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Hochevakuiertes Entladungsgefäss mit Elelltronenquelle und Anode.
Die Erfindung hat ein hochevakuiertes Entladungsgefäss mit Elektronenquelle und Anode zum
Gegenstand, bei dem die von den Elektronen zwischen Elektronenquelle (Glühdraht) und Anode zurückgelegte Wegstrecke von mindestens einem konstanten Magnetfelde und mindestens einem diesem hinsichtlich seiner Wirkung auf die freien Elektronen entgegenwirkenden konstanten elektrischen Felde derart beeinflusst wird, dass die Entladungsstrecke als negativer Widerstand wirkt. Das elektrische Feld kann dabei gebildet werden von einem Hilfselektronenstrom, der erzeugt wird durch eine die Hauptentladung kreuzende, zwischen einer Glühkathode und einer Anode übergehende Hilfsentladung. Ein derartiges Entladungsgefäss ist verwendbar für alle diejenigen Zwecke, für die Entladungsstrecken mit negativem Widerstand vorteilhaft sind, z.
B. zum Erzeugen, Verstärken, Gleichrichten usw. von elektrischen Wechselströmen und Schwingungen.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung in zwei beispielsweisen Ausführungsformen. Fig. 1 ist eine Vorderansicht des gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Entladungsgefässes, Fig. 2 eine Seitenansicht desselben und Fig. 3 ein Schnitt dadurch. Fig. 4 stellt ein Schaltung- schema des Entladungsgefässes nach Fig. l-3 für den Fall der Schwingungserzeugung dar. Die Fig. 5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform des Entladungsgefässes in Verbindung mit anderen Schaltungen.
Das Entladungsgefäss nach Fig. 1-3, das so weit evakuiert ist, dass keine merkliche Ionisation, d. h. kein Glimmlicht, an der Elektronenquelle auftritt, enthält einen üblichen Glühdraht 1 und eine plattenförmige Anode 2. Der Glühdraht kann, um das Heraustreten der Elektronen aus ihm zu erleichtern, von einem an sich bekannten Gitter 3 umgeben sein, an das eine geringe positive Spannung gelegt ist.
Im wesentlichen parallel zu der Entladungsstrecke liegt eine Metallfläche 4, die zur Erzeugung eines konstanten elektrischen Feldes dient. In dem gezeichneten Beispiel besteht diese Metallfläche 4 aus einer parallel zur Entladungsstrecke verlaufenden Platte, die ungefähr die Länge der Entladungsstrecke besitzt.
Senkrecht zu dem elektrischen Feld ist ein Magnet 5, beispielsweise ein Elektromagnet, angeordnet, dessen Kraftlinien senkrecht zu der Richtung des elektrischen Feldes der Platte 4 stehen. Beide Felder stehen ihrerseits wieder senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Elektronen von Glühdraht 1 nach Anode 2.
Auf die bewegten Elektronen wirken sie einander entgegen. Für diese Wirkung ist naturgemäss lediglich eine solche gegenseitige Lage der beiden Felder notwendig, dass die Kraftäusserungen beider auf die Elektronen sich zu einer quer zur Entladungsstrecke liegenden Resultierenden zusammensetzen.
Sowohl das elektrische Feld, als auch das magnetische Feld üben unter gewissen Bedingungen eine ablenkende Wirkung auf die sich in der Entladungsstrecke bewegenden Elektronen aus. Jede dieser Ablenkungen an sich bedeutet eine Verlängerung des Weges der Elektronen. Bei Inbetriebnahme der Röhre wird diese so einreguliert, dass beide Felder sich gegenseitig aufheben, d. h., dass der Weg der Elektronen im wesentlichen geradlinig zwischen Glühdraht und Anode verläuft.
Die Fig. 4 veranschaulicht ein Sehaltungssehema für den Fall der Schwingungserzeugung. Der Schwingungskreis 6 liegt zwischen Kathode 1 und Anode 2. In den Leitungszweig zwischen Schwingungs- kreis 6 und Anode 2 ist die Hochspannungsbatterie 7, etwa von 200 Volt, eingeschaltet. Das elektrische Feld der Platte 4 wird erzeugt durch eine Batterie 8 von etwa 100 Volt, deren anderer Pol an der Kathode 1 liegt. Der Elektromagnet 5 erhält eine beliebig geartete konstante Stromzuführung, die gegebenenfalls auch von der Batterie 9 des Glühdrahtes entnommen werden kann.
