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Schaltung und Entladungsröhre zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen derjenigen Art, bei der eine Entladungsröhre angewendet wird, in der die Elektronen von einem Magnetfeld beeinflusst werden. Die Schwingungen, die mit einer derartigen Schaltung erzeugt werden können, lassen sich in verschiedene Gruppen einteilen.
So können z. B. mit einer Oszillatorröhre, die eine zylindrische Anode aufweist, die eine geradlinige
Kathode symmetrisch umgibt, Schwingungen erzeugt werden, deren Schwingungszeit von der gleichen
Grössenordnung wie die Umlaufzeit der Elektronen in der Röhre ist. Die Frequenz dieser Schwingungen steht im geraden Verhältnis zu der Stärke des Magnetfeldes.
Eine zweite Art von Schwingungen kann mit einer Oszillatorröhre erzeugt werden, in der zwei oder mehr Anoden symmetrisch in bezug auf eine Kathode angeordnet sind und bei der ein negativer Widerstand auftritt, wenn an zwei einander gegenüberliegenden Anoden ein Potentialunterschied angelegt wird. Wird zwischen zwei einander gegenüberliegenden Anoden ein Schwingungskreis angeschlossen, so werden infolge des negativen Widerstandes in diesem Kreis Schwingungen erzeugt, deren Frequenz durch die Eigenfrequenz des Schwingungskreises bedingt ist. Die Frequenz dieser Schwingungen ist von der Stärke des Magnetfeldes unabhängig.
Eine dritte Gruppe von Schwingungen wird erhalten, wenn bei einer Oszillatorröhre, die ein oder mehrere Anodenpaare aufweist, die gleichmässig am Röhrenumfang angeordnet sind und eine Kathode umgeben, die Stärke des Magnetfeldes grösser als die Feldstärke gemacht wird, bei welcher der Anodenstrom unterdrückt wird. Es werden in diesem Fall Schwingungen erhalten, deren Frequenz der Magnetfeldstärke umgekehrt proportional ist. Das Auftreten dieser Schwingungen lässt sich an Hand der Bewegungsgleichungen für die Elektronen in der Röhre erklären. Es folgt aus diesen Gleichungen, dass beim Vorhandensein einer kleinen Wechselspannung zwischen den zwei Anoden einer Oszillatorröhre die Elektronen die Anode erreichen können, nachdem sie mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit eine schraubenlinienförmige Bahn zurückgelegt haben.
Es ergibt sich, dass die lineare Geschwindigkeit, mit der die Elektronen auf die Anode auftreffen, viel geringer ist als die der Anodengleichspannung entsprechende Geschwindigkeit, so dass kräftige Schwingungen erzeugt werden können. Die Frequenz der erzeugten Schwingungen wird bei einer Generatorröhre mit zwei Anoden annähernd durch die Gleichung
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bestimmt, in der Va die Anodengleichspannung, ra den Abstand der Symmetrieachse von den Anoden und H die Stärke des Magnetfeldes bezeichnet.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung, die sich insbesondere zum Erzeugen von Schwingungen der letztgenannten Art eignet. Ein besonderer Vorteil dieser Art von Schwingungen ist, dass sie mit einem erheblich grösseren Wirkungsgrad erzeugt werden können, als bei den ändern Schwingung- arten möglich ist. Bei Anwendung einer Schaltung gemäss der Erfindung kann der Wirkungsgrad mehr als 50% betragen, während beim Erzeugen der erstgenannten Schwingungsarten ein Wirkungsgrad von höchstens 30% erhalten wird.
Wird zur Erzeugung von Schwingungen der genannten Art, deren Frequenz der Magnetfeldstärke umgekehrt proportional ist, eine Oszillatorröhre verwendet, die zwei oder mehr Anodenpaare aufweist, die mit einer Ausgangsimpedanz derart verbunden sind, dass das Potential jeder Anode dem Potential
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der nächstliegenden Anoden entgegengesetzt ist, so können höhere Frequenzen erhalten werden, als bei Verwendung einer Oszillatorröhre mit zwei Anoden der Fall ist. Es können nämlich bei Anwendung einer derartigen Röhre Schwingungen erzeugt werden, deren Frequenz annähernd durch die Gleichung
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bestimmt wird. Diese Frequenz ist also etwa zweimal so hoch wie die Frequenz, die mit einer Oszillatorröhre mit zwei Anoden erhalten werden kann.
Sind Schwingungen von noch höherer Frequenz erwünscht, so kann eine Oszillatorröhre mit drei oder mehr Anodenpaaren angewendet werden, die auf ähnliche Weise mit einer Ausgangsimpedanz verbunden sind.
Es macht sich dabei jedoch der Übelstand geltend, dass bei einem bestimmten Wert der Magnetfeldstärke die Selbsterregungsneigung um so kleiner ist, je grösser die Anzahl der Anoden der Oszillatorröhre ist. Es ergab sich ausserdem, dass bei einer bestimmten Oszillatorröhre die Selbsterregungsneigung abnimmt, wenn die Feldstärke zunimmt.
