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Schaltungsanordnung für zwei Kathodenröhren.
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Wechsel- oder Schwingungsströmen, zur Regulierung von elektrischen Kreisen durch Veränderung ihres Widerstandes und zur Erzeugung von dauernden Schwingungen in jeder beliebigen Weise, in der andere Apparate für negativen Widerstand zu diesen Zwecken gebraucht werden.
Ausserdem können die Kreise nach der Erfindung, durch die eine Verstärkung oder eine Gleichrichtung oder beides erhalten wird, so eingestellt werden, dass beim Anwachsen der Stärke des angewendeten Signals, die hervorgerufene Wirkung nicht mehr dem Signal proportional ist, so dass die Kreise für schwache Zeichen sehr empfindlich, für starke Zeichen aber unempfindlich oder weniger empfindlich sind ; der Sättigungs-oder unempfindliche Zustand wird bei passender Wahl der Werte schon bei viel schwächeren Zeichen erreicht als bei den Verstärkern oder Gleichrichtern, die gewöhnlich im Gebrauch stehen. Die Erfindung kann also auch als strombegrenzender Verstärker für drahtlose Signale benutzt werden, wenn es sich darum handelt, Störungen durch atmosphärische Ladungen oder andere Zeichen zu verhüten.
In den Zeichnungen sind Schaltungsanordnungen nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung, mit der man die Rückwirkung zwischen den beiden als Verstärker elektromotorischer Kräfte dienenden Röhren erhält. Fig. 2 zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 1
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oder ein Relais in Gang zu setzen. Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Anordnung von Fig. 3, die sich dazu eignet, die Zahl der notwendigen Batterien zu verringern. Fig. 5 zeigt einen Weg, die Erfindung als Schwingungserzeuger zu benutzen. In Fig. 1 sind 1 und 2 die zwei Kathodenröhren mit drei Elektroden mit ihren üblichen Glühdrähten, Gittern und Anoden. Die Glühdrähte sind verbunden und können von einer gemeinsamen, nicht dargestellten Batterie geheizt werden.
Der Kreis : Anode-Glühdraht von 1 umfasst die Batterie B1 und die beiden Widerstände R1 und 1'1 hintereinander geschaltet. Ähnlich enthält der Kreis : Anode-Glühdraht von 2 die Teile B2, R2 und r2 in Reihe geschaltet Der Kreis : Gitter-Glühdraht von 1 enthält den Widerstand 1'2'die Quelle der Signalspannung e und die Batterie b1, Entsprechend umfasst der Kreis Gitter-Glühdraht von 2 die Teile 1'1 und b2. Die Potentiale - in bezug auf das negative Ende der Drähte - der Anoden und der Gitter sind mit V1, V2 und i'i, und die Anodenströme mit 11 und 12 bezeichnet. Die Gitterpotentiale können auf jeden passenden Wert durch die Batterien bl, b2 eingestellt werden.
Die Gitterströme werden vorteilhaft aber nicht notwendig gleich null gemacht. Sie sind im Vergleich mit den Anodenströmen zu vernachlässigen.
Man kann theoretisch zeigen und experimentell finden, dass der zu ändernde Widerstand des Anodenstromes in einer Röhre durch die anderen Röhren auf einen Betrag reduziert wird, der von den Charak-
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sind die Gitterströme vernachlässigbar klein, so kann man theoretisch zeigen, dass der Widerstand des Anodenkreises der Röhre 1, nämlich # + r1 + Ri durch die Wirkung der Röhre 2 um einen Betrag :
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Weise kann man zeigen, dass die Anderung von (V1-V2), die durch die kleine elektromotorische Kraft des Signals hervorgerufen wird, ist :
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Eine verstärkte elektromotorische Kraft wird so in dem System erzeugt, die aus der elektromotorischen Kraft e des Signals besteht, multipliziert mit einem Faktor, der mit dem Produkt r1 x fs anwächst.
