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mehreren Kathoden und einer oder mehreren Hilfselektroden sowie Anoden, die mit reiner Elektronenentladung arbeiten.
Die Erfindung, zu deren besserem Verständnis zunächst das Grundphänomen nachstehend erläutert werden soll, sei am Beispiel eines wesentlichen Repräsentanten soleher Entladungsstrecken, nämlich einer Glühkathodenhochvakuumrohre mit gitterförmiger Hilfselektrode, näher erläutert.
Das Verhalten dieser Hochvakuumröhre war nach dem bisherigen Stande wissenschaftlicher Erkenntnis charakterisiert durch Beeinflussungskennlinien, die den durch die Röhre fliessenden Elektronenstrom in Abhängigkeit von der Gitterspannung Vg und der angelegten Anodenspannung Va schaubildlich darstellte. Alle diesbezüglichen Abhandlungen und Untersuchungen hatten letzten Endes den Zweck, die allgemeine Gültigkeit dieser charakteristischen Kennlinien, deren qualitativer Verlauf in Fig. 1 wieder-
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In dieser Figur wird die Abhängigkeit des Anodenstromes ia von der Gitterspannung Vg bei verschiedenen Anodenspannungen Val, Va2... dargestellt.
Auch die grosse Reihe der Theorien über derartige Vakuumröhren besonders in Anwendung als Verstärker schwacher Wechsel ströme oder in Schwin- gungserzeugersehaltungen nimmt ihren Ausgang von diesen charakteristischen Kennlinien und den aus dieser Schar charakteristischer Kurven abgeleiteten technischen Begriff der Steilheit und des Durchgriffs.
Eine Betrachtung beispielsweise der in Fig. 1 dargestellten Kurvensehar ergibt nun ohne weiteres die völlige Stetigkeit aller Erscheinungen, so beispielsweise dass eine stetige Zunahme der an die Rohre gelegten Anodenspannung eine stetige Änderung, u. zw. Zunahme des Stromes bis zum Sättigungswert bedingt.
Es ist nun überraschenderweise festgestellt, was bisher nicht bekannt war, dass die sich abspielenden, Erscheinungen mit dem durch die charakteristischen Kennlinien beschriebenen Verhalten noch nicht abgeschlossen sind. Diese Erkenntnis sei an folgendem Gmndversuch erläutert, dessen Schaltung in Fig. 2 schematisch dargestellt ist.
Eine Vakuumröhre mit Glühkathode K, gitterförmiger Hilfselektiode g und Anode a wurde an eine Gleichstromquelle mit Spannung Va gelegt. Zunächst bestand zwischen Gitter und Anode keinerlei Verbindung schaltungstechniseher Art, so dass sich entsprechend der angelegten Anodenspannung ein gewisser Strom einstellte, der wegen des ziemlich engmaschigen Gitters nur wenige Milliampere betrug.
Es wurde nun über den Schalter s, einen Kondensator e oder diesen Kondensatoi mitin Reihe geschaltetem, selbstinduktionsfreiem Widerstand r Anode und Gitter verbunden. Überraschendeiweise zeigte es sich, dass die Röhre augenblicklich den Sättigungsstrom aufnahm, der mehrere hundert Milliampere betrug, und dass dieser Zustand der ausserordentlich erhöhten Leitfähigkeit det Röhre stationär blieb, auch wenn der Schalter s wieder geöffnet wurde.
Dieser Zustand, in dem sich also zwischen Anode und Kathode eine praktisch ideal isolierte Hilfselektrode befindet, kann seine Erklärung nicht mehr in der Schar der bekannten Beeinflussungskennlinien dei betreffenden Röhre finden.
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nun die früher beschriebenen Versuche wiederholt und zunächst eine gewisse Spannung Va zwischen Kathode und Anode bei geöffnetem Schalter s gelegt. Das elektrostatische Voltmeter I zeigte hiebei
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meter I an, dass das Potential zwischen Gitter und Anode praktisch Null war, während die gesamte angelegte Spannung Fa zwischen Kathode und Gitter durch das Voltmeter 11 angezeigt wurde.
