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Elektronenröhre und Verstärkerschaltung für dieselbe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenröhre, insbesondere zum Verstärken von Spannungen sehr hoher Frequenz, z. B. 30 bis 300 MHz, nebst einer Verstärkerschaltung für diese Röhre, und bezweckt die Schaffung einer Röhre und Schaltung, deren Verstärkung auch bei hohen Frequenzen einfach und verlässlich sowohl selbsttätig wie willkürlich geregelt werden kann.
Bekanntlich wurde bei den bisher üblichen Verstärkerröhren die die Regelung der Verstärkung bewerkstelligende Regelspannung dem auch die Steuerspannung erhaltenden Steuergitter der Röhre zugeführt, wodurch die Steuerung ungünstig beeinflusst wurde. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die Regelung der Verstärkung nicht mittels des Steuergitters, sondern mittels einer oder mehrerer besonderer Elektroden der Röhre durchzuführen. Diese Elektroden waren in der Röhre z. B. nach dem, von der Kathode gerechnet, zweiten Gitter der Röhre angeordnet und wirkten als Ablenkelektroden. Infolge dieser Ablenkwirkung erreichte nur ein Teil der Elektroden die Anode, der Rest aber z.
B. einen Schirm, wodurch die Verstärkung der Röhre mittels der an die Ablenkelektroden angeschlossenen negativen Regelspannung selbsttätig geregelt werden konnte.
Diese Ablenksteuerung konnte aber in der Praxis nur bei Elektronenröhren mit verhältnismässig grossen Abmessungen erfolgreich verwendet werden, da bei kleinen Röhren, wie z. B. sogenannten"Acorn- Röhren","Miniaturröhren"usw., die Empfindlichkeit der Steuerung infolge der im Verhältnis zum
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friedenstellend war.
Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, im Kolben der Elektronenröhre zwischen den bekannten Ablenkorganen und der Anode, d. h. in der Flugrichtung der Elektronen betrachtet, nach diesen Ablenkorganen noch weitere, nachstehend kurz "sekundäre oder tertiäre Ablenkorgane"genannte Organe anzuordnen, wodurch die Ablenksteuerung verstärkt, d. h. wirkungsvoller gestaltet werden kann, und die obengenannten Nachteile vermindert werden. Hiebei erfolgt in einer derartigen Röhre eine Steuerung in zwei Stufen, wobei die Steuerung in der ersten Stufe mittels eines üblichen Steuergitters erfolgt, aber gegebenenfalls auch durch Ablenkung erfolgen kann.
In diesem Falle befinden sich also längs der Elektronenbahn drei Sätze von Ablenkelektroden, die nachstehend kurz "primäre, sekundäre und tertiäre"Ablenkelektroden genannt werden und an denen die Elektronen in dieser Reihenfolge vorbeistreichen. Eine solche Röhre enthält daher nur eine, als Beschleunigungsgitter dienende Gitterelektrode. Die Röhre wird aber meistens als gittergesteuerte Mehrgitterröhre ausgeführt, deren Anode aus mehreren Teilen besteht, die miteinander zweckmässig verbunden sind. Die Steuerung in der zweiten Stufe erfolgt aber stets mittels Ablenkelektroden, in deren Wirkungsbereich solche Elektronen gelangen, die den Wirkungsbereich der ersten Steuerstufe, sei es nun Gitter- oder Ablenksteuerung, und der ersten Ablenkelektroden bereits verlassen haben.
Die vorliegende Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, die bekannte Konstruktion noch weiter zu verbessern und insbesondere die Wirkung der den Ablenkelektroden zugeführten Regelspannung noch weiter zu erhöhen. Die Erfindung besteht hiebei im wesentlichen darin, dass bei einer Elektronenröhre mit einer Kathode, mindestens einer mehrteiligen Anode, mindestens einer Gitterelektrode und Ablenkorganen durch deren Wirkungsbereich die Elektronen von der Kathode zur Anode gelangen, ferner mit sekundären und t & rtiSrei't Abl ukorganen, die vorteilhaft den Anodenteilen benachbart sind, mindestens eine, mit
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diesen Ablenkorganen leitend verbundene Hilfsanode in der Röhre untergebracht ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine Verstärkung der Regelspannung zu erreichen.
