Vorrichtung zum Betrieb einer mit einer Glühkathode, einer Anode, einem Steuergitter und wenigstens einem Hilfsgitter versehenen elektrischen Entladungsröhre. Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Betrieb einer mit einer Glühkathode, einer Anode, einem Steuergitter und einem sogenannten Vorgitter versehenen, elektrischen Entladungsröhre.
Unter "Vorgitter" versteht man eine mit Öffnungen versehene, zwischen der Kathode und dem Steuergitter angeordnete Hilfselek trode; dieses Vorgitter soll in bezug auf die Kathode ein positives Potential aufweisen und hat zweckmässig ungefähr dasselbe Po tential wie die Anode.
Ausser dem Vorgitter können noch ein oder mehrere andere Hilfsgitter oder Hilfs elektroden vorgesehen sein.
Die Erfindung hat im wesentlichen zum- Zweck, die Vorrichtung zum Betrieb einer solchen Entladungsröhre derart zu schalten, dass sie sich zum Erzeugen, Empfangen oder Verstärken von elektrischen Schwingungen eignet, ohne dass eine Rückkopplungsspule verwendet wird.
In den bekannten Rückkopplungsschal tungen, wie sie zum Beispiel bei Trioden verwendet werden, benutzt man zum Koppeln des Anodenkreises mit dem Gitterkreise ent weder zwei einzelne, entgegengesetzt ge wickelte Spulen oder eine einzige Spule, in welch letzterem Falle die Anode und das Gitter je mit einem Ende dieser Spule ver bunden werden und wobei die Kathode an einen zwischengelegenen Punkt der Spule angelegt wird.
Es ist nicht möglich, eine einzige Spule gemeinsam im Gitterkreise und im Anoden kreise anzuordnen, weil die Anodenstrom schwankungen dieselbe Phase wie die Span nungsschwankungen am Gitter aufweisen (das heisst der Anodenstrom nimmt mit stei gender Gitterspannung zu und umgekehrt).
In Entladungsröhren, in denen ein Vor gitter angeordnet ist, das in bezug auf die Kathode ein positives, vorzugsweise ein dem jenigen, der Anode entsprechendes Potential aufweist, sind in einem gewissen Gebiete die Anodenstromschwankungen in Phase mit den Spannungsschwankungen am Gitter, die Vor gitterstromschwankungen jedoch sind ent- gegengesetzt in Phase damit, das heisst wenn die Spannung des Steuergitters abnimmt, steigt der Vorgitterstrom und umgekehrt. Die Spannung an der Anode und an dem Vorgitter sind dabei konstant gedacht.
In Fig. 2 der beigefügten Zeichnung hat man den Vorgitterstrom i, und den Anoden strom in als Funktion der Steuerspannung p dargestellt; die Anoden und die Vorgitterspan- nung sind dabei konstant gehalten.
Man sieht, dass in einem bestimmten Intervall (zwischen den Pu kten C und D) der Steuer gitterspannung der Anodenstrom i" mit ab nehmender Gitterspannung abnimmt, während in demselben Gebiete der Vorgitterstrorn i, zunimmt.
Diese Eigenschaft wird nun benutzt, uni zu einer Vorrichtung zu gelangen,, die einen Kreis aufweist, in dem ein negativer Wider- stand auftreten kann.
Gemäss der Erfindung wird<B>nun</B> ein Ohm- scher iderstand vorgesehen, der den beiden Stromkreisen, welche zwischen der Glüh- kathode und dein Steuergitter beziehungs weise zwischen der Glühkathode und dein Vorgitter gebildet werden, gemeinsam ist. Das Vorgrtter hat dabei zweckmässig das selbe oder ungefähr dasselbe Potential wie die Anode.
Der Zweck des eingeschalteten Ohmschen Widerstandes geht aus dein fol genden hervor.
Der Widerstand wird zweckrnäPig reit einem Ende leitend mit der Glühkathode verbunden, während das andere Ende zweck- müssig leitend mit dem Vorgitter und Tiber eine Batterie mit dem Steuergitter verbun den wird.
Der Widerstand ist zweckmässig selbst induktionsfrei und zugleich regelbar. Zweck- mässig wird auch die Spannung der Batterie für die Anode und die für das Steuergitter regelbar gemacht.
Anhand der als Beispiel gegebenen Fig. 1 ist nun leicht einzusehen, dass die Vorrichtung einen Kreis aufweist, in dem ein negativer Widerstand auftreten kann.