Der Spannungsverlauf im ersten Fall ist angenähert durch die Kennlinie d, der Spannungsverlauf im zweiten Fall ist angenähert durch die Kennlinie ein Fig. 4 dargestellt, in der als Ordinaten die Länge der Entladungsstrecke und als Abszissen die Spannung eingetragen sind.
Eine wahrscheinlich physikalische Erklärung für diese Erscheinung wurde darin gefunden, dass auch nur eine augenblickliche Unterdrückung einer Potentialdifferenz zwischen Anode und Gitter im Moment des Anlegens des Kondensators ausreicht, um eine dauernde und stabil bleibende Verlagerung bzw. einen Zerfall des ursprünglich normalen Feldaufbaues entlang der Entladungsstrecke zu bewirken.
Man hat es offenbar mit einer ganz neuen physikalischen Tatsache zu tun, bei der das Gitter keine Leistung verbraucht und dennoch in stationärem Zustand ganz ausserordentlich hohe positive Spannungunterschiede gegenüber der Kathode annimmt und aufrechterhält.
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ob es möglich sei, den gleichen stationären Endzustand auf andere Weise als durch Ein-und Ausschalten eines Kondensators zu erreichen. Es wurde daher bei einer Schaltung entsprechend Fig. 2 der Schalter s dauernd geschlossen gehalten, so dass eine dauernde entweder rein kapazitive oder kapazitive und Ohmsche Verbindung zwischen Gitter und Anode bestand.
Wurde nun die an der Röhre liegende Spannung Va gesteigert, so zeigte es sich, dass beim Durchschreiten eines bestimmten Spannungswertes die gleiche Erscheinung des Feldzerfalles in dei Röhre bzw. der sprunghaften bzw. diskontinuierlichen Absenkung des inneren Widerstandes der Röhre eintrat.
Im Schaubild der Fig. 5 ist das Verhalten des inneren Widerstandes einer Entladungsstrecke gemäss der vorstehenden Erkenntnis im Schema qualitativ dargestellt, wobei als Ordinate der innere Widerstand Ri und als Abszisse die an die Entladungsstrecke zu legende Spannung Va eingetragen ist.
Bei allmählichem Erhöhen der an die Röhre zu legenden Spannung meist der innere Widerstand den normalen Verlauf von Punkt 1 bis zu Punkt 2 auf, entsprechend der La, ngmuirschen Formel. Beim Erreichen eines gewissen Wertes Vz der an die Röhre zu legenden Spannung, die als Zerfallspannung bezeichnet sein möge, sinkt der innere Widerstand von dem Wert 2 auf den Wert 3 ab, um dann bei weiterer Steigerung der anzulegenden Anodenspannung infolge der Begrenzung des Stromes durch seinen Sättigungswert allmählich wieder in Richtung auf den Wert 4 anzusteigen. Die gestrichelte Kurve 2-5 würde den normalen und nach dem bisherigen Stande der wissenschaftlichen Erkenntnis zu erwartenden Verlauf des inneren Widerstandes darstellen.
Die Versuche haben gezeigt, dass die Absenkung des. Widerstandes praktisch augenblicklich erfolgt und demnach einen diskontinuierlichen bzw. unstetigen Verlauf des inneren Widerstandswertes ergibt.
Dieses Umkippen des Widerstandes kann sogar in einer praktisch unendlich kleinen Zeit erfolgen.
An Stelle der Übeibrückungselemente zwischen der Hilfselektrode und der Anode konnte des weiteren eine entsprechend hohe Spannung vorübergehend zwischen der Hilfselektrode und der Kathode
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gleiche Erscheinung hervorgerufen werden. Auch die Anwendung einer magnetischen Beeinflussung min- destens eines Teiles der Entladungsstrecke kann einen ähnlichen Effekt, alsoeine Zerfallserscheinung, ergeben.
Gemäss der Erfindung wird nun mit der Entladungsstrecke, die in der beschriebenen Weise beeinflusst ist bzw. wird, eine Schwingungserzeugung ermöglicht.
