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Mehrstufige Verstärkereinrichtung.
Die Aufgabe, Elektronenröhren mit kalten Kathoden zu schaffen, ist grundsätzlich auf verschiedene Weise lösbar. So können radioaktive Substanzen, photoelektrisch aktive Oberflächen, chemische Verbindungen, die langsam reagieren, Metallegierungen von hoher Emissionsfähigkeit u. dgl. verwendet werden.
Es ist jedoch nur schwer möglich, jene Elektronenströme mit Hilfe kalter Kathoden hervorzubringen, die zum kräftigen Betrieb eines Telephons oder Lautsprechers erforderlich sind. Diese Ströme liegen nämlich in der Grössenordnung von einigen Milliampere, während die mit kalten Kathoden erzeugbaren Ströme um ein bis zwei Grössenordnungen tiefer liegen.
Die Erfindung besteht nun in folgendem :
Wenn es nicht möglich ist, mit Hilfe kalter Kathoden die verhältnismässig hohen, in der Endstufe einer Empfangs-, Verstärker-od. dgl. Anordnung erforderlichen Emissionen zu erzielen, so kann dies doch z. B. bei sogenannten Spannungsverstärkerschaltungen in den ersten Stufen geschehen. Ganz allgemein besteht nun die Erfindung darin, als Endstufe eine Glühkathoderöhre und in den früheren Stufen kalte Emissionsquellen zu verwenden. Die so erzielbare
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apparaturen kann hiebei sehr beträchtlich sein.
Weiter besteht die Erfindung darin, die Emission der mit kalten Kathoden arbeitenden Eingangsstufen mittelbar oder unmittelbar von der Emission der letzten Stufe abzuzweigen oder auszulösen. Dies kann etwa wie folgt erläutert werden :
Da in den Eingangsstufen nur etwa der hundertste Teil jener Emission erforderlich ist,
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so genügt es. einen geringen Teil der Emission der letzten Glühkathode abzuzweigen. um mit dieser die früheren Verstärkerstufen zu betreiben. Auf diesem Wege kann man besonders bei sogenannten Mehrfachsystemröhren, wo sieh also die früheren Stufen und die Endstufe in dem gleichen Vakuumraum befinden, weiter kommen.
Eine Art der Auslösung der kalten Emission von der letzten Endröhre liegt darin, dass man die Lichtwirkung der letzten glühenden Röhre benutzt, um unter Ausnutzung des photoelektrischen Effekts in den früheren Stufen die geringe erforderliche Emission zu erzielen. Auch dieser Weg ist bei in einen gemeinsamen Vakuumraum eingebauten Röhren besonders leicht zu verwirklichen, gestattet jedoch eine Anwendung auch bei getrennt angeordneten Röhren.
Es genügt nämlich im allgemeinen bereits eine sehr geringe Lichtwirkung, die selbst von dunkelglühenden Oxydkathoden noch in hinreichender Stärke aufgebracht wird, um merkliche photoelektrische Elektronenanslösungen zu erzielen. In den ersten Stufen genügt, falls diese
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Einbau solcher Röhren im Kasten kann man jedoch zur ständigen Aufrechterhaltung des photoelektrischen Effekts in den früheren Stufen von der Lichtenergie Gebrauch machen, welche die erfindungsgemäss glühelektrisch betriebene letzte Stufe ohnehin abgibt, von der bisher keinerlei Gebrauch gemacht wurde.
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In sinngemässer Übertragung des allgemeinen Gedankens kann auch die Wärmestrahlung ler Glühkathode zur thermoelektrisehen Auslösung der notwendigen geringen Elektronenmengen in den früheren Systemen ausgenutzt werden.
