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Elektrische Entladungsröhre.
Die Erfindung betrifft elektrische Entladungsröhren und bezieht sich besonders auf Röhren zur Verstärkung elektrischer Schwingungen. Bisher war für diesen Zweck die Verwendung von Dreielektrodenröhren üblich, die in der Praxis hauptsächlich zwei Nachteile aufwiesen. Erstens sind die Kreise, die mit einer einzelnen Dreielektrodenröhre benutzt werden können, hinsichtlich der Erdverbindung asymmetrisch. Zweitens sind Rückkopplungserscheinungen, die durch die auf die Kapazität zwischen Gitter und Anode der Röhre zurückzuführende Kopplung entstehen, Ursache von Schwingungen unerwünschter Frequenzen. Der erste dieser Nachteile wurde durch Benutzung von Kreisen in Gegentaktschaltung (Push-pull) überwunden, wobei jede Stufe wenigstens zwei gesondere Glühkathodenröhren erfordert.
Die zweite Schwierigkeit wurde im wesentlichen durch die Verwendung rückkopplungsfreier, neutralisierter Kreise ausserhalb der Röhre selbst vermieden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es bei der Verwendung derartiger äusserer Hochfrequenzschwingungskreise schwierig ist, einen vollkommen stabilen Verstärker zu erhalten, u. zw. wegen der Kopplung der verhältnismässig langen Leitungen, die für die Verbindung der verschiedenen Teile des äusseren Neutralisationskreises erforderlich sind. Es ist der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Entladungsröhre anzugeben, mit der diese Schwierigkeiten und Mängel in der Hauptsache überwunden werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Entladungsröhre mit einer im wesentlichen symmetrischen Anordnung der Elektroden, wobei deren gegenseitiger Abstand und ihre Verbindungen miteinander bewirken, dass die Rückkopplungsspannung, die durch die auf die Kapazität zwischen einem Elektrodenpaar zurückzuführende Kopplung entsteht, durch die Rückkopplungsspannung, die durch die auf die Kapazität zwischen einem andern Elektrodenpaar zurückzuführende Kopplung entsteht, ausgeglichen wird, wenn die Röhre mit einer Wechselspannung erregt wird, die hinsichtlich des Kathodenpotentials symmetrisch ist.
Die symmetrische Anordnung lässt sich leicht durch Verwendung flacher oder plattenförmiger Elektroden mit geeignetem gegenseitigen Abstand und geeigneten Wirkungsflächen erzielen, doch beschränkt sich die Erfindung natürlich nicht auf die Verwendung flacher Elektroden, da auch Elektroden anderer Form so angeordnet werden können, dass die Gleichgewichts-oder Ausgleichswirkung zustande kommt. Bei einer einfachen Form der neuen Röhre werden eine Anzahl Elektroden einschliesslich einer elektronen emittierenden Kathode, ein Gitter-oder Steuerelektrodenpaar, ein Anodenpaar und ein Paar Stabilisierungselektroden benutzt, von denen je eine an der vom zugehörigen Gitter abgewandten Anodenseite angebracht ist.
Jedes Gitter ist kreuzweise mit einer Stabilisierungselektrode verbunden, also mit jener, die zu der auf der andern Seite liegenden Anode gehört, so dass die infolge der Kapazität zwischen einer Anode und dem zugehörigen Gitter auftretende Kopplung durch die infolge der Kapazität zwischen der andern Anode und der zugehörigen Stabilisierungselektrode auftretende Kopplung aufgehoben werden kann. Eine derartige Röhrenkonstruktion eignet sich zur Verwendung als Verstärker in einem Radiosendekreis und kann zur Verstärkung besonders hochfrequenter
Schwingungen benutzt werden. Die neue Röhre kann auch sehr gut zweckmässig mit gekoppelten Einund Ausgangskreisen zur Erzeugung von Schwingungen jeder beliebigen Frequenz sowie ferner in Verstärkern für Rundfunkempfänger benutzt werden.
Besonders in letzterem Falle beschränkt sich die
Erfindung nicht auf Röhren mit direkt geheizter Kathode, sondern kann auch auf Röhren mit indirekt geheizter Kathode ausgedehnt werden, da die Elektroden auch symmetrisch um eine Kathode angeordnet werden können, die z. B. aus einem Nickelröhrchen besteht.
