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Kathodenstrahlenrelais mit Hilfsnetz.
In Kathodenstrahlenrelais mit Hilfsnetz ist die höchste erreichbare Verstärkung des erregenden Wechselstromes von der Rückwirkung des Anodenpotentials auf den gesteuerten Strom in hohem Grade abhängig. Diese Einwirkung der Potentialschwankungen der Anode auf den zur Anode fliessenden Strom erklärt sich folgendermassen : Es ist bekannt, dass die Menge des durch das Hilfsnetz hindurchtretenden Stromes hauptsächlich von dem Potential des Hilfsnetzes selbst abhängt.
Nun ist aber die Fläche, in der das Hilfsnetz liegt, keine Fläche gleichen Potentials, das auch überall genau gleich dem des Hilfsnetzes selbst ist, sondern das Potential in den Zwischenräumen zwischen den Drähten oder in den Maschen des Hilfsnetzes weicht von dem Potential der Drähte selbst mehr oder weniger ab, und zwar in einer Weise, die abhängig ist von dem Potential der benachbarten Elektroden, von der Bemessung des Hilfsnetzes sowie von den Elektrodenabständen. Man hat nämlich damit zu rechnen, dass die auf der Anode angesammelte positive elektrische Ladung das Potential der Punkte, die sich zwischen den Drähten des Hilfsnetzes befinden, beeinflusst ; dies wird desto stärker der Fall sein, je näher die Anode dem Hilfsnetz gegenübersteht und je weitmaschiger das Gitter oder Netz der Hilfselektrode ist.
Da nun für die Grösse des übergehenden Stromes das Potential in den Zwischenräumen des Hilfsnetzes eine ebenso grosse, wenn nicht grössere Rolle spielt, als das am Netzkörper selbst, so ist ohne weiteres klar, dass Schwankungen der Anodenspannung den übergehenden Strom beeinflussen werden.
Die Erfindung besteht nun darin, das Hilfsnetz hinsichtlich seiner Entfernung von der Anode und der Bemessung seiner Einzelteile derart anzuordnen, dass die Rückwirkung des Anodenpotentials auf den Anodenstrom mehr als zehnmal kleiner gehalten wird als die Wirkung des Hilfsnetzes auf den Anodenstrom, wobei der zwischen Anode und Kathode angeschlossene
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dem reziproken Wert der Anodenrückwirkung gleich ist.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung Bezug genommen, in welcher
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Hilfsnetz, A die Anode, V der Vorübertrager mit den Spulen 1 und 2, N der Nachübertrager mit den Spulen 3 und 4. Der von der Kathode K über die Batterie P und die Spule 3 des Nach- übertragers N zur Anode A fliessende und durch das Rohr zur Kathode zurückkehrende Strom wird im folgenden mit ss bezeichnet ; die Spannung der Anode A gegen die Kathode K sei B,
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absolute Rückwirkung der Anode bezeichnet wird, so kann das vorgenannte Verhältnis etwa als relative Rückwirkung bezeichnet werden.
Eine nähere Betrachtung der Vorgänge in dem Rohr zeigt, dass diese relative Rückwirkung von der absoluten Grösse des Anodenpotentials unabhängig und durch die Abmessungen des Hilfsnetzes und die Entfernung zwischen Hilfsnetz und Anode allein bestimmt ist.
Es soll zunächst eine Anordnung betrachtet werden, bei der das Hilfsnetz aus parallel in einer Ebene nebeneinander liegenden Drähten besteht (Fig. 2). Der Durchmesser der Drähte sei d, der Abstand benachbarter Drahtachsen oder die Maschenweite sei a, der Abstand zwischen
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Diese Formel gilt mit grosser Annäherung für den Regelfall, dass die Maschenweite a des Hilfsnetzes gross ist gegen die Drahtdicke d, oder der Abstand h der Anode gross ist gegen die
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elektroden vorgesehen, so ist statt der Drahtentfernung a etwa der dritte Teil der Maschenweite zu setzen.
