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Rohrenverstärker.
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abgeschlossen ist. Parallel mit der Endwand 16'wird eine Scheibe 19 angebracht, von deren Kanten aus der konische Leiter 30 sich nach reehts zu verjüngt und in den Mittelleiter 12'des rechten konzentrischen Leitersystems übergeht. Die Querwände 16'und 19 sind die Beläge eines Kondensators und ermöglichen eine wirksame elektrische Verbindung zwischen dem Gitter 15 und dem Mittelleiter 12'.
Der Stromkreis der Kathodenbatterie 21, die den Heizstrom über die Induktanz 22 für die Heizkathode 18 liefert, ist leicht zu verfolgen. Der links hereinkommende Mittelleiter 12 ist mit der axialen Heizkathode 18 bei 20 leitend verbunden. Die Anodenstrombatterie 24 ist mit der Heizkathode über die Induktanz 22 und mit der Anode bei 1.)'verbunden. Ferner ist eine Gittervorspannungs- batterie 23 in üblieher Weise angeschlossen.
Am linken Ende endet der Röhrenmantel oder die Anode 1"3 in dem Teil 25. Gerade in diesem befindet sich in einem kleinen Abstand von 25 ein kurzer zylindrischer Mantel 26. Dieser Mantel 26 ist mit dem Gitter 15 durch einen Ring 27 aus Widerstandsmaterial verbunden. Die Teile 25 und 26 sind die Beläge eines Kondensators. Mit der Widerstandsscheibe 27 ermöglichen sie eine Kapazitätswiderstandsverbindung zwischen dem Gitter 15 und dem Anodenmantel 1. 3 an der linken Seite.
Rechts ist ein kurzer Mittelleiter 12"'bei 12"elektrisch mit dem umgebogenen Ende des V-för-
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und 26'als Beläge eines Kondensators angesehen werden können. Der Ring 27'aus Widerstandsmaterial verbindet die leitende Verlängerung 12'"mit dem Kondensatorbelag 26'. Auf diese Art bilden die Elemente 15', 26', 2 ?" und 12'"eine Kapazitätswiderstandsbrueke zwischen dem Gitter 15 und der Heizkathode 18 an ihren rechten Enden.
Rechts hat der Anodenmantel13 eine nach aussen gerichtete, flache, ringförmige Flansche 28 : ihr gegenüber ist mit kleinem Abstand ein ähnlicher Ring 29 angebracht mit einem damit verbundenen,
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in den äusseren Mantel 11'des konzentrischen Leitersystems an der rechten Seite übergeht.
Die Länge der Röhre 1. 3 zwischen den Glasversehlüssen 14 und 14'ist im Vergleich zu der längsten, in dem konzentrischen Leitersystem zu verstärkenden Welle beträchtlich. In manchen Fällen kann die Länge der Glasröhre mehrere Wellenlängen betragen. Die von links in die Röhre eintretende Welle kann man sich durch radiale elektrische Kraftlinien dargestellt vorstellen, deren innere Enden dem Mittelleiter 12 und deren äussere Enden an der Innenseite des zylindrischen Mantels 11 liegen, wobei diese Kraftlinien abwechselnd nach aussen und nach innen in der Richtung des Leiters gerichtet sind, die sich jedoch alle mit der tbertragungsgeschwindigkeit von links nach rechts bewegen.
Tat- säehlieh besteht eine leitende elektrische Verbindung zwischen dem Mantel 77 über den Kondensator17-16 zum Gitter 15, so dass diese Kraftlinien innerhalb der Röhre fortschreiten, wobei sich ihre inneren Enden an der Heizkathode 18 und ihre äusseren Enden an dem Gitter 15 fortbewegen. Jedes kleine Stück der Vakuumröhre, wie z. B. das zwischen den Linien 2 und 2'in Fig. l, kann im Prinzip als vollständige kleine Vakuumröhre betrachtet werden. Wenn keine Wellen hereinkommen, dann wird ein ständiger Elektronenstrom von der Heizkathode 18 über die Öffnungen in dem Gitter 15 zu der Anode 13 stattfinden.