Weil Änderungen von v und V die Werte-der Röhreneharakteristiken a und g ändern müssen, muss man beim Einstellen der Kreise Vorsichtsmassregeln gegen Unbeständigkeit ergreifen. Eine geeignete Einstellung besteht in der Veränderung von 1'1 und (oder) rz und der Batterien b1 und b2, während man die Milliamperemeter, die 11 und 12 anzeigen, als Anzeiger der Instabilität beobachtet. Eine genaue Einstellung von 1) 1 und V2 kann man mit einem Potentiometer (nach Fig. 4) durchführen. Wenn das Produkt r1 x r2 zu gross-wird, während man v1 oder v2 allmählich ändert, tritt ein plötzlicher Anstieg von I1 und Abfall von 12 ein oder umgekehrt.
Dann verkleinert man 1'1 oder r2 schrittweise, bis die plötzliche Änderung von I1 und 12 aufhört, während man v1 allmählich ändert. Kleine Änderungen von v1 erzeugen dann grosse Änderungen von 11 und 12 (in entgegengesetztem Sinn) und die Anordnung arbeitet als ein sehr empfindlicher Verstärker von elektromotorischer Kraft.
Wenn v1 in der Mitte der empfindlichen Stelle liegt, ist die Anordnung annähernd gleich empfindlich für Änderungen von v1 durch positive und negative Werte des Signals e ; aber sie wird weniger empfindlich, wenn e an Grösse zunimmt. Um die Anordnung in weitem Umfang empfindlich zu machen, muss der
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entsprechend Y2 kompensiert werden ; es ist ferner vorteilhaft, die Punkte auf Stellen von nur geringer Krümmung der Kurven zu legen. Ein geeigneter Weg, diese Bedingungen für einen grossen Empfindlichkeitsbereich zu erlangen, ist, zwischen den beiden Röhren und ihren Kreisen so genau wie möglich Symmetrie herzustellen.
Umgekehrt, will man den Empfindlichkeitsbereich sehr eng machen, um den oben beschriebenen Grenzeffekt zu erhalten, so muss der Arbeitsbereich der beiden Röhren auf Punkten der Charakteristik liegen, wo die Krümmungen sehr ungleich sind ; deshalb sind unsymmetrische Kreise am besten. Wenn t'i von der Mitte des empfindlichen Bereiches entfernt liegt, erzeugen gleiche positive und negative Werte von e ungleiche Wirkungen und der Apparat kann als Gleichrichter benutzt werden.
Die elektromotorische Kraft des Signals legt man vorteilhaft an das Gitter, wie die Fig. 1 zeigt, sie kann aber auch anderswo in einem der Gitter-oder Anodenkreise gebraucht werden. Sie kann auf jede Art aufgedrückt werden, z. B. durch Überbrücken der Klemmen 7, 8 mittels eines Widerstandes durch den der Signalstrom fliesst.
Fig. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform von Fig. 1 und zeigt, wie die beiden Anodenbatterien Bl, B2 durch eine Anodenbatterie B ersetzt werden können. Diese Anordnung mag grössere Gitterbatterien bl, b2 erfordern ; aber es ist zu bemerken, dass Gitterbatterien keinen Strom führen oder zu führen brauchen, so dass z. B. eine Voltasäule verwendet werden kann.
Die verstärkte elektromotorische Kraft, die als eine Änderung der Potentialdifferenz zwischen
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bracht sein, die verstärkte elektromotorische Kraft an den Gitterkreis einer dritten Röhre 3 (Fig. 3) zu legen, deren Anodenkreis, gespeist von der Batterie B3, das Anzeigeinstrument T, z. B. ein Telephon, enthält. Das Gitter von 3 kann durch eine Batterie b3 auf ein geeignetes Potential gebracht werden. Die Leitungen 4, 5 können übrigens von den Klemmen von und (oder) B2 abgezweigt werden. Genaue Einstellung des Gitterpotentials von 3 kann man durch Einführung eines Potentiometers erhalten. Die Röhre 3 kann eine Rückkopplung aufweisen und so angeordnet werden, dass sie als Schwingungsrelais wirkt.
Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Fig. 3 und erlaubt die Benutzung einer, gemeinsamen Heizbatterie 9 für alle drei Röhren. R2 ist fortgelassen und Batterie B2 ist klein oder kann sogar fortbleiben.