Wenn nämlich beispielsweise die Regel- spannung den primären Ablenkorganen zugeführt wird, so bewirkt eine Änderung dieser Regelspannung eine Änderung der Stromverteilung zwischen den Anoden und der Hilfsanode. Der am Arbeitswiderstand der Hilfsanode auftretende verstärkte Spannungsabfall wird nun aber durch die leitende Verbindung der
Hilfsanode mit den sekundären und tertiären Ablenkorganen auch an diesen Ablenkorganen wirksam, wodurch die durch die primären Ablenkorgane eingeleitete Ablenkung der Elektronen bedeutend erhöht wird. Die Röhre verstärkt also ihre Ablenksteuerung selbst.
Dasselbe trifft auch zu, wenn die Steuerung der Röhre statt mittels eines Steuergitters mittels Ablenkung der Elektronen erfolgt, in welchem Falle die Regelspannung an die sekundären Ablenkorgane angelegt wird, während die tertiären Ablenkorgane mit der Hilfsanode leitend verbunden sind.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umgibt die Hilfsanode schirmartig das
Elektrodensystem der Röhre. Zweckmässig wird hiebei die Hilfsanode als Metallblechzylinder ausgebildet, der bei Doppelröhren entlang zwei einander diametral gegenüberliegenden Erzeugenden geteilt sein und demnach zwei voneinander getrennte Halbzylindermantelflächen bilden kann.
Die sekundären bzw. tertiären Ablenkorgane befinden sich zweckmässig zwischen den einzelnen Teilen der Anode und den denselben zugeordneten primären bzw. sekundären Ablenkorganen. Hiebei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn im Rahmen der Erfindung zwei einander benachbarte, die Kathode umgebende Gitterelektroden vorgesehen sind, wobei zwischen der von der Kathode am entferntesten liegenden Gitterelektrode und den primären bzw. sekundären Ablenkorganen auch Stabelektroden angeordnet sein können. Die Kathode der Röhre ist zweckmässig eine mittelbar beheizte flache Kathode, und die leitende Verbindung der Hilfsanode bzw. der Hilfsanodenteile mit den ihr bzw. ihnen zugeordneten sekundären oder tertiären Ablenkelektroden erfolgt zweckmässig innerhalb der Röhre, kann aber in besonderen Fällen auch ausserhalb derselben erfolgen.
Die erfindungsgemässe Röhre kann auch als Doppelröhre mit gemeinsamer Kathode, aber zwei Sätzen von Steuerorganen und Anoden ausgeführt werden, welche Ausführungsform z. B. bei Farbfernsehgeräten in vorteilhafter Weise Verwendung finden kann.
Die erfindungsgemässe Schaltung für die obige Röhre kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, dass die mit der Hilfsanode bzw. den Hilfsanoden verbundenen Ablenkorgane durch einen Widerstand an eine positive Spannung angeschlossen sind. Hiebei ist es vorteilhaft, wenn dem Widerstand ein Kondensator parallelgeschaltet und die positive Spannung von der Anodenspannung gebildet ist. ? Es erhalten somit auch die mit der Hilfsanode verbundenen sekundären bzw. tertiären Ablenkorgane die Anodenspannung.
Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemässen Röhre und Schaltung werden nachstehend im Zu- samenhang mit einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch die prinzipielle Anordnung der Elektroden einer primär gittergesteuerten Röhre und Fig. 2 die Schaltung derselben. Identische Bezugszeichen bezeichnen an beiden Figuren identische Teile.