Kommen Wellen zu dem Stück 2-2', dann wird die Dichte dieses Elektronenstroms erhöht oder verringert, je nach der Richtung der Kraftlinien dieser Wellen. Es werden daher die einlangenden Wellen verstärkte abgehende Wellen in dem konzentrischen Leitersystem verursachen, dessen Mittelleiter das Gitter 15 und dessen äusserer Mantelleiter die Anode 13 ist. Diese abgehenden Wellen werden von den Leitern 15 und 7. 3 über die kapazitiven Verbindungen 16'-19 und 28-29 zu dem sich konisch verjüngenden Leiterpaar. 30 und 31 verlaufen und von dort zu dem normalen Mittelleiter 12'und dem Mantelleiter 11'des abgehenden konzentrischen Leitersystems an der rechten Seite.
Jede elementare Änderung in dem Röhrenteil 2-2'wird eine Störung in der Wellenfortpflanzung sowohl nach links als auch nach rechts verursachen. Stellt man die einlangenden Wellenelemente in irgendeinem Punkt rechts als Vektoren dar, so werden sie sich einerseits addieren, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, anderseits werden sie sich in irgendeinem Punkt links in der Weise addieren, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Dies entspricht der gewöhnlichen bekannten Wellentheorie. Es werden daher zum grössten Teil, wenn nicht gänzlich, die von links ankommenden Wellen sehr wenig Wellenstörung verursachen, wenn sie nach links verlaufen, jedoch wesentlich verstärkt werden, wenn sie nach rechts gehen.
Die Kapazitätsverbindung 25-26 und der Widerstand 27, die in Reihe als Brücke links zwischen den Leitern 15 und 13 zwischengeschaltet sind, stellen eine solche Impedanzbegrenzung dar, dass sie für die Wellenübertragung nach links durch diese Brückenanordnung im wesentlichen absorbiert werden.
Da sich die von links einlangende Welle mit ihren radialen Kraftlinien zwischen der Heizkathode 18 und dem Gitter 15 fortbewegt, wird ihre Energie nach und nach durch die Rückkopplung, auf die sie auftrifft, aufgehoben, wodurch der Anodenstrom verstärkt wird. Die verbleibende Energie der einlangenden Welle wird, wenn sie das rechte Ende der Röhre erreicht, auf die aus den Kondensatoren 15'-26'und Widerstand 27'bestehende Brücke aufgedrückt. Diese sind so entworfen, dass sie eine geeignete Impedanz darstellen, so dass eine derartige zurückbleibende Eingangswellenenergie absorbiert und nicht reflektiert wird.
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Fig. 5 ist eine diagrammatisehe Darstellung von Fig. 1, wobei die entsprechenden Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen wurden. In Fig. 5 sind Gitter und Anode nur an einer Seite der Kathode dargestellt, statt an beiden Seiten wie in Fig. 1. Die Sinuslinie. 32 an der Gitterlinie 15 als Achse stellt die ankommenden elektromotorischen Kraftwellen zwischen der Kathode 18 und dem Gitter 15 dar. An den Scheiteln dieser Wellen auf der Linie : 32 wird der normale radiale Elektronenfluss von der Kathode 18 durch das Gitter 15 erhöht. Dies ist durch die Punktierung. 3. 3' unter jedem derartigen Wellenscheitel dargestellt.
Da sieh die Welle nach rechts vorwärts bewegt, strömt die Elektronenwolke radial aus, so dass hinter jedem Wellenseheitel eine-schief geneigte Elektronenwolke. 33 nachzieht, wobei sich die einzelnen Elektronen radial bewegen, wie dies durch den Pfeil. 34 angedeutet ist, aber der Bereich erhöhter Dichte, d. h. die Wolke 3. 3, wird sich nach rechts bewegen, wie durch den Pfeil. 35 gezeigt.
