DE304360C

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Publication number: DE304360C
Application number: DENDAT304360D
Authority: DE
Priority date: 1917-12-06
Also published as: GB147435A

Description

Bei Schwingungserzeugung durch Röhren von hohem Vakuum oder mit verdünnten Gasen ist die Frage des Nutzeffektes von besonderer Wichtigkeit, da sich die aus der Spannungsquelle entnommene Leistung nur teilweise in Schwingungen, teilweise aber in unnütze Erwärmung der Elektroden, besonders der Anode, umsetzt. Es läßt sich zunächst eine einfache Betrachtungsweise 'der VerlusteWhen vibrations are generated by tubes of high vacuum or with diluted The question of the efficiency of gases is of particular importance, since the from the Power drawn from the voltage source only partly in oscillations, but partly in unnecessary heating of the electrodes, especially the anode. It can be done first a simple way of looking at the losses

ίο. finden und als Beispiel hierfür eine hochevakuierte Röhre mit reiner Elektronenentladung nehmen. Bei einer solchen kann,' da sie ein vollkommenes Ventil ist, der Strom sich nie umkehren; der Strom durch die Röhre wird also ein Gleichstrom sein, dem irn Schwingungszustande ein Wechselstrom übergelagert ist. Die Spannung an der Röhre ist zunächst die Betriebsspannung, die hier der Einfachheit halber als Gleichspannungίο. and as an example of this, a highly evacuated Take a tube with a pure electron discharge. In such a case, since it is a perfect valve, the flow can never turn back; the current through the The tube will therefore be a direct current, while the tube will be an alternating current in its vibrational state is superimposed. The voltage on the tube is initially the operating voltage, which is here for the sake of simplicity as DC voltage

ao angenommen werden soll.. Hierbei ist die in der drahtlosen Telegraphie meistens erfüllte ■ Voraussetzung gemacht, daß das Energieentnahmeorgan, das in Serie mit der Röhre liegt, einen merklichen reinen Ohmschen Widerstand nicht besitzt, sondern nur Widerstand für eine spezielle Frequenz darstellt. Zu der Gleichspannung kommt hierzu die an dem Energieentnahmeorgan entstehende Wechselspannung, die auf die Röhre bezogen so liegt, daß Wechselstrom und Wechselspannung um 180° in der Phase verschoben sind, wenn am Entnahmeorgan Strom und Spannung in Phase sind. Dies geht aus einer einfachen Betrachtung des Ohmschen Gesetzes hervor. Am Energieentnahmeorgan sind Strom und Spannung in Phase, wenn z. B. die Schaltung der Fig. ι angewendet ist. Hierbei bedeuten: A die Elektrodenröhre, B die Anodenbatterie, L₁ und L₂ Selbstinduktionen, C eine Kapazität und R den Nutzwiderstand, gegebenenfalls den Strahlungswiderstand. Wenn der durch die Anodenleitung gehende Strom die Eigenfrequenz des Kreises, entsprechend der Thomsonschen Formel: '■■■'.ao is to be assumed .. Here, the prerequisite, which is usually fulfilled in wireless telegraphy, is made that the energy extraction device, which is in series with the tube, does not have a noticeable pure ohmic resistance, but only represents resistance for a specific frequency. In addition to the direct voltage, there is the alternating voltage generated at the energy extraction device, which is related to the tube in such a way that the alternating current and alternating voltage are phase shifted by 180 ° when the current and voltage are in phase at the extraction device. This can be seen from a simple consideration of Ohm's law. Current and voltage are in phase at the energy extraction device when z. B. the circuit of Fig. Ι is applied. Here: A denotes the electrode tube, B the anode battery, L ₁ and L ₂ self-inductions, C a capacitance and R the useful resistance, possibly the radiation resistance. If the current passing through the anode lead has the natural frequency of the circuit, according to Thomson's formula: '■■■'.

hat, so ist der scheinbare Widerstand dieses Kreisesthen is the apparent resistance of this circle

r ' R r ' R

und zwar ohne Phasenverschiebung, also für diese Frequenz , wie ein reiner Ohmscher -Widerstand wirkend. Die Fig. 2 stellt dann den Strom und die Spannung an der Röhre vor., Es bedeutet hierbei Ja den gesamten kombi-. nierten Anodenstrcjm, Jg den Gleichstrom, Vb die Batteriespannung, Va die kombinierte Spannung an der Anode. Auf der Abszissenachse sind die Perioden aufgetragen. Die stark ausgezogene Linie bezeichnet den Strom, die gestrichelte die Spannung. Die Energie, welche, sich in Erwärmung der Ariode umsetzt, also die Verlustenergie, ist gegeben durch das Produkt von gesamtem Strom und gesamter Spannung an der Anode in jedem Augenblick. Für die beiden Punkte P und Q beträgt also die Verlustenergie Jp- Vp dt bzw. Jq- Vq dt.without a phase shift, i.e. acting like a pure ohmic resistor for this frequency. The Fig. 2 then represents the current and the voltage at the tube., It means here yes the entire combination. ned anode current, Jg the direct current, Vb the battery voltage, Va the combined voltage at the anode. The periods are plotted on the abscissa axis. The solid line denotes the current, the dashed line the voltage. The energy, which is converted into heating of the Ariode, i.e. the lost energy, is given by the product of the total current and total voltage at the anode at each instant. For the two points P and Q , the energy loss is Jp-Vp dt or Jq-Vq dt.