Eine entsprechende Schaltung ist im Beispiel der Fig. 6 im Schema dargestellt, ohne dass beliebige und dem Fachmann hinreichend bekannte Methoden zur Übertragung der Leistung auf eine Antenne dargestellt sind. Ebenso sind alle möglichen Anwendungsarten der Beeinflussung der erzeugten Wechselbzw. Schwingungsströme durch die menschliche Sprache (Telephonie), ferner Mittel zum Tasten des erzeugten Wechselstromes (Telegraphie) fortgelassen.
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fähigen System, bestehend aus einer Kombination von Selbstinduktion L und Kapazität 0 verbunden bzw. bildet sie einen Teil von ihm. R ist ein Arbeitswiderstand, an dem beispielsweise die erzeugte Wechsel- strom-bzw. Hochfrequenzenergie verbiaucht wird.
Der zur Speisung des sehwingungsfähigen Systems erforderliche Gleichstrom wird unter Zwischenschaltung einer oder mehrerer Stabilisierungsdrosseln D an den Hauptelektroden der Entladungsstrecke zugeführt.
Bevor auf die Erklärung der Wirkungsweise dieser Schaltung eingegangen wird, möge noch betont werden, d. ss diese nur eines der möglichen Ausfühlungsbeispiele darstellt. Es kann auch eine beliebige
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kombination Widerstand r, Kondensator e unter den bereits bei Beschreibung der Fig. 2 gemachten Voraussetzungen und Vorbehalten verbunden und es ist ein Ersatz durch die früher angegebenen Mittel ohne weiteres möglich.
Zur Aufrechterhaltung der Schwingungen genügt es insbesondere, Kondensatoren oder Widerstände oder Selbstinduktionen an dieser Stelle allein zu verwenden, und es hat sich sogar gezeigt, dass sich der Schwingungsvorgang auch erreichen lässt, wenn jede schaltungstechnische Verbindung zwischen Gitter und Anode fortgelassen ist, insbesondere wenn durch geeignete Dimensionierung eine hinreichende innere Kapazität zwischen Hilfselektrode und einer Hauptelektrode bereits vorhanden ist.
Da sich der Schwingungsvorgang auch bei Anwendung eines Silitstabes als Verbindung zwischen Gitter und Anode erreichen lässt, so ist hierin schon der einwandfreie Beweis dafür zu sehen, dass diese Verbindung zwischen Gitter und Anode, falls sie zur Einleitung oder Aufrechterhaltung des Schwingungvorganges überhaupt angewendet wird, keineswegs schwingungs-bzw. resonanzfähig zu sein braucht.
Es sei nunmehr die Erzeugung von Wechselströmen bis zur höchsten Frequenz mit der Schaltung gemäss Fig. 6 erläutert, wobei angenommen ist, dass die Amplitude des erzeugten Wechselstromes gleich oder grösser ist als der Gleichstromwert des zugeführten Speisestromes und somit Schwingungen zweiter Art erzeugt werden ; für diese ist e bekanntlich charakteristisch, dass der Strom durch die Entladungsstrecke periodisch praktisch Null oder zumindest unverhältnismässig klein gegenüber den sonstigen Stromwerten innerhalb einer Schwingungsperiode wild.
Nimmt man beispielsweise an, dass in der Schaltung gemäss Fig. 6 eine Gleichstromspannung an die Röhre gelegt wird, die kleiner ist als die für dieses Vakuumgefäss charakteristische Zerfallspannung, so nimmt die Röhre entsprechend den früheren Erläuterungen nur einen sehr kleinen Strom auf. Nun wird der Schwingungskreis, nachdem vorher seine Kapazität C auf ein Potential aufgeladen wurde, das
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Grenzwert der Zerfallspannung überschritten, und es tritt praktisch augenblicklich ein Zerfall des Feldaufbaues entlang der Röhre ein bzw. ihr innerer Widerstand sinkt so weit herab, dass sich die Kapazität sogleich über das Vakuumgefäss, die Selbstinduktion L usw. entlädt.
