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Schaltung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen mittels Kathodenstrahlröhren.
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wirken. Dies kann im besonderen z. B. geschehen, indem durch die Zusatzelemente die Röhrenkopplung oder die Gitterspannung für die nicht gewünschten Wellen ungünstiger als für die gewollte gemacht wird oder die Dämpfung für die nicht gewünschten Wellen so gross gemacht
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kann man die unerwünschten Wellen nicht beseitigen, da mittels dieser Elemente ja in dem beschriebenen Sinne die günstigsten Verhältnisse für die normale Schwingung eingestellt werden müssen, die man sonst wieder beseitigen würde.
An Hand der Zeichnungen sollen im folgenden einige charakteristische Beispiele für das
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beispiele für die Anwendung der Mittel zur Beseitigung beschrieben werden.
Bei vielen Schaltungen zur Schwingungserzeugung, insbesondere bei den erwähnten galvanischen Verbindungen eines Schwingungskreises mit der Röhre, entstehen infolge des Zusammenwirkens der inneren Kapazitäten der Röhre mit dem Schwingungskreis mehrwellige Systeme. Die gewollte Schwingung ist dann nur eine der möglichen Wellen und eine andere Welle tritt dann auf, wenn durch einen Zufall der Bemessung oder Abstimmung die Bedingungen für das Einsetzen dieser anderen Welle günstiger werden. Fig. i zeigt z. B. eine sogenannte Spannungsteilerschaltung.
Es bedeuten 1 die Kathodenröhre, 2 die Anschlüsse des Anodenkreises zur Speisung der Röhre 1 und 3 und- die Wechselstromwiderstände, die zur Erzeugung der Phasenverschiebung der Spannungen um 1800 zwischen der Anode 5 und Kathode 7 einerseits und dem Gitter 6 und der Kathode 7 andrerseits eingeschaltet sind. 8 ist ein Blockkondensator, der für Wechselstrom durchlässig, lediglich eine Unterbrechung des an die Klemmen 2 angelegten Gleichstromes bedeutet und der für die Bestimmung der von der Röhre erzeugten Frequenz ohne Bedeutung ist. Die von der Röhre erzeugten Schwingungen durchfliessen einen Kreis, der sich aus der Selbstinduktion 9 und dem Kondensator 10 zusammensetzt.
Man kann sich das in Fig. i dargestellte Schaltungsschema in folgender Weise vervollständigt denken. Zwischen der Anode 5 und der Kathode 7 ist innerhalb der Röhre eine Kapazität vorhanden, die durch den gestrichelten Kondensator 11 dargestellt sein möge. Desgleichen lässt sich die Kapazität zwischen dem Gitter 6 und der Kathode 7 durch den Kondensator 12 veranschaulichen. Zeichnet man das sich nunmehr ergebende Schema auf, so erhält man die Fig. 2.
In dieser Figur bedeuten die Selbstinduktion 9 und der Kondensator 10 die gleichen Teile wie in Fig. i. Der Kreis 13 besteht aus der Selbstinduktion 3 und der Anodenkathodenkapazität 11, der Kreis 14 aus der Selbstinduktion. J und der Gitterkathodenkapazität 12.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 möge für den einfachen Fall untersucht werden, bei dem die Selbstinduktion 9 verhältnismässig klein ist und infolgedessen die parallel zum Kondensator 10 liegende Röhrenkapazität zwischen der Anode 5 und dem Gitter 6 vernachlässigt werden kann.
Der Kreis nach Fig. 2 besitzt in bezug auf seine Schwingungsmöglichkeit mehrere Freiheitsgrade. Für das Entstehen von Schwingungen in Zusammenschaltung mit einer Kathodenröhre kommen jedoch nur zwei Freiheitsgrade in Frage, nämlich erstens derjenige Freiheitsgrad, bei welchem die Kreise 13 und. M lediglich jeder resultierend als Selbstinduktion wirken und zweitens derjenige Freiheitsgrad, bei welchem die Kreise 13 und 14 jeder resultierend als Kapazität arbeiten. Im ersteren Falle entsteht eine niedrige Frequenz mu und im zweiten Falle eine höhere Frequenz M ;.
Die anderen an sich möglichen Freiheitsgrade ergeben in Zusammenschaltung mit der Röhre nicht die Möglichkeit zum Entstehen von Schwingungen, weil dann
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Phase von zirka 1800 verschoben wäre. Solcher Fall liegt z. B. vor, wenn der eine der Kreise 13 und 14 resultierend als Kapazität und der andere Kreis resultierend als Selbstinduktion wirkt.