In Eig. 1 besteht die elektrische Entla- dungsrühre aus einer Hülle 1 aus Glas oder ähnlichem '.Material, in der eine Glühkathode 2, ein Vorgitter 3, ein Steuergitter 4 und eine Anode 5 angeordnet sind.
Die Hülle 1 kann hoch evakuiert sein oder eine geeignete Gasfüllung niedrigen Druckes enthalten; sie kann zum Beispiel mit einem Edelgase, vorzugsweise mit Argon, unter einem Drucke von zum Beispiel<B>100</B> I < Iikrons oder weniger gefüllt sein.
Die Glühkathode 2 wird durch eine Batterie (i auf die erforderliche Temperatur erhitzt. Inn Anodenkreis befindet sich eine Batterie 11 und ein Telephon 12. Das Vor gitter 3 ist über einen regelbaren Wider stand 10 gleichfalls mit der Batterie 11 ver bunden und das Steuergitter 4 ist mit dein Widerstand 10 über die Sekundärspule 8 eines Transformators und eine Batterie: 7 verbunden, deren Spannung dieselbe oder ein wenig höher ist als die der Batterie 11.
Es ist ersichtlich, dass der Widerstand 10 dem Vorgitter und dem Steuergitterkreise ge meinsam ist, und dass er mit der Glühlzathode lind rnitden beiden (ä ittern leitend verbunden ist.
Es zeigt sieh nun, dass eine zum Beispiel zwischen den Punkten Z' und Q des über ein Anrpererneter geschlossenen Gitterkreises ge rnessene Stronrspannungscharakteristik einen fallenden C'.har.r1;ter aufweist, wenn der Wider- stand 10 genügend klein :-wählt wird.
Es ist möglich, dies in folgender Weise znr er klären: vergrüf.;ert man das Potential p, des Vorgitters bei konstantem Potential des Steuergitters 1)ss, so wird der Strom i, nach dein Vorgitter zunehmen,
also
EMI0002.0105
Vergrössert rnan dagegen lzs bei honstan- tern p" so wird der Strom i,. nach dem Vor gitter abnehmen. denn Elektronen; die bei kleinerem p7, nach dem Vorgitter gehen würden, werden jetzt nach der Anode abge lenkt.
Die Anode wird also auf Kosten des Vorgitters mehr Strom aufnehmen, so dass der Strom nach diesem Gitter abnimmt. Also
EMI0002.0121
Denkt man sich P und, Q über ein Mess- instrument leitend verbunden, so wird der Strom<I>i</I> zwischen P und Q die Summe i. und i' sein.
# Auch wird di <I>= dis</I> --[- dio.
Da jedoch das Steuergitter ein Potential aufweist, das in bezug auf die Kathode ein wenig negativ ist, werden Ströme nach die sem Gitter praktisch nicht vorkommen und wird auch die Veränderung dieses Gitter stromes praktisch zu vernachlässigen sein. Also kann di <I>=</I> di,, gesetzt werden.
Der Widerstand des Vorgitterstromkreises lässt sich nun folgendermassen bestimmen Der Punkt P habe das Potential p, dann ist gemäss Fig. 1: <I>(1)</I> p,=p-r' i; <I>(2)</I> p6=p-21-e. Ändert sich<I>p</I> um d1), so ändert sich<I>i</I> um d±. Aus den Gleichungen (1) und (2) folgt: <I>(3)</I> dp,. <I>=</I> dp <I>-</I> r di <I>;
(4)</I> c1ha <I>-</I> d2) <I>-</I> r di. Anderseits ist (5)
EMI0003.0032
Setzt man in (5) die Werte für dp, und dpe aus (3) und (4) ein und löst nach di auf, so erhält mau
EMI0003.0036
Der Faktor clp ist offenbar der reziproke Wert eines Widerstandes. Letzterer sei mit p bezeichnet.
Durch einfache Rechnung er hält man dann
EMI0003.0040
EMI0003.0041
Da <SEP> <I>ö2@s <SEP> < <SEP> 0,</I> <SEP> während <SEP> <I>ö@@Y <SEP> > <SEP> 0,</I> <SEP> so <SEP> ist <SEP> das letzte Glied der rechten Seite in (7) negativ,
EMI0003.0042
<I>ÖL <SEP> ÖL</I>
<tb> wenn <SEP> (8)q <SEP> > <SEP> iSt; <SEP> und <SEP> der <SEP> Gesamt <B><I>6 <SEP> @pv</I></B> gegenstand p selber wird negativ, wenn
EMI0003.0044
(9) <SEP> r <SEP> < <SEP> <U>@. <SEP> 1</U> <SEP> . <SEP> sobald <SEP> (8) <SEP> erfüllt <SEP> ist.