Ri kann auch fortgelassen und Bi klein gemacht werden. Die Verstärkung durch jede einzelne Röhre an sich ist dann klein, aber zufolge der Rückwirkung kann die Verstärkung durch die Vereinigung der Röhren gross werden. Die Leitung 6 kann an eine Klemme von jssi gelegt werden. In der Anordnung der Fig. 4 ist die verstärkte elektromotorische Kraft die Änderung von Va allein und für hohe Empfindlichkeit muss (fi + Bj) der Wert Von r2 stark übertreffen.
Es ist schon gezeigt worden, dass der Gesamtwiderstand des Anodenkreises jeder Röhre von den
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Wenn deshalb die arbeitenden Punkte auf den charakterisierenden Kurven der Röhren so gewählt werden, dass das angewandte Signal e die Werte von einem oder mehreren der Parameter a1, a2, g1, g2 so ändert, dass der negative Ausdruck in dieser Formel sich stark ändert, so wird der Gesamtwiderstand des B1Kreises von dem Signal reguliert. Folglich wird der Widerstand irgendeines äusseren Apparates, der in den B1- Kreis geschaltet ist, von dem Signal beeinflusst. Legt man also ein Galvanometer oder einen andern Stromanzeiger an, so wird der Strom in dem Instrument, der von der Batterie B1 kommt, reguliert.
Es kann auch ein Schwingungskreis, der aus parallelgeschalteter Induktion L und Kapazität c besteht (Fig. 5), der auf irgendeine Weise getrennt angeregt wird, mit R1 oder 1'1 in Reihe geschaltet sein ; in diesem Falle wird die Dämpfung des Schwingungskreises und deshalb der Wert des Schwingungsstromes darin, von dem Signal abhängig sein.
Jeder 8chwingungskreis, dessen nicht schwankender Widerstand unter null reduziert ist, wird in dauernde Schwingungen versetzt. Die Erfindung kann, da sie ein negativer Widerstandsapparat ist, an einen Schwingungskreis auf verschiedene, bekannte Weise gelegt werden, damit in ihm Schwingungen erzeugt werden. Fig. 5 zeigt eine Art. Der Kreis L C wird in Schwingungen versetzt mit annähernd seiner unabhängigen Eigenfrequenz, wenn die hierin erwähnten Bedingungen für einen negativen Gesamtwiderstand des Anodenkreises 1 erreicht worden sind.
Mit Ausnahme des Kreises L C in Fig. 5 sind die Widerstände i, und , als Ohmsche Widerstände angenommen. Induktive Widerstände können störende Schwingungen verursachen und sollten vermieden werden ; aber der Versuch zeigt, dass Kapazität enthaltende Widerstandsspulen, wie sie in der gewöhnlichen'Drahttelegraphie gebraucht werden, geeignet für Signale niedriger Frequenz sind.
Wenn die Erfindung für Hochfrequenzströme gebraucht wird, z. B. für die der drahtlosen Telegraphie, müssen die Widerstände besonders frei von Eigenkapazität sein. Ebenso soll die Kapazität von Batterien an Stellen stark wechselnden Potentials, wie Gittern und Anoden, so klein wie möglich gehalten werden.
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Es ist wünschenswert, Batterien zu gebrauchen, deren elektromotorische Kräfte sich nur wenig mit der Temperatur ändern. Weston-Kadmiumelemente oder ähnliche sind für die Gitterbatterien in Fig.. 2 geeignet. Temperaturänderungen der elektromotorisohen Kraft einer Batterie können jedoch mehr oder weniger vollständig durch den Gebrauch von Widerständen mit passenden Temperaturkoeffizienten kompensiert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung für zwei Kathodenröhren mit drei Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhren so miteinander durch Batterien und Widerstände verbunden sind, dass ein Anstieg des Gitterpotentials in der ersten Röhre einen Abfall in der zweiten erzeugt, was wiederum einen Anstieg des Gitterpotentials in der ersten hervorruft, wobei Vorrichtungen zum Regeln der Grösse dieser Rückwirkung vorgesehen sind, so dass jede in dem System durch eine angelegte elektromotorische Kraft erzeugte Änderung verstärkt wird und anzudauern strebt, aber trotzdem keine Instabilität erzeugt und aufhört, wenn die angewendete elektromotorische Kraft entfernt wird.