Schaltung mit erhöhter Rauschfreiheit zur Übertragung elektrischer Ultrahochfr equenzschwingungen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Übertragung elektri scher Ultrahochfrequenzschwingungen, die wenigstens eine gesteuerte Entladungsröhre enthält, und bezweckt, Mittel zu schaffen, ,durch die das bei solchen Schaltanordnungen auftretende Rauschen vermindert werden kann.
Dieses Geräusch, das sich insbesondere bei ,der Übertragung schwacher Signale sehr stö rend geltend macht, wird teilweise von in der Schaltung vorhandenen Entladungsröhren, teilweise von den übrigen Schaltelementen herbeigeführt, und kann daher in Röhrenge räusch und Schaltungsgeräusch unterschie den werden.
Das Schaltungsgeräusch wird durch spon tane Spannungsschwankungen herbeigeführt, die infolge der thermischen Bewegung der Elektronen an den Enden jedes Leiters auf treten, und zwar um so stärker, je grösser der Ohmsche Widerstand der betreffenden Leiter ist. So tritt z. B. über einen in den Eingangskreis einer Hochfrequenzverstärker- röhre aufgenommenen Schwingungskreis eine solche Rauschspannung auf, die gewöhnlich mit "Kreisgeräusch" bezeichnet wird.
Das Röhrengeräusch kann in Emissions geräusch und Verteilungsgeräusch unterschie den werden. Das Emissionsgeräusch besteht aus Schwankungen der Emission einer Ka thode, wobei es sich sowohl um eine thermio- nische Kathode als auch um eine sekundäre emittierende Hilfskathode oder eine Photo kathode handeln kann. Das Verteilungsge- räusch entsteht durch Schwankungen der Stromverteilung in Röhren mit mehr als einer positiven Elektrode und tritt also z. B. bei Schirmgitterröhren und Mehrgitterrähren auf.
Im allgemeinen bildet das Geräusch ein kontinuierliches I\requenzspektrum, von dem nur jener Teil störend ist, der von der Schal tung durchgelassen wird. Man hat schon versucht, das Röhrenge räusch durch besondere Röhrenkonstruktio nen zu vermindern. So kann z. B. bei Schirm- g-itterröhren das Verteilung.:geräusch vermin dert werden, sei es durch eine Beschränkung des Schirmgitterstromes, sei es durch eine :solche geometrische Aufstellung der Elektro den, dass die Emission von bestimmten Teilen der Kathode ausschliesslich zum Anodenstrom beiträgt.
Die Erfindung schafft Mittel, durch die ohne Verwendung von besonderen Röhren konstruktionen das Röhrengeräusch stark er mässigt oder sogar völlig aufgehoben werden kann.
Ei-finduiig-sbemäss wird die ini Kreis einer Steuerelektrode liegende Impedanz derart gewählt, dass der Spannungsabfall, der über diese Impedanz infolge des der Steuerelek trode zufliessenden Influenzstrome:
s auftritt, den Ausgangsstrom der Röhre in solcher Phase und mit solcher Stärke steuert, dass der mit dem Geräusch des genannten Influenz- stromes korrelierte Rauschstrom im Aus- gangskreis aufgehoben oder wenigstens er heblich verringert wird.
Die Erfindung wird an Hand ,der hel- liegenden Zeichnung, die sich auf Ausfüh rungsbeispiele bezieht, näher erläutert.
Wenn die Laufzeit der Elektronen zwi schen der Kathode und der Anode einer Entladungsröhre nicht mehr verschwindend klein in bezug auf die Periode der zu über- tra-enrden Schwingungen ist, tritt ein dem Steuergitter zufliessender Influenzstrom auf, wie an Hand des in Fig. 1 dargestellten Vek- tordia@.;-ramineleicht einneselien werden kann.