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Damit das Wesen der Erfindung klar verständlich wird, werden nachstehend die Konstruktion einer Form der neuen Glübkathodenröhre und einige mögliche Anwendungsmethoden an Hand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin Fig. 1 die Anordnung der Elektroden der Röhre im Längsschnitt, F, g. 2 die Elektrodenanordnung im Querschnitt und Fig. 3 den Längsschnitt durch eine Ausführungsform der neuen Röhre für Radiosendezwecke zeigt. Fig. 4 ist ein Grundriss und Fig. 5 ein Querschnitt durch die L, nie V-V der Fig. 3 ; Fig. 6 zeigt eine Schaltung, in der die Röhre als Verstärker benutzt wird. Fig. 7 zeigt eine Schaltung, bei der die Röhre als Oszillator benutzt wird ; aus den Fig. 8 und 9 ist ersichtlich, wie die Röhre als Modulator bzw. Demodulator oder Detektor benutzt wird.
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, b. lden die Elektroden ein flaches System und sind im wesentlichen symmetrisch um die Glühkathode 0 angeordnet. Zwei Steuergitter G1, G2 sind zu beiden Seiten der Kathode 0 und die beiden Anoden Al, A2 an den Seiten der Steuergitter angebracht, die von der Kathode C abgewandt sind. Schliesslich sind zwei StabJLsierungsgitter tSj., s a'n den von den Steuergittern abge-
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zwischen den Elektroden und deren Wirkungsflächen sind derartig, dass die wirksame Kapazität zwischen einer Anode und einem Steuergitter im wesentlichen gleich ist der wirksamen Kapazität zwischen einer Anode und einem Stabilisierungsgitter.
Die Elektrodengruppe muss innerhalb des Kolbens B in unveränderlicher Lage gehalten werden, und die Elektroden sind symmetrisch anzuordnen. Die Erfindung ist keineswegs auf die Verwendung einer aus flachen Elektroden bestehenden Elektrodengruppe beschränkt. In den Fig. 3-5 ist beispielsweise eine Röhre mit einer Quarzglocke E mit platten oder flachen Elektroden gezeigt. Die Elektroden haben die Form senkrechter Platten, mit Ausnahme der Kathode 0, die aus einem haarnadelförmigen, in derselben senkrechten Ebene liegenden Heizfaden besteht. Die Elektroden sind mit denselben Bezugsbuchstaben wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet.
In Fig. 4 sind demnach die Steuergitter bei G1 und Ca, die Anoden bei Al und A2 und die äusseren oder Stabilisierungsgitter bei i und S, ersichtlich. An beiden Enden der Elektrodengruppe befindet sich ein rechtwinkliger Rahmen F aus Quarz, der im Kolben E durch gebogene Quarzhalter K verankert ist. Die Elektroden sind mit den Hülsen H aus Quarz am Rahmen F befestigt. Jede der Hülsen H ist an die Seite eines der Stäbe des Rahmens F angeschmolzen, um aber die Haltbarkeit der Befestigung zu erhöhen, wird jede Hülse noch von einem Paar schräger Stützen B gehalten, die sich zwischen dem Stab des Rahmens F und dem rückwärtigen Teil der Hülse H erstrecken.
Wie man aus der Figur ersieht, befinden sich die sechs Hülsen an jedem Ende der beiden
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längerung des Stengels L an der rechten Seite der Glocke E. Der Stengel L enthält die üblichen Spannfedern M für den Heizfaden 0, die an der Verbindungsbrücke 0 für den Heizfaden befestigt sind. Die Stengel für die Heizstromzuführungsdrähte sind bei C3 und C* ersichtlich. Die Kreuzverbindungen zwischen den Steuergittern G1, G2 und den Stabilisierungsgittern Sl, S2 sind in Fig. 4 mit 01 und O2
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sehen, ähnlich auch die Stengel der Einführungsdrähte der Anoden bei As und A4.
In Fig. 6 sind die Anschlüsse einer als Verstärker dienenden Röhre dargestellt. In dieser sowie in den folgenden Figuren wurden die Kreuzverbindungen 01, O2 der Deutlichkeit halber weggelassen. Der Gitterkreis der Röhre besteht aus einer Selbstinduktion 3 und einem hiezu parallel geschalteten veränderlichen Kondensator 4 ; diese beiden Elemente sind zwischen die beiden Gitter G1, G2 geschaltet.
