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Elektronenrohrenverstärker.
Die Erfindung betrifft einen Elektronenrohrenverstärker, insbesondere einen Kaskadenver- stärker, bei welchem mehrere Verstärkersysteme ihren Anodenstrom von einer gemeinsamen Kathode beziehen, und diese Verstärkersysteme ineinander aufgebaut sind, wobei in steigendem Abstand von der Kathode Steuergitter und Anoden abwechselnd aufeinanderfolgen (1, 4,3, 6, 5, 8, 7) und vorteilhaft auch noch Schirmelektroden (insbesondere für Verwendung als Misehröhre) zwischen diesen übereinanderliegenden Systemen angeordnet sind und die Steuerelektroden auch den Elektronenstrom von nachfolgenden Systemen beeinflussen.
Erfindungsgemäss ist der Strom eines der Kathode näherliegenden Systemes von dem Strom des von der Kathode entfernteren Systems durch eine im Entladungsquerschnitt liegende, den Elektronenstrom der gemeinsamen Kathode aufspaltende Abschirmung getrennt. Dadurch wird bei gedrängtem, einfachem und mechanisch solidem Aufbau die Emission der Kathode voll ausgenutzt, ohne dass eine die einwandfreie Wirkung herabsetzende gegenseitige Beeinflussung der Elektronenströme der einzelnen Verstärkersysteme auftreten konnte.
Eine gegenseitige statische Abschirmung derselben (für Hoehfrequenzzwecke) kann durch Trenngitter der üblichen Form leicht erfolgen bzw. wird neben ihrer normalen Funktion zusätzlich durch Schirmgitter vor Zwischenanoden bewirkt, welche Schirmgitter über die gesamte Entladungsbahn geführt werden.
Wegen der für alle folgenden Systeme gemeinsamen ersten Steuerelektroden ist die angegebene Röhrenkonstruktion sowohl für die übliche Mehrfachbeeinflussung des Elektronenstromes-z. B. multiplikative Mischung-geeignet, vorzugsweise aber zur erfindungsgemässen Herstellung eines hochwirksamen Kaskadenverstärkers.
Es ist bekannt, einen Mehrfachverstärker mit einer Mehrgitterröhre aufzubauen, wobei Zwischengitter als Anoden wirken und die ihnen folgenden Gitter in verstärktem Masse beeinflussen. Bei dieser Ausführungsart treten jedoch Erscheinungen auf, welche den Verstärkungsgrad beeinträchtigen. Vor allem übt die von den Dreielektrodenröhren her bekannte Anodenrüekwirkung einen ungünstigen Einfluss aus. Sie bewirkt einerseits in bekannter Weise eine Verminderung der Steilheit der dynamischen Kennlinie.
Die infolge der wechselnden Anodenstromstärke an einem als Zwischenanode dienenden Gitter auftretenden Spannungsschwankungen steuern aber ihrerseits auch wieder den durch diese Gitterelektrode gegen die folgenden Anoden fliessenden Elektronenstrom, wodurch eine bedeutende Verminderung der Verstärkung hervorgerufen wird. Diese Nachteile sind bei der erfindungsgemässen Elektronenröhre vermieden.
Es ist auch bekannt, mehrere Verstärkersysteme mit gemeinsamer Kathode nebeneinander anzuordnen. Diese Anordnung besitzt aber den Nachteil, dass die Emission des zwischen den Systemen liegenden Kathodenteiles nicht oder höchstens mangelhaft ausgenutzt wird und für eine gegenseitige statische Abschirmung der Systeme eine zur Kathode senkrechte Schirmelektrode angewendet werden muss. Es ist ferner bekannt, solche nebeneinanderliegende Systeme als Kaskadenverstärker zu verwenden, wobei als Anoden und Steuerelektroden der Kathode gegenüberstehende Platten verwendet werden und die mit den Anoden der Anfangsverstärkerstufen direkt verbundenen Steuerelektroden der folgenden Stufen durch Isolierplatten gegen die Aufnahme von Elektronen abgeschirmt sind.