Bei zylindrischer Form der Elektroden kann trotz der verschiedenen Grösse der Zylinderflächen in erster Annäherung für die Grösse h ebenfalls der Abstand zwischen Hilfsnetz und. Anode gerechnet werden.
Unter Innehaltung der oben angegebenen Bedingung für die Hilfsnetzabmessung gebaute Verstärkerrohre haben eine relative Rückwirkung von nur - bis - aufgewiesen. Diese Rohre'
30 zoo zeigten gegenüber früheren Rohren, die dieselbe Hilfsnetzempfindlichkeit--'-des Anodenstromes d ?' besassen, eine zwei-bis dreifach grössere Verstärkung.
Um den Zusammenhang zwischen Anodenrückwirkung und Verstärkung klarzumachen, ist die Schaltung der Kathodenröhre zu beachten. Diese muss die aus der Figur ersichtliche vielfach übliche sein, wonach ein Vorübertrager V mit der Hilfselektrode H und der Kathode K verbunden ist, der die erregende Schwingung auf das Hilfsnetz H überträgt, während ein Nach- übertrager N oder das Verbrauchsinstrument selbst an die Anode A und die Kathode K angeschlossen ist.
Für die Verstärkung massgebend ist die in der sekundär an das Rohr angeschlossenen Spule des Verbrauchers oder Nachübertragers N verbrauchte Energie, welche durch das Produkt aus der Amplitude der Stromschwankung A ss und der Spannungsschwankung 1 B an den Enden der Spule 3 des Nachübertragers oder Verbrauchers N gegeben ist (diese Spannungsschwankung ist mit der Schwankung des Anodenpotentials indentisch). Daraus geht hervor, dass nicht nur die Schwankung A ss des Anodenstromes, sondern auch der scheinbare Widerstand des Nach- übertragers oder Verbrauchers für die Verstärkung in Frage kommen und dass ein gewisser günstigster Wert für diesen Widerstand bestehen muss. Dieser günstigste Wert und damit die
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Widerstand der Röhre für den Anodenkreis zu betrachten ist.
Wie immer in solchem Falle, wird der beste Erfolg erzielt, wenn innerer und äusserer Widerstand gleich sind. Bei einer gewissen durch Spannungsschwankungen des Hilfsnetzes verursachten Änderung des Anodenstromes ist die im Nachübertrager oder Verbraucher aufgenommene Energie, desto grösser, je grösser der scheinbare Widerstand gewählt werden kann, und da die günstigste Wahl dieses Widerstandes von dem inneren Widerstand des Rohres abhängt, ist auch der Zusammenhang zwischen Verstärkung und dem inneren Rohrwiderstand für den Anodenkreis, d. h.
dem reziproken Wert der Anodenrückwirkung #ss/#P einleuchtend.
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( < I0-6 Amp./Volt) als zweckmässig erwiesen, Übertrager zu benutzen, die bei sekundärer Belastung durch das Verbrauchsinstrument in der in den Anodenkreis eingeschalteten Wicklung einen scheinbaren Widerstand von i Megohm und mehr besassen.
Was die Wahl des Anodenpotentials, und die, übrige Anordnung der Elektroden betrifft, so sind bei den Kathodenröhren, für die die angegebene Bemessung der Hilfselektrode mit der zugehörigen Schaltung und Übertragern mit Vorteil angewendet werden kann, hauptsächlich zwei Ausführungsformen zu unterscheiden. Die eine davon stellt die gewöhnlichen Kathodenstrahlenrelais nach d Forest mit Kathode, Hilfsnetz und Anode dar, die in neuerer Zeit mit hohem Vakuum und reinem Elektronenstrom arbeiten. Bei diesen Rohren treten die Elektronen überhaupt erst dann zum grösseren Teil durch das Hilfsnetz hindurch, wenn das mittlere Potential in der Fläche des Hilfsnetzes einen einigermassen hohen positiven Wert, schätzungsweise 20 Volt, gegenüber der Kathode besitzt.