Diese; Diagramm gilt für eine Triode; bei Mehrgitterröhren treten aber im Wesen die gleichen Erscheinungen auf. In der Figur stellt 1'.. die Steuergitterwechselspannung dar. Infolge der verhältnismässig grossen Laufzeit der Elektronen zwischen dem Steuergitter und der Kathode eilt. der Ka- tliodenwechselstrom 16 ein wenig in bezug auf die Steuergitterwechselspannung nach.
Der Anodenstrom I" ist, wenn wenigsten, die Laufzeit. der Elektronen zwischen dem Steuergitter und der Anode nicht grösser als eine halle Periode der zu verstärkenden Schwingungen ist, dem Absolutwert nach un- ;efähr gleich gross wie 1k, weist aber eine grössere Nacheilung in bezug auf die Steuer- gitterwechselspannung auf.
Der Strom<B>1"</B> der den geometrischen Unterschied der Ströme 1a und 1k bildet, muss dem Steuer- gitter zugeflossen sein.
Der dem Steuergitter zufliessende Influenzetrom <B>19</B> enthält eine Komponente, die 90 in bezug auf die Steuer gitterwechselspannung voreilt und als eine Folge einer scheinbaren Zunahme der Steuer gitter-Kathode-Kapazität aufgefasst werden kann, und eine Komponente, die mit der Steuergitterwechselspannung in Phase ist und die sogenannte "Laufzeitdämpfung" veran- la.sst. Der Strom 1g enthält eine mit dem Ka thodengeräusch korrelierte Rauschkompo- nente,
die über den Eingangskreis eine Rauschspannung herbeiführt, die in bezug auf den Kathodenrauschstrom phasenver schoben ist und eine wesentliche Zunahme des mit. dem Kathodengeräusch korrelierten Rauschstromes im Anodenkreis verursacht. Dieser zusätzliche Rauschstrom kann mit "Laufzeitgeräusch" bezeichnet werden.
Es wird vollständigkeitshalber bemerkt, class' die in Wirklichkeit auftretenden Er scheinungen verwickelter sind, als aus den ohenstehenden Betrachtungen hervorgehen mirde, und zwar weil die Geschwindigkeit der Elektronen zwischen dem Steuergitter und der Kathode vom Augenblickswert der Steuergitterspannung abhängig ist.
Die da durch auftretenden Geschwindigkeitsände rungen der Elektronen veranlassen einen zu sätzlichen Infhienzstrom, der zwar zu der s- beinbaren Zunahme der Steuercitter-Ka- tliode-Kapazitä.t und zu der "Laufzeitdämp- fung" beiträgt, aber keine Rauschkomponente enthält und daher nicht zum "Laufzeitge- iünsch" beiträgt.
Die "Laufzeitdämpfung" kann als ein s:#heinbar zum Einganb kreis parallelgeSchal- i-terWiderstand und das "Laufzeitgeräusch" als spontane Spannungsschwankungen in die- s-um Widerstand aufgefasst werden. Bei die- det wird und die andere von der über den Kreis 39 auftretenden Rauschspannung her- beigeführt ist.
Bei richtiger Wahl der Grösse und der Phase der letzteren Rauschkompo nente kann erreicht werden, dass die beiden Rauschkomponenten einander ausgleichen, so dass eine praktisch vollkommen rauschfreie Verstärkung erhalten wird.
Die Grösse und die Phase der von der über den Kreis 39 auftretenden Rauschspannung herbeigeführten Rauschkomponente de:s Elek- tronenhändels an der Stelle der Ausgangs elektrode 36 kann auf folgende Weise beein- flusst werden:
An erster Stelle kann die Grösse und die Phase der genannten Rausch spannung durch eine geeignete Wahl der Grösse und der Phase der Eingangsimpedanz beeinflusst werden, wozu der Kreis 39 nöti genfalls ein wenig in bezug auf die Frequen zen der zu verstärkenden Schwingungen ver stimmt und/oder mit Hilfe eines Dämpfungs- widerstandes ;gedämpft werden kann.