In der Vorrichtung nach Fig. 1 und 5 ist die Bewegung der einzelnen Elektronen nicht rein schwingend. Es besteht ein kontinuierlicher, radialer Elektronenstrom, verursacht durch die Anodenbatterie 24. Diese kontinuierliche radiale Bewegung besteht aus einem stetigen Elektronenfluss infolge des Anodenstromes und einem Schwanken dieses Flusses, verursacht durch die einlangenden Wellen. Obwohl der radiale Elektronenstrom nicht weiter nach rechts geht als bis zu dem Glasver- schluss 14', erzeugen seine Schwankungen bis zu dieser Stelle elektromagnetische Wellen, die nach rechts zwischen den Leitern. 30 und. 37 und von dort zwischen den Leitern 12'und 11'fortgesetzt werden.
Die Röhre kann in einer etwas abweichenden Art, wie in Fig. 6 gezeigt, arbeiten. Während in Fig. 1 und 5 das Gitter in bescheidenem Masse negativ und die Anode stark positiv ist, ist in Fig. ss das Gitter stark positiv und die Anode bescheiden negativ gemacht. Beim Eingang an der linken Seite sind die konzentrischen Leiter mit der Kathode 18 bei 20 verbunden und mit der Anode 13 bei 11". Eine Impedanz der Kapazität und ein Widerstand 27"sind quer über das linke Ende der Kathode 18 und des Gitters 15 gelegt. Am rechten Ende ist das Gitter 15 mit dem äusseren konzen-
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verbunden. Eine Impedanz aus Kapazität 7 < 3'-26"und Widerstand 27'"ist in Brücke über die Kathode 18 und die Anode 1 : 1 an der rechten Seite gelegt.
Wenn keine Wellen von links einlangen, werden viele Elektronenwege so wie durch den Pfeil. 36 gezeigt sein. D. h. die durch die Kathode 18 abgegebenen Elektronen werden, radial durch das positive Gitter 15 beschleunigt, sich rasch durch seine Öffnungen bewegen, dann jedoch der zurückziehenden Wirkung des positiven Gitters 15 und einer im gleichen Sinne abstossenden Wirkung der negativen Anode unterworfen werden und daher, wie durch den Pfeil. 36 angedeutet, zurückkehren. Diese Wirkung findet längs der ganzen in Fig. dargestellten Röhre statt, sobald keine Wellen hereinkommen, und wird durch einlangende Wellen selbsttätig verstärkt, so dass eine verstärkte Welle über die ganze Länge der Röhre entsteht, was verstärkte abgehende Wellen ergibt.
Bei positiven Scheiteln der Gitterwelle. 32 wird die Elektronendichte in dem Zwischenraum zwischen dem Gitter 15 und der Anode 7. 3 grösser sein als die im Normalzustand, wenn keine Wellen einlangen, bestehende, bei negativen Scheiteln wird die Dichte geringer sein als im Normalzustand.
Fig. l und 5 zeigen eine direkt geheizte Kathode. Eine für eine indirekt geheizte Kathode geeig- nete Abänderung ist in Fig. 7 dargestellt, wie dies klar ersichtlich ist.
Wie bereits erwähnt, kann ein kleines Stück einer länglichen, hierin beschriebenen Vakuumröhre tatsächlich als einer üblichen Dreielektrodenvakuumröhre gleichwertig betrachtet werden. Zusätzliche Gitter oder Elemente zur Abschirmung oder für andere Zwecke, wie sie aus der Praxis mit üblichen Vakuumröhren bekannt sind, können in dieser länglichen Röhre verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verstärker für Hochfrequenzwellen, dadurch gekennzeichnet, dass er Elektroden enthält, die in der Richtung der Wellenausbreitung liegen, und die Wellen an einem Ende zu einem Elktrodenpaar zugeführt und am andern Ende von einem Elektrodenpaar verstärkt abgenommen werden können.
