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Entladungsröhre und Schaltung unter Verwendung einer Röhre.
Ein Gegenstand der Erfindung ist eine Entladungsröhre mit zwei verschieden ausgestalteten Teilentladungsräumen. Ein zweiter Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung, welche mit einer einzigen Röhre in besonders vorteilhafter Weise eine multiplikative Doppelsteuerung ergibt.
Es sind bereits Entladungsröhren mit Kathode, Anode und drei dazwischen angeordneten Gitterelektroden bekannt, bei welchen das mittlere Gitter als Schirm zur kapazitiven Trennung der übrigen Gitter ausgebildet ist, so dass es den Gesamtentladungsraum der Röhre in zwei Teilentladungsräume abteilt. Ferner gibt es Entladungsröhren mit mindestens zwei Gittern, von denen eines als "Exponentialgitter"ausgebildet ist und die gesamten Durchgriffsverhältnisse zwischen Anode und Kathode unhomogen gestaltet, da sich zwischen ihm und der Kathode kein Schirmgitter befindet.
Nicht bekannt waren dagegen bisher Entladungsröhren der erstgenannten Art, bei welchen eine auf der einen Seite des Schirmes liegende Gitterelektrode als Wendel oder Maschennetz derart ausgebildet ist, dass sich in dem dieser Gitterelektrode zugeordneten Teilentladungsraum wesentlich unhomogene Durchgriffsverhältnisse ergeben. Auf die Ausgestaltung derartiger Entladungsröhren bezieht sich nun der eine Gegenstand der Erfindung.
Das Ziel, das angestrebt und erfindungsgemäss erreicht wird, ist die Schaffung einer Röhre, welche Teilräume von ganz verschiedenen Durchgriffsverhältissen aufweist, nämlich einen Teilentladungsraum mit unhomogener und einen anderen Teilentladungsraum mit überaus homogener Gestaltung der Durchgriffsverhältnisse. Eine solche Röhre ist für viele Schaltungen-z. B. auch für die Schaltung, welche den zweiten Gegenstand der Erfindung bildet-sehr vorteilhaft, da sie die konstruktive Voraussetzung dafür ist, dass man in einer einzigen Röhre gleichzeitig eine unhomogene Steuerung anordnet, um z.
B. eine Verstärkungsregelung mit weichen Übergängen und ohne Verzerrungen zu ermöglichen, und eine überaus homogene Steuerung vorsieht, welche eine Kennlinie mit sehr langem geradlinigen Teil besitzt, wodurch grosse Verstärkung und Verzerrungsfreiheit bei weiter Aussteuerungsmöglichkeit vorhanden sind.
Während nun bei der Röhre nach der Erfindung ein unhomogener Teilentladungsraum dadurch hervorgerufen wird, dass eine auf der einen-vorzugsweise der Anode zugekehrten-Seite des Schirmes liegende Gitterelektrode als Wendel oder Maschennetz derartig ausgebildet ist, dass sich in dem diesem Gitter zugeordneten Teilentladungsraum zwischen dem Schirm und der Anode bzw.
Kathode wesentlich unhomogene Durchgriffsverhältnisse ergeben, wird erfindungsgemäss in derselben Röhre zugleich ein Teilentladungsraum mit überaus homogenen Durchgriffsverhältnissen dadurch geschaffen, dass auf der andern Seite des Schirmes, also in dem andern Teilentladungsraum, eine andere Gitterelektrode liegt, welche einen elliptischen Querschnitt besitzt und bei welcher der vorzugsweise aus zwei Stützdrähten bestehende Halter für die Gitterdrähte an den von der Gitterachse (Kathode) am weitesten entfernten Stellen der Gitterelektrode (d. i. in der grossen Achse der Ellipse) angeordnet ist, um die durch die Elektrodenstützen hervorgerufenen Inhomogenitäten auszugleichen.
Dabei wurde von der Überlegung ausgegangen, dass bei den üblichen Gitterkonstruktionen die zur Stütze des Gitterkörpers vorhandenen Gitterstreben eine Ursache zur Entstehung unhomogener Durchgriffsverhältnisse sind, weil sie als verhältnismässig kompakte Körper eine grössere Fläche des Entladungsquerschnittes abdecken als die dünnen Gitterdrähte.