Wenn man für jeden Zeitpunkt die Verluste in dieser Weise ausrechnet, so kommt man zu der Kurve in Fig. 3. Die Größe dieser Verluste ist am deutlichsten aus der von. der Kurve und der Abszissenachse eingeschlossenen Fläche (schraffiert) ersichtlich. Es kommt nur darauf an, die von der Kurve umschlossene' Fläche, die Verlustenergie, so klein wie rnöglich zu machen. Die Verluste werden um so-¹ kleiner, je größer die Wechselstrom- und Wechselspannungsamplituden im Vergleich zu den Gleichstrom- und Gleichspannungsamplituden werden, d. h, je weiter Strom und Spannung zu gewissen Zeiten gegen Null heruntergehen.If one calculates the losses for each point in time in this way, one arrives at the curve in FIG. 3. The magnitude of these losses is most clearly from that of. The area enclosed by the curve and the abscissa axis (hatched) can be seen. The only thing that matters is to make the area enclosed by the curve, the energy loss, as small as possible. The losses are so-to ¹ is smaller, the larger the AC and AC voltage amplitude compared to the DC voltage and current amplitudes are, d. That is, the further the current and voltage decrease towards zero at certain times.

Eine Überlegung nach vorstehendem -zeigt, daß man bei sinusförmigen Strom- und Spannungskurven, selbst wenn beide ganz bis Null heruntergehen, nicht über 50 Prozent Nutzeffekt erhält. Vorliegende Erfindung gibt ein Mittel an,. den Nutzeffekt über 50 Prozent zu steigern, indem man ini Gegensatz zu der Sinusform besonders eckige Strom- und Spannungskurven herbeiführt. Es ist aus obiger Erklärung ersichtlich, daß die Verlustleistung gleich Null, der Nutzeffekt also gleich 100 Prozent sein muß, wenn stets entweder der Strom oder die Spannung an der Röhre gleich Null ist. Ein Beispiel für entsprechende Strom- und Spannungskurven gibt Fig. 4., die sogenannte Mäanderform, ein zweites Fig. 5. Die Mittel zur Erzeugung solcher Kurven bestehen erfindungsgemäß darin, daß man zur Energieentnahme Organe verwendet, die mehrwellig sind. Die eckigen Kurven enthalten außer der Grundfrequenz eine größere Anzahl höherer Frequenzen, besonders harmonische Oberschwingungen. Man erreicht dann durch Mehrwelligkeit des Energieentziehungsorganes, daß die Oberfrequenzen ebenfalls äußeren Widerstand vorfinden und Energie in die Kreise abgeben. An einem einfachen Beispiel läßt sich dies erläutern. Es gelingt durch passende Wahl der Gitterspannungen bei entsprechender Elektrodenanordnung leicht, eine Kurvenform des Anodenstromes herbeizuführen, die sich. hauptsächlich aus der Grundschwingung und der dritten Harmonischen zusammensetzt und eine mäanderähnliche Form hat,(Fig. 6). Hätte das Energieentnähmeorgan nur für die Grund-Consideration according to the above shows that with sinusoidal current and voltage curves, even if both go all the way down to zero, you won't get over 50 percent efficiency. The present invention enters Means at ,. to increase the efficiency by over 50 percent by contrasting ini with the Sinus shape causes particularly angular current and voltage curves. It's from above Explanation can be seen that the power loss must be zero, the efficiency must therefore be 100 percent, if always either the current or the voltage on the tube is zero. An example of corresponding electricity and voltage curves are Fig. 4., the so-called meander shape, a second Fig. 5. The According to the invention, means for generating such curves consist in the fact that one is used to extract energy Organs used that are multi-wave. The angular curves contain except the fundamental frequency has a larger number of higher frequencies, especially harmonic harmonics. One then achieves through the multiple waviness of the energy extraction organ that the upper frequencies also have external resistance find and release energy into the circles. A simple example can be used explain this. It can be achieved by choosing the appropriate grid voltages with the appropriate Electrode arrangement easy to bring about a waveform of the anode current, which is. mainly composed of the fundamental and the third harmonic and has a meander-like shape (Fig. 6). If the energy extraction organ had only