<tb> <I>0L <SEP> + <SEP> ot</I>
<tb> <B>j</B><I>ps <SEP> dp@</I> Die Bedingung (8) ist im allgemeinen er füllt. Durch Variation von r kann man be wirken, dass p sowohl negative als positive Werte annimmt.
Zweckmässig ist die Grösse des Wider standes r gleich oder ungefähr gleich dem absoluten Wert des negativen Widerstandes in dem Vorgitterkreis, so dass der totale Widerstand in diesem Kreise sich 0. nähert.
Die beschriebene Vorrichtung ist einfach, da eine Rückkopplungsspule überflüssig ge worden ist; sie kann zum Erzeugen, Empfan gen und Verstärken- von Schwingungen, ins besondere zum. Empfangen oder Verstärken von hoch- oder niederfrequenten Schwingungen verwendet werden und bietet in einigen Fällen den Vorteil einer leichteren Einstellung als die üblichen Rückkoppelungsschaltungen.
Die in Fig. 1 schematisch wiedergegebene Ausführungsform eignet sich insbesondere zumVerstärken von niederfrequenten Schwin gungen, was sich aus dem Nachfolgenden ergibt.
Wenn eine gewisse Spannungsschwankung an der Primärspule 9 des Transformators auftritt, so wird diese auf die Sekundärspule 8 übertragen, so dass also zum Beispiel das Potential am Gitter 4 ein wenig abniiriuit. Diese Potentialabnahme am Steuergitter, dessen Potential null beziehungsweise ein wenig negativ war, hat eine Stromzunahme im Vorgitterkreise zur Folge (siehe Fig. 2). Diese Spannungsschwankung in der Spule 8 wollen wir mit<I>de</I> bezeichnen, indem wir sie auch als eine Änderung der Spannung e der Batterie 7 auffassen können. Das Potential p des Punktes P bleibe konstant, was praktisch stattfindet, wegen des kleinen Widerstandes der Batterie 11.
Aus den Gleichungen (1) und (2) folgt: (1l)) d1, <I>= -</I> rdi <I>- de;</I> (11) dy), <I>- -</I> rdi Setzen wir diese Werte für dy)s und dp,, in (5) ein und lösen wir nach di auf, so ergibt sieh;
EMI0004.0001
Durch Einsetzen von (12) in (10) erhält man schliesslich
EMI0004.0002
Ist die Bedingung (8) erfüllt, und wählt man
EMI0004.0004
das keift also, macht p 2#2 0; so werden, wie die Gleichungen<B>(</B>10)-(13) zeigen, di und da mit dp, und c11). theoretisch unendlich; prak tisch bedeutet dies<B>-.</B> In der Nähe von p J 0 werden dps und dp,, sehr gross ini Verhältnis zu de.
Das ergibt die Möglichkeit, die Ein richtung entweder bloss als Verstärker oder auch als Erzeuger von Schwingungen zu be nutzen, je nach dem man p positiv oder ne gativ in der Nähe von Null wählt.
Die Verstärkung wird dadurch beschränkt, dass der gesamte, die Kathode verlassende Strom nur zu einem bestimmten Wert, näui- lieh zu dem Sättigungsstrom, steigen kann.
Durch eine geeignete Wahl der Grösse des Widerstandes 10 kann man die Ver stärkung befördern; denn der Widerstand 10 ist dem negativen, ini V orgitterkreis auf tretenden Widerstand entgegengesetzt, und wenn man den Widerstand 10 von einem geringeren Wert als der des negativen Wider standes allmählich zunehmen lässt, so wird die Linie A-B in Fig. 2 immer steiler werden bis, wenn der Widerstand 10 dem negativen Widerstand gleich ist,
die Linie A-B theoretisch senkrecht zu stehen kommt. Im letzteren Falle sind also theoretisch die Vorgitterstromschwankungen infolge der Po tentialschwankungen am Steuergitter unend lich gross. Zweckmässig ist der Widerstand 10 in duktionsfrei, da sonst die Stromschwankungen im Vorgitterkreise mit den Potentialschwan kungen am Steuergitter nicht genau in Phase sind.