Es ist auch bekannt, mehrere Verstärkersysteme übereinander und ineinander anzuordnen, bei welcher bekannten Konstruktion die Verstärkersysteme ihre Anodenströme aber nicht von einer gemeinsamen Kathode beziehen, sondern die Anode des ersten Systems auf ihrer der zentral angebrachten Gliih- kathode abgekehrten Seite eine Emissionsschieht trägt und durch den Elektronenstrom der Glüh-
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kathode so beeinflusst wird, dass sie ihrerseits für das folgende Verstärkersystem als Kathode wirkt, welche Bauart, somit die prinzipiellen Nachteile der Sekundäremissionskathode besitzt. Ferner ist es noch bekannt, mehrere, insbesondere stabförmige Anoden mit vorgelagerten, die stabförmigen Anoden umgebenden Steuergittern um eine gemeinsame Kathode anzuordnen.
Diese Anordnung besitzt den Nachteil der gegenseitigen Abhängigkeit der Elektronenströme der einzelnen Systeme, bei gleichzeitig weniger günstiger Ausnutzung der Kathodenemission.
Der Erfindungsgegenstand wird an Hand der Zeichnung erläutert, in welcher die erfindungsgemässen Massnahmen einzeln (Fig. 1 und 2) und in der erfindungsgemässen Kombination (Fig. 3 und 4) an beispielsweisen Ausführungsformen schematisch zum Ausdruck gebracht sind. Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des Aufbaues eines Verstärkersystems in halbschematischer Darstellung, die Fig. 2 betrifft die Trennung der Elektronenströme der einzelnen ineinanderliegenden Verstärkersysteme einer erfindungsgemässen Anordnung, Fig. 3 zeigt ein ganz allgemein für multiplikative Verstärkung geeignetes Verstärkersystem in einer Schaltung als Kaskadenverstärker, Fig. 4 eine besonders für Verwendung als Kaskadenverstärker ausgebildete Bauart.
In Fig. 1 sind über einer indirekt geheizten Glühkathode. 1, deren emittierende Fläche 2 auf der Zeichnung schraffiert dargestellt ist, Anoden 3, 5 und 7 mit vorgelagerten Steuergittern 4, 6 und 8 in verschiedener Entfernung von der Kathode angeordnet, so dass sie in bezug auf die zur Kathodenaehse senkrechte Symmetrieebene des Systems (Richtung der Elektronenbewegung), also in Seitenansicht, übereinanderliegen. Die Elektroden sind zweckmässig in bekannter Weise auf Zylindermantelflächen angeordnet. Auf der Zeichnung ist nur die obere Hälfte im Schnitt dargestellt. Die Haltedrähte und Stützteile sind der Einfachheit halber weggelassen. Die Anode 3 liegt der Kathode am nächsten und erstreckt sich nur über ein kurzes Stück des aktiven Teiles der Glühkathode. Dann folgt die Anode 5, welche etwas grösser ist und hierauf die Endanode 7.
Ein derartiger Aufbau stösst auf keinerlei Schwierigkeiten. Die Verstärkersysteme der gemeinsamen Kathode (Anoden 3, 5,7) liegen aber hier nicht nur übereinander, sondern auch ineinander, d. h. die Elektroden überdecken sich in bezug auf die Kathode teilweise. Dadurch wird die Kathodenemission voll ausgenutzt, bei gedrängtem, mechanisch solidem Aufbau. Der durch die der Kathode näherliegenden Anoden abgedeckte Teil der Anoden 5 und 7 wird zweckmässig aus konstruktiven Gründen belassen, ist aber elektrisch nicht aktiv.
Das Gleiche gilt für den entsprechenden Teil der Steuergitter. Die Anoden 3, 5 und 7 sind vorteilhaft auf der gleichen Seite angebracht. Das Elektrodensystem wird zweckmässig stehend montiert. Die Anoden 3 und 5 und die übrigen Elektroden ruhen z. B. auf einem Fuss aus Isoliermaterial.