Da nun der Durchgriff nicht nur von der Maschenweite bzw. der Bedeckung des Entladungsquerschnittes, sondern auch vom Abstand
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der betreffenden Teile von der Kathode abhängig ist, ergibt sich die erfindungsgemäss ausgenutzte Möglichkeit, die von den Gitterstreben hervorgerufene Ungleichmässigkeit des Durcbgriffes dadurch zu kompensieren, dass man diese Streben (also die Stützdrähte) in weiterer Entfernung von der Kathode anordnet als die Gitterelektrode selbst. Auf diese Weise ergibt sich eine Gitterelektrode mit ellip-
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Der zweite Gegenstand der Erfindung betrifft eine Schaltung unter Verwendung einer Röhre mit Kathode, Anode, einem Schirmgitter, welches den Entladungsraum in zwei Teilentladungsräume scheidet, und zwei durch diesen Schirm getrennten Gitterelektroden, von denen die zwischen Schirm und Anode liegende als Wendel oder Maschennetz so ausgebildet ist, dass sich in dem ihr zugeordneten
Teilentladungsraum wesentlich unhomogene Durchgriffsverhältnisse ergeben. Wie bereits erwähnt, waren Röhren dieser Art bisher nicht bekannt.
Erfindungsgemäss erhält man nun mit diesen Röhren eine für verschiedene Zwecke sehr vorteil- hafte Schaltung, wenn man die Schaltungsverhältnisse und Betriebsbedingungen so wählt, dass die zwei durch den Schirm getrennten Gitterelektroden als Steuergitter für multiplikative Doppelsteuerung wirken und die für diese Steuerung zu erzeugende virtuelle Kathode in dem Raum zwischen Schirm und Anode zur Ausbildung gebracht wird, so dass das für unhomogene Durchgriffsverhältnisse kon- struierte Steuergitter die virtuelle Kathode steuert.
Eine solche Schaltung ermöglicht es, mit einer einzigen Röhre in durchwegs stabiler Weise eine multiplikative Doppelsteuerung auszuführen, d. h. die Steilheit der auf das eine Gitter bezogenen
Kennlinie durch die Spannung am andern Steuergitter zu regeln. Dabei erzielt man noch den besonderen
Vorteil, mit einem Steuergitter arbeiten zu können, das eine steile Kennlinie mit langem, geradlinigem
Bereich besitzt, zugleich aber für die Steilheitsregelung ein anderes Steuergitter zu verwenden, das eine weiche und ohne Unstetigkeiten verlaufende Steilheitsregelung ergibt. Ausserdem werden dadurch Übersteuerung und Erzeugung höherer harmonischer und infolgedessen auch unerwünschter Gleich- richtereffekte und Kombinationsschwingungen vermieden.
Dies insbesondere auch deshalb, weil die dem unhomogen auf die virtuelle Kathode einwirkenden Steuergitter zugeführten Schwingungen, dessen schwach gekrümmte Kennlinie nur über einen so kleinen Bereich aussteuern, dass praktisch noch lineare Verhältnisse bestehen. Die erfindungsgemässe Schaltung besitzt ferner den Vorteil, dass mit ihr eine multiplikative Zusammenfassung dreier Schwingungen möglich ist, indem man die eine
Schwingung dem die reelle Kathode steuernden Gitter zuführt, während die beiden andern Schwingungen z. B. Eingangsschwingungen und eine Regelspannung, dem die virtuelle Kathode unhomogen steuernden
Gitter zugeleitet werden.
Die Figuren der Zeichnung stellen eine bevorzugte Ausführungsform der den ersten Gegenstand der Erfindung bildenden Entladungsröhre dar, wobei Fig. 3 auch zur Erläuterung der den zweiten
Gegenstand der Erfindung bildenden Schaltung herangezogen wird.
Fig. 1 zeigt eine Elektronenröhre nach der Erfindung, bei welcher ein Teil des Glasgefässes weg- geschnitten ist, um die Lage der Elektroden deutlicher zu zeigen.
Fig. 2 zeigt einen Aufriss der Röhre, aus welchem die Konstruktion und die Stellung der Elektroden noch deutlicher hervorgehen.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Elektrodenaufbaues, wobei zugleich schematisch die Zuführung der Betriebsspannungen angedeutet ist, bei welchen die Röhre vorzugsweise verwendet werden kann.
Fig. 4 zeigt einen Grundriss des Elektrodenaufbaues im Schnitt.
Fig. 5 stellt teilweise im Schnitt gezeichnet den Aufbau der Kathode dar, wobei das Heizelement für die Kathode deutlich erkennbar ist.
In Fig. 1 besteht die Elektronenröhre aus einem evakuierten Glasgefäss 10, dessen Fussende in einen Bakelitsockel 11, der sieben Steckerstifte 12-18 passend zu einer Fassung hat, eingepasst ist.
