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Verstärkerendstufe mit Gasentladungsröhre (Plasmatron) Es sind Gasentladungsröhren
bekannt, deren Entladungsstrom kontinuierlich durch eine Signalspannung gesteuert
werden kann und die sich infolgedessen zum Verstärken der Signalspannungen eignen.
Zu diesen Röhren zählen unter anderem die sogenannten Plasmatrons. Diese sind mit
einer Elektronenquelle, z. B. einer Hilfskathode, versehen, und die von ihr ausgesandten
Elektronen nehmen unter der Wirkung einer Spannung eine gewisse Geschwindigkeit
an und ionisieren die Gasatmosphäre zwischen einer Kathode und einer Anode. An letztere
ist der Verbraucher, z. B. ein Lautsprecher, angeschlossen. Die Ionisierspannung
wird dabei als Wechselspannung von einer Quelle mit verhältnismäßig niedriger Spannung
durch Transformation und bzw. oder Verstärkung auf den zur Ionisierung erforderlichen
Wert gebracht. Nähere Einzelheiten über solche Plasmatrons sind etwa der Zeitschrift
»Proceedings of the I. R. E. « 1952, S. 645 ff., zu entnehmen.
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Diese Röhren haben den Vorteil, da,ß die im Kreis zwischen Anode und
Kathode wirksame Speisespannung sehr niedrig sein kann und daß auch der Innenwiderstand
zwischen diesen Elektroden sehr niedrig ist, so daß eine Belastung mit niedriger
Impedanz unmittelbar, d. h. ohne Anwendung eines Anpassungstransformators, in den
Kathoden-Anoden-Kreis eingeschaltet werden kann. Sie eignen sich also vorzüglich
zum Gebrauch als Endröhren in Verstärkern oder Funkempfängern.
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Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines Endverstärkers mit einem solchen
Plasmatron.
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In dieser Figur sind die Eingangsklemmen, denen das zu verstärkende
Signal zugeführt wird, mit 1 bezeichnet. Dieses Signal wird im allgemeinen eine
Schwingung mit Hörfrequenz sein. Der Eingangskreis ist zwischen der Kathode und
dem Steuergitter einer Verstärkerröhre 2 angeschlossen, die als Triode dargestellt
ist. Das Plasmatron, mittels dessen die Stromverstärkung erfolgt, ist mit 3 bezeichnet.
Es handelt sich hier um eine Röhre, die mit einem Edelgas unter niedrigem Druck
gefüllt ist und die eine Elektronenquelle 4, z. B. eine Glühkathode, enthält, die
von einem mit ihr leitend verbundenen Schirm 5 umgeben ist, der eine Elektronenaustrittsöffnung
besitzt. Die Röhre enthält weiter eine Hauptkathode 6, z. B. auch eine Glühkathode,
und eine Anode 7, die diese Kathode größtenteils umgibt, jedoch zur Hilfskathode
4, 5 hin offen ist. Die Primärelektronenquelle 4 ist unmittelbar mit der Anode der
Triode 2 verbunden; zwischen der geerdeten Kathode der Triode und der Kathode 6
ist eine Spannungsquelle 10 eingeschaltet, deren Spannung von der Größenordnung
von 60 V sein kann. Zwischen der Kathode 6 und der Anode 7 ist der Verbraucher,
in diesem Falle ein Lautsprecher 8, in Reihe mit einer Spannungsquelle 9 angeschlossen,
die z. B. 6 V Spannung besitzt.
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Die aus der Öffnung des Schirms 5 heraustretenden Elektronen, die
unter der Wirkung der von der Quelle 10 gelieferten positiven Spannung in der Richtung
zur Kathode 6 und, der Anode 7 beschleunigt werden, ionisieren die Gasatmosphäre
zwischen diesen Elektroden, wenn die Spannung der Quelle 10 hinreichend hoch ist.
