DE1078640B - Schaltungsanordnung zur UEbertragung elektrischer Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Übertragung elektrischer Schwingungen, insbesondere von Ultrahochfrequenzschwingungen, die wenigstens eine gesteuerte Entladungsröhre enthält. Die Erfindung bezweckt, Mittel zu schaffen, durch die das bei 5 solchen Schaltanordnungen auftretende Rauschen vermindert werden kann.

Dieses Rauschen, das sich insbesondere bei der Übertragung schwacher Signale als sehr störend bemerkbar macht, wird teilweise von in der Schaltung vor- to handenen Entladungsröhren, teilweise von den übrigen Schaltelementen hervorgerufen und kann daher in Röhrenrauschen und Schaltungsrauschen unterschieden werden.

Das Schaltungsrauschen wird durch spontane Spannungsschwankungen herbeigeführt, die infolge der thermischen Bewegung der Elektronen an den Enden jedes Leiters auftreten, und zwar um so stärker, je größer der Ohmsche Widerstand des betreffenden Leiters ist. So tritt z. B. über einem in den Eingangskreis einer Hochfrequenzverstärkerröhre aufgenommenen Schwingungskreis eine solche Rauschspannung auf, die gewöhnlich mit »Kreisrauschen« bezeichnet wird.

Das Röhrenrauschen kann in Emissionsrauschen und Verteilungsrauschen unterschieden werden. Das Emissionsrauschen besteht aus Schwankungen der Emission einer Kathode, wobei es sich sowohl um eine thermionische Kathode als auch um eine sekundär emittierende Hilfskathode oder eine Photokathode handeln kann. Das Verteilungsrauschen entsteht durch Schwankungen der Stromverteilung in Röhren mit mehr als einer positiven Elektrode und tritt also z. B. bei Schirmgitterröhren und Mehrgitterröhren auf.

Im allgemeinen bildet das Rauschen ein kontinuierliches Frequenzspektrum, von dem nur jener Teil störend ist, der von der Schaltung durchgelassen wird.

Man hat schon versucht, das Verteilungsrauschen durch besondere Röhrenkonstruktionen zu vermindern. So kann z. B. bei Schirmgitterröhren das Verteilungsrauschen vermindert werden, sei es durch eine Be- schränkung des Schirmgitterstromes, sei es durch eine solche geometrische Aufstellung der Elektroden, daß die Emission von bestimmten Teilen der Kathode ausschließlich zum Anodenstrom beiträgt.

Bei einer Schaltungsanordnung zur Übertragung elektrischer, insbesondere ultrahochfrequenter Schwingungen mit einer Anzahl von Schwingungskreisen sowie einer ersten Hochfrequenzverstärkerröhre mit wenigstens einer Kathode, einer Steuerelektrode und einer Ausgangselektrode, bei der der Steuerkreis dieser Röhre einen Schwingungskreis enthält, der ein beträchtlich breiteres Frequenzband durchläßt als die Gesamtschaltung, läßt sich ohne Verwendung von besonderen Röhrenkonstruktionen das Emissionsrauschen Schaltungsanordnung zur übertragung
elektrischer Schwingungen

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 31. Januar und 8. August 1940