Bei der Röhre gemäss Fig. 1, die einen zur Röhrenachse senkrechten Schnitt darstellt, umgibt im Kolben 3 der Röhre die zylindrische Hilfsanode 10 das ganze Elektrodensystem, dessen Kathode 4 durch das Steuergitter 5 und das Beschleunigungsgitter 6 in üblicher Weise umgeben ist. Die Anode 7 ist bei diesem beispielsweisen Aufbau vierteilig ausgeführt, und demnach bestehen die an sich bekannten primären Ablenkelektroden 8 aus vier Sätzen, die je zwei plattenförmige Ablenkelektroden umfassen, denen die Regelspannung in bekannter Weise zugeführt werden kann. Zwischen diesen Ablenkelektroden und dem Gitter 6 können auch noch Stabelektroden 11 angeordnet sein, welche an einer konstanten positiven Spannung liegen und ebenfalls beschleunigend auf die : Elektronen wirken können.
Es ist ferner zweckmässig, zwischen den Anodenteilen 7 und der Hilfsanode 10 die bremsgitterartigen Hilfselektroden 12 anzuordnen, und dieselben auf Nullpotential zu halten, z. B. zu erden, damit diese Elektroden den Austausch von Sekundärelektronen zwischen Hilfsanode und Anode verhindern.
Die Wirkungsweise der in der Röhre angeordneten sekundären Ablenkelektroden 9 nebst der Hilfsanode 10, mit der sie mittels der Leitungen 19 innerhalb der Röhre verbunden sind, ist folgende :
Die aus der Kathode 4 austretenden Elektronen, die zweckmässig bereits ein Elektronenstrahlenbündel bilden, werden durch das Steuergitter 5 gesteuert, durch das Gitter 6 beschleunigt und gelangen nun in den Wirkungsbereich der primären Ablenkelektroden 8.
Diese erhalten die Regelspannung und besitzen daher negatives, oder höchstens schwach positives Potential Demzufolge wird das Elektronenstrahlenbündel in einem vom Momentwert der Regelspannung abhängigen Mass verdichtet und abgelenkt, so dass nur ein Teil desselben die Anoden 7 erreicht, während die übrigen Elektronen des Bündels zwischen oder neben den einzelnen Anodenteilen zur Hilfsanode 10 gelangen. Die sekundären Ablenkorgane 9 wirken aber
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hiebei ähnlich wie die bei den bekannten "magischen Augen" üblichen Messerelektroden und verbreitern infolge ihres hohen positiven Potentials das vorher verdichtete Elektronenstrahlenbündel zum Teil wieder, wodurch ein Teil der im Falle der Abwesenheit dieser sekundären Ablenkelektroden die Anoden nicht er- reichenden Elektronen dennoch zur Anode gelangt.
Die primären und sekundären Ablenkelektroden wirken demnach sozusagen wie ein elektronen- optisches Zweilinsen-Ablenksystem. Da aber erfindungsgemäss die sekundären Ablenkorgane 9 mit der
Hilfsanode 10 verbunden sind, kann ihre die Elektronen zur Anode zurücktreibende Ablenkwirkung ge- regelt werden, bzw. ist dieselbe gewissermassen selbstregelnd, wodurch eine Verstärkung der primären
Ablenksteuerung erreicht wird.
Die Schaltskizze der Fig. 2, in der zwecks besserer Übersichtlichkeit die an eine positive Spannung angeschlossenen Stabelektroden 11 der Röhre nicht dargestellt sind, zeigt den Anschluss der übrigen
Elektroden der Röhre.
Die mittelbar beheizte Kathode 4 der Röhre ist in üblicher Weise durch den mittels des Kondensators
17 überbrückten Widerstand 16 geerdet. Die bremsgitterartigen Hilfselektroden 12 sind unmittelbar ge- erdet, können aber gegebenenfalls auch in der Röhre mit der Kathode 4 verbunden sein. Das Beschleuni- gungsgitter 6 erhält positive Spannung, zwischen dem Steuergitter 5 und der Erde liegt der aus der Selbst- induktion L und der Kapazität C bestehende Schwingkreis 18. Ein aus ähnlichen Gliedern bestehender
Kreis 13 bildet den Arbeitswiderstand der Anoden 7. Die mit der Hilfsanode 10 mittels der Leitungen 19 verbundenen sekundären Ablenkelektroden 9 sind durch den mit dem Kondensator 15 parallel geschalteten
Widerstand 14 an die Anodenspannungsquelle angeschlossen.