Eine achte Klemme 19 ist auf der Spitze des Gefässes in Form einer metallischen Kappe angeordnet, die an das Glas angekittet ist. Die Elektroden der Einrichtung werden durch eine Anzahl von senk- rechten Trägerdrähten gestützt, die in einem Glasfuss 20 auf einem einspringenden Teil 21 am Fussende des Glasgefässes eingebettet sind (siehe Fig. 2). Damit die Trägerdrähte starr in ihrer aufgerichteten
Stellung erhalten werden, sind zwei flache Führungen 22,23 aus einem Isoliermaterial, z. B. Glimmer, vorgesehen, durch die die Trägerdrähte hindurchragen. Die obere Führung 22 passt sich dem kuppel- ähnlichen Ende des Glasgefässes eng an.
Folgende Elektrodenkonstruktion wird angewandt : Eine Kathode 1 in der Form eines Zylinders von sehr kleinem Durchmesser ist zentral in dem Gefäss angeordnet. Dieser Zylinder wird vorzugs- weise aus Nickel, überzogen mit Strontium-und Bariumoxyden, konstruiert, um bei Heizung reich- liche Elektronenemission zu veranlassen. Um den Kathodenzylinder zu heizen, ist darin ein Heiz- draht 38 aus feinem Draht, vorzugsweise aus Wolfram, bekleidet mit keramischer Isolierung eingebaut, der die Form eines "W" hat, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Enden des Heizdrahtes werden mit den dicken
Steckerstifte 12 und 13 am Sockel verbunden.
Die Kathode wird in geringem Abstande von einer inneren ellipsen-zylindrischen Gitter- elektrode 2 in Form eines Solenoids von feinem Draht, das von zwei der senkrechten Trägerdrähte 24
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und 25 gehalten wird, umgeben. Diese Gitterelektrode wird vorzugsweise mit einer relativ kleinen Steigung (Abstand zwischen benachbarten Windungen), welche durchweg gleichmässig ist, gewickelt.
Die Konstruktion dieses besonderen Gitters ist indessen nicht kritisch. Fig. 4 zeigt die elliptische Form der Gitterelektrode 2 und auch diejenige der anderen Elektroden, die im folgenden noch beschrieben werden. Die Hauptaehse jeder Ellipse ist nur wenig grösser als die Nebenachse.
Eine zweite gitterähnliche Elektrode 3, hier innerer Schirm"genannt, ist in Gestalt eines elliptischen Zylinders als Drahtsolenoid, das das erste Gitter 2 umgibt, ausgebildet ; sie wird durch die Trägerdrähte 26 und 27 gehalten. Dieses zweite Solenoid ist feinmaschig, d. h. es hat eine kleine Steigung, die vorzugsweise durchweg gleichmässig ist.
Eine dritte Gitterelektrode 4, hier"äusseres Gitter"genannt, umgibt die Elektrode 3 und wird ebenfalls durch ein Drahtsolenoid in der Form eines elliptischen Zylinders, der von den Trägerdrähten 28 und 29 gehalten wird, gebildet ; jedoch ist die Steigung oder das Maschennetz dieser Elektrode über ihre ganze Ausdehnung nicht gleichmässig. Der grössere Teil hat eine sehr kleine Steigung, jedoch wird in einem oder mehreren kleinen Bereichen die Steigung wesentlich erhöht.
Eine zufriedenstellende Konstruktion dieses dritten Gitters ist eine solche mit 50 Windungen von 0#1-mm-Durchmesser-Draht ; die grosse Achse ist 9'4 mm und die kleine Achse 8'3 mm ; die Windungen, numeriert von einem Ende zum andern, haben die in der folgenden Tabelle aufgezeigte Steigung :
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<tb>
<tb> Windung <SEP> :
<SEP> Steigung <SEP> :
<tb> 1-18 <SEP> ...................... <SEP> 0#36 <SEP> mm
<tb> 19-20 <SEP> ...................... <SEP> 0#47 <SEP> mm
<tb> 21....................... <SEP> 0'68 <SEP> mm
<tb> 22-23....................... <SEP> 0-47 <SEP> mm
<tb> 24....................... <SEP> 1#11 <SEP> mm
<tb> 25-26 <SEP> 0-47 <SEP> mm
<tb> 27 <SEP> 1-3 <SEP> mm
<tb> 28-29....................... <SEP> 0#47 <SEP> mm
<tb> 30 <SEP> 0-89mm
<tb> 31-32 <SEP> ...................... <SEP> 0#47 <SEP> mm
<tb> 33-50....................... <SEP> 0-37 <SEP> mm.
