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Elektronenröhre.
Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre, deren Verwendungsgebiet insbesondere Gittergleichrichterschaltungen sind.
Um die Ausgangsleistung einer Röhre ohne Erhöhung der Anodenspannung steigern bzw. eine grössere Steilheit der Kennlinien erhalten zu können, wurden verschiedene Massnahmen zur Beseitigung der in der Umgebung der Kathode auftretenden Raumladungshemmung vorgeschlagen und angewendet. Hiezu gehört beispielsweise die Verwendung einer Gasfüllung zwecks Kompensation der Raumladung durch Ionen und ferner die Anordnung von einem oder mehreren zwischen der Kathode und der Steuerelektrode liegenden, auf festem Potential gehaltenen Raumladegittern und schliesslich die Verwendung der sogenannten Verteilersteuerung (Bremsgitterschaltung). Derartige Röhren besitzen eine im Verhältnis zu gleich grossen Typen, bei denen diese Massnahmen fehlen, etwa 10mal grössere Steilheit.
Derartige Röhren wurden bisher jedoch nur in Verstärkerschaltungen, u. zw. insbesondere in Endstufen, verwendet.
Röhren mit derart grossen Steilheiten würden beim heutigen Stand des Gerätebaus ihr wertvollstes Anwendungsgebiet in Endröhren eines Rundfunkempfängers mit direkter hochfrequenter Aussteuerung als Hochleistungsgleichrichter finden. Der besondere Vorteil einer derartigen Anordnung liegt unter andern darin, dass solche Endröhren nur einen Mindestwert an Störungen aufnehmen. Für derartige Endgleichrichtersehaltungen reichen jedoch die vorgenannten Röhren mit ihrer heute bekannten Aus- führungsform noch nicht aus bzw. sie arbeiten dort sehr unwirtschaftlich. Beim augenblicklichen Stand der Röhrentechnik kommt hiefür nämlich nur die Anodengleiehrichter (Richtverstärker) Sehaltung in Frage.
Eine derartige Röhre arbeitet jedoch sehr unwirtschaftlich, da bei dem geringen Anodenstromfüllfaktor und den derzeit üblichen kleinen Modulationsgraden der Anodenstrombereich bei voller Verwertung des Gittersteuerbereiches nur schwach ausgenutzt werden kann. Gegenüber einer Nieder-
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wird aus der grossen Steilheit nur ein sehr geringer Vorteil gezogen.
Man musste daher an Gittergleiehrichtung denken, die eine gute niederfrequenzmässige Leistungsausnutzung ermöglicht. Der Verwendung von Röhren mit verminderter Raumladungshemmung in Gittergleichrichterschaltung stehen jedoch erhebliche Schwierigkeiten entgegen. Mit der hohen Anodenstromsteilheit ist zwangläufig ein starker Anstieg des Gitterstromes verbunden. Die Gitterkathodenstrecke stellt bei diesen Röhren, soweit sie im Gitterstromgebiet arbeiten, einen verhältnismässig kleinen Widerstand dar, der in der Grössenordnung von nur 1000 Ohm liegt.
Der Gitterkreis erleidet daher eine
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Bei gasgefüllten Röhren kommt als erschwerend 1 inzu, dass im Ionengitterstromgebiet die Gitterkathodenstrecke einen negativen Widerstand in der Grössenordnung von 1000-10. 000 Ohm darstellt, so dass der Anschluss eines Eingangskreises ohne besondere zusätzliche Massnahmen wegen der Gefahr der Selbsterregung überhaupt unmöglich wäre. Eine weitere Schwierigkeit, die sich der unmittelbaren hochfrequenten Aussteuerung einer als Gittergleichrichter arbeitenden Endröhre entgegenstellt, ist die, dass bei den dazu benötigten grossen Amplituden eine zusätzliche Anodengleichrichtung auftritt, die zu unerträglichen Verzerrungen führt.
Bei dem kleinen Gitteraussteuerbereieh, den Röhren mit grosser Steilheit aufweisen, wird dieser kritische Zustand sehr bald erreicht.
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Diese Überlegungen führten dazu, dass man bisher davon Abstand nahm, in Gleichrichterröhren Massnahmen zur Behebung der Raumladungshemmung zwecks Vergrösserung der Kennliniensteilheit zu treffen. Durch die Erfindung wird ein Ausweg gefunden, wobei auf eine an sich bekannte Form von Gittergleichriehterröhren zurückgegriffen wird. Unter der Bezeichnung Wunderlieh-Röhre"sind Gittergleichriehterröhren bekannt geworden, die zwei gegeneinander isolierte und in bezug auf die Steuerfähigkeit gleichwertige Gitterelektroden besitzen.