Diese Übelstände werden erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass die Kathode, die Anoden und die Magnetisierungsspule derart in bezug aufeinander angeordnet werden, dass das Magnetfeld oder das elektrische Wechselfeld zwischen den Anoden oder beide Felder unsymmetrisch in bezug auf wenigstens einen Teil der Kathode sind.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind und, in der lediglich die zum richtigen Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile dargestellt sind.
. In Fig. 1 ist eine Oszillatorröhre dargestellt, die zwei Paare von Anoden 2, 4 und 3, 5 aufweist, die gleichmässig am Röhrenumfang angeordnet sind und abwechselnd unmittelbar miteinander verbunden sind. Zwischen dem Anodenpaar 2, 4 und dem Anodenpaar 3, 5 liegt ein auf die zu erzeugende Frequenz abgestimmter Sohwingungskreis 6, der aus gleichmässig verteilter Selbstinduktion und Kapazität -besteht. Die Anodenspannungsquelle. ist einerseits mit einem Punkt der zur Abstimmung des Kreises 6 dienenden Brücke 7 und anderseits mit der Kathode 8 der Oszillatorröhre verbunden. Die Kathode 8 ist geradlinig und steht senkrecht auf die Zeichnungsebene. Die Feldspule, die mit gleichgerichtetem Wechselstrom oder Gleichstrom gespeist wird und derart angeordnet ist, dass die Kraftlinien parallel zur Kathode verlaufen, ist in der Figur'nicht dargestellt.
Die Magnetfeldstärke in der Röhre ist so viel grösser als die Feldstärke, bei welcher der Anodenstrom unterdrückt wird, gewählt, dass mit der beschriebenen Schaltung Schwingungen erzeugt werden können, deren Frequenz der Magnetfeldstärke praktisch umgekehrt proportional-ist. Die Abstände der Kathode 8 von den Anoden 2,3, 4 und 5. sind erfindungsgemäss verschieden, so dass das. elektrische Wechselfeld zwischen den Anoden in bezug auf die Kathode unsymmetrisch ist. Es wird dadurch erreicht, dass bereits vor dem Auftreten von Schwingungen sich Elektronen in denjenigen Gebieten befinden, in denen ein elektrisches Wechselfeld auftritt, so bald an die beiden Anodenpaare 2, 4. und 3, 5 eine kleine Anodenwechselspannung angelegt wird.
Infolge des Vorhandenseins der Tangentialweehselkraft, die vom elektrischen Wechselfeld auf die Elektronen ausgeübt wird, können die Elektronen auf schraubenlinienförmigen Bahnen die Anoden erreichen, und es können Schwingungen erzeugt werden. Je grösser die Magnetfeldstärke ist, desto weiter ist das Gebiet, in dem sich die Elektronen vor dem Auftreten von Schwingungen befinden, von dem Gebiet entfernt, in dem die Tangentialweehselkraft auftritt und desto grösser muss die Exzentrizität des Glühdrahtes sein.
Das gleiche gilt für eine Entladungsröhre mit'einer grösseren Anzahl von Anodenpaaren, da in diesem Fall das Gebiet, in dem das elektrische Wechselfeld auftritt, mehr in der Nähe der Anoden liegt und demnach weiter von dem Gebiet entfernt ist, in dem sich die Elektronen befinden.
Bei einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Entladungsröhre wird eine geradlinige Kathode verwendet, die jedoch einen gekrümmten Teil aufweist und symmetrisch in bezug auf die Anoden liegt. Eine derartige Kathode ist in Fig. 2 beispielsweise dargestellt, in der 8 die Kathode und 8a den gekrümmten Teil bezeichnet. Bei einer Oszillatorröhre mit einer derartigen Kathode wird die gewünschte Wirkung infolge des Umstandes erreicht, dass sich vor dem Auftreten von Schwingungen die vom gekrümmten Teil 8a ausgesandten Elektronen in einem Gebiet befinden, in dem beim Anlegen einer Wechselspannung an die Anoden ein elektrisches Wechselfeld auftritt.
Bei einer dritten Ausführungsform wird eine Kathode verwendet, die aus zwei oder mehr parallelen Drähten besteht. Diese Ausführungsform ist im Schnitt in Fig. 3 dargestellt, in der die geradlinigen Teile der Kathode mit 8, 9, 10 und 11 bezeichnet sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine geradlinige Kathode verwendet, die einen Winkel mit der Symmetrieachse der Anoden bildet.
Die angestrebte Wirkung kann auch unter Anwendung einer Entladungsröhre, bei der eine geradlinige Kathode in der Symmetrieachse der Anoden angeordnet ist, erreicht werden durch eine derartige Verschiebung der Magnetisierungsspule in bezug auf die Kathode, dass diese Achse zwar noch parallel zur Kathode ist, aber nicht mehr mit ihr zusammenfällt. Diese Massnahme kann gewünschtenfalls in Vereinigung mit einer der bereits erwähnten angewendet werden.