<tb>
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und 31 gehalten. Sie wird hier äusserer Schirm genannt und auch wie ein Solenoid in der Form eines elliptischen Zylinders gebaut. Diese vierte gitterähnliche Elektrode hat vorzugsweise ein relativ feines Maschennetz, das durchwegs gleichmässig ist.
Endlich ist eine Anode 6 in der Form eines elliptischen Zylinders, der die ganze Gitterelektrodenstruktur umgibt, vorgesehen ; die Anode wird von den Trägerdrähten 32 und 33 gehalten. Die Anode ist vorzugsweise aus karbonisiertem Nickel hergestellt ; ihre Achsiallänge ist nicht so gross als die der ändern Elektroden.
Zufriedenstellende Konstruktionsdaten für die Elektroden, die anders wie die dritte Gitterelektrode oder äusseres Gitter 4 sind, sind folgende :
Inneres Gitter 2 - grosse Achse, 3'2 mm, kleine Achse, 2'5 mm ; 25 Windungen von O'l mm Drahtdurehmesser mit einer 0#86 mm gleichmässigen Steigung.
Innerer Schirm 3 - grosse Achse, 6'2 mm, kleine Achse, 5 mm ; 33 Windungen von O'l mm Drahtdurchmesser mit einer 0'65 mm gleichmässigen Steigung.
Äusserer Schirm J-grosse Achse, 12-8 mm, kleine Achse, 12 mm ; 33 Windungen von 0-1 mm Drahtdurehmesser mit einer 0'65 mm gleichmässigen Steigung.
Die Schaltung der Arbeitsspannungen für eine sehr vorteilhafte Wirkungsweise, besonders als Modulator, ist in Fig. 3 dargestellt. Es ist dort über die Steckerstifte 12 und 13 eine Batterie 34 (oder eine andere Quelle von Heizstrom), die dazu dient, den W-förmigen Draht 38 in dem Kathodenzylinder zu heizen, angeschlossen ; die besagte Kathode selbst ist durch die Erdverbindung an Klemme14 geerdet. Die Batterien 35, 36 und 37 oder andere Quellen von Gleichspannung sind zwischen Erde und den entsprechenden Klemmen 16, 17 und 18 geschaltet, um positive Spannungen an den inneren Schirm 3, den. äusseren Schirm 5 und die Anode 6 zu legen.
Eine negative Vorspannungsbatterie 39 ist zwischen Erde und die Kappe 19 geschaltet, um eine negative Vorspannung an das ungleichmaschige äussere Gitter 4 zu legen.
Durch das oben beschriebene System von Arbeitsspannungen wird die Wirkung der Einrichtung wie folgt : Die geheizte Kathode 1 entspndet Elektronen, die von dem inneren Schirm 3 auf Grund seiner positiven Spannung angezogen werden. Die Elektronen bewegen sich beim Erreichen des Schirms 3 mit einer hohen Geschwindigkeit, so dass die meisten von ihnen durch den Schirm hindurchgehen und sich dem äusseren Gitter 4 nähern, dessen negatives Potential die Elektronen aufhält, so dass dadurch die meisten von ihnen zu dem positiven Schirm 3 zurückgezogen werden. Diese Aufhaltewirkung verursacht die Sammlung einer Wolke von sich langsam bewegenden Elektronen zwischen den Elektroden. 3
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und 4.
Die Lage dieser Wolke kann als eine virtuelle"Kathode bezeichnet werden, weil die Elektronen leicht auf dieselbe Weise von der Wolke weggezogen werden können, wie wenn sie tatsächlich aus der Nachbarschaft der wirklichen Kathode 1 weggezogen wären. Da der Schirm 5 und Anode 6 an positiver Spannung liegen, wird folgendes tatsächlich eintreten : Ein Strom von Elektronen wird von der virtuellen"Kathode durch die Maschen der gitterähnlichenElektroden 4 und 5 zur Anode gezogen.
Die Elektroden 4, 5 und 6 wirken ähnlich wie Steuergitter, Schirm und Anode von Schirmgitter- tetrodenröhren. Der äussere Schirm 5 wird gewöhnlich in der bei Schirmgitterröhren bevorzugten Weise eine etwas niedrigere positive Spannung haben als die Anode.