An zweiter Stelle ist .die Grösse und die Phase der genannten Rauschkomponente von der Weise abhängig, auf welche :die von der Rausch spannung herbeigeführten Geschwindigkeits änderungen des Bündels in Intensitätsände rungen umgesetzt werdend. h. von der Lauf zeit ,der Elektronen zwischen der Steuerelek trode .3-4 und der Ausganb elektrode 36. Diese Laufzeit kann nötigenfalls durch eine ge eignete Wahl der Spannungen der verschie denen Elektroden, und der Länge des Einhol- raumes 35 beeinflusst werden.
Durch eine ge- eign.ete Kombination der vorerwähnten Mass nahmen kann stets eine nahezu vollkommene Rauschfreiheit erhalten werden.
Ein verbessertes Arbeiten der beschriebe nen Vorrichtung kann in: einigen Fällen da durch erreicht werden, @dass zwischen dem Elektrodensystem 32 und der Geschwindig- keitsregelelektrode 34 eine Hilfselektrode an geordnet wird, die ebenfalls die Geschwindig keit des Elektronenbündels beeinflusst.
In den Kreis dieser Hilfselektrode wird -dann eine angemessene Impedanz aufgenommen, über die der der Hilfselektrode zufliessende In fluenzstrom eine Rauschspannung herbei- führt. Diese Rauschspannung steuert d ie Ge- schwind-igkeit,des Elektronenbündels, so dass an der :
Stelle der Ausgangselektrode 36 im Bündel .drei Rauschkomponenten vorhanden sind., von denen eine von den ursprünglich im Bündel vorhandenen Zufallsschss,ankungen herrührt, eine zweite von der Rauschspan nung der Hilfselektrode und die dritte von .der Rauschspannung der GescUwindigkeits- steuerelektrode 34.
Die Grösse und die Phase ,der Rauschspannung der Hilfselektrode und der Geschwindigkeitsregelelektrode werden nun durch .die geeignete Wahl der Grösse und der Phase der mit diesen Elektroden verbun denen Impedanzen mit Rücksicht auf die Laufzeit der Elektronen derart gewählt, dass die drei Rauschkomponenten .sich kompensie ren.
Ein Vorteil dieser Ausführung beisteht darin, .dass eine weitere Möglichkeit zum Ein stellen des Rauschausgleiches zur Verfügung steht, nämlich durch die Einstellung der Impedanz im Kreis der Hilfselektrode, so dass die Einstellung der 39 in bezug auf die erreichbare Verstärkung in vielen Fällen günstiger gewählt werden kann:
Es ist von Bedeutung, bei der beschrie benen .Schaltanordnung dafür Sorge zu tra gen, @dass keine Elektronen von zwischen der Steuerelektrode 34 bezw. der obgenannten Hilfselektrode, und der Ausgangselektrode 36 befindlichen Elektroden aufgefangen werden können, da in diesem Falle Änderungen in der Stromverteilung zwischen den genannten Elektroden und den übrigen Elektroden auf treten, welche zu einer neuen Rauschkompo nente (Verteilungsgeräusch) führen würden.
Die beschriebenen Massnahmen zur Ver minderung .des Kathodengeräusches sind auch vorteilhaft bei einer Vorrichtung mit einer Entla:dungsröhreder obenbeschriebenen Art . anwendbar, die zwischen den Elektroden 33 und 35 zwei in Gegentakt geschaltete Ge- schwindigkeitsregeleleh-troden und zwischen den Elektroden 35 und 3.7 zwei in Gegentakt geschaltete Ausgangselektroden enthält.
Eine solche Röhre ergibt im allgemeinen eine grö ssere Verstärkung als die in Fig. 3 darge stellte Röhre mit einfacher .Steuerung und Energieabnahme, so dass das Signal-Geräu:seh- Verhältnis noeli verbessert wird.