Device for operating an electrical discharge tube provided with a hot cathode, an anode, a control grid and at least one auxiliary grid. This invention relates to a device for operating an electrical discharge tube provided with a hot cathode, an anode, a control grid and a so-called pre-grid.
The term "pre-grid" is understood to mean an auxiliary electrode provided with openings and arranged between the cathode and the control grid; this pre-grid should have a positive potential with respect to the cathode and appropriately has approximately the same potential as the anode.
In addition to the front grille, one or more other auxiliary grids or auxiliary electrodes can be provided.
The main purpose of the invention is to switch the device for operating such a discharge tube in such a way that it is suitable for generating, receiving or amplifying electrical oscillations without the use of a feedback coil.
In the known feedback circuits, as used for example in triodes, one uses to couple the anode circuit with the grid circles ent neither two individual, oppositely wound coils or a single coil, in which latter case the anode and the grid each with one Ver end of this coil are connected and the cathode is applied to an intermediate point of the coil.
It is not possible to arrange a single coil together in the grid circuit and in the anode circuit because the anode current fluctuations have the same phase as the voltage fluctuations on the grid (i.e. the anode current increases with increasing grid voltage and vice versa).
In discharge tubes, in which a grid is arranged in front, which has a positive potential with respect to the cathode, preferably a potential corresponding to the potential of the anode, the anode current fluctuations are in certain areas in phase with the voltage fluctuations on the grid, but the grid current fluctuations before are opposite in phase with it, that is, when the voltage of the control grid decreases, the pre-grid current increases and vice versa. The voltage on the anode and on the front grid are thought to be constant.
In Fig. 2 of the accompanying drawings, the pre-grid current i and the anode current in are shown as a function of the control voltage p; the anodes and the pre-grid voltage are kept constant.
It can be seen that in a certain interval (between points C and D) of the control grid voltage, the anode current i ″ decreases with decreasing grid voltage, while in the same area the pre-grid current i increases.
This property is now used to arrive at a device which has a circle in which negative resistance can occur.
According to the invention, an ohmic resistance is provided which is common to the two circuits which are formed between the incandescent cathode and your control grid or between the incandescent cathode and your front grid. The Vorgortter has the same or approximately the same potential as the anode.
The purpose of the ohmic resistor switched on is evident from your following.
The resistor is conveniently connected to the hot cathode at one end, while the other end is conveniently connected to the front grid and a battery to the control grid.
The resistance is expediently induction-free and at the same time adjustable. The voltage of the battery for the anode and that for the control grid is also made adjustable.
With reference to FIG. 1 given as an example, it is now easy to see that the device has a circuit in which a negative resistance can occur.
In prop. 1, the electrical discharge tube consists of a casing 1 made of glass or similar material, in which a hot cathode 2, a preliminary grid 3, a control grid 4 and an anode 5 are arranged.
The envelope 1 can be highly evacuated or contain a suitable low pressure gas filling; it can, for example, be filled with a noble gas, preferably with argon, under a pressure of, for example, 100 Iikrons or less.
The hot cathode 2 is heated to the required temperature by a battery (i. Inside the anode circuit there is a battery 11 and a telephone 12. The front grid 3 is via an adjustable resistor 10 also connected to the battery 11 and the control grid 4 is connected connected to your resistor 10 through the secondary coil 8 of a transformer and a battery: 7, the voltage of which is the same or a little higher than that of the battery 11.
It can be seen that the resistor 10 is common to the pre-grid and the control grid circuit, and that it is conductively connected to the incandescent cathode and to the two outer ones.
It now shows that a current voltage characteristic measured, for example, between points Z 'and Q of the grid circle closed by means of a barricade has a falling C'.har.r1; ter if the resistance 10 is selected to be sufficiently small.
It is possible to clarify this in the following way: if the potential p, of the front grating is given at a constant potential of the control grid 1) ss, the current i, will increase after the front grating,
so
EMI0002.0105
If, on the other hand, Izs is increased for diamond p ", then the current i, will decrease after the front lattice, because electrons, which would go to the front lattice with a smaller p7, are now deflected towards the anode.
The anode will therefore take up more current at the expense of the front grid, so that the current decreases after this grid. So
EMI0002.0121
If one imagines P and Q are conductively connected via a measuring instrument, the current <I> i </I> between P and Q becomes the sum i. and i 'be.
# Di <I> = dis </I> - [- dio.
However, since the control grid has a potential that is a little negative with respect to the cathode, currents after this grid will practically not occur and the change in this grid current will be practically negligible. So di <I> = </I> di ,, can be set.