Welche von beiden möglichen Schwingungen einsetzt, ist von der Kopplung der Röhre mit dem Schwingungsgebilde abhängig, d. h. es wird jeweilig diejenige Schwingung einsetzen, für welche eine günstigere Kopplung zwischen Röhre und Schwingungskreis besteht. Man unterscheidet im allgemeinen eine Gitterkopplung und eine Anodenkopplung. Die Kopplungen sind um so fester, je höhere Gitterspannungen bzw. Anodenspannungen vorhanden sind. Die Grössen dieser Spannungswerte sind abhängig von der Grösse der vorhandenen kapazitiven bzw. induktiven Gitter-oder Anodenkopplungen für die Frequenzen Mi oder Mz. Von diesen beiden Frequenzen ist die niedrigere 1. in der Regel die gewollte normale Welle, während die höhere 1. einer sehr kleinen Welle entspricht.
Wirken nämlich die Selbstinduktionen 3 und 4 mit den parallel liegenden Röhrenkapazitäten 11 und ]2 resultierend beide als Selbstinduktionen, so ergibt sich die kleine Frequenz Cù1, wirken sie beide resultierend als Kapazitäten, so entspricht das der grossen Frequenz 002- Soll nun erwirkt werden, dass die Schwingung der Frequenz ( nicht einsetzt, so müssen die Kopplungen für dieses to. ungünstig wirken. Im vorliegenden Falle kann dies z. B. dadurch erreicht werden, dass die Gitterkopplung, d. h. die Kopplung der Röhre an 4 bis 12 vermindert wird.
Das geschieht durch Herabsetzung der sich an diesem Punkte auf Grund des Schwingungsstromes ergehenden Spannung. Für diesen Fall ist an dieser Stelle der Spannungs-
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Um dasselbe Ergebnis, nämlich die Verminderung der Gitterspannung zu erreichen, ist es auch möglich, in die Zuleitung zum Gitter 6 eine Selbstinduktion 16 zu legen. Der Spannungsverlust in dieser Selbstinduktion ist iw, L. Für die grosse Frequenz mu ist dieser Spannungsverlust gross, während er für die kleine Frequenz 001 klein ist. Die beiden Mittel, nämlich die Einschaltung der Zusatzkapazität 15 und der Zusatzselbstinduktion 16, lassen sich naturgemäss auch gleichzeitig anwenden.
Für andere Schaltungen der Generatorröhre sind entsprechende Mittel sinngemäss an-
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die Stellen ergibt, wo man die Mittel zur Unterdrückung kurzer Wellen einzuschalten hat. Es sei als Beispiel nur noch eine Schaltung Fig. 4 untersucht, die ebenfalls häufige Anwendung findet und den in der Einleitung beschriebenen Anforderungen entspricht. Bei dieser Schaltung findet die Kopplung des Schwingungskreises, x. B. der Antenne 19 mit der Röhre über eine Serienkombination, bestehend aus der Spule 17 und dem Kondensator 18 statt, wobei das Gitter 6 an den Verbindungspunkt 20 beider Wechselstromwiderstände angeschlossen ist. Das Auftreten der störenden kurzen Wellen in dieser Schaltung lässt sich leicht erkennen, wenn man sich die Selbstinduktion der Gitterzuleitung in Form der punktiert angedeuteten Spule 21 ergänzt denkt.
Dann lässt sich die Schaltung wie in Fig. 5 darstellen. Auch hier liegt zwischen Anode und Gitter, ähnlich wie in Fig. i, eine Serienkombination von zwei Spulen 17 und 21, während die Kathode 7 an den Verbindungspunkt 20 über den Kondensator 18 angeschlossen ist. Letzterer bleibt jedoch ohne Einfluss, da er für die kleinen Wellen nur einen kleinen Widerstand besitzt. Zeichnet man das Schema, wie in Fig. 5, so erkennt man die prinzipielle Übereinstimmung mit Fig. i. Auf Grund dieser Überlegung dürfte ohne weiteres klar sein, dass auch in diesem Falle die Möglichkeit für das Auftreten kurzer Wellen gegeben ist.
Die kurze Welle lässt sich aber nicht, wie im ersteren Falle, durch Parallelschaltung einer Kapazität zur Röhrenkapazität-Gitterkathode beseitigen, da hier schon der Kondensator 18 parallel liegt und eine Vergrösserung dieser Kapazität keinen nennenswerten Einfluss mehr auf die Spannungsverteilung haben würde. Als sehr wirksames Mittel hat sich aber in diesem Falle die Einschaltung einer Selbstinduktion 22 (Fig. 6) in die Anodenleitung erwiesen. Hierdurch wird nämlich die Gitterkopplung 21 für die kleine Welle im Verhältnis zur Gesamtselbstinduktion im Anodenkreise so verkleinert, dass die Spannungsverteilung für die kleine Welle ungünstig wird. Auf die grosse, d. h. die gewünschte Welle hat diese Spule 22 keinen wesentlichen Einfluss, da diese hauptsächlich im Antennenkreise 19 fliesst.