Das Potential des Hilfsnetzes selbst muss jedoch aus anderen Gründen in der Regel negativ gegenüber der Kathode gehalten werden. Wird nun durch die für kleine Rückwirkung notwendige Engmaschigkeit des Hilfsnetzes oder durch eine grössere Anodenentfernung die Einwirkung der Anode auf das Potential in den Zwischenräumen des Hilfsnetzes herabgesetzt, so folgt ohne'weiteres, dass eine Erhöhung des Anodenpotentials über die gewöhnlichen Werte eintreten muss, um bei kleiner Rückwirkung jenes effektive Potential
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von 20 Volt in der Hilfsnetzfäche zustande zu bringen.
Mit dieser Erhöhung des Anodenpotentialh. die bei ortsfesten Anlagen keine Schwierigkeit bereitet, ist andrerseits noch ein Vorteil verbunden, der unter Umständen eine Rolle spielen kann : Es stehen nämlich dabei grosse Höchstamplituden der Spannungsschwankung an der Anode zur Verfügung und die Verstärkung wird, was bei anderen Rohrformen nicht immer der Fall ist, von der Amplitude der erregenden Schwingung bis zu ziemlich hohen Energien hin unabhängig sein.
. Neuerdings ist noch eine andere Art von Verstärkerrohren vorgeschlagen worden ; es sind dies die Verstärkerrohre mit sogenanntem Spannungsnetz (Fig. 3), einem zwischen Kathode und Hilfselektrode eingeschalteten Leiter von konstantem positiven Potential, welcher die Raumladungswirkung der übergehenden Elektronen aufhebt. Bei geeigneter (am besten zylindrischer) Form dieses Leiters ist das Potential, das in der Fläche des Hilfsnetzes herrschen muss, um den Elektronenstrom zum grössten Teil zur Anode durchtreten zu lassen, nur wenig von dem Potential der Kathode verschieden ; hier ist es also nicht nötig, ein höheres Anodenpotential als gewöhnlich zu wählen, um in Fällen, wo die oben angegebenen Bedingungen für die Abmessungen des Hilfsnetzes eingehalten sind, das gewünschte Effektivpotential in dessen Fläche herzustellen.
Dieser Vorteil des Spannungsnetzes in bezug auf die Ermöglichung einer Verminderung der Anodenrückwirkung ist bisher so wenig erkannt worden, dass sogar bis jetzt nur Schaltungen vorgeschlagen worden sind, in denen das Hilfsnetz an den im Anodenkreis auftretenden Spannungschwankungen durch direkte Kopplung in vollem Umfange teilnimmt, womit natürlich die Ausnutzung des Spannungsnetzes in dem hier bezeichneten Sinne von vornherein ausgeschlossen ist.
Gerade in dieser Wirkung des Spannungsnetzes ist aber seine wichtigste Bedeutung zu sehen.
In der Tat ist bei ausgeführten Rohren mit Spannungsnetz, die bei völlig gleichem Aufwand an äusserer Energie die Verstärkung gegenüber den gewöhnlichen Kathodenrohren etwa zu verzehnfachen vermögen, diese Erhöhung nur zum geringsten Teil auf eine Erhöhung der Hilfs-
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zuiückzuführen.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Kathodenstrahlenrelais mit Hilfsnetz, dadurch gekennzeichnet, dass durch bestimmte Abmessung des Abstandes des Gitters von der Anode und durch bestimmte Bemessung der Einzelteile des Gitters das Verhältnis der Änderung des Anodenstromes mit dem Anodenpotential zur Änderung des Anodenstromes mit dem Gitterpotential (relative Rückwirkung des Gitters) kleiner als ein Zehntel gemacht wird, wobei der scheinbare Widerstand des Nachübertragers oder Verbrauchsapparates ungefähr gleich dem inneren Widerstand der Röhre zwischen Anode und Kathode ist.