Die Steuergitter 4 und 6 sind über die ganze Entladungsbahn geführt, so dass sie auch den zu den folgenden Verstärkersystemen (Anoden 5 und 7) fliessenden Elektronenstrom steuern. Bei der Verwendung als Kaskadenverstärker, für welchen Zweck dieses Verstärkersystem vorzugsweise konstruiert ist, wird dadurch eine wesentliche Steigerung der Verstärkung gegenüber einem einfachen Kaskadenverstärker mit hintereinandergeschalteten normalen Systemen erreicht. Der normale mittlere Anodenstrom der weiter entfernten Anoden, insbesondere der Hauptanode 7, wird hiedurch wenig vermindert, da die vorangehenden Verstärkerstufen nur eine relativ geringe negative Gittervorspannung benötigen.
Die Wirkung einer starken negativen Gittervorspannung kann durch die Anordnung zusätzlicher positiver Gitter wettgemacht werden.
Um eine einwandfreie Wirkung des erfindungsgemässen Verstärkermehrfachsystems zu erreichen, werden erfindungsgemäss die Elektronenströme der einzelnen ineinander mit gemeinsamer Kathode aufgebauten Systeme voneinander getrennt. Bei der angegebenen Ausführung, welche nicht gitterförmige, sondern massive Anoden besitzt, wird dies durch die Schaffung stromloser Zonen zwischen den einzelnen Verstärkersystemen (Anodenströmen) erreicht. Dadurch wird eine Abhängigkeit der Entladungsstromstärke der der Kathode näherliegenden Anoden von derjenigen der weiter entfernten Anoden vermieden, welche insbesondere eine Verstärkungsverminderung bewirken würde.
Fig. 2 zeigt eine praktische Durchführung dieser erfindungsgemässen Massnahme an der angegebenen Elektronenröhre. Um z. B. zwischen den Entladungsströmen der Anoden 3 und 5 eine stromlose Zone hervorzurufen, wird in diesen Teil der Entladungsbahn ein Körper gebracht, der den Elektronenstrom in angemessener Breite abschirmt, gewissermassen abschattet. Es wird z. B. zwischen diesen beiden Anoden ein Teil aus Isoliermaterial angebracht, der über das kürzere Ende der Anode 3 vorragt, etwa ein Isolierstück 9 oder 10. Diese dargestellten Teile überragen die innere Kante der Anode 3 um die Breite b, innerhalb welcher Zone kein oder nur ein geringer Entladungsstrom fliesst und sich eine negative Raumladung ausbilden wird, wenn das Feld des abgedeckten Teiles der Anode 5 nicht noch besonders abgeschirmt wird. Der Teil 9 bzw. 10 wird z.
B. als Ring aus Isoliermaterial ausgeführt und auf die Trägeranode auf-bzw. in diese eingeschoben. Die Trennzone kann vorzugsweise auch dadurch geschaffen werden, dass das Ende der Anode 5 mit einem isolierenden Belag 11 aus Email od. dgl. versehen wird, welcher z. B. durch Eintauchen in ein entsprechendes Bad aufgebracht wird.
Zweckmässig werden auch zur abzudeckenden Anodenseite führende Tragstützen mit Isolierüberzug versehen.
Durch die angebrachten abschirmenden Isolierschichten wird eine Elektronenraumladung und ein Elektronenstromschatten etwa in der in Fig. 2 angegebenen Form hervorgerufen werden. Die
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volle Ausnutzung der Kathodenemission wird hingegen, wie ersichtlich, bei richtiger Bauart durch die
Schaffung der stromlosen Zonen nicht beeinträchtigt. Für die Trennung des Elektronenstromes der einzelnen Systeme kann auch statt eines Isolierteiles eine Elektrode verwendet werden, welche den Elektronenstrom auf einer entsprechenden Zone abschirmt und zweckmässig negatives Potential besitzt.
