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Kapazitätsarme Triode für hohe Frequenzen Die Erfindung betrifft eine
kapazitätsarme Triode als Verstärkerröhre für hohe Frequenzen. Es ist dabei insbesondere
an Frequenzen oberhalb 400 MHz gedacht.
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Bei herkömmlichen Triodensystemen für hohe Betriebsfrequenzen wurden
bereits erhebliche Anstrengungen unternommen, um die störende Gitter-Anoden-Kapazität
auf möglichst kleine Werte zu reduzieren. So hat man versucht, diese Kapazität durch
Verkleinerung sämtlicher Elektroden, insbesondere von Gitter und Anode, herabzudrücken.
Es ist auch bekannt, der Anode eine besondere Form zu geben, - sie beispielsweise
kasten- oder plattenförmig oder als tiefgezogene Anode auszubilden, von der lediglich
die vordere schmale Fläche der Wanne dem Gitter unmittelbar gegenüberliegt. Schließlich
wurde der Vorschlag gemacht, Abschirmbleche zwischen Gitter und Anode in Form eines
Neutrodenschirmes einzufügen.
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Während die erstgenannten Maßnahmen bei allen Schaltungsarten der
Triode anwendbar sind, ist die letztgenannte Maßnahme weitgehend auf Kathodenbasisstufen
beschränkt, weil wohl die Gitter-Anoden-Kapazität kleiner wird, jedoch gleichzeitig
die Anoden-Kathoden-Kapazität stark anwächst. Dieses Anwachsen wirkt sich aber insbesondere
bei Gitterbasisstufen störend aus.
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Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, die störende Gitter-Anoden-Kapazität
einer Triode auf ein Minimum herabzudrücken. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in
der Anwendung einer stabförmigen, mit kreisförmigem oder elliptischem Profil ausgebildeten,
mit ihrer Längsachse parallel zur Kathodenachse angeordneten Anode zur kapazitätsarmen
Ausbildung einer Triode für hohe Frequenzen, vorzugsweise für Frequenzen oberhalb
400 MHz, die aus einer Flachkathode, einem die Kathode umgebenden Flachgitter und
ein- oder beidseitig der Breitseite der Kathode gegenüberliegenden Anodenteilen
besteht.
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Die Anwendung von stabförmigen Anodenteilen bei Tetroden ist zwar
bereits bekannt. Das Schirmgitter dieser Röhren verhindert jedoch die bei Trioden
auftretende Bündelung der Elektronen, weil sich infolge des Schirmgitters ein ebenes
Feld vor der Anode ausbildet. Die Bündelung der Elektronen in Richtung zur Anode
ist aber für die erfindungsgemäße Wirkung sehr wichtig, weil dadurch die aus der
Kathode austretenden Elektronen praktisch gleiche Laufzeiten zur Anode besitzen.
Durch die gleiche Elektronenlaufzeit wird der Rauschabstand erheblich vergrößert,
d. h., man kann auf diese Weise erheblich rauschärmere- Trioden herstellen. Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Röhre besteht in der Erzielung einer Kennlinie
mit einer sehr kurzen Anstiegsflanke.
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Gegen Anoden mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnittsprofil
mußte man bei Röhren für sehr hohe Frequenzen zunächst Bedenken haben, weil die
von der Oberfläche der Kathode ausgehenden Elektronen bis zu ihrem Auftreffen auf
die Anodenoberfläche tatsächlich verschiedene Laufzeiten haben. Es hat sich jedoch
überraschenderweise herausgestellt, daß bei diesen Röhren, die eine hohe Kathodenstromdichte
besitzen, im wesentlichen der Laufraum Kathode-Gitter eine Rolle spielt, weil bei
üblichen Elektrodenabständen und Betriebswerten etwa dreiviertel der Gesamtlaufzeit
der Elektronen von der Kathode zur Anode wegen der sich im Gitterkathodenraum ausbildenden
Raumladung auf den Raum zwischen Kathode und Gitter entfällt. Es spielt daher nur
eine untergeordnete Rolle, daß Elektronen nach Passieren des Gitters bis zum Auftreffen
auf die Anodenoberfläche verschiedene Laufzeiten haben.
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Zur Durchführung der Erfindung empfiehlt es sich, die stabförmig ausgebildeten
Anoden aus einem thermisch hoch belastbaren Werkstoff, z. B. aus Wolfram oder Molybdän,
herzustellen.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, zur Verringerung der Gitter-Anoden-Kapazität
zwischen Gitter und Anode auf Kathodenpotential liegende Streben anzuordnen, die
zweckmäßig ebenfalls aus einem thermisch hoch belastbaren Werkstoff, in gleicher
Weise wie die Anodenstäbe, ausgebildet werden. Eine solche Röhre mit Abschirmstreben
eignet sich insbesondere für eine Kathodenbasisschaltung.
