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Schaltung zur Speisung der Anoden und Glühkathoden von Elektronenröhren, ins besondere beim Anschluss an das Wechselstromnetz.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung zielt auf eine Vereinfachung des Betriebes von Elektronenröhrengeräten aller Art durch Verknüpfung des Anoden-und Heizstromes.
Man hat bereits vorgeschlagen, Glühkathodenröhren ohne einen besonderen Heizstrom zu betreiben, indem man zur Erhitzung den Aufprall positiver Ionen oder die Strahlung einer ausserhalb der Entladungsbahn gelegenen Wärmequelle heranzog. Es ist ferner auch die Er- scheinung der Selbstheizung bekannt, die bei Oxydkathodenröhren mitunter störend auftritt und darin besteht, dass die aus dem Kerndraht auftretenden und die Oxydschicht senkrecht zu deren Oberfläche durchsetzenden Elektronen infolge des relativ hohen spezifischen Widerstandes dieser Schichte in ihr eine Wärmeentwicklung verursachen, die nach Abschaltung des Heiz- stromes zur Aufrechterhaltung einer selbständigen Entladung ausreicht. Keine dieser Heiz- methoden ist in die Praxis eingedrungen.
Die lonenheizung ist im Hochvakuum unverwendbar, die Strahlungsheizung ist infolge des gewaltigen Energieverbrauches unökonomisch und die letzterwähnte Selbstheizung scheidet infolge ihrer Instabilität aus. Geringe Unregelmässigkeiten in der Stromverteilung sind unvermeidlich. Jene Teile der Oberfläche, die von der grössten
Stromdichte durchsetzt werden, erhitzen sich am stärksten, und so kommt es, dass die emittierenden Stellen unter gleichzeitiger Abnahme ihres Umfanges an Intensität zunehmen, sich schliesslich auf einzelne Punkte zusammenziehen und durch übermässige lokale Erhitzung den Ruin der Kathode herbeiführen.
Dem gegenüber besteht unsere Erfindung darin, dass die Joulsche Wärme des Anoden- stromes beim Durchfliessen des Glühdrahtes in dessen Längsrichtung zur gleichmässigen Er- wärmung der Kathode entweder zur Gänze oder zum überwiegenden Teil herangezogen wird.
Der Anodenstrom dient daher gleichzeitig als Heizstrom. Voraussetzung für die praktische An- wendbarkeit der Erfindung ist eine Kathodenoberfläche von 110her spezifischer Emission, wobei es aber nebensächlich ist, in welcher Weise diese hohe Emission erzielt wird. Es können demnach sowohl* Homogenkathoden als auch solche mit Überzugsschichten Anwendung finden.
Abgesehen von sekundären Erscheinungen ist es für die Grösse der erzielten Gesamt- emission gleichgültig, wie sich die Heizleistung auf Volt und Ampere verteilt. Die praktische untere Grenze für den Heizstrom Jh, gleichzeitig obere Grenze für die Heizspannung Eh ist gegeben, wenn der Heizstrom gleich dem Anodenstrom Ja wird.
Bei diesem Betriebszustand kann die Heizstromquelle entfallen. Die mathematische Be- dingung hiefür lautet :
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vom Heizstrom ! unabhängig ist und numerisch gleich dem reziproken Wert der spezifischen Emission.
Bei 100 Milliampere pro Watt ergibt sich z. B.
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Mit andern Worten, ein. Glühfaden, der so dimensioniert ist, dass er bei 10 Volt an- gelegte Spannung'eine Temperatur erhält, bei der er 100 Milliampere pro Watt emittiert, bedarf nur der erstmaligen Zündung durch eine Hilfsbatterie und heizt sich sodann durch den Anodenstrom allein. Diese Zündung kann bei Verwendung eines geeigneten Vorschalt- widerstandes R (Fig. 1) auch durch die Anodenstromquelle Ea mittels des Schlüssels S er- folgen.
Statt eines Vorschaltwiderstandes kann auch ein Kondensator verwendet werden.
Allerdings bedürfen die bisherigen Erwägungen einer Korrektur, da die stillschweigend gemachte, Voraussetzung, dass cter Anodenstrom den ganzen Glühfaden gleichmässig durchfliesst, nicht zutrifft. Es wird vielmehr das negative Ende des Glühfadens bei der Heizung durch den Anodenstrom am meisten erhitzt und das positive Ende gar nicht. Diesem Umstand kann man dadurch entgegenarbeiten (Fig. 2), dass nach erfolgter Zündung mit dem Schlüssel S der
Umschalthebel an den unteren Kontakt gedreht wird, wodurch beide Glühfadenenden kurz- geschlossen sind, so dass die Speisung von beiden Seiten her erfolgt. Ein anderes Mittel, das zur Ausgleichung der ungleichförmigen Stromverteilung an sich bekannt ist, ist die Verwendung eines konisch zulaufenden Glühfadens.
Die Verwendung eines einfach konischen Glühfadens stösst jedoch wegen der leicht möglichen Verwechslung der beiden Enden und wegen der schwierigen Befestigung des dünnen Endes auf bedeutende technische Hindernisse. Hingegen ist es relativ einfach, in der in Fig. 2 dargestellten Schaltung einen Glühfaden zu verwenden, dessen Mittelstück durch. Säureabätzung entsprechend geschwächt ist. Ein solcher Glühfaden ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Andrerseits ist es möglich, wenn man sich auf die Zündung mit einem Induk-tionsstoss beschränkt, dem Glühfaden überhaupt nur eine Zuführung zu geben und sein freies Ende in eine Spitze auslaufen zu lassen, wie Fig. 4 zeigt.