Kombinationen von Selbstinduktion und Kapazität lassen sich ebenfalls in manchen Fällen vorteilhaft verwenden. Ein auf die nicht gewünschte Welle abgestimmter geschlossener Schwingungskreis verursacht z. B. für diese Welle einen grossen Widerstand, der bei passender Einschaltung, etwa in die Gitterleitung naturgemäss die Kopplungsspannung für diese Welle ungünstig beeinflusst. Eien andere besonders wirksame Kombination ist in Fig. 7 dargestellt.
Zwischen Gitter 6 und Kathode 7 ist eine aus Selbstinduktion 23 und Kapazität 24 bestehende Ableitung vorgesehen. Die Eigenschwingung dieses Zweiges wird auf einen solchen Wert gebracht, dass der Leiter für die nichtgewollten Schwingungen der Röhre einen Kurzschluss darstellt, dagegen für die gewollten Schwingungen als unendlich grosser Widerstand wirkt. Diese Kurzschlussleitung hat dann den Effekt, dass in gleicher Weise, wie dies durch losere Gestaltung der Röhrenkopplung erreicht wird, das Auftreten der nicht gewollten Schwingungen nicht mehr möglich ist, da das Entstehen einer Gitterspannung für die kurzen Wellen überhaupt verhindert ist.
Schaltet man in den beschriebenen Anordnungen mehrere Röhren parallel, so werden die Kapazitäten aller Röhren parallel geschaltet und für die auf Grund der Zweiwelligkeit des Gesamtsystems entstehenden nicht gewünschten Wellen sind dadurch die Bedingungen sogar noch günstiger geworden. Es ist also dann um so eher von den beschriebenen Mitteln Gebrauch zu machen. Es hat sich aber gezeigt, dass trotzdem noch unerwünschte Schwingungen entstehen können. Durch die Parallelschaltung sind nämlich in der Anordnung neue Schwingungsbahnen ausserhalb des Hauptschwingungskreises entstanden. Fig. 8 zeigt beispielsweise die Parallelschaltung von drei Röhren in einem System gemäss Fig. 4.
Die Anlage bedient sich der Kathodengeneratoren 1, la und lb. Die Kathoden 7,7a und 7b und die Gitter 6,6a und 6b sind unter sich
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verbunden, ebenso die Anoden J, Ja, ? mittels gemeinsamer Ableitung 25. Jede dieser drei Röhren bildet nun mit ihren inneren Kapazitäten und mit den Selbstinduktionen der Verbindungs-
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; auf die zweite Röhre in der Weise vervollständigt denken, dass die inneren Röhrenkapazitäten der Röhre Ja eingezeichnet werden, Fig. 9. Es ergeben sich dann die Kapazität 26 als Kapazität zwischen Anode Je und Gitter 6a, die Kapazität 27 als Kapazität zwischen Gitter 6a und
Kathode 7a und die Kapazität 28 als Kapazität zwischen der Anode Ja und Kathode 7a.
Wie durch praktische Versuche festgestellt worden ist, bewirken diese Kapazitäten das Auftreten , von Schwingungen, ohne dass an die Röhren irgendwelche äusseren Schwingungskreise o. dgl. angeschaltet sind. Dies zeigt sich dadurch, dass das Ampèremeter 29 im Anodenstromkreis einen relativ hohen Auschlags zeigt, ohne dass im äusseren Schwingungskreis (Fig. 8) Schwingungen bestehen. Gemäss der Erfindung wird nun jede AnodeJ, aa, J & durch je eine Selbstinduktion 30, 31 und 32 mit der Ableitung 2J verbunden. Durch diese Selbstinduktionen wird das Auftreten der : inneren Schwingungen vermieden. Es hat sich jedoch in den meisten Fällen als notwendig gezeigt, den einzelnen Selbstinduktionen 30, 31 und. 32 verschieden grosse Werte zu geben.