Zur Erläuterung dieser Ausführungen seien zwei Beispiele unter Zugrundelegung von in zinen gemeinsamen Vakuumraum eingebauten Mehrfachsystemen beschrieben :
In einem Glasgefäss 1 (Fig. 1) sind zwei Verstärkersysteme untergebracht ; das untere stellt die erfindnngsgemäss glühelektrisch betriebene Endstufe, 2 den haarnadelförmigen Glüh- aden dieses Systems dar. Das Gitter ist durch 3 angedeutet, die beispielsweise zylindrische Anode durch 4. Das obere System besitzt eine kalte Kathode, die durch einen Zylinder 5 angedeutet ist. Dieser kann einpolig mit dem Glühfaden 2 verbunden sein. Die Oberfläche dieses Zylinders sei photoelektrisch aktiv wie jedes Metall im Vakuum. Der Zylinder sei mit Thallium- sulphit, Kaliumhydrid, Selen, Rubidium od. dgl. bedeckt.
Er empfängt seine lichtelektrische Energie durch die Licht-und Wärmestrahlung des Glühfadens 2. Die Emission erfolgt hier auf photoelektrischem Wege, der Nachschub der Elektronen über die Verbindungsleitung mit der Glühkathode. Um den Körper 5 kann ein Steuerorgan 6 gewickelt sein, während das ganze System von einer ebenfalls zylindrischen Anode 8 umschlossen wird. Die Anoden oder ein Teil derselben können aus Drahtgitter bestehen oder sonst durchbrochen sein, um nach Bedarf hinreichenden Lichtzutritt zu ermöglichen.
Ist das Innere der Glaswand 1 wie bei den bekannten Sparröhren verspiegelt, wovon bisher zu dem Zwecke Gebrauch gemacht wurde, um das Vakuum ztr erhöhen bzw. die Emission der glühelektrisch betriebenen Endstufe zu verbessern, so erfolgt ohnehin eine derartig vollständige Reflexion des Lichtes von allen Teilen der Glaswand, dass die photoaktiv Oberfläche 5 auch ohne besondere Vorkehrungen stets hinreichend beleuchtet ist, solange der Faden 2 glüht. Man wird bei dunkler Glut des Fadens 2 photoelektrische Substanzen wählen, die vorwiegend auf längerwellige Lichtstrahlen empfindlich sind, während bei heller Glut-des Fadens kürzerwellige Strahlungen bevorzugt werden.
Die Systeme können beliebig weiter verwendet werden : so kann das Gitter 6 bei 7 eine Zuführung besitzen und die Anode 8 über einen hochohmigen Widerstand 9 (der innerhalb oder ausserhalb der Röhre liegen kann) entweder mit Hilfe einer Durchschmelzung 10 an die Anodenbatterie oder auch unter Vermeidung einer Durchschmelzung an die Anode 4 direkt angeschlossen sein. Das Gitter 3 ist über einen Blockkondensator 11 an die Anade 8 angeschlossen und wird, wenn nötig, zur Kathode 2 abgeleitet. Die Anode 4 ist bei 12 durchgeschmolzen und führt den gesteuerten Leitungsstrom zum Betriebe einer nachgeschalteten Verbrauchereinrichtung ab.
Die Einrichtung kann als Hoch-oder Niederfrequenzverstärker benutzt werden. Die Steuerströme werden zwischen der Elektrode 7 und der Zuleitung 13 zugeführt. Sie steuern das erste erfindungs gemäss mit kalter Kathode arbeitende System 5, 6, 8. Die erzeugten Wechselspannungen werden über den Kondensator 11 auf das Gitter 3 übertragen. Durch diese Steuerspannung1 ; n wird die Leistungsröhre. 2, 3, 4 gesteuert. An Stelle der zwei Systeme können auch mehrere Systeme in einen einzigen Vakuumraum eingebaut werden, in welchem Falle mit kalten lichtelektrischen Kathoden der Eingangssysteme in der gleichen Weise erregt werden können, wie dies in der Fig. 1 für das System 5, 6, 8 beschrieben ist.
In Fig. 2 ist eine andere Art der Kombination von kalten und heissen Kathoden dargestellt.