Die Erfindungbesteht in einer Elektronenröhre, diezweihinsichtlichder Steuerwirkung gleichwertige, voneinander isolierte Gitterelektroden, deren gegenseitiger Durchgriff nahezu gleich 100% beträgt, enthält und bei der ferner Massnahmen zur Verminderung der Raumladungshemmung getroffen sind.
Die Erfindung besteht demnach in einer kombinierten Anwendung zweier an sich bekannter Merkmale. Diese Kombination ergibt die Lösung ganz anderer technischer Aufgaben, als mit der Wunder- lichröhre bzw. der Raumladungsverminderung an sich lösbar sind. Diese neue Aufgabe besteht in einer technisch wirtschaftlichen, direkt hochfrequenten Aussteuerung der Endröhre, bei geringster Störempfindlichkeit und Verzerrung. Im Gegensatz dazu ist die Wunderlichröhre mit einer gewöhnlichen Audionröhre zu vergleichen, von der sie sich nur dadurch unterscheidet, dass sie infolge der Verwendung von zwei Steuergitter grössere Amplituden verarbeiten kann.
Die Verwendung zweier Steuergitter bringt bei der gasgefüllten Röhre auch den nicht vorauszusehenden Fortschritt mit sich, dass die durch die fallende Gitterstromkennlinie bedingten Schwierigkeiten um mehrere Grössenordnungen vermindert werden.
Inwiefern die geschilderten Schwierigkeiten, die bisher bei Röhren mit grosser Steilheit auftraten, durch die Erfindung beseitigt werden, ergibt sich aus folgenden Betrachtungen über die Wirkungsweise.
Die Röhre wird als Gittergleichrichter benutzt, wobei die beiden Steuergitter hochfrequent in Gegenphase arbeiten. Widerstand und Kondensator, an denen die Niederfrequenzspannung entsteht, liegen zwischen der Mitte der Schwingkreisspule und der Kathode. Die Gleichrichterströme beider Gitter addieren sich, und beide Gitter werden niederfrequent im gleichen Sinne gesteuert. Infolge der gegenphasigen Hochfrequenzsteuerung der beiden Gitter wird der Anodenstrom hochfrequent gar nicht beeinfluss, da sich die Feldwirkungen der beiden Gitter in der Entladungsbahn Kathode-Anode praktisch vollkommen kompensieren. Eine zusätzliche Anodengleichrichtung mit ihrer Verzerrung entfällt also ganz.
Die zweite Schwierigkeit, die Gitterstromdämpfung, wird durch folgende Tatsache beseitigt : Die beiden Gitter besitzen aufeinander einen Durchgriff, der bei weitgehender Symmetrie zwar nicht den Wert 1 (100%), aber einen nahe bei 1 liegenden Wert hat. Bei gegenseitigem Durchgriff 1 käme überhaupt kein Gitterstrom zustande. Bei gegenseitigem Durehgriff wenig kleiner als 1 kommt bei gegenphasiger Steuerung ein im Verhältnis zur gleichphasigen Steuerung nur minimaler Strom zustande.
Hat der gegenseitige Durchgriff den Wert D = l-, so erhält bei gegenphasiger Steuerung der Gitterstrom pro Gitter den Wert J = s. d. Vy, wenn s die Steilheit des einen Gitterstromes in bezug auf die andere Gitterspannung ist. Durch Festlegung von cl hat man also den Gitterstrom und damit auch die Dämpfung des Kreises in der Hand. Die dynamische Gitterstromkennlinie für gegenphasige Steuerung kann also im Gegensatz zur normalen beliebig flach gemacht werden. Insbesondere kann man so auch den negativen Widerstand des gasgefüllten Rohres erheblich erhöhen. Bei Verwendung eines schweren Gases (Argon) kann man dann die Gefahr der Selbsterregung schon beseitigen, ohne dass noch weitere Massnahmen, wie z. B. galvanische Kopplung mit der Vorröhre, notwendig wären.
Die Dimensionierung der Gittervorspannung, des Gitterwiderstandes und des Gitterkondensators ergibt sieh im wesentlichen nach bekannten allgemeinen Regeln. Nur bei den gasgefüllten Rohren treten neue Gesichtspunkte auf. Um eine hohe Niederfrequenzempfindlichkeit zu erlangen, muss der Arbeitspunkt im Gebiet des für Niederfrequenz negativen Widerstandes liegen, da im Gebiet des positiven Widerstandes selbst bei grossen niederfrequenten Strömen nur kleine Spannungsänderungen auftreten. Im negativen Widerstandsgebiet muss der Gitterwiderstand kleiner sein als der absolute Betrag des negativen ; die Empfindlichkeit wird am grössten, wenn man beide möglichst einander angleicht. Es muss in diesem Falle auch eine negative Gittervorspannung verwendet werden, um den Arbeitspunkt einstellen zu können.