Da die Zwischenanoden 3,5 je an einer Stirnseite des Systems liegen, kann die Abschirmung (9, 10, 11) für die Trennung des Elektronenstromes'von dem des folgenden Systems, wie dargestellt, einseitig sein, was eine Vereinfachung bedeutet, während bei einer etwaigen Anordnung einer Zwischenanode in der Systemmitte eine doppelseitige Ausführung des Schirmkörpers notwendig wäre.
In Fig. 3 ist in einem üblichen Glasgefäss 17 ein erfindungsgemäss aufgebautes Verstärkermehr- fachsystem stehend angeordnet. Um die Kathode 1 sind symmetrisch, z. B. rotationssymmetrisch, das erste Steuergitter 4, die erste Anode 3, ein Zwischengitter 12, das zweite Steuergitter 6 und die zweite Anode 5 als Endanode, angebracht. Das Gitter 12 dient zur elektrostatischen Abschirmung der beiden Systeme gegeneinander. Es ist eben ein Vorzug dieser Aufbauart, dass eine Abschirmung durch ein in üblicher Weise ausgebildetes Gitter zwischen den einzelnen Verstärkersystemen möglich ist. Dieses Trenngitter ist an positive Spannung gelegt und setzt daher auch die für die Endanode 5 notwendige Anodenspannung herab.
Eine solche elektrostatische Abschirmung ist für Hochfrequenzzwecke wesentlich, während sie für Niederfrequenzzwecke entfallen kann. Die Trennung der Anodenströme der Systeme wird durch das mit Isolierbelag versehene obere Ende der Anode 3 bewirkt, wie schon vorstehend beschrieben ; diese Ausführungsart hat den Vorteil grösster Einfachheit.
Die Verstärkersysteme sind hier elektrisch hintereinandergesehaltet (Kaskadenverstärker).
Die zu verstärkende Spannung Ei wird an das erste Steuergitter 4 gelegt. Der im Stromkreis der Anode 3 fliessende, den Schwankungen der Spannung des Gitters 4 folgende Strom steuert über einen induktiven Übertrager 13 (Hochfrequenz- bzw. Niederfrequenztransformator) das Gitter 6 des zweiten Systems, welches den bereits durch das Gitter 4 beeinflussten Elektronenstrom der Anode 5 nochmals auf gleiche Weise, aber in verstärktem Masse beeinflusst. Im Stromkreis der Anode 5 kann dann die verstärkte Spannung abgenommen werden. Die Steuergitter erhalten von einer Spannungsquelle 14 eine negative Vorspannung, welche in bekannter Weise auch durch einen Kathodenwiderstand mit Überbrückungs- kondensator ersetzt werden kann.
Die Ableitung der dargestellten indirekt geheizten Kathode 1 ist der Einfachheit halber mit einer der Heizstromzuführungen verbunden. Diese Ableitung kann natürlich wie üblich auch von den Heizstromzuführungen getrennt herausgeführt werden, ebenso kann selbstverständlich gegebenenfalls auch eine direkt geheizte Glühkathode angewendet werden. Vorteilhaft ist die mittlere Entladungsstromstärke der aufeinanderfolgenden Verstärkersysteme steigend, d. h. der auf die erste Anode 3 entfallende Teil des Emissionsstromes der Kathode ist kleiner als der der letzten Anode 5. Die Anoden der Verstärkersysteme erhalten z. B. ein mit ihrem Abstand von der Kathode steigendes positives Potential.
Den einzelnen Steuerelektroden wird etwa eine steigende negative Vorspannung erteilt, welche für das Gitter 6 am grössten ist, da dieses letzte Gitter des Kaskadenverstärkers die grössten Spannungsschwankungen mitmacht. Die Steigerung der negativen Gittervorspannung wird aber im Verhältnis zu derjenigen der positiven Anodenpotentiale nur klein sein, da bei der Bemessung der letzteren die steigende Entfernung der Anoden zu berücksichtigen ist. Die Gittervorspannung kann z. B. auch für alle Systeme gleich gross gemacht werden, wenn ihre Grösse dem für die Endstufe notwendigen Wert entspricht.