Der Entladungsfortgang wird jedoch in dem Augenblick unterbrochen, in dem der Entladungswechselstrom gerade entgegengesetzt gleich dem
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fluss des Stromes durch das Gefäss nicht möglich, und es beginnt jetzt eine Etappe, in welcher der durch die Drosseln D stabilisierte Speisegleichstrom die Kapazität C des schwingungsfähigen Systems von neuem auflädt, wobei theoriegemäss die Spannung an der Kapazität von einem negativen Wert an etwa geradlinig ansteigt, um schliesslich am Ende der Aufladeperiode einen solchen positiven Spannungswert zu erreichen, welcher der Zerfallspannung der Röhre entspricht, so dass wiederum ein sprunghafter Widerstandsabfall in der Röhre eintritt und ein neuer Entladungsvorgang einsetzt.
Dieser Vorgang ist schematisch in Fig. 7 dargestellt, in der die Abszisse t die Zeit darstellt und als Ordinaten der Speisegleichstrom ig und der Wechselstrom i eingetragen sind.
Charakteristisch an dieser neuen Schaltung zur Erzeugung ungedämpfter Wechselströme ist insbesondere, dass eine merkbare Spannung zwischen Hilfselektrode und Anode während der eigentlichen "Arbeitsetappe"der Röhre, während der sich die Kapazität C über diese entlädt, nicht auftritt, während in den Etappen der"Inaktivität"der Röhre, während deren sich die Kapazität C aus der Speisequelle auflädt, zwischen Hilfselektrode und Kathode kein merkbarer Potentialunterschied herrscht.
Man hat es infolge der sprunghaften Widerstandsänderung des Vakuumgefässes mit einer Art interruptiven Erscheinung zu tun, und es findet gleichsam ein periodisches Hin-und Herpendeln zwischen zwei verschiedenen Erscheinungskomplexen innerhalb der Röhre statt. Besonders günstig ist dies für die Zwecke der drahtlosen Schnelltelegraphie, da bei der Schaltung gemäss der Erfindung ein sogenanntes Aufschaukeln der Schwingungen, das bei raschem Tempo ein Verwischen der Zeichen zur Folge haben kann, nicht stattfindet, da theoriegemäss bereits von der ersten Wechselstromperiode an die Gesetzmässigkeit des Entladungsvorganges dieselbe ist wie bei einer beliebig später folgenden Periode.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung elektrischer Wechselströme bis zu den höchsten Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit reiner Elektronenentladung arbeitendes Vakuumgefäss mit einer oder mehreren Kathoden, Anoden und Hilfselektroden mit einem schwingungsfähigen System verbunden ist bzw. einen Teil dieses Systems bildet und durch vorübergehendes oder dauerndes Überbrücken eines Teils der Entladungsstrecke, z. B. des Teils zwischen einer Anode und einer Hilfselektrode, ihr innerer Widerstand sprunghaft bzw. diskontinuierlich herabgesetzt wird, so dass eine periodische Verlagerung der Feldverteilung oder des Spannungsgefälles des Yaknumgef1isses erfolgt und in dem Schwingung-
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several cathodes and one or more auxiliary electrodes as well as anodes that work with pure electron discharge.
The invention, for the better understanding of which the basic phenomenon will first be explained below, will be explained in more detail using the example of an essential representative of such discharge paths, namely a hot cathode high vacuum tube with a grid-shaped auxiliary electrode.
The behavior of this high vacuum tube was characterized according to the current state of scientific knowledge by influencing characteristics, which graphically represented the electron current flowing through the tube as a function of the grid voltage Vg and the applied anode voltage Va. All related papers and investigations ultimately had the purpose of establishing the general validity of these characteristic curves, the qualitative course of which is shown in FIG.
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This figure shows the dependency of the anode current ia on the grid voltage Vg at different anode voltages Val, Va2 ...
The large number of theories about such vacuum tubes, especially when used as amplifiers for weak alternating currents or in oscillation generator settings, starts from these characteristic curves and the technical concept of steepness and penetration derived from this family of characteristic curves.