Die Elektronenentladungseinrichtung gemäss dieser Erfindung ist besonders vorteilhaft in den Fällen, wo es gewünscht wird, eine Steuerwirkung auf eine Vakuumröhre auszuüben, ohne tatsächlich in einen Kreis oder Entladungsweg dieser Röhre äussere Schaltglieder einzuführen, welche nicht einwandfrei zusammenarbeiten würden ; z. B. kann der Verstärkerteil der Röhre so betrachtet werden, als ob er Eingangsklemmen hätte, welche mit dem äusseren Gitter 4 und der "virtuellen" Kathode zusammenfallen, und Ausgangsklemmen, welche mit der Anode 6 und der virtuellen"Kathode zusammenfallen. Weil das Potential der virtuellen"Kathode dasselbe wie das der wirklichen Kathode ist, findet man, dass die Eingangszeichen, welche den Klemmen 14 und 19 aufgedrückt werden, auf den Ausgang zwischen den Klemmen 18 und 14 übertragen werden.
Die gewünschte Modifikation der Eingangszeichen kann dann durch Anlegung der modifizierenden Spannung an das innere Gitter 2 erzielt werden, d. h. zwischen Klemmen 14 und 15. Diese modifizierende Spannung kann häufig eine einfache Wechselspannung sein, die dann die ganze Einrichtung veranlasst, wie ein Modulator zu wirken. Die Wirkung der Spannung am Gitter 2 ist die, den Elektronenstrom, welcher zur "virtuellen" Kathode fliesst, zu modifizieren und deshalb indirekt den Raumstrom zwischen der virtuellen Kathode und der Anode zu modifizieren.
Da die Elektroden 4, 5 und 6 sehr kleinen Einfluss auf den Raumstrom zu den Elektroden 2 und 3 ausüben, können das innere und äussere Steuergitter 2 und 4 ganz unabhängig voneinander betätigt werden. Z. B. ist es wohl möglich, und bequem, die an die äussere Steuerelektrode 4 angelegte negative Vorspannung zu variieren, ohne die Wirkung irgendeiner modifizierenden Spannung, die an das innere Gitter 2 angelegt ist, zu beeinflussen. Diese Variation der negativen Vorspannung des äusseren Gitters 4 ist ein sehr bequemes Mittel insofern, als sie eine sehr einfache Steuerung der Empfindlichkeit der Einrichtung erlaubt.
Die nicht gleichmässige Grösse der Maschen des Steuergitter 4, allgemein als die Gittertype mit veränderlichem Verstärkungsfaktor oder Exponential-Gittertype bekannt, erlaubt die Anwendung eines grossen Vorspannungsspannungsbereiches, ohne Zeichenverzerrung hervorzurufen und ohne auf die normale Wirkung der Elektroden 2 und 3 störend einzuwirken.
Der äussere Schirm 5 kann weggelassen werden, sein Vorhandensein verbessert jedoch die Resultate sehr, besonders in bezug auf grösste Empfindlichkeit. Dieser Schirm leistet im allgemeinen die Tätigkeit eines ähnlichen Schirms in der bekannten Schirmgittertetrode und ihm wird daher gewöhnlich eine etwas niedrigere positive Spannung als der Anode gegeben.
Man kann die innere Wand des Glasgefässes karbonisieren (siehe Fig. 1, punktierte Teil des Glases) ; dies ist jedoch nicht erforderlich.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Entladungsröhre mit Kathode, Anode und mindestens drei dazwischen angeordneten Gitterelektroden, bei welcher sich zwischen Kathode und Anode ein als Maschennetz oder Gitterelektrode ausgeführter Schirm befindet, der den Entladungsraum der Röhre in zwei Teilentladungsräume abteilt, und eine auf der einen Seite dieses Schirmes liegende Gitterelektrode als Wendel oder Maschennetz derartig ausgebildet ist, dass sich in dem dieser Gitterelektrode zugeordneten Teilentladungsraum wesentlich unhomogene Durchgriffsverhältnisse ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass auf der andern Seite des Schirmes (3), also in dem andern Teilentladungsraum, eine andere Gitterelektrode (2) liegt, welche einen elliptischen Querschnitt besitzt, und bei welcher der vorzugsweise aus zwei Stützdrähten (24, 25)
bestehende Halter für die Gitterdrähte an den von der Gitterachse (Kathode) am weitesten entfernten Stellen der Gitterelektrode (grosse Achse der Ellipse) angeordnet ist, um die durch die Elektrodenstützen hervorgerufenen Inhomogenitäten auszugleichen.