DE310278C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein elektrisches Entladungsgefäß, welches eine negative Widerstandscharakteristik aufweist, d. h. bei welchem der Strom mit zunehmender Spannung abnimmt im Gegensatz zu den meisten Vorrichtungen, bei welchen eine Zunahme der angelegten Spannung von einer Zunahme des Stromes begleitet ist.

In der Zeichnung veranschaulicht Fig. 1 eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes. Fig. 2 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung zur Verstärkung veränderlicher Spannungen; Fig. 3 zeigt eine Anwendung bei einer Empfangseinrichtung für die drahtlose Nachrichtenübertragung und Fig. 4 zeigt die Stromcharakteristik des Entladungsgefäßes.

Das in der Fig. 1 dargestellte Entladungsgefäß besteht aus einer hochevakuierten Röhre 1 mit fadenförmiger Glühkathode 2, die mit Stromzuführungsdrähten 3 zur Zuführung eines Heizstromes verbunden ist. Diese Kathode ist vorzugsweise von einem zylindrischen Drahtgitter 4 umgeben, welches als Anode dient

: und mit einem Stromeinführungsdraht 5 verbunden ist. Kathode und Anode sind von einer dritten Elektrode umgeben, die aus einem Metallzylinder 6 besteht, der mit einem Stromeinführungsdraht 7 verbunden ist. Dieser Zylinder umgibt die Anode vorzugsweise recht eng, doch ist auch eine andere gegenseitige Lage der drei Elektroden möglich, um die Charakteristik der Vorrichtung zu beeinflussen. Die Röhre 1 soll vorzugsweise so stark entlüftet sein, daß beim Anlegen von'Spannungen von derfürden Betrieb gewünschten Größenordnung an die Elektroden keine sichtbare Folgeerscheinung irgendeiner Gasionisation, wie z. B. blaues Glimmlicht, eintritt.

Wenn die Kathode geerdet ist und zum Glühen gebracht wird und an die Anode eine positive Spannung angelegt wird, dann strömen Elektronen von der Kathode zur Anode. Befindet sich die dritte Elektrode 6 gleichfalls auf Erdpotential, so nimmt sie keine Elektronen auf, da sie sich auf demselben Potential befindet, wie die Kathode. Wenn dagegen der dritten Elektrode eine geringe positive Spannung zugeführt wird, dann trifft ein Teil, der Elektronen, welcher die Gitteranode durchsetzt hat, die dritte Elektrode und sie erhält einen Strom negativer Elektrizität. Die Geschwindigkeit, mit welcher diese Elektronen auf die dritte Elektrode auftreffen, hängt von dem Spannungsunterschied zwischen ihr und der Kathode ab. Wenn dieserSpannungsunterschied vergrößert wird, dann wächst die Geschwindigkeit, bis die die dritte Elektrode treffenden Elektronen durch ihren Impuls sekundäre Elektronen auslösen. Letztere verlassen die dritte Elektrode und werden von der mehr positiven Anode angezogen. Bei weiter wachsendem Spannungsunterschied wird

schließlich ein Punkt erreicht, bei welchem die Zahl der die dritte Elektrode verlassenden sekundären Elektronen gerade gleich der Anzahl der sie treffenden primären Elektronen ist, d. i. bei welchem jedes auf die dritte Elektrode auftreffende Elektron im Durchschnitt ein sekundäres Elektron auslöst. In diesem Fall wird von der dritten Elektrode kein Strom aufgenommen. Wird ihre Spannung

ίο weiter vergrößert, dann wird die Zahl der von ihr abgegebenen sekundären Elektronen größer als die Zahl der von ihr aufgenommenen primären Elektronen und die Folge ist, daß die dritte Elektrode Elektronen verliert und daher der Anode Strom liefert, anstatt solchen zu erhalten.

Dieses eigentümliche Verhalten wird am besten durch die Schaulinie der Fig. 4 veranschaulicht, in welcher die Ordinaten den zu oder von der dritten Elektrode fließenden Elektronenstrom darstellen und die Abszissen die zugehörigen Spannungen der dritten Elektrode.