A consideration, for example, of the curve set shown in FIG. 1 now readily reveals the complete continuity of all phenomena, so for example that a constant increase in the anode voltage applied to the tubes results in a constant change, etc. between the increase in the current up to the saturation value.
It has now been found, surprisingly, what was previously not known, that the phenomena taking place with the behavior described by the characteristic curves are not yet completed. This knowledge is explained using the following basic experiment, the circuit of which is shown schematically in FIG.
A vacuum tube with a hot cathode K, a grid-shaped auxiliary electrode g and anode a was connected to a direct current source with voltage Va. Initially, there was no connection of a circuit-related type between the grid and anode, so that a certain current was set according to the applied anode voltage, which was only a few milliamps due to the fairly close-meshed grid.
It was now connected via the switch s, a capacitor e or this capacitor with a series-connected, self-induction-free resistor r anode and grid. Surprisingly, it was found that the tube instantly absorbed the saturation current, which was several hundred milliamps, and that this state of the extremely increased conductivity of the tube remained stationary even when the switch s was opened again.
This state, in which there is a practically ideally insulated auxiliary electrode between the anode and the cathode, can no longer be explained in the host of known influencing characteristics of the relevant tube.
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now repeat the experiments described earlier and first apply a certain voltage Va between the cathode and anode with the switch s open. The electrostatic voltmeter I showed this
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meter I indicated that the potential between grid and anode was practically zero, while the total applied voltage Fa between cathode and grid was indicated by voltmeter 11.
The voltage curve in the first case is approximated by the characteristic curve d, the voltage curve in the second case is shown approximately by the characteristic curve in FIG. 4, in which the length of the discharge path is entered as the ordinates and the voltage as the abscissa.
A likely physical explanation for this phenomenon was found in the fact that even just a momentary suppression of a potential difference between anode and grid at the moment the capacitor is applied is sufficient to cause a permanent and stable displacement or a disintegration of the originally normal field build-up along the discharge path effect.
Obviously we are dealing with a completely new physical fact, in which the grid does not consume any power and yet in a stationary state accepts and maintains extremely high positive voltage differences compared to the cathode.
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whether it is possible to achieve the same final steady state in any other way than by turning a capacitor on and off. In a circuit according to FIG. 2, the switch s was therefore kept permanently closed, so that there was a permanent, either purely capacitive or capacitive and ohmic connection between grid and anode.
If the voltage Va on the tube was increased, it was found that the same phenomenon of field decay in the tube or the sudden or discontinuous decrease in the tube's internal resistance occurred when a certain voltage value was exceeded.
In the diagram of FIG. 5, the behavior of the internal resistance of a discharge gap is shown qualitatively in the scheme according to the above finding, the internal resistance Ri being entered as the ordinate and the voltage Va to be applied to the discharge path as the abscissa.
With a gradual increase in the voltage to be applied to the tube, the internal resistance usually develops the normal course from point 1 to point 2, according to La, ngmuir's formula. When the voltage to be applied to the tube reaches a certain value Vz, which may be called the decay voltage, the internal resistance drops from the value 2 to the value 3, and then with a further increase in the anode voltage due to the limitation of the current by its Saturation value gradually rise again towards the value 4. The dashed curve 2-5 would represent the normal course of the internal resistance that is to be expected based on the current state of scientific knowledge.
The tests have shown that the lowering of the resistance takes place almost instantaneously and therefore results in a discontinuous or discontinuous course of the internal resistance value.
This overturning of the resistance can even take place in a practically infinitely small time.
Instead of the bridging elements between the auxiliary electrode and the anode, a correspondingly high voltage could also temporarily be used between the auxiliary electrode and the cathode
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the same phenomenon. The use of a magnetic influence on at least part of the discharge path can also result in a similar effect, that is, a disintegration phenomenon.
According to the invention, a generation of vibrations is now made possible with the discharge path, which is or is influenced in the manner described.
A corresponding circuit is shown in the example of FIG. 6 in the diagram, without any arbitrary and sufficiently known methods for transmitting the power to an antenna being shown. Likewise, all possible types of application of influencing the generated alternation or Vibrational currents through human speech (telephony), and means for touching the alternating current generated (telegraphy) have been omitted.