Die Spannung der Quelle 9 ist so niedrig, daß sie an sich nicht hinreicht, um zwischen
diesen Elektroden eine Entladung hervorzurufen. Wenn jedoch das Gas zwischen diesen
beiden Elektroden ionisiert wird, fließt ein Strom zwischen ihnen, dessen Stärke
von dem Ionisationsgrad abhängig ist. Letzterer wird durch die Stärke des Elektronenstroms
in der Röhre 2 bedingt. Dieser Elektronenstrom wird durch die Triode 2 mit dem Signal
moduliert, so daß durch den Ausgangskreis zwischen den Elektroden 6 und 7 ein Strom
fließt, der einige Male größer als der Signalstrom in der Röhre 2 ist.
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Beim Plasmatron erfordert die Ionisation eine Spannung von im allgemeinen
mindestens 60 V. Es trifft oft zu, z. B. bei Autofunkgeräten, daß dieser Wert nicht
unmittelbar vorhanden ist. Es ist auch nicht erforderlich, daß hierfür eine Gleichspannung
benutzt wird. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art dient zum Ionisieren z. B.
eine in einem Röhrenoszillator erzeugte Impulsspannung.
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Eine wesentliche Vereinfachung und: Verbesserung läßt sich nun gemäß
der Erfindung erzielen, wenn man
die Speisewechselspannung unmittelbar
mit dem zu verstärkenden Signal moduliert und Maßnahmen trifft, die verhindern,
daß während der negativen Halbperiode der Speisespannung ein Strom von der Hilfskathode
zur Hauptkathode fließt.
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Bei einem Verstärker nach der Erfindung kann die Triode, die zur Steuerung
des Ionisierstroms entsprechend dem Signal dient, weggelassen werden (wenn die Speisewechselspannung
mit dem zu verstärkenden Signal moduliert ist). Die auf diese Weise modulierte Speisespannung
kann dabei gleichgerichtet werden oder nicht, bevor sie den Ionisie Urelektroden
zugeführt wird. Im ersteren Falle ist zwischen den Elektroden eine Gleichspannung
wirksam, die mit dein Signal moduliert ist. Im zweiten Falle ist die Ionisierspannung
eine Hochfrequenzwechselspannung, die mit dem Signal moduliert ist und die durch
das Plasmatron selbst gleichgerichtet wird.
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Bei einem Überlagerungsempfänger erhält man eine sehr einfache Schaltung,
wenn gemäß der Erfindung als Ioni.sierspannung das Zwischenfrequenzsignal verwendet
wird, das mit der wiederzugebenden Niederfrequenzspannung moduliert ist. Dies hat
den Vorteil, daß ein zusätzlicher Demodulator entbehrlich ist. Die Zwischenfrequenz
ist im allgemeinen so hoch, daß eine zu starke Entionisierung der Entladungsbahn
während der negativen Halbperioden nicht zu befürchten ist. Bei dieser Ausführungsform
wird die Ioni.sierspannung der letzten Stufe des Zwischenfrequenzverstärkers entnommen.
Diese Stufe muß dabei eine verhältnismäßig große Energie liefern, und die Spannung
muß hochtransformiert werden. Nötigenfalls kann dabei ein zusätzlicher Zwischenfrequenzverstärker
verwendet werden.
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Grundsätzlich ist es selbstverständlich möglich, die modulierte Hochfrequenzspannung
als Ionisierspannung anzuwenden. Die zur Verfügung stehende Energie ist dabei jedoch
im allgemeinen .gering, so daß eine große Verstärkung erforderlich .ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in den Fig. 2 bis 5 dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verstärkers nach
der Erfindung. Die Quelle 10 für die Ioni@sierspannung i,st dabei durch eine Schaltung
mit einem Gleichrichter 24 und einem Glättungsfilter ersetzt, welche die Speisespannung
liefert. Der Gleichrichter wird aus der Sekundärwicklung 11 eines Transformators
gespeist, der mit seiner Primärwicklung im Anodenkreis 12 einer Oszillatorröhre
13 liegt. Die Primärwicklung bildet mit einem Kondensator einen Schwingungskreis
12, der vorzugsweise auf eine Frequenz abgestimmt ist, die höher ist als die höchste
in dem zu verstärkenden Signal auftretende Frequenz. Die Schwingungen werden dadurch
aufrechterhalten, daß zwischen dem Steuergitter und der Kathode der Röhre 13 eine
mit der Wicklung des Kreises 12 gekoppelte Wicklung 14 eingefügt ist. Durch Verwendung
einer geeigneten Oszill,atorröhre, z. B. einer Röhre mit einem Raumladungsgitter,
kann erzielt werden, daß trotz niedriger Anodenspannung der Oszillator doch eine
hinreichende Menge Energie liefert.