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Nach erstmaliger Einregulierung in dem oben erwähnten Sinne, d. h. bei geradliniger Bewegungrichtung der Elektronen, wird nun eine Erhöhung der Anodenspannung eine Vergrösserung der Geschwindigkeit der Elektronen mit sich bringen. Die Kraftwirkung des elektrischen Feldes auf die Elektronen wird durch deren Geschwindigkeitserhöhung nicht geändert. Dagegen wirkt das magnetische Feld auf die beschleunigten Elektronen stärker ablenken, d. h. die Bahn der Elektronen wird auf einem Bogen liegen, dessen Ebene etwa senkrecht zur Platte 4 steht. Die Folge dieser Wegverlängerung ist ein Sinken der Feldstärke der Anode und eine Folge dieser wiederum eine Verminderung der Elektronenentnahme aus dem Glühdraht.
Das bedeutet also, dass der durch die Entladungsstrecke hindurchgehende Strom trotz Erhöhung der Spannung an der Anode gesunken ist. Das ist das Charakteristikum eines Entladunggefässes mit negativem Widerstand bzw. fallender Charakteristik.
Wenn oben gesagt wurde, dass die Verlängerung des Weges der Elektronen infolge ihrer Ablenkung durch das magnetische Feld ein Sinken der Feldstärke der Anode herbeiführt, so ist dabei naturgemäss in Rücksicht zu ziehen, dass die Erhöhung der Anodenspannung vorher selbstverständlich auch ihrerseits eine Erhöhung der Anodenfeldstärke verursacht hatte. Es kann aber nun leicht durch konstruktive
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der Elektronen grösser ist als die vorherige Zunahme der Feldstärke infolge der Spannungserhöhung. Zum Teil trägt auch das Schutzgitter 3, das beispielsweise an einer Batterie 10 von 10 bis 30 Volt liegt, mit dazu bei, diesen gewünschten Effekt zu erzielen.
Ausser als Schwingungserzeuger ist das Entladungsgefäss auch als Verstärker verwendbar. In diesem Falle wird an die Stelle des Sehwingungskreises 6 der aufzuhebende positive Widerstand gelegt, z. B. eine Fernleitung. Sollen die verstärkten Ströme an ein Gitter geleitet werden, so kann hiezu entweder das bereits erwähnte Herausziehgitter 3 oder eine neben diesem angeordnete, in die Entladungsstreeke eingelegte Sonde verwendet werden. Die Verstärkung in diesem Fall übertrifft bei weitem die der normalen dreielektrodigen Entladungsröhren, weil der positive Widerstand des alsdann an Stelle des Schwingungskreises 6 eingeschalteten Telephons durch den negativen Widerstand der Röhre kompensiert wird.
Werden an Stelle der Mikrophonströme hochfrequente Empfangsstrome an das Gitter bzw. die Sonde geleitet, so wirkt das Entladungsgefäss gleichzeitig als Gleichrichter. Wird ferner mit dem Telephon noch ein Schwingungskreis in Reihe geschaltet, so wirkt es als Überlagerer (Ultraaudion).
Die Besprechungsmöglichkeiten des Generators für drahtlose Telephonie sind zahlreich ; es können die Anode, die Seitenplatte, der Elektromagnet, das Herausziehgitter oder die Sonde besprochen werden.
An Stelle nur eines elektrischen und eines magnetischen Feldes könnten naturgemäss auch mehrere Paare solcher derart abwechselnd angeordnet werden, dass der Weg der Elektronen nach Ablenkung durch die magnetischen Felder eine Schlangenlinie darstellt.
Das das elektrische Feld erzeugende Organ 4 könnte ebenso gut auch ausserhalb der Röhre liegen oder ergänzt werden durch ein zweites entgegengesetzt aufgeladenes Organ auf der anderen Seite des Entladungsgefässes. Letztere Anordnung würde die Wirkung haben, dass die Kraftlinien des elektrischen Feldes genau senkrecht zur Entladungsstrecke verliefen.
Die Platte 4 und auch die Anode 2 können auch gitterförmig oder anderweitig durchbrochen sein.
Die Fig. 5 und 6 zeigen nun eine zweite Ausführungsform des Entladungsgefässes, dessen Wirkungsweise noch dadurch wesentlich verbessert ist, dass das elektrische Feld, welches in der Ausführungsform der Fig. 1-3 ein reines Kraftfeld ist, zu einem kinetischen Feld umgewandelt ist. Zu diesem Zweck wird das Hilfsfeld gebildet von einem Hilfselektronenstrom, der erzeugt wird durch eine die Hauptentladung kreuzende, zwischen einer Glühkathode und einer Anode übergehende Hilfsentladung. Die so erzeugten, quer zum Hauptelektronenstrom fliegenden Seitenelektronen stossen erstere aus ihrer Bahn, und die Folge ist, dass auf diese Weise energischer die Bedingungen für das Entstehen einer negativen Charakteristik geschaffen werden.