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capable system, consisting of a combination of self-induction L and capacitance 0 connected or it forms part of it. R is a working resistance on which, for example, the generated alternating current or. High frequency energy is used.
The direct current required to feed the system capable of visual vibration is supplied to the main electrodes of the discharge path with the interposition of one or more stabilizing chokes D.
Before going into the explanation of the mode of operation of this circuit, it should be emphasized that: ss this is just one of the possible implementation examples. It can also be any
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combination resistor r, capacitor e under the conditions and reservations already made in the description of FIG. 2 and a replacement by the means indicated earlier is easily possible.
In order to maintain the vibrations, it is particularly sufficient to use capacitors or resistors or self-inductions alone at this point, and it has even been shown that the vibration process can also be achieved if any circuit connection between the grid and anode is omitted, especially if by suitable ones Dimensioning a sufficient internal capacitance between the auxiliary electrode and a main electrode is already available.
Since the oscillation process can also be achieved when using a silicon rod as a connection between the grid and anode, this is already the perfect proof that this connection between grid and anode, if it is used at all to initiate or maintain the oscillation process, is by no means at all vibration or. needs to be able to respond.
The generation of alternating currents up to the highest frequency with the circuit according to FIG. 6 will now be explained, it being assumed that the amplitude of the alternating current generated is equal to or greater than the direct current value of the supplied feed current and thus oscillations of the second type are generated; it is known that it is characteristic of this that the current through the discharge path is periodically practically zero or at least disproportionately small compared to the other current values within an oscillation period.
If one assumes, for example, that in the circuit according to FIG. 6 a direct current voltage is applied to the tube which is lower than the decay voltage characteristic of this vacuum vessel, then the tube takes up only a very small current in accordance with the earlier explanations. Now the oscillation circuit, after its capacitance C has previously been charged to a potential, is the
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The limit value of the decay voltage is exceeded, and the field build-up along the tube almost instantly decays or its internal resistance drops so far that the capacitance is immediately discharged via the vacuum vessel, the self-induction L etc.
However, the discharge progress is interrupted at the moment when the alternating discharge current is just opposite to that
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The flow of the current through the vessel is not possible, and a stage now begins in which the direct feed current stabilized by the chokes D recharges the capacitance C of the oscillatory system, whereby, according to theory, the voltage across the capacitance increases approximately in a straight line from a negative value In order to finally reach such a positive voltage value at the end of the charging period, which corresponds to the decay voltage of the tube, so that again a sudden drop in resistance occurs in the tube and a new discharge process begins.
This process is shown schematically in FIG. 7, in which the abscissa t represents the time and the direct feed current ig and the alternating current i are entered as the ordinates.
A characteristic of this new circuit for generating undamped alternating currents is in particular that a noticeable voltage between the auxiliary electrode and anode does not occur during the actual "working stage" of the tube, during which the capacitance C is discharged through it, while in the "inactivity" stages of the tube, during which the capacitance C is being charged from the supply source, there is no noticeable potential difference between the auxiliary electrode and the cathode.
As a result of the sudden change in resistance of the vacuum vessel, one is dealing with a kind of interruptive phenomenon, and there is, as it were, a periodic oscillation between two different complexes of phenomena within the tube. This is particularly favorable for the purposes of wireless high-speed telegraphy, since with the circuit according to the invention there is no so-called build-up of the vibrations, which can result in blurring of the characters at high speeds, since according to theory this is the rule from the first alternating current period of the discharge process is the same as for any subsequent period.
PATENT CLAIMS:
1. Circuit arrangement for generating electrical alternating currents up to the highest frequencies, characterized in that a vacuum vessel operating with pure electron discharge with one or more cathodes, anodes and auxiliary electrodes is connected to an oscillatory system or forms part of this system and through temporary or permanent Bridging part of the discharge path, e.g. B. the part between an anode and an auxiliary electrode, its internal resistance is abruptly or discontinuously reduced, so that a periodic shift of the field distribution or the voltage gradient of the yaknum vessel occurs and in the oscillation
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