In dieser Schaltung arbeitet die Röhre, deren Verstärkung, d. h. Steilheit ihrer Charakteristik, mittels der an die primären Ablenkelektroden 8 angeschlossenen Regelspannung geregelt wird, in folgender
Weise :
Wenn in irgend einem Zeitpunkt infolge eines entsprechenden Momentanwertes der den primären Ablenkelektroden 8 zugeführten Regelspannung sich diese Elektroden auf Nullpotential oder geringem positiven Potential befinden und demzufolge keine Elektronen die Hilfsanode 10 erreichen, stellen sich die sekundären Ablenkelektroden 9, die ja mittels der Leitungen 19 mit der Hilfsanode innerhalb oder auch ausserhalb der Röhre leitend verbunden sind, auf die maximale positive Spannung ein, die sie durch den Widerstand 14 erhalten können. Hiedurch werden also die Elektronen ebenfalls den Anoden 7 zugelenkt.
Wenn aber die primären Ablenkelektroden eine negative Regelspannung erhalten, werden hiedurch die Elektronen zum Teil zur Hilfsanode 10 abgelenkt. Die Hilfsanode führt daher jetzt Strom und demzufolge wird sich ihre Spannung infolge des Widerstandes 14 verringern, ebenso wie die Spannung der mitder Hilfsanode verbundenen sekundären AblenkelektBQÜen9. Dies verursacht aber eine Erhöhung der Anzahl der die Hilfsanode 10 erreichenden Elektronen, d. h. des Hilfsanodenstromes, wodurch die Spannung der Elektroden 10 und 9 weiter verringert wird.
Hiedurch wird die Anzahl der die Hilfsanode 10 erreichenden Elektronen noch weiter erhöht, also die Wirkung der der primären Ablenkelektroden zugeleiteten Regelspannung gelangt in erhöhtem Ausmass zum Ausdruck, was praktisch die Verstärkung der Regelspannung bedeutet.
Dieser Vorgang wiederholt sich während der Regelung bzw. des Arbeitens der Röhre fortlaufend.
Bei der erfindungsgemässen Anordnung verursacht demnach die den primären Ablenkelektroden 8 zugeführte Regelspannung die Veränderung der Stromverteilung zwischen den-Anoden 7 und der Hilfsanode 10. Der am Arbeitswiderstand 14 der Hilfsanode auftretende verstärkte Spannungsabfall ist aber an den sekundären Ablenkelektroden wirksam, wodurch das Mass der durch die primären Ablenkelektroden 8 eingeleiteten Ablenkung der Elektronen bedeutend erhöht wird, d. h. die Röhre ihre Ablenksteuerung selbst verstärkt. Dasselbe tritt auch ein, falls die Steuerung der Röhre statt mittels eines Steuergitters mittels Ablenkung der Elektronen erfolgt und daher in diesem Fall die Regelspannung an die sekundären Ablenkorgane angelegt wird und die tertiären Ablenkorgane mit der Hilfsanode verbunden sind.
Die Anordnung der Elektroden in der Röhre kann also im Rahmen der Erfindung mannigfaltig sein, so kann z. B. die Hilfsanode 10 der Fig. 1 in der Ebene der Halterungsstäbe der Gitter 5 und 6 geteilt sein. Die an beiden Seiten dieser Ebene liegenden Elektrodengruppen bzw. Elektroden können dann statt den an Fig. 2 dargestellten gemeinsamen Zuleitungen getrennte Zuleitungen besitzen, wodurch die Röhre zu einer Doppelröhre mit symmetrischer Elektrodenanordnung wird.
Die Erfindung ist demnach keineswegs auf die zwecks Erläuterung derselben beispielsweise dargestellte Elektrodenanordnung und Schaltanordnung beschränkt und es sind innerhalb des Rahmens der nachstehenden Ansprüche zahlreiche Ausführungsformen derselben möglich.