Die Eingangsleistung wird einem Hochfrequenzgenerator 5 entnommen,'der mittels Spule 9 mit der Selbstinduktion 3 gekoppelt ist. Die Hochspannungsquelle ist über eine Drosselspule 6 mit dem Anodenkreis, u. zw. mit der Mitte der Anodenspule 1, verbunden. Diese Spule 1 ist parallel zu den veränderlichen Kondensator 2, der die Anoden Al, A2 überbrÜckt, geschaltet. Die Gittervorspannung wird den Gittern G1, G2 über eine Drosselspule 7 und die Mittelanzapfung der Gitterspule 3 zugeführt. Die Kathode 0 kann in der üblichen Weise geheizt werden ; sie kann auch aus einer indirekt geheizten Kathode bestehen, z. B. aus einem Nickelröhrchen od. dgl.
Die Heizstromquelle oder der Heizkreis ist vorzugsweise bei einem Mittelpunkt zu erden, so dass die beiden Hälften der Kathodenschleife hinsichtlich des Erdpotentials symmetrisch sind.
Verwendet man die Röhre in dieser Weise als Verstärker, so wird eine Kopplung zwischen Gitterund Anodenkreisen ausserhalb der Röhre durch einen leitenden Schirm 8 verhindert, und eine Kopplungsspule 9 führt den hinsichtlich des Erdpotentials symmetrischen Gitterkreisen 3 und 4 Energie zu. In dem Augenblick, in dem das positive Potential des Steuergitters G1 seinen Höchstwert erreicht, erreicht auch das negative Potential des Steuergitters G2 infolge der symmetrischen Anordnung der Elektroden
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dagegen einen Mindestwert. In diesem Augenblick würde daher das Potential von j4i einen Mindestwert, das von A2 einen Höchstwert erreichen.
Allgemein ausgedrückt haben die Potentiale der Anoden Al und A, in jedem Augenblick gleiche Grösse, jedoch entgegengesetzte Vorzeichen oder mit andern Worten,
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sie sind um 1800 phasenverschoben. Infolge der Kapazität zwischen dem Gitter Gl und der zugehörigen Anode jii erhält dieses Gitter ein Ruckkopplungspotential ;
wegen der Kreuzverbindung O2 zwischen diesem Gitter und dem gegenüberliegenden Stabilisierungsgitter 82, die kurz genug ausgeführt ist und genügenden Querschnitt, also im wesentlichen Induktion hat, um die Arbeitsfrequenzen nicht zu beeinflussen, erhält das Gitter al aber ein zweites Rückkopplungspotential, das auf die Kapazität zwischen der Anode A2 und dem Stabilisierungsgitter 82 zurückzuführen ist. Dieses zweite Rückkopplungspotential hat dieselbe Grösse wie das der Anode Al, da die Kapazität zwischen der Anode A2 und dem Stabilisierungsgitter 82 gleich der Kapazität zwischen der Anode Al und dem Gitter Gl ist.
Ferner ist dieses zweite Rückkopplungspotential dem der Anode Ai gegenüber infolge der symmetrischen Anordnung um 1800 phasenverschoben. Die beiden Rückkopplungspotentiale heben einander daher auf, und Schwingungen unerwünschter Frequenz in den Anoden oder Gitterkreisen werden unterdrückt. Um eine symmetrische Anordnung zu erzielen, sind die Zuführungsdrähte zu den Gittern mit den Mittelpunkten
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Schaltung bei geeigneten Abmessungen der abgestimmten Anoden-und Gitterkreise 1, 2,3 und 4 bzw. durch Abstimmung auf die Frequenz der gewünschten Schwingungen zur Verstärkung von Schwingungen über ein sehr grosses Frequenzgebiet benutzt werden, ohne dass eine Neigung zu Eigenschwingungen besteht.
In Fig. 7 ist eine Methode zur Schwingungserzeugung mit der neuen Röhre dargestellt ; hiebei wird eine Kopplung ausserhalb der Röhre benutzt. In dieser Schaltung besteht der Anodenkreis der Röhre wiederum aus einer Selbstinduktion 1 und einem veränderlichen Kondensator 2, die zwischen den Anoden der Röhre geschaltet sind. Auch der Gitterkreis besteht wiederum aus einer Selbstinduktion 3 und einem veränderlichen Kondensator 4, welche die Gitter überbrücken. Die Selbstinduktionen 1 und 3 sind magnetisch gekoppelt. Die Verbindungen 10 und 11 von den Gittern G'i und G2 zu den abgestimmten Kreisen 3 und 4 können leicht so angeordnet werden, dass ihre Länge zu der Wellenlänge der gewünschten Schwingungen in einem bestimmten zahlenmässigen Verhältnis steht.