Wie in der Ausführungsform der Fig. 1-3, findet die Hauptentladung statt zwischen der Kathode 1 und der Anode 2. Erstere kann wiederum von einem Herausziehgitter 3 umgeben sein. Das magnetische Feld wird durch eine als strichpunktierter Kreis angedeutete Elektromagnetspule 5 erzeugt.
Neu ist hier nun, dass gegenüber der Seitenplatte 4 (Fig. 5), die nunmehr die Anode einer Hilfsentladung darstellt, eine zweite Glühkathode 14 angeordnet ist. Zwischen diesen beiden Elektroden geht also ein Elektronenstrom über, welcher denjenigen der Hauptentladung zwischen 1 und 2 kreuzt. Die Stosswirkung dieser Seitenelektronen hängt ab von ihrer Menge und ihrer Geschwindigkeit. Letztere kann durch Änderung der zwischen den Hilfselektroden liegenden Spannung beliebig variiert werden. Die Menge der Hilfselektronen kann durch Änderung der Abmessungen des Glühfadens der Hilfskathode gesteigert werden. Zweckmässig wird auch die Hälfskathode 14 mit einem Herausziehgitter 15 umgeben.
Fig. 5 veranschaulicht nun, wenn man sieh das Telephon 18 zunächst als kurzgeschlossen denkt, eine reine Generatorschaltung. Die durch die Batterie 9 geheizte Glühkathode 1 steht über den Schwingungkreis 6 und die Hochspannungsbatterie 7 mit der Anode 2 in Verbindung. Der Schwingungskreis 6 ist mit der Antenne 19 gekoppelt. Die Hilfskathode 14, die durch die Batterie 17 geheizt wird, steht über die Batterie 8 mit der Hilfsanode 4 in Verbindung. Das Herausziehgitter 3 wird durch eine Batterie 10
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und das Herausziehgitter 15 durch eine Batterie 16 positiv aufgeladen.
Die Wirkungsweise des Generators ist genau wie diejenige der Ausführungsform nach den Fig. 1-3, nur treten die Bedingungen der negativen
Charakteristik infolge der schärferen Wirkung des durch den Hilfselektronenstrom gebildeten elektrischen
Feldes schärfer auf.
Wird das Telephon 18 eingeschaltet, so wirkt die Schaltung als Empfänger für in der Antenne ankommende ungedämpfte Schwingungen, d. h. als Überlagerungsempfänger.
Es ist zweckmässig, die Hauptanode 2, wie auch gegebenenfalls die Hilfsanode 4, hochkant zur
Richtung der zugehörigen Entladungsstrecke anzuordnen, wodurch der Vorteil erreicht wird, dass sich die beiden Elektronenbahnen in einer viel definierteren Linie schneiden.
Besonders bewährt hat sich auch die Schaltung nach Fig. 6. In dieser ist die Antenne 19 nicht mit dem Schwingungskreise 6 gekoppelt, sondern mit einer Spule 20, deren eines Ende mit einem
Kondensator 21 in Verbindung steht. Parallel zu letzterem liegt ein hoher Widerstand 22. Die Spule 20 wird nun einerseits unmittelbar entweder an ein vor bzw. hinter dem Herausziehgitter 3 liegendes Steuergitter der Hauptentladung oder an ein solches der Hilfsentladung angeschlossen und anderseits über den Kondensator 21 jeweils mit der zugehörigen Kathode verbunden. Die Steuergitter der Hauptentladung sind mit 23 und 24, diejenigen der Hilfsentladung mit 25 und 26 bezeichnet.
Es wird also der Anschluss V der Spule 20 mit dem Punkte R und der Anschluss W mit den Punkten H oder P verbunden oder der Anschluss V mit A und der Anschluss W mit B oder C.
Soll die Schaltung nach Fig. 6 für die Zwecke der drahtlosen Telephonie verwendet werden, so wird das Telephon 18 kurzgeschlossen und die niederfrequenten Sprechströme, die entstehen, wenn gegen ein von einer Lokalbatterie gespeistes Mikrophon gesprochen wird, über einen Eisentransformator in analoger Weise an eines der obengenannten Steuergitter und an die zugehörige Kathode geleitet. Es werden dabei das eine Mal die Hilfselektronen, das andere Mal die Hauptelektronen gesteuert und die ungedämpften Schwingungen der Sprache entsprechend moduliert.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Hoehevakuiertes Entladungsgefäss mit Elektronenquelle und Anode, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungsstrecke von mindestens einem konstanten elektrischen Feld und mindestens einem diesem hinsichtlich seiner Wirkung auf die bewegten Elektronen entgegenwirkenden konstanten magnetischen Felde derart beeinflusst wird, dass sie als negativer Widerstand wirkt.