Der Teil A-B der Schaulinie veranschaulicht das Anwachsen des die dritte Elektrode treffenden Elektronenstromes mit von Null an wachsender Spannung. Wenn diese Spannung über den Punkt B hinaus ansteigt, beginnt die Zunahme der Emission der sekundären Elektronen über die Zunahme der aufgenommenen primären Elektronen, und der Strom beginnt zu sinken. Wenn die Spannung einen bestimmten Punkt D erreicht, verliert die dritte Elektrode ebensoviel Elektronen als sie empfängt, und der Strom wird Null. Von D bis E wächst die Zahl der abgegebenen sekundären Elektronen immer weiter und damit der Elektronenstrom von der dritten Elektrode zur Anode. Schließlich wird ein Punkt E erreicht, bei welchem sich die Spannung der dritten Elektrode so sehr derjenigen der Anode nähert, daß der Spannungsunterschied nicht mehr genügend groß ist, um so viel Elektronen wie früher nach der Anode hin zu ziehen, und infolgedessen beginnt die Zahl der von der dritten Elektrode abgegebenen sekundären Elektronen wieder abzunehmen. Es wird dann wieder ein Punkt F erreicht, in welchem die Zahl der sekundär abgegebenen Elektronen gleich ist derjenigen der die dritte Elektrode treffenden primären Elektronen und der Strom wieder Null wird. Von diesem Punkte an nimmt der von der dritten Elektrode aufgenommene Elektronenstrom mit zunehmender Spannung zu. Die gestrichelte Linie G veranschaulicht die Anodenspannung. Der Teil B-E der Stromkurve ist annähernd geradlinig und kann durch die Gleichung

ausgedrückt werden, worin E die Spannung der dritten Elektrode bedeutet und i_o und R Konstanten sind, die von den Eigenschaften des besonderen Entladungsgefäßes abhängen, und ι den zu oder von. der dritten Elektrode fließenden Strom bezeichnet, je nachdem

E ^Io~~R

positiv oder negativ ist. R entspricht dem Widerstand eines gewöhnlichen Stromkreises, jedoch mit dem Unterschied, daß er in diesem Fall negativ ist. Wie ersichtlich ist, gibt es also einen Betriebsbereich, innerhalb dessen der von der dritten Elektrode aufgenommene Strom abnimmt, wenn die. angelegte Spannung steigt.- Dieses Verhalten ist im folgenden mit dem Ausdruck »negativer Widerstand« bezeichnet.

Es ist nicht wesentlich, daß der Teil B- E der Stromkurve bis unter die Spannungsachse reicht, und, wenn dies wie im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist, dann ist es nicht wesentlich, ob das Entladungsgefäß im Betrieb auf dem Teil B-D oder auf dem Teil B-E der Kurve arbeitet.

Fig. 2 veranschaulicht, wie bereits erwähnt wurde, die Anwendung eines solchen Entladungsgefäßes mit negativem Widerstände zur Ver- go größerung von Spannungsschwankungen. Der mit 8 bezeichnete negative Widerstand ist hier in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise aufgebaut. Eine Stromquelle 9 liefert den Strom zum Heizen der Glühkathode 2, und durch eine Batterie 10 wird der Anode 4 eine konstante positive Spannung aufgedrückt. Der dritten Elektrode des Entladungsgefäßes wird von einer weiteren Batterie 11 in Reihe mit einem Widerstand 12 eine positive Spannung von solchem Wert aufgedrückt, daß das Gefäß auf einem Punkte des Teiles B-E der Stromkurve arbeitet. Diesem Stromkreis wird durch einen Transformator 13, dessen Primärwicklung an die Stromquelle der zu verstärkenden Spannungsschwankuhgen angeschlossen ist, eine veränderliche Spannung aufgedrückt. Wenn diese Spannung Null ist, dann fließt ein bestimmter Strom im Stromkreis der dritten Elektrode. Dieser Strom ist von einem Spannungsabfall im Widerstand 12 begleitet, und der Spannungsunterschied zwischen der Kathode und der dritten Elektrode wird gleich dem Unterschied zwischen diesem Spannungsabfall und der Spannung der Batterie n. Wenn der Widerstand 12 größer ist als die Konstante R des vom Entladungsgefäß gebildeten negativen Widerstandes und wenn die vom Transformator 13 gelieferte zusätzliche Spannung die gleiche Richtung hat wie die von der Batterie 11 gelieferte Spannung, dann ist die nächste Wirkung der zusätzlichen'