Die Rückkopplung vom Anodenkreis auf den Gitterkreis hängt dann ganz von der magnetischen Kopplung zwischen diesen Kreisen ab und ist von den Kapazitäten zwischen den Röhrenelektroden unabhängig ; bei den bekannten Ausführungen von Oszillatoren, bei denen Dreielektrodenröhren benutzt werden, ist die Kapazität zwischen Anode und Gitter veränderlich und beeinflusst die Frequenz der erzeugten Schwingungen. In der vorliegenden Schaltung können die Kopplungsglieder fest eingebaut werden, so dass die Frequenz der erzeugten Schwingungen ausserordentlich konstant ist. Durch geeignete Dimensionierung der Anoden-und Gitterkreise, z. B. durch paarweise Verwendung von geraden Drähten für Induktion und Kapazität, lassen sich Schwingungen von aussergewöhnlich hohen Frequenzen erzeugen.
Fig. 8 zeigt eine Schaltung, in der die neue Röhre als Modulator von Hochfrequenzschwingungen benutzt wird. Auch hier besteht der Anodenkreis wieder aus einer Selbstinduktion 1 und einem hiezu parallelgeschalteten veränderlichen Kondensator 2, die zwischen den Anoden Ai und A2 geschaltet sind.
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z. B. von einem Mikrophonkreise über die Spule 13 zugeführt. Die Spulen 3 und 12 wirken daher als Modulationskreis, und als Ausgangsleistung der Anoden Al, A2 der Röhre ergibt sich eine modulierte, hochfrequente Trägerwelle.
In der Schaltung nach Fig. 9 wird die Röhre in einer Audion-oder Demodulatorstufe benutzt, wie sie zur Erzeugung der Zwischenfrequenz in einem Superheterodynempfänger gebraucht wird. Die Eingangsleistung wird der Gitterspule 3 zugeführt. Diese wird mit dem veränderlichen Kondensator 4 abgestimmt und ist über die Widerstände RI, Remit den Gittern Gl, G2 verbunden. Der Heizstrom wird der Glühkathode über einen Widerstand 15 zugeführt ; ein Teil des Spannungsabfalls dient als Gittervorspannung und wird über die Mittelanzapfung der Spule 3 an die Gitter angelegt. Die Ausgangsleistung wird von den Anoden Al, A2 über einen Transformator mit Eisenkern 1, 16 abgenommen ; die Mittelanzapfung der Primärwicklung des Transformators ist mit der Erde 15 verbunden.
Es ist selbstverständlich, dass nach der vorliegenden Erfindung konstruierte Röhren in verschiedenen Grössen hergestellt werden können und darum der symmetrischen Anordnung und der Festigkeit der Elektrodengruppe besondere Aufmerksamkeit zugewandt werden muss. Ferner ist dafür zu sorgen, dass die Abmessungen der Elektrodenflächen genügen, um die benötigte Energie abzuführen, und es ist auch auf die Auswahl des Isoliermaterials, das dazu dient, die Elektroden im richtigen Abstand voneinander zu halten, zu achten. Ausserdem muss der Abstand zwischen den Elektroden gross genug sein, um die zwischen den Elektroden auftretenden Spannungsuntersehiede aushalten zu können, und gleichzeitig auch solche Werte haben, dass die erforderlichen Röhrenkennlinien erreicht werden.
Die richtigen Abmessungen jeder gegebenen Elektrodengruppe nach der Erfindung können durch Ausprobieren der betreffenden Gruppe festgestellt werden, bevor diese in die Glocke gebracht und letztere evakuiert wird.
Es hat sich gezeigt, dass das Glühen des Heizfadens das System nicht merkbar aus dem Gleichgewicht bringt.
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Obgleich die Erfindung ausführlich an Hand von Röhren beschrieben wurde, die nur sieben Elektroden enthalten, ist sie selbstverständlich nicht auf solche beschränkt, weil z. B. noch weitere Gitter angebracht werden können, etwa zwischen den Anoden und den zugehörigen Steuergitter, so dass mit jeder gewünschten Spannung gearbeitet werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Entladungsröhre mit einer Kathode und zwei mit je einer Steuerelektrode zusammenwirkenden Anoden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Anode eine Stabilisierungselektrode so zugeordnet ist, dass die Kapazität zwischen der einen Anode und deren Stabilisierungselektrode gleich der Kapazität zwischen der andern Anode und deren Steuerelektrode ist, während die Steuerelektrode der einen Anode mit der Stabilisierungselektrode der andern Anode elektrisch verbunden ist.