PATENTANSPRUCH: Schaltung mit erhöhter R uschfreiheit zur Übertragung elektrischer Ultraboelifre- quenzschwingnngen, die wenigstens eine ge steuerte Entladungsröhre enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kreis einer Steuerelektrode liegende Impedanz für die zii übertragende Signalfrequenz derart gewählt ist.
dass der Spannungsabfall, der über diese Impedanz infolge des der Steuerelektrode zii- fliessenden Influenzstromes auftritt, den Aus- -an(,-sstrom der Röhre in solcher Phase und mit solcher Stärke steuert, dass der mit dem Geräusch des genannten Influenzstromes korrelierte Ra.usehstrom im Ausgangskreis @z-enigstcns nahezu aufgehoben wird.
UNTERANSPRüCHE 1. Schaltung nach. Patentanspruch, da- durch gekennzeichnet, dass eire im Kreise der Steuerelektrode liegender Schwingungskreis so viel in lxzu < r auf die Mitte des durchzu lassenden Signalfrequenzbandes verstimmt ist, dass dieser Schwingungskreis für die durchzulassenden Signalfrequenzen eine Ka pazität darstellt.
?. Schaltuag nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Dämpfung des genannten Seliwingungskreises, einschliesslich der Laufzeitdämpfung, derart gewählt ist, dass die über den Kreis vom Influenzstrom herbeigeführte Steuerelektroden-Rauschspan- nung gegenphasig mit dem Kathodenrauseh- Strom ist.
3. Sohaltung nach Patentanspruch, finit einer Entladungsröhre, in der ein Elektronen bündel erzeugt wird, dessen Geschwindigkeit von einer Ulti ahochfrequenzspannung ge steuert wird, worauf die Geschwindigkeits- änderunren des Bündels in Intensitätsände rungen umgewandelt werden und dein inten- sitätsvarierten Bündel eine Ausgangsspan- nung entnommen wird, dadurch gekennzeich- net,
dass die Grösse und die Phase der Ein- gangsimpedanz und die Laufzeit der Elek tronen zwischen der Geschwindigkeitssteuer- elektrode und der Ausgang'selektrode für die zu übertragende Signalfrequenz derart ge wählt sind, dass die Zufallsänderungen der Intensität des Elektronenbündels an der Stelle der Ausgangselektrode dureli die In tensitätsänderungen infolge der Gesch-,vindig- keitssteuerung des Bündels durch die Rausch spannung,
die von dem der Geschwindigkeits- steu erelektrode zufliessenden Influenzstrom über die Eingangsimpedanz herbeigeführt wird, wenigstens nahezu aufgehoben werden.
4. Schaltung nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass zwischen dem zur Erzeugung ,des Elektronenbündels dienenden Elektrode nsystem und der Ge:schwindigkeits- sieuerelektrode eine Hilfselektrode angeord net ist., die ebenfalls die Geschwindigkeit des Bündels beeinflusst,
wobei die Impedanz im Kreis dieser Hilfselektrode und die mit der Geschwindigkeitssteuerelektrode verbundene Eingangsiinpc>danz der Grösse und der Phase nach mit Rücksicht auf die Laufzeit der Elektronen derart gewählt sind, dass die Rauschschwankungen des Bündels an der Stelle der Ausgangselektrode wenigstens nahezu aufgehoben werden.
5. Schaltung nach Unteranspruch 3. da durch gekennzeichnet, dass die Entladungs- riihre derart konstruiert. und eingestellt ist, dass keine Elektronen von zwischen der Ge- schwindigkeit.ssteuerelektrode und der Aus gangselektrode befindlichen Elektroden auf gefangen werden.
6. ,Schaltung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass die Entladungs röhre derart konstruiert und eingestellt ist., dass keine Elektronen von zwischen der Hilfs elektrode und der Ausgangselektrode befind lichen Elektroden aufgefangen werden.
7. Schaltung nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass sie eine Entla- clungsröhre aufweist, bei der sowohl die Ge- schwindigkeitssteuerelektrode als auch die A.ilsgangselektrode aus zwei in Gegentakt ge- sehalteten Teilen besteht.
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