In der Fig. 4 bezeichnet 1 wieder die Kathode, über welcher zwei Verstärkersysteme mit ihren Anoden 3 und 5 und Steuergittern 4 und 6 aufgebaut sind. Es ist nun bekannt, zur Aufhebung der sogenannten Anodenrückwirkung bzw. Gitteranodenkapazität von Dreielektrodenröhren zwischen den Anoden und ihren Steuerelektroden noch zusätzliche Gitter vorzusehen. Hievon wird auch hier Gebrauch gemacht. Das Anodenschutz- bzw. Schirmgitter 15 eines vorhergehenden Systems 3,4 ist aber hier nicht bloss über den Bereich seiner zugehörigen Anode, sondern erfindungsgemäss darüber hinaus ebenso wie das Steuergitter auch über die ganze Entladungsbahn eines nachfolgenden Systems 5,6 erstreckt.
Es schirmt daher auch das Steuergitter 4 gegen eine Rückwirkung des folgenden Systems 5,6 ab, wodurch insbesondere für die Verwendung als Kaskadenverstärker auch im Hochfrequenzbereich eine zusätzliche Schirmelektrode zwischen den Systemen entbehrlich wird. Die Anode 5 ist mit einem normal sich über ihre Ausdehnung erstreckenden Schutzgitter 16 versehen. Zwischen den positiven Anodenschutzgittern und ihren Anoden können natürlich auch noch übliche Bremsgitter vorgesehen werden.
Bei der Anwendung solcher über die gesamte Entladungsbahn geführter positiver Anodenschutzgitter 15 oder zusätzlicher positiver Trenngitter kann die Spannung für die Anoden und anderseits für diese positiven Gitter untereinander für alle Stufen gegebenenfalls gleich gehalten werden. Es sind also im Betrieb der Röhre auch für die weiter von der Kathode entfernten Anode (Endanode) keine die derzeit üblichen Werte übersteigenden Anodenspannungen erforderlich.
Neben der angegebenen Schaltung als Kaskadenverstärker sind mit der erfindungsgemässen Elektronenröhre auch andere Schaltungen durchführbar. Es ist z. B. wie bei Mehrgitterröhren eine Mischschaltung ausführbar. Für den Aufbau eines Bundfunküberlagerungsempfängers wird beispielsweise in einem Elektrodensystem mit drei Verstärkersystemen im ersten die Zwischenfrequenz erzeugt,
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während die beiden folgenden als Hochfrequenzkaskadenverstärker wirken. Ein zweites System enthält den Gleichrichter, z. B. Diodenstrecken, und zwei Niederfrequenzstufen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektronenröhrenverstärker, insbesondere Kaskadenverstärker, bei welchem mehrere Verstärkersysteme ihren Anodenstrom von einer gemeinsamen Kathode beziehen und diese Verstärkersysteme ineinander aufgebaut sind, wobei im steigenden Abstand von der Kathode Steuergitter und Anoden abwechselnd aufeinanderfolgen und vorteilhaft auch noch Schirmanoden (für die Verwendung als Mschröhre) zwischen diesen ineinanderliegenden Systemen angeordnet sind und die Steuerelektroden auch den Elekttonenstrom von nachfolgenden Systemen beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom eines der Kathode näherliegenden Systems (Anoden 3 oder 5) von dem Strom eines von der Kathode entfernteren Systems (Anoden 5 bzw.
7) mittels einer im Entladungsquerschnitt liegenden, eine Aufspaltung des Elektronenstromes bewirkenden Abschirmung (9, 10, 11) getrennt ist (Fig. 2-4).