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Ausführungsbeispiele für die Erfindung sind in den Zeichnungen unter
Gegenüberstellung mit den
eingangs erwähnten bekannten Röhren wiedergegeben.
Die Figuren zeigen jeweils Querschnitte durch den Elektrodenaufbau ohne den Röhrenkolben.
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In den F i g. 1 und 2 der Zeichnung ist die bekannte Methode (F i
g. 1) der erfindungsgemäßen Anordnung (F i g. 2) gegenübergestellt. Mit 1 sind jeweils
die Glimmerscheibe, mit 2 die Kathode, mit 3 das als Spanngitter ausgebildete Gitter
und mit 5 die Anode bezeichnet. Während bei der Anordnung nach F i g.1 die Anode
aus einem profilierten Blech besteht, ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß
F i g. 2 als Anode eine Strebe mit kreisförmigem Profil vorgesehen. Diese Anordnung
ist aus einem thermisch hoch belastbaren Werkstoff, z. B. Wolfram oder Molybdän,
hergestellt.
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Bei der Gitterbasisschaltung ist für die Ausgangskurzschlußresonanzfrequenz
neben der Anodenzuleitungsinduktivität vor allem die Gitter-Anoden-Kapazität maßgebend.
Die Größe dieser Gitter-Anoden-Kapazität wird vor allem durch die Umgriffs- und
Zuleitungskapazität bestimmt. Durch einen einseitigen Systemaufbau, wie er in F
i g. 1 dargestellt ist, kann die Umgriffskapazität verringert werden. Die Anodenoberfläche
kann dabei aber nicht beliebig klein gehalten werden, da sie für die notwendige
Wärmeabstrahlung sorgen muß. Diese Oberfläche kann durch die Verwendung eines spezifisch
hoch belastbaren Materials auf ein Minimum reduziert werden, wie sich aus der Anordnung
gemäß F i g. 2 ergibt. Die stabförmige Anordnung der Anode besitzt darüber hinaus
jedoch noch weitere Vorteile. Es ergibt sich eine einfachere Herstellung; weil die
Montage erheblich einfacher ist als bei Verwendung einer Anode gemäß F i g. 1.
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An Hand der F i g. 3 und 4 soll nun durch Vergleich eines bekannten
Elektrodenaufbaues (F i g. 3) mit dem erfindungsgemäßen Aufbau gemäß F i g. 4 erläutert
werden, daß die strebenförmige Ausbildung einer Anode auch bei zweiseitiger Anodenanordnung
erhebliche Vorteile besitzt. Eine solche Röhre wird vorzugsweise in Kathodenbasisschaltung
betrieben. Hierbei kommt es vor allem auf die für die Rückwirkung maßgebliche Gitter-Anoden-Kapazität
an. Diese Gitter-Anoden-Kapazität wird durch die Ausbildung der Anodenteile 5 als
Streben mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt reduziert. Um eine weitere
Reduzierung dieser Kapazität zu erreichen, sind zwischen Gitter und Anode auf Kathodenpotential
liegende Streben 4 angeordnet. Diese Streben 4 entsprechen den in F i g. 3 dargestellten
U-förmig ausgebildeten Abschirmteilen 4. Die durch die kreisförmigen Abschirmstreben
in F i g. 4 bedingte Zunahme der Aus- und Eingangskapazität ist jedoch wesentlich
geringer als im Falle der U-förmigen Abschirmteile gemäß F i g. 3. Vergleichsversuche
haben ergeben, daß die Gitter-Anoden-Kapazität bei Ausbildung der Anode bzw. der
Anodenteile in Form von Stäben erheblich niedriger ist als bei Verwendung von profilierten
Anoden, wie sie in den F i g. 1 und 3 wiedergegeben sind.
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Gleichzeitig kann man mit einer Röhre, die einen Elektrodenaufbau
gemäß F i g. 2 oder 4 besitzt, auf einfache Weise eine Regelkennlinie erzielen.
Solche Halbregelcharakteristiken sind bei Röhren im Ultrahochfrequenzgebiet erwünscht.
Die Regelcharakteristik ergibt sich aus dem vom Mittelpunkt aus sich ändernden Abstand
zwischen Gitter und Anodenoberfläche.