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Tube amplifier.
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is completed. A disk 19 is attached parallel to the end wall 16 ', from the edges of which the conical conductor 30 tapers to the right and merges into the central conductor 12' of the right concentric conductor system. The transverse walls 16 'and 19 are the linings of a capacitor and enable an effective electrical connection between the grid 15 and the central conductor 12'.
The circuit of the cathode battery 21, which supplies the heating current via the inductance 22 for the heating cathode 18, is easy to follow. The center conductor 12 coming in on the left is conductively connected to the axial heating cathode 18 at 20. The anode power battery 24 is connected to the heating cathode via the inductance 22 and to the anode at 1.) '. A grid bias battery 23 is also connected in the usual manner.
At the left end of the tube jacket or the anode 1 "3 ends in the part 25. Just in this, at a small distance of 25, there is a short cylindrical jacket 26. This jacket 26 is connected to the grid 15 by a ring 27 made of resistance material. The parts 25 and 26 are the linings of a capacitor and, with the resistor disk 27, enable a capacitance resistor connection between the grid 15 and the anode casing 1.3 on the left-hand side.
On the right is a short center conductor 12 "'at 12" electrical with the bent end of the V-conveying
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and 26 'can be viewed as deposits of a capacitor. The ring 27 'made of resistance material connects the conductive extension 12' "to the capacitor plate 26 '. In this way, the elements 15', 26 ', 2?" and 12 '"a capacitance resistance bridge between the grid 15 and the heating cathode 18 at their right ends.
On the right the anode jacket 13 has an outwardly directed, flat, ring-shaped flange 28: opposite it, a similar ring 29 is attached at a small distance with a connected,
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merges into the outer jacket 11 'of the concentric conductor system on the right-hand side.
The length of the tube 1. 3 between the glass closures 14 and 14 'is considerable compared to the longest shaft to be reinforced in the concentric conductor system. In some cases, the length of the glass tube can be several wavelengths. The wave entering the tube from the left can be imagined by radial electrical lines of force, the inner ends of which lie on the central conductor 12 and the outer ends of which lie on the inside of the cylindrical jacket 11, these lines of force alternating outwards and inwards in the direction of the Conductors are directed, but they all move with the transmission speed from left to right.
In fact, there is a conductive electrical connection between the jacket 77 via the capacitor 17-16 to the grid 15, so that these lines of force proceed within the tube, with their inner ends moving on the heating cathode 18 and their outer ends on the grid 15. Every small piece of the vacuum tube, such as B. that between the lines 2 and 2 'in Fig. 1, can in principle be viewed as a complete small vacuum tube. If no waves are coming in, then there will be a steady stream of electrons from the heating cathode 18 via the openings in the grid 15 to the anode 13.
If waves come to the piece 2-2 ', then the density of this electron flow is increased or decreased, depending on the direction of the lines of force of these waves. The incoming waves will therefore cause intensified outgoing waves in the concentric conductor system, the center conductor of which is the grid 15 and the outer sheath conductor is the anode 13. These outgoing waves are transferred from the conductors 15 and 7.3 via the capacitive connections 16'-19 and 28-29 to the conically tapered pair of conductors. 30 and 31 and from there to the normal center conductor 12 'and the sheathed conductor 11' of the outgoing concentric conductor system on the right-hand side.
Any elementary change in the tube part 2-2 'will cause a disturbance in the wave propagation both to the left and to the right. If the incoming wave elements are represented as vectors at any point on the right, then on the one hand they will add up, as shown in FIG. 3, and on the other hand they will add up at some point on the left, as is shown in FIG . This corresponds to the commonly known wave theory. Thus, for the most part, if not all, of the waves arriving from the left, they will cause very little wave disturbance when going to the left, but will be significantly amplified when going to the right.