Anträge nach Gesetz Nr. 8 AHK sind gestellt

und vor der Schiedskommission für Güter, Rechte

und Interessen in Deutschland anhängig

Maximiliaan Julius Otto Strutt, Aldert van der Ziel

und Jan Bakker, Eindhoven (Niederlande),

sind als Erfinder genannt worden

stark vermindern oder sogar völlig aufheben, wenn gemäß der Erfindung der genannte Schwingungskreis gegenüber der Mitte des vom übrigen Teil der Schaltung durchgelassenen Frequenzbereiches um einen gewissen Betrag, z. B. 2 bis 3 pF, kapazitiv derart verstimmt ist, daß der Spannungsabfall, der über dem erwähnten Schwingungskreis infolge des der Steuerelektrode zufließenden Influenzstromes auftritt, den Ausgangsstrom der Röhre in solcher Phase und mit solcher Stärke steuert, daß der mit dem Rauschen des genannten Influenzstromes korrelierte Rauschstrom im Ausgangskreis aufgehoben oder wenigstens erheblich verringert wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Wenn die Laufzeit der Elektronen zwischen der Kathode und der Anode einer Entladungsröhre nicht mehr verschwindend klein in bezug auf die Periode der zu übertragenden Schwingungen ist, tritt ein dem Steuergitter zufließender Influenzstrom auf, wie an Hand des in Fig. 1 dargestellten Vektordiagramms leicht eingesehen werden kann. Dieses Diagramm gilt für eine Triode; bei Mehrgitterröhren treten aber im Wesen die gleichen Erscheinungen auf. In der Figur stellt V_g die Steuergitterwechselspannung dar. Infolge der verhältnismäßig großen Laufzeit der Elektronen zwischen dem Steuergitter und der Kathode eilt der Kathodenwechselstrom Ij₁ ein wenig in bezug auf die Steuergitterwechselspannung nach. Der Anoden-

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strom I_a ist, wenn wenigstens die Laufzeit der Elektronen zwischen dem Steuergitter und der Anode nicht größer als eine halbe Periode der zu verstärkenden Schwingungen ist, dem Absolutwert nach ungefähr gleich groß wie I_k, weist aber eine größere Nacheilung in bezug auf die Steuergitterwechselspannung auf. Der Strom Ig, der den geometrischen Unterschied der Ströme I_a und I_k 'bildet, muß dem Steuergitter zugeflossen sein. Der dem Steuergitter zufließende Influenzstrom Ig enthält eine Komponente, die 90° in bezug auf die Steuergitterwechselspannung voreilt und als eine Folge einer scheinbaren Zunahme der Steuergitter-Kathoden-Kapazität aufgefaßt werden kann, und eine Komponente, die mit der Steuergitterwechselspannung in Phase ist und die sogenannte »Laufzeit- dämpfung« veranlaßt. Der Strom I_g enthält eine mit dem Kathodenrauschen korrelierte Rauschkomponente,, die über dem Eingangskreis eine Rauschspannung hervorruft, die in bezug auf den Kathodenrauschstrom phasenverschoben ist und eine wesentliche Zunahme des mit dem Kathodenrauschen korrelierten Rauschstromes im Anodenkreis verursacht. Dieser zusätzliche Rauschstrom kann mit »Laufzeitrauschen« bezeichnet werden.

Es wird vollständigkeitshalber bemerkt, daß die in Wirklichkeit auftretenden Erscheinungen verwickelter sind, als aus den obenstehenden Betrachtungen hervorgeht, und zwar deshalb, weil die Geschwindigkeit der Elektronen zwischen dem Steuergitter und der Kathode vom Augenblickswert der Steuergitterspannung abhängig ist. Die dadurch auftretenden Geschwindigkeitsänderungen der Elektronen veranlassen einen zusätzlichen Influenzstrom, der zwar zu der scheinbaren Zunahme der Steuergitter-Kathoden-Kapazität und zu der »Laufzeitdämpfung« beiträgt, aber keine Rauschkomponente enthält und daher nicht das »Laufzeitrauschen« erhöht.

Die »Laufzeitdämpfung« kann als ein scheinbar zum Eingangskreis parallel geschalteter Widerstand und das »Laufzeitrauschen« als spontane Spannungs-Schwankungen in diesem Widerstand aufgefaßt werden. Bei dieser Betrachtung ergibt sich, daß der genannte Widerstand sich wie ein Ohmscher Widerstand verhält, der sich etwa auf Kathodentemperatur befindet und daher bedeutend stärker als ein Ohmscher Wi derstand gleichen Wertes bei Zimmertemperatur rauscht. Das »Lauzeitrauschen« erweist sich demnach im Verhältnis zu den sonstigen Geräuschquellen als besonders schädlich.