In der Zeichnung stellt Fig. 1 schematisch eine beispielsweise Anwendung der Röhre gemäss der Erfindung dar, Fig. 2 zeigt die Gitterstromkennlinie.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 1 wirkt die z. B. von dem Antennensystem A, E aufgenommene Hochfrequenzenergie auf den Schwingungskreis L, C, dessen Enden mit den beiden Gittern G und G" verbunden sind. Die Röhre R wird als Gittergleichrichter benutzt, wobei die beiden Steuergitter G und G'
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In Fig. 2 ist für eine gasgefüllte Röhre der Verlauf des Gitterstromes Ju in Abhängigkeit von der Gitterspannung Vy dargestellt. Gleichzeitig ist auch die dem Gitterableitwiderstand Ru entsprechende
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Widerstandsgerade eingetragen, aus deren Schnittpunkt mit der Gitterstromkennlinie sich der jeweilige Arbeitspunkt im Aussteuerbereich AVy, A ermitteln lässt.
Man sieht unmittelbar, dass eine negative Gitterspannung erforderlich ist, um in den fallenden Bereich des Gitterstromes, wo die Empfindlichkeit am grössten ist, zu gelangen.
An dem Wesen der Erfindung wird nichts geändert, wenn an Stelle einer Gasfüllung andere Massnahmen zur Verminderung der Raumladungshemmung getroffen werden, z. B. die Anordnung einer oder mehrerer, auf festem Potential gehaltener Gitterelektroden zwischen der Kathode und den beiden Stenerelektroden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektronenröhre, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei, steuerungsmässig gleichwertige, voneinander isolierte Gitterelektroden, deren gegenseitiger Durchgriff nahezu gleich 1 (100%) ist, enthält und dass Massnahmen zur Verminderung der Raumladungshemmung getroffen sind.
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Electron tube.
The invention relates to an electron tube whose field of use is, in particular, grid rectifier circuits.
In order to be able to increase the output power of a tube without increasing the anode voltage or to be able to obtain a greater steepness of the characteristic curves, various measures for eliminating the space charge inhibition occurring in the vicinity of the cathode have been proposed and applied. This includes, for example, the use of a gas filling to compensate for the space charge by ions and also the arrangement of one or more space charge grids between the cathode and the control electrode and kept at a fixed potential, and finally the use of the so-called distributor control (braking grid circuit). Such tubes have a steepness that is about ten times greater than that of types of the same size that lack these measures.
Such tubes have previously only been used in amplifier circuits, u. zw. Used in particular in power amplifiers.
With today's state of the art of equipment construction, tubes with such steep slopes would find their most valuable field of application in the end tubes of a radio receiver with direct high-frequency modulation as high-performance rectifiers. The particular advantage of such an arrangement is, among other things, that such end tubes only absorb a minimum amount of interference. However, the aforementioned tubes with their currently known design are not yet sufficient for such final rectifier configurations or they work very uneconomically there. With the current state of tube technology, only the anode leveling device (directional amplifier) can be used for this.
However, such a tube works very uneconomically, since with the low anode current fill factor and the currently customary small degrees of modulation, the anode current range can only be used to a limited extent with full utilization of the grid control range. Opposite a low
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only a very small advantage is drawn from the steep slope.
One therefore had to think of the lattice direction that enables good low-frequency power utilization. The use of tubes with reduced space charge inhibition in the grid rectifier circuit, however, are confronted with considerable difficulties. A strong increase in the grid current is inevitably associated with the high steepness of the anode current. The grid cathode path in these tubes, insofar as they work in the grid current area, represents a relatively small resistance, which is in the order of magnitude of only 1000 ohms.
The grid circle therefore suffers a
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In the case of gas-filled tubes, an aggravating factor 1 is that in the ion lattice current area the lattice cathode path has a negative resistance in the order of magnitude of 1000-10. 000 ohms, so that the connection of an input circuit would be impossible at all without special additional measures because of the risk of self-excitation. Another difficulty that opposes the direct high-frequency modulation of an end tube working as a grid rectifier is that with the large amplitudes required for this an additional anode rectification occurs, which leads to unbearable distortions.