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Die Verstärkerröhre 2 der Schaltung nach Fig. 1 ist hier weggelassen.
Anstatt dessen wird die zu verstärkende Spannung zur Modulation. der durch den Röhrenoszillator
13 erzeugten Schwingung verwendet. Die Modulationsspannung soll noch mit hinreichender
Stärke auf die gleichgerichtete Spannung aufmoduliert sein. Das Glättungsfilter
ist somit oft wegzulassen, oder es muß ein Glättungsfilter verwendet werden, das
wenigstens die Niederfrequenzspannung praktisch unabgeschwächt durchläßt. Die Modulation
kann auf an sich bekannte Weise, z. B. .dadurch stattfinden, daß die Modulationsspannung
dem Gitterkreis der Oszillatorröhre 13 zugeführt wird.
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Bei der Schaltung nach Fig. 3 wird wieder eine mit dem Signal modulierte
Hochfrequenzspannung als Ionisierspannung angewandt. Die Figur zeigt die letzte
Stufe eines überlagerungsempfängers. Die Röhre 16 gehört zur letzten Zwischenfrequenzverstärkerstufe,
und in ihren Anodenkreis ist ein auf die Zwischenfrequenz abgestimmter Kreis 18
eingeschaltet, der induktiv mit einem auch auf diese Frequenz abgestimmten Kreis
19 gekoppelt ist. Letzterer ist zwischen der Hauptkathode und der Hilfskathode des
Plasmatrons 3 eingeschaltet. Um zu verhüten, daß während einer negativen Halbperiode
der Ionisierspannung ein Strom von der Hilfskathode zur Hauptkathode fließt, ist
ein Gleichrichter 17 vorgesehen. Ähnlich wie bei bei den vorstehend beschriebenen
Schaltungen tritt im Kreis zwischen der Hauptkathode und der Anode ein verstärkter
Strom auf, der unmittelbar zur Speisung des Verbrauchers 8 dient.
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Anstatt eines Gleichrichters 17 kann auch ein Kondensator 20 verwendet
werden, was in Fig. 4 dargestellt ist. Der Kondensator 20 wird im Betrieb durch
die gleichrichtende Wirkung des Plasmatrons geladen. Diese Schaltung ist im übrigen
der nach Fig. 3 ähnlich. Die Kapazität des Kondensators muß hinreichend groß sein,
um den Ionisierstrom liefern zu können. Nötigenfalls kann ein Widerstand 21 parallel
zum Kondensator gelegt werden.
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Diese Schaltung hat noch den Nachteil, daß bei einem hohen Modulationsgrad
die Spannung in bestimmten Augenblicken zu niedrig werden kann, um eine hinreichende
starke Ionisation herbeizuführen. Die Kapazität des Kondensators könnte höher
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wählt werden; doch kann dies Verzerrungen zur Folge haben. Dieser Nachteil
kann .dadurch behoben werden, daß gemäß der Schaltung nach Fig. 5 die Kapazität
20 verhältnismäßig niedrig gewählt und zu ihr die Reihenschaltung eines zweiten
Kondensators 22 mit hoher Kapazität und eines Widerstandes 23 parallel geschaltet
wird:. Infolge des Vorhandenseins dieses Widerstands lädt sich der Kondensator 22
nicht vollständig, so daß stets eine gewisse Spannung übrigbleibt.