Rasterung des Systems
Anode--Hilfselektrode nicht abhängig, da man die erforderliche Kompens#uionseinstellung
der Wechselspannung auch bei beliebiger Gestaltung dieser Elektroden vornehmen kann.
Wählt man jedoch eine sehr feine Rasterung, die so beschaffen ist, daß in der Nähe
des Gitter-Kathoden-Systenis sich die von den beiden getrennten Elektroden herrührenden
Inhomogenitäten des Feldes nicht mehr bemerkbar machen, so erreicht man noch einen
besonderen Vorteil. Es ist nämlich dann bei richtiger Einstellung das Vera hältnis
der Wechselspannungen beider Elektroden gleich dem Verhältnis ihr-er Durchgriffe
durch das Gitter, und da dieses wieder gleich dem Verhältnis der Elektrodenkapazitäten
gegen das Gitter ist, so heben sich auch die Influenzströme zum Gitter gegenseitig
auf. Es wird also in diesem Fall die kapazitive Rückwirkung des Anodenkreises auf
den Gitterkr-cis neutralisiert.
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Wählt man ein gröberes Raster. so kann man die oben beschriebene Neutralisierung
nur durch zusätzliche Kapazitäten gleichzeitig mit der Aufhebung der Anodenrückwirkung
erreichen. Da es sich umsehr kleine Zusatzkapazitäten handelt, kann man, die Röhre
so gestalten, daß die gegenseitigen Kapazitäten der Elektrodenzuleitungen die Neutralisation
herbeiführen. Man kann dies auch in an sich bekannter Weisedurch Zuschaltung äußerer
Kapazitäten erreichen.
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Die in Fig. i dargestellte Schaltung hat den Nachteil, daß die am
Hilfsgitter liegende Spannung mit dem Widerstand i i belastet ist. Hierdurch entsteht
wegen der vorgeschalteten Kapazität io leicht eine Phasenverschiebung der Gegenspannung,
die zu einer Verringerung des wirksaznen inneren Widerstandes führen kann. Es'ist
deswegen zweckmäßig, die in Fig. 3 angegebene Art der Gleichspannungszuführungen
anzuwenden. Hierbei werden heiide Gleichspannungen der Anzapfung der Selbstinduktion
zugeführt, wobei durch den Kondensator 13 eine Trennung der Gleichspannungen
vorgenommen werden muß.
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Die in -Fig. 3 dargestellte Röhre unterscheidet sich von derjenigen
in Fig. i durch eine andere Ausbildung der Elektroden 4 und 5. Die Anode
5
besteht hier, wie in Fig. 2b dargestellt, aus einem Vollzylinder, in welchem
mit möglichst geringem Abstand die als Spiralgitter ausgebildete Elektrode 4 angeordnet
ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Anod-enverlustleistung nicht von einem
Gitter mit geringem Wärmeaibleitungsvermögen, sondern von ein-er Vollelektrode aufgenommen
wird, wodurch die bei den gering-en Elektrodenabständen gefährlichen Verbiegungen
durch thermische Belastung vermieden werden. Da für die Erzielu4g des erfindungsgemäßen
Effektes (Velmeidung des Vereeilungsrauschens) nur die Stromlosigkeit der Hilfselektrode
wesentlich ist, ist die Erfindung: nicht auf die negative Voispannung dieser Elektrode
beschränkt, sondern es können auch andere Mittel zur Vermeidung des Elektronenaufpralles
auf sie. angewendet werden. Beispielsweise kann in an sich bekannter Weise eine
Strahlbildung der Elektronen derart vorgenommen werden, daß letztere durch die Maschen
dtr Hilfselektrode hindurchgehen. Derartige Maßnahmen, die M Schirmgitterröhren
schon vorgeschlagen sind, können bei Röhren gemäß der Erfindung auch bei verhältnismäßig
weitmaschigen Schirrngittern angewendet werden, da hier infolge der gegenphasigen
Steuerspannung nicht mehr die Gefahr besteht, daß durch die große Maschenweite der
innereWiderstand derRöhre herabgesetzt wird.