This critical state will be reached very soon with the small grating dynamic range that tubes have with great steepness.
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These considerations have led to the fact that up to now one has refrained from taking measures in rectifier tubes to eliminate the space charge inhibition in order to increase the steepness of the characteristic curve. A way out is found by means of the invention, in which case a form of grid straight-line tubes known per se is used. Lattice rectilinear tubes have become known under the designation Wunderlieh tube "which have two grid electrodes that are insulated from one another and are equivalent in terms of controllability.
The invention consists in an electron tube which contains two grid electrodes which are insulated from one another and which are equivalent in terms of their control effect and whose mutual penetration is almost equal to 100%, and in which measures are also taken to reduce the space charge inhibition.
The invention therefore consists in a combined application of two features known per se. This combination results in the solution of completely different technical tasks than can be solved with the Wunderlich tube or the space charge reduction per se. This new task consists in a technically economical, direct high-frequency modulation of the output tube, with the lowest possible sensitivity and distortion. In contrast, the Wunderlich tube can be compared with a normal audio tube, from which it only differs in that it can process larger amplitudes due to the use of two control grids.
The use of two control grids with the gas-filled tube also brings about the unforeseeable progress that the difficulties caused by the falling grid current characteristic are reduced by several orders of magnitude.
The extent to which the described difficulties, which previously occurred with tubes with a steep slope, are eliminated by the invention, results from the following considerations about the mode of operation.
The tube is used as a grid rectifier, with the two control grids working in antiphase at high frequencies. The resistor and capacitor, at which the low-frequency voltage is generated, are located between the center of the resonant circuit coil and the cathode. The rectifier currents of both grids add up, and both grids are controlled at low frequencies in the same sense. As a result of the high-frequency control of the two grids in opposite phase, the high-frequency anode current is not influenced at all, since the field effects of the two grids in the cathode-anode discharge path practically completely compensate each other. An additional anode rectification with its distortion is therefore completely unnecessary.
The second difficulty, the grid current attenuation, is eliminated by the following fact: The two grids have a penetration that is largely symmetrical, although not 1 (100%), but has a value close to 1. With mutual penetration 1, there would be no grid current at all. In the case of reciprocal control a little less than 1, only a minimal current is generated with anti-phase control compared to in-phase control.
If the mutual penetration has the value D = l-, the grid current per grid receives the value J = s with anti-phase control. d. Vy if s is the steepness of one grid current with respect to the other grid voltage. By defining cl one has the grid current and thus also the damping of the circle in hand. The dynamic grid current characteristic for anti-phase control can therefore be made as flat as desired in contrast to normal. In particular, the negative resistance of the gas-filled pipe can also be increased considerably in this way. If a heavy gas (argon) is used, the risk of self-excitation can be eliminated without further measures, such as B. galvanic coupling with the pre-tube would be necessary.
The dimensioning of the grid bias, the grid resistance and the grid capacitor essentially results from known general rules. Only with the gas-filled pipes do new aspects arise. In order to achieve high low-frequency sensitivity, the operating point must be in the area of the negative resistance for low frequency, since only small voltage changes occur in the area of positive resistance even with large, low-frequency currents. In the negative resistance area, the grid resistance must be less than the absolute value of the negative; the sensitivity is greatest when the two are as similar as possible. In this case, a negative grid bias must also be used in order to be able to set the operating point.
In the drawing, FIG. 1 schematically shows an example of an application of the tube according to the invention, FIG. 2 shows the grid current characteristic.
In the arrangement according to FIG. 1, the z. B. from the antenna system A, E absorbed high frequency energy on the oscillation circuit L, C, the ends of which are connected to the two grids G and G ". The tube R is used as a grid rectifier, the two control grids G and G '
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In Fig. 2, the course of the grid current Ju is shown as a function of the grid voltage Vy for a gas-filled tube. At the same time, the one corresponding to the grid leakage resistance Ru is also
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Resistance straight line is plotted from the intersection of which with the grid current characteristic curve the respective working point in the modulation range AVy, A can be determined.
You can see immediately that a negative grid voltage is required to get into the falling area of the grid current, where the sensitivity is greatest.
The essence of the invention is not changed if other measures to reduce the space charge inhibition are taken instead of a gas filling, eg B. the arrangement of one or more grid electrodes held at a fixed potential between the cathode and the two stener electrodes.
PATENT CLAIMS:
1. Electron tube, characterized in that it contains two, in terms of control, equivalent, insulated grid electrodes, the mutual penetration of which is almost equal to 1 (100%), and that measures are taken to reduce the space charge inhibition.