Es ist hier ein geradliniger Glühfaden 14 von einem Gitter 15 und einer schematisch angedeuteten Anode 16 umschlossen ; diese kann gleichfalls aus Drahtnetz bestehen. 14, 15, 16 ist das glühelektrisch betriebene Leistungsendsystem. In der Röhre befindet sich weiter die kalte Kathode 17, die durch ein Netzgitter 18 abgedeckt ist, und eine Anode 19. Das System 14, 16 gibt einen Teil seiner Elektronen in den Raum ab. Diese werden von der Kathode 17 aufgefangen. Sie lösen Sekundärelektronen aus, die durch das Gitter 18 gesteuert und von der Anode 19 abgeleitet werden. Man kann diese Wirkung unterstützen, indem man die Kathode 17 über eine geringe Spannungsquelle von einigen Volt 20 an das eine Ende des Glühfadens 14 anschliesst.
Dem Gitter 18 wird die schwache zu verstärkende Leitung zugeführt. Zwischen Kathode 17 und Anode 19 liegt eine treibende Anodenspannung, welche die erzeugten Sekundärelektronen, die durch das Gitter 18 gesteuert werden sollen, an die Anode zieht. Die Zuführung der Anodenspannung für das erste System kann bei 21 erfolgen.
Gleichzeitig kann wieder das Steuergitter 15 von den in dem ersten System 17,18, 19 verstärkten Spannungen gesteuert werden. Auch auf diese Weise lassen sich kalte und glühende Kathoden derart kombinieren, dass eine glühelektrische Heizung nur des Endsystems erforderlich ist. Der Übergang von Elektronen der warmen Kathode 14 zur kalten Kathode 17 erfolgt unbeschadet der positiven Ladung der Anode 19 mit Rücksicht darauf, dass in den Sechselektrodensystem der Röhre, Fig. 2, die Glühkathode 14 an den Anoden 16 und 19 vorbei einen genügend grossen Durchgriff zur Flächenkathode 17 aufweist.
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Es ist klar, dass sich der Bau von Mehrfachsystemröhren wesentlich vereinfacht, wenn nur ein einziger Glühfaden einzusetzen ist u. zw. an das Endsystem, während alle vorhergehenden Systeme lediglich mit kalten Kathoden erregt werden. die also auch nur eine einzige Zuleitung erfordern.
Wie in Fig. 1 dargestellt, braucht diese Zuleitung nicht einmal nach aussen durchge- schmolzen zu werden, sie kann vielmehr innerhalb der Röhre verlaufen. So hergestellte Mehrfachröhren haben keinen merklich grösseren Heiz-und Anodenstromverbrauch als das eingebaute Endverstärkersystem allein. Enthält die Röhre z. B. drei Verstärkersysteme, von denen zwei in der beschriebenen Weise mit kalten Kathoden arbeiten, während das Endsystem glühelektrisch betrieben wird, so tritt die gewonnene Ersparnis an Heiz- llnd Anodenstrom sowie der in Röhrenbautechnik zu erzielende Fortschritt klar zu Tage.
Die Anordnung nach Fig. 2 stellt, obgleich sie für die Ausnutzung der erzeugten Sekundärelektronen bestimmt ist, auch photoelektrisch eine geeignete Anordnung dar. Gegebenenfalls können sowohl die photoelektrische Wirkung als auch die Erzeugung von Sekundärelektronen kombiniert werden. Dies geschieht in Fig. 2 von selbst. falls man das Licht des Glühfadens 14 auf die Fläche der Kathode j ! 7 wirken lässt und ausserdem direkt Primärelektronen, die vom Glühfaden- herrühren, auf die Kathode 11 auftreffen lässt, so dass Sekundärelektronen entstehen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Mehrstufige Verstärkereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Endverstärkerstufe glühelektrisch betrieben wird, während die vorhergehenden Verstärkungsstufen mit kalten Kathoden arbeiten.