Je zwei Röhren bilden nämlich für sich je ein System für kurze Wellen ; sind nun alle diese Systeme einander
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fis0, 31 aber werden die Wellenlängen der möglichen nicht gewünschten Wellen einander ungleich. Durch gegenseitige Störung können sie dann überhaupt nicht bestehen. Man könnte die Schaltung
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verbunden wird, während die Gitter 6,6a und 6b jedes durch eine besondere Selbstinduktion mit einer gemeinsamen Gitterleitung verbunden werden. Auch in diesem Falle ist es zweckmässig, diesen Selbstinduktionen verschieden grosse Werte zu geben. Auch die gleichzeitige Verwendung der beiden Schaltungen wäre denkbar.
Es leuchtet ein, dass eine solche Schaltung praktisch ungünstig ist, da insbesondere bei der Parallelschaltung einer grossen Anzahl Kathodengeneratoren die verschiedene Bemessung der Selbstinduktionen 3ss, 31 und 32 Schwierigkeiten bereitet. Zu diesem Zweck findet eine Schaltung Verwendung, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist. In derselben sind die Anoden 5, 5a, 5b durch Selbstinduktionen 3-3, 3-4 miteinander verbunden. Diese Selbstinduktionen könnten auch zwischen die in gleicher Weise geschalteten Gitter oder Kathoden oder schliesslich sowohl zwischen die Anoden als auch Gitter und Kathoden gleichzeitig eingelegt werden. Sie können einander
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ganz geringe Selbstinduktionswerte für die Zusatzspulen.
Genügende Selbstinduktionswerte besitzen für diesen Zweck häufig schon einfache Drähte zur Verbindung der Elektroden der parallel geschalteten Röhren. Nach dem Vorhergesagten kommt es aber sehr wesentlich darauf an, dass die Selbstinduktionswerte in den einzelnen sich ergebenden Systemen verschieden sind.
Die Verbindung mittels einfacher Drähte genügt also nur. wenn für die einzelnen möglichen Systeme sich bei der Schaltung verschiedene Werte der sich summierenden Drähte ergeben. Die Schaltung darf also nicht symmetrisch sein, etwa durch Anschaltung der Elektroden der parallelen Röhren an eine Sammelschiene, sondern muss etwa nach dem Schema der Fig. 11 oder 12 erfolgen, so dass sich verschiedenartige Summierungen ergeben.
Die unerwünschten Schwingungszustände brauchen sich nicht immer im Auftreten kleiner Wellen zu äussern, sondern können auch dadurch sich zeigen, dass, wie bereits erwähnt, die Betriebswelle in einem durch die besondere Art der Schaltung gebildeten System auftritt, das nicht den Hauptschwingungskreis umfasst. Dies kann z. B. bei einer Schaltung entsprechend den Fig. 4 und 6 vorkommen. Bei diesen Schaltungen muss nämlich parallel zum Gitterkopplungskondensator 18 eine
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Beim Arbeiten mit derartigen Schaltungen hat es sich gezeigt, dass häufig die Schwingungsenergie in der Antenne bei Einstellung auf eine ganz bestimmte Wellenlänge plötzlich sich sehr stark verringert bzw. gänzlich aussetzt, während gleichzeitig die Spannung am Gitterkondensator 18 auf etwa den doppelten Wert ansteigt. Durch irgendeinen unerwünschten Abstimmungzustand auf die Betriebswelle wird offenbar an den Anschlusspunkten des Gitterkondensators ein grosser scheinbarer Widerstand hervorgerufen. Dieser Abstimmungszustand kann in dem Kreise entstehen, welcher aus dem Gitterkondensator 18 und der Gitterentladespule 35 besteht oder auch in dem aus der Gitterentladespule 35 und der inneren Kapazität zwischen Gitter und Kathode gebildeten Kreise.
Diese Spule 35 besitzt eine grosse Selbstinduktion und wirkt unter Umständen als Strahlspule. Als solche ist sie dann für verschiedene Wellen durchlässig, so dass sich sogar mehrere solcher Abstimmungszustände bei ganz bestimmten Wellen aus dem gesamten Wellenbereich des Generators ergeben können.
Zur Beseitigung dieses Übelstandes genügt es in den meisten Fällen, dass in diesen un-
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z. B. dadurch bewirkt werden, dass die Gitterentladespule 35 aus Leitungsmaterial von hohem spezifischen Widerstand hergestellt oder ein Ohmscher Widerstand 36 (z. B. Glühlampe) mit ihr hintereinander bzw. parallel zu ihr geschaltet wird.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Schaltung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen mittels Kathodenstrahlenröhren, dadurch gekennzeichnet, dass zu den normalen Schalltungselementen der Generatoranordnung Zusatzelemente. wie Kondensatoren, Selbstinduktionen, Widerstände oder Kombinationen dieser Mittel zur Unterdrückung von nicht gewünschten, die normale Schwingung beeinträchtigenden Schwingungszuständen eingefügt sind.