The resistance of the pre-grid circuit can now be determined as follows: The point P has the potential p, then according to FIG. 1: <I> (1) </I> p, = p-r 'i; <I> (2) </I> p6 = p-21-e. If <I> p </I> changes by d1), <I> i </I> changes by d ±. From equations (1) and (2) it follows: <I> (3) </I> dp ,. <I> = </I> dp <I> - </I> r di <I>;
(4) </I> c1ha <I> - </I> d2) <I> - </I> r di. On the other hand, (5)
EMI0003.0032
If one substitutes the values for dp, and dpe from (3) and (4) in (5) and solves for di, one obtains mau
EMI0003.0036
The factor clp is obviously the reciprocal value of a resistance. The latter is denoted by p.
One then keeps it by simple calculation
EMI0003.0040
EMI0003.0041
Since <SEP> <I> ö2 @ s <SEP> <<SEP> 0, </I> <SEP> while <SEP> <I> ö @@ Y <SEP>> <SEP> 0, </I> <SEP> so <SEP> is <SEP> the last term on the right side in (7) negative,
EMI0003.0042
<I> OIL <SEP> OIL </I>
<tb> if <SEP> (8) q <SEP>> <SEP> iSt; <SEP> and <SEP> the <SEP> total <B> <I> 6 <SEP> @pv </I> </B> subject p itself becomes negative if
EMI0003.0044
(9) <SEP> r <SEP> <<SEP> <U> @. <SEP> 1 </U> <SEP>. <SEP> as soon as <SEP> (8) <SEP> is fulfilled <SEP>.
<tb> <I> 0L <SEP> + <SEP> ot </I>
<tb> <B>j</B> <I> ps <SEP> dp @ </I> The condition (8) is generally fulfilled. By varying r one can make p take on both negative and positive values.
The size of the resistance r is expediently equal to or approximately equal to the absolute value of the negative resistance in the pre-grid circle, so that the total resistance in this circle approaches zero.
The device described is simple because a feedback coil has become superfluous; it can be used to generate, receive and amplify vibrations, in particular for. Receiving or amplifying high or low frequency oscillations can be used and in some cases offers the advantage of easier adjustment than the usual feedback circuits.
The embodiment shown schematically in Fig. 1 is particularly suitable for amplifying low-frequency vibrations, which is evident from the following.
If a certain voltage fluctuation occurs at the primary coil 9 of the transformer, this is transferred to the secondary coil 8, so that the potential at the grid 4 decreases a little, for example. This decrease in potential at the control grid, the potential of which was zero or a little negative, results in an increase in current in the pre-grid circuit (see FIG. 2). We want to denote this voltage fluctuation in the coil 8 by <I> de </I> in that we can also interpret it as a change in the voltage e of the battery 7. The potential p of the point P remains constant, which practically takes place because of the small resistance of the battery 11.
From equations (1) and (2) it follows: (1l)) d1, <I> = - </I> rdi <I> - de; </I> (11) dy), <I> - - < / I> rdi If we substitute these values for dy) s and dp ,, in (5) and if we solve for di, then see;
EMI0004.0001
By inserting (12) into (10) one finally obtains
EMI0004.0002
If condition (8) is fulfilled and one chooses
EMI0004.0004
so that nags, makes p 2 # 2 0; so, as the equations <B> (</B> 10) - (13) show, di and da with dp, and c11). theoretically infinite; in practice this means <B> -. </B> In the vicinity of p J 0, dps and dp ,, become very large in relation to de.
This makes it possible to use the device either merely as an amplifier or as a generator of vibrations, depending on whether p is positive or negative close to zero.
The gain is limited by the fact that the total current leaving the cathode can only rise to a certain value, which is the saturation current.
By a suitable choice of the size of the resistor 10 you can promote the reinforcement; because the resistor 10 is opposed to the negative, ini V orgitterkreis occurring resistance, and if you let the resistor 10 gradually increase from a value lower than that of the negative resistance, the line AB in Fig. 2 will become steeper and steeper until if the resistance 10 equals the negative resistance,
the line A-B is theoretically vertical. In the latter case, the pre-grid current fluctuations due to the potential fluctuations at the control grid are theoretically infinitely large. The resistor 10 is expediently free of induction, since otherwise the current fluctuations in the pre-grid circuits are not exactly in phase with the potential fluctuations at the control grid.