50« frequenz η hohen Widerstand, so würde die Spanhungskurve rein sinusförmig sein, wie strichpunktiert Fig. 6. Die Verlustleistung würde dann durch A in Fig. 7 dargestellt. Fügen wir jedoch eine weitere Resonanzstelle, nämlich für 3 η, in den Kreis ein, so wird auch die Frequenz 3 η einen hohen Wider-■ stand finden und eine ihrer Frequenz entsprechende Spannung an dem Kreis und somit auch an der Röhre hervorrufen. Diese wird sich zu der der Grundfrequenz addieren, so daß, wenn durch passende Größe dieser Widerstände die Amplituden richtig dimensioniert , werden, eine Spannungskurve sich ergibt, wie sie die gestrichelte Kurve in Fig. 6 zeigt. Die entsprechende Verlustleistung stellt dann die Kurve B in Fig. 7 vor. Es ist daran zu sehen,, daß.-die Verlustleistung bedeutend verringert _:ist.^x "Es ist jedoch die so gewonnene Leistung nicht vollständig in der Oberfrequenz enthalten. Vielmehr hat die Energie der Grundfrequenz ebenfalls zugenommen, da ja in einer mäanderförmigen Kurve die Grundfrequenz mit 1,28 fächer Amplitude (siehe Fouriersche Zerlegung) enthalten ist als in einer Sinuskurve gleicher Ordinate. Ein Teil der Energie ist natürlich in den Öberfrequenzen enthalten und man wird gut tun, diese Frequenzen von der Ausstrahlung fern zu halten, falls man diese Anordnung z. B. für Übermittlung drahtloser Signale benutzt. Was für die Grundfrequenz und dritte Harmonische gezeigt wurde, gilt auch für die anderen Harmonischen, · ebenso können andere Kurvenformen stets in der. oben angegebenen Weise aufgelöst werden.50 «frequency η high resistance, the voltage curve would be purely sinusoidal, as shown in dash-dotted lines in FIG. 6. The power loss would then be represented by A in FIG. However, if we add another resonance point, namely for 3η, to the circle, the frequency 3η will also find a high resistance and cause a voltage corresponding to its frequency on the circle and thus also on the tube. This will add up to that of the fundamental frequency, so that if the amplitudes are correctly dimensioned by the appropriate size of these resistors, a voltage curve such as that shown by the dashed curve in FIG. 6 results. The corresponding power loss is then represented by curve B in FIG. 7. It is seen to it ,,-daß. the power dissipation significantly _reduced: is. ^x "However, the power obtained in this way is not completely contained in the harmonic frequency. Rather, the energy of the fundamental frequency has also increased, since a meander-shaped curve contains the fundamental frequency with 1.28 times the amplitude (see Fourier decomposition) than in a sinusoidal curve Part of the energy is of course contained in the overfrequencies and it will do well to keep these frequencies away from radiation if this arrangement is used, for example, for the transmission of wireless signals, as shown for the fundamental frequency and third harmonic also applies to the other harmonics, and other curve shapes can always be resolved in the manner indicated above.

Als Schaltungen, die hohe scheinbare Widerstände für mehrere Frequenzen, d. h. also mehrere Resonanzstellen haben, seien hier einige Beispiele angeführt. Fig. 8 ein doppelwelliger Kreis, Fig. 9 ein ebensolcher, Fig. 10 ein Kreis mit beliebig vielen Resonanzstellen, ein sogenannter Kettenleiter. Die Anordnung Fig. 11 hat einen besonderen Vorteil, sie gestattet, die Energie jeder Frequenz in einem besonderen Kreise zu lokalisieren, so daß man die Grundfrequenz allein ausstrahlt, wie in Fig. 11 durch die gekoppelte Antenne. angedeutet. Man kann auch die Antenne direkt als Kreis für die Grundfrequenz einschalten.As circuits that have high apparent resistances for several frequencies, i. H. so have several resonance points, a few examples are given here. Fig. 8 is a double-wave Circle, Fig. 9 a similar one, Fig. 10 a circle with any number of resonance points, a so-called chain ladder. The arrangement Fig. 11 has a particular advantage, it allows to localize the energy of each frequency in a particular circle so that one radiates the fundamental frequency alone, as in Fig. 11 through the coupled antenna. indicated. You can also switch on the antenna directly as a circle for the basic frequency.

Diese Beispiele mögen genügen, es könnten jedoch unter Berücksichtigung des Erfmdungsgedankens viele derartige Schaltungen hergestellt werden. . These examples may suffice, however, taking into account the concept of the invention many such circuits can be made. .

Claims

Patent Claims:

1. Arrangement to achieve low losses when generating vibrations Vacuum tubes, characterized in that in addition to the energy of the fundamental oscillation. energy of shorter vibrations is also drawn out and destroyed outside the tube will.

2. Arrangement according to claim 1, characterized by one connected to the tube System of circles, the resonance points at the frequencies of n, 2n, 3 n, 4 n, 5 η etc., or some of that.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized by the connection of. . multi-wave from branches of capacitance and self-induced systems. ,

4- arrangement according to claim ι and 2, characterized by the use of chain ladders.

5. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized by the series connection Circles.

6. Arrangement according to claim r und_ 2, characterized in that the for broadcasting contributing parts are only formed by such branches' which are predominantly Contain fundamental frequency energy.

For this purpose ι sheet of drawings.