The capacitance connection 25-26 and the resistor 27, which are connected in series as a bridge on the left between the conductors 15 and 13, represent such an impedance limitation that they are essentially absorbed by this bridge arrangement for the wave transmission to the left.
Since the wave arriving from the left moves with its radial lines of force between the heating cathode 18 and the grid 15, its energy is gradually canceled by the feedback it impinges, whereby the anode current is increased. The remaining energy of the incoming wave, when it reaches the right-hand end of the tube, is pressed onto the bridge consisting of the capacitors 15'-26 'and resistor 27'. These are designed to present an appropriate impedance so that such residual input wave energy is absorbed rather than reflected.
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Fig. 5 is a diagrammatic representation of Fig. 1, with corresponding parts having been given the same reference numerals. In FIG. 5, the grid and anode are only shown on one side of the cathode, instead of on both sides as in FIG. 1. The sine curve. 32 on grid line 15 as the axis represents the incoming electromotive force waves between cathode 18 and grid 15. At the vertices of these waves on line: 32, normal radial electron flow from cathode 18 through grid 15 is increased. This is by dotting. 3. 3 'shown below each such wave crest.
As the wave moves forward to the right, the electron cloud flows out radially, so that behind each wave unit there is an obliquely inclined electron cloud. 33 follows, with the individual electrons moving radially, as indicated by the arrow. 34 is indicated, but the area of increased density, i.e. H. the cloud 3. 3, will move to the right as indicated by the arrow. 35 shown.
In the device according to FIGS. 1 and 5, the movement of the individual electrons is not purely oscillatory. There is a continuous, radial electron flow caused by the anode battery 24. This continuous radial movement consists of a steady flow of electrons due to the anode current and a fluctuation of this flow caused by the incoming waves. Although the radial electron flow does not go further to the right than up to the glass closure 14 ', its fluctuations up to this point generate electromagnetic waves which to the right between the conductors. 30 and. 37 and continued from there between the conductors 12 'and 11'.
The tube can operate in a slightly different manner as shown in FIG. While in Figs. 1 and 5 the grid is moderately negative and the anode is strongly positive, in Fig. 5s the grid is made strongly positive and the anode is made moderately negative. At the entrance on the left hand side, the concentric conductors are connected to cathode 18 at 20 and to anode 13 at 11 ". An impedance of capacitance and resistor 27" are placed across the left end of cathode 18 and grid 15. At the right end is the grid 15 with the outer concentric
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connected. An impedance from capacitance 7 <3'-26 "and resistance 27 '" is placed in a bridge across the cathode 18 and the anode 1: 1 on the right-hand side.
If no waves arrive from the left, many electron paths will be like the arrow. 36 be shown. I.e. the electrons emitted by the cathode 18 are accelerated radially through the positive grid 15, move rapidly through its openings, but then are subjected to the retracting action of the positive grid 15 and a similarly repulsive action of the negative anode and therefore, as by the arrow. 36 indicated to return. This effect takes place along the entire tube shown in Fig., As soon as no waves come in, and is automatically amplified by incoming waves, so that an amplified wave is created over the entire length of the tube, which results in amplified outgoing waves.
With positive vertices of the grid wave. 32, the electron density in the space between the grid 15 and the anode 7.3 will be greater than that which exists in the normal state, when no waves arrive; with negative peaks the density will be lower than in the normal state.
FIGS. 1 and 5 show a directly heated cathode. A modification suitable for an indirectly heated cathode is shown in FIG. 7, as can be clearly seen.
As previously mentioned, a small piece of elongated vacuum tube described herein can in fact be considered equivalent to a conventional three-electrode vacuum tube. Additional grids or elements for shielding or other purposes, as are known from practice with conventional vacuum tubes, can be used in this elongated tube.
PATENT CLAIMS:
1. Amplifier for high-frequency waves, characterized in that it contains electrodes which lie in the direction of wave propagation and the waves can be fed to a pair of electrodes at one end and can be picked up at the other end by a pair of electrodes.