Ein anderes Mittel zum Ausgleich des Temperaturunterschiedes besteht in einer Spiralisierung des Glühfadens von veränderlicher Steighöhe, so zwar, dass man die Windungen dort am dichtesten legt, wo der Strom am geringsten ist.
Das Beispiel der vollständigen Ersparung des Heizstromes wurde an die Spitze gestellt, weil es das Prinzip der Anmeldung am einfachsten illustriert ; es ist jedoch auch möglich, bereits unter teilweiser Beibehaltung des Heizstromes wesentliche Vereinfachungen zu erzielen.
Es gelangt dann ein Hilfsstrom zur Anwendung, der für sich allein nicht im Stande wäre, die Kathode hinreichend zu heizen, in Verbindung mit dem Anodenstrom jedoch dessen Joulesche Wärme unterstützt und zur Stabilisierung beiträgt. Man kann z. B. bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung den Unterbrecher S dauernd geschlossen lassen und benützt an Stelle -zweier verschiedener Batterien nur die Anodenspannungsquelle Ea. Dies wäre bei der Ver- wendung von Trockenelementen an und für sich kein Vorteil, da ein grosser Teil der Energie in dem Vorschaltwiderstand R vernichtet wird und daher die Batterie stärker dimensioniert werden muss als wenn sie nur. den Anodenstrom zu liefern hat.
Allein bei Benützung eines Wechselstromglelchrichtgerätes als Spannungsquelle spielt die Entnahme keine grosse Rolle, vielmehr aber die Ersparnis von Siebketten.
Der Vorteil wird noch viel offensichtlicher, wenn es sich um einen mehrstufigen Ver- stärker handelt, dessen Glühfäden in diesem Falle zweckmässig in Reihe geschaltet werden. Ein solcher ist in Fig. 5 dargestellt. Beispielsweise ist ein Dreiröhrenempfänger mit einer Audion- und zwei Niederfrequenzstufen abgebildet, es ist jedoch möglich, auch alle beliebigen andern
Röhrenkoppelungen unter den gleichen Gesichtspunkt zu bringen. Als Stromquelle ist ein Ventilröhrengleichrichter angenommen, der aus dem Wechselstromnetz gespeist wird. Der
Pluspol des Gleichrichters ist über das Ausgangstelephon an die Anode des dritten Rohres (Endverstärkerrohres) angeschlossen. Die übrigen Anodenfusspunkte können entweder auch direkt an diesen Pluspol angelegt sein oder, wie in Fig. 5 dargestellt, durch feste oder ver-
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bunden sein.
Bei jedem Anodenfusspunkt verzweigt sich der Strom, ein Teil geht über das betreffende Rohr zu dem zugehörigen Glühfaden, der Rest geht weiter und gelangt nach dem letzten Anodenfusspunkt in den Vorschaltwiderstand R, von dem aus er über sämtliche Glühfäden zum Minuspol der Stromquelle zurückfliesst.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel ist die'Speiseleitung an das Endverstärkerrohr direkt angelegt, während das Eingilngsrohr als letztes angeschlossen ist. Dadurch wird eine sehr zweckmässige Anpassung an die praktischen Bedürfnisse erreicht, da das letzte Rohr bedeutend grössere Amplituden zu verarbeiten hat, als die vorhergehenden und infolgedessen sowohl einen höheren Heizstrom als grössere Anodenspannung benötigt. Dass diese Forderung
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Wert gebracht werden. Will man z. B. dem Rohr 1 nur die halbe Anordenspannung des Rohres 3 geben, so muss die Summe der Widerstände 4 und 5 gleich dem Widerstand R sein. damit die richtige Spannungsteilung erhalten wird.
Die Kondensatoren 6 und 7 dienen dazu. eine eventuelle Widerstandsrückkoppelung zu vermeiden. In dem dargestellten Falle der Niederfrequenzverstärkung müssen sie natürlich entsprechend grösser konstruiert sein als bei Hochfrequenzverstärkung.
Wenn die natürliche Staffelung der Heizstromstärke. die sich aus der Schaltung der
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nicht vollkommen entspricht oder wenn sich die Notwendigkeit, einstellt, eine Feinregulierung des Empfages durch Einstellung der Heizstromstärken der verschiedenen Rohre vorzunehmen, so kann man den Glühfäden Parallelwiderstände geben, durch die die Feinabgleichung vorgenommen wird. Man wählt diese Parallelwiderstände tunlichst hoch, um den gesamten Stromkonsum niedrig zu halten.
Bei der dargestellten Schaltung ergibt sich ferner der Vorteil, dass man das Fusspunkt-
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kann, weil ein hinreichender Spannungsabfall zur Verfügung stellt. Beispielsweise ist die Gitterrückleitung des Audionrohres (Erdleitung) an den Pluspol des Rohres Nr. 1 angelegt, während
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faclenseite des Rohres 3 erhält und das Rohr 3 durch einen eigenen kleinen Vorschaltwider- stand 8 seine negative Vorspannung bekommt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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Länge angeordnet werden, dass die Glühfäden durch den in ihrer Längsrichtung fliessenden Anodenstrom auf Emmissionstemperat1ll'erhalten werden.