Bei Schaltungen zur Übertragung von Ultrahochfrequenzschwingungen ist der Durchlaßbereich des Eingangskreises im allgemeinen wesentlich größer als der Durchlaßbereich der ganzen Schaltung. Demzufolge kann man erfmdungsgemäß die Rauschspannung, die infolge der obenerwähnten Influenzerscheinungen über dem Eingangskreis auftritt, zur Kompensierung des Kathodenrauschens ausnutzen. Der dem Steuergitter zufließende Influenzstrom eilt, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, nahezu 90° in Phase vor in bezug auf den Kathodenstrom. Durch leichte Verstimmung des Eingangskreises in bezug auf das zu übertragende Signal kann nun erreicht werden, daß der Eingangskreis sich für die innerhalb des Durchlaßbereiches der Schaltung fallenden Frequenzen des Rauschspektrums wie eine kleine Kapazität verhält, so daß für diese Frequenzen eine Rauschspannung über dem Eingangskreis auftritt, der mit dem Kathodenrauschstrom in Gegenphase ist. Diese Rauschspannung veranlaßt einen zusätzlichen Anodenstrom, der mit dem Kathodenrauschstrom in Gegenphase ist, so daß der gesamte mit dem Kathodenrauschen korrelierte Rauschstrom im Anodenkreis vermindert wird und sogar ganz auf Null reduziert werden kann.

Dies wird an Hand der Fig. 2 näher erläutert, in der die Kurve 6 die Resonanzkurve des Eingangskreises und die Kurve 7 den wesentlich schmaleren Durchlaßbereich der Schaltung darstellt, der von den nachfolgenden Stufen der Schaltung, bei einem Überlagerungsempfänger z. B. im wesentlichen vom Zwischenfrequenzverstärker, bestimmt wird. Wie aus der Figur hervorgeht, ist die Resonanzfrequenz ω₀ des Eingangskreises etwas niedriger als die innerhalb des Durchlaßbereiches fallende Signalfrequenz co_s gewählt, so daß der Eingangskreis sich für Signalfrequenz wie eine kleine Kapazität verhält. Die Verstärkung des Signals wird von der Verstimmung des Eingangskreises nur wenig beeinträchtigt, da der Durchlaßbereich des Eingangskreises viel größer als der erforderliche Durchlaßbereich ist. Eine etwas störende Verzerrung des Signals infolge der Verstimmung kann in einer der nachfolgenden Stufen, in der das Signal bereits so viel verstärkt ist, daß das Geräusch keine Rolle mehr spielt, durch eine entsprechende Verstimmung in entgegengesetzter Richtung kompensiert werden.

Die Tatsache, daß der dem Steuergitter zufließende Influenzstrom in bezug auf den Kathodenstrom nicht genau um 90° phasenverschoben ist, kann dadurch berücksichtigt werden, daß die Dämpfung des Eingangskreises (einschließlich der »Laufzeitdämpfung«) derart gewählt wird, daß die am Steuergitter auftretende Rauschspannung gerade die zum Ausgleich erforderliche Phase besitzt. In der Praxis ist zum vollständigen Ausgleich des Kathodengeräusches eine solche Verstimmung des Eingangskreises erforderlich, daß sie eine Kapazität von einigen pF, z. B. 2 bis 3 pF, darstellt.

Bei der beschriebenen Schaltanordnung gleichen das Kathodenrauschen und das »Laufzeitrauschen« einander aus, wobei die Signalstärke praktisch nicht abnimmt. Es ist einleuchtend, daß dadurch eine sehr wirksame Störverminderung erhalten wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Schaltungsanordnung zur Übertragung elektrischer, insbesondere ultrahochfrequenter Schwingungen mit einer Anzahl von Schwingungskreisen sowie einer ersten Hochfrequenzverstärkerröhre mit wenigstens einer Kathode, einer Steuerelektrode und einer Ausgangselektrode, bei der der Steuerkreis dieser Röhre einen Schwingungskreis enthält, der ein beträchtlich breiteres Frequenzband durchläßt als die Gesamtschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Schwingungskreis gegenüber der Mitte des vom übrigen Teil der Schaltung durchgelassenen Frequenzbereiches um einen gewissen Betrag kapazitiv derart verstimmt ist, daß der Spannungsabfall, der über dem erwähnten Schwingungskreis infolge des der Steuerelektrode zufließenden Influenzstromes auftritt, den Ausgangsstrom der Röhre in solcher Phase und mit solcher Stärke steuert, daß der mit dem Rauschen des genannten Influenzstromes korrelierte Rauschstrom im Ausgangskreis aufgehoben oder wenigstens erheblich verrringert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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