Spannung eine Vergrößerung des Spannungsabfalles im Widerstände 12, wodurch die positive Spannung der dritten Elektrode gegenüber der Kathode erniedrigt wird. Infolgedessen fließt mehr Strom im Stromkreis. Durch die Vergrößerung des Stromes wird aber auch der Spannungsabfall im Widerstand 12 vergrößert und die dritte Elektrode wird daher weniger positiv, wodurch der Strom noch weiter wächst. Wenn schließlich -ein Punkt erreicht ist, bei welchem der Strom stabil wird, dann wird die Änderung des Spannungsabfalles im Widerstand viel größer als die vom Transformator 13 gelieferte Spannung. Das Maß der Vergrößerung oder der Grad der

Änderung der Spannung an den Klemmen des Widerstandes 12 bei Änderung der dem

. Stromkreis gelieferten Spannung hängt von dem Verhältnis des Widerstandes 12 zu dem Unterschied ■ zwischen dem Widerstand 12 und der Konstanten R ab. Je geringer der Unterschied dieser letzteren beiden, desto größer wird der Verstärküngsgrad. Wenn der Widerstand 12 kleiner als die -Konstante R ist, dann gilt das nämliche, und die Wirkungsweise ist ähnlich der beschriebenen, aber die zusätzliche Spannung hat die Wirkung, den Spannungsabfall am Widerstand 12 und den Stromfluß, zu verringern. Während bei der vorstehenden Erklärung angenommen wurde, daß der Strom allmählich durch stufenweise Steigerung seinen stabilen Wert erreicht, erreicht er diesen in Wirklichkeit augenblicklich und antwortet auf alle Spannungsschwankungen, gleichgültig, wie kurz deren Dauer ist. Wenn die Richtung der vom Transformator 13 gelieferten zusätzlichen Spannung derjenigen der Batterie 11 entgegengesetzt ist, dann ist die Wirkungsweise gerade umgekehrt zur beschriebenen, d. h. wenn der Widerstand 12 größer als R ist, dann sinkt der Strom, und wenn der Widerstand 12 kleiner als R ist, dann wächst der Strom. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Widerstand 12 als gewöhnlicher ohmscher Widerstand angenommen; es kann jedoch an dessen Stelle eine beliebige Vorrichtung mit positiver Widerstandscharakteristik treten.

Fig. 3 veranschaulicht, wie erwähnt wurde, die Anwendung des Erfindungsgegenstandes zur Vergrößerung des Verstärkungsgrades einer Empfangseinrichtung für die drahtlose Nachrichtenübertragung. Die Empfangseinrichtung besteht in einer Antenne 14, die durch einen Transformator 15 mit dem Gitterkreis eines in einem Entladungsgefäß bestehenden Verstärkers 16 verbunden ist. Dieser Verstärker besitzt eine Glühkathode 17, eine Anode 18 und ein zwischenliegendes Gitter 19 in einem stark entlüfteten Gefäß. Die Wirkungsweise dieser Verstärker ist bekannt und bedarf keiner näheren Erläuterung. Der Anodenkreis des Verstärkers erhält Strom von dem Teil 20 einer Batterie 21 und enthält einen Widerstand 22, welcher mit dem Gitterkreis eines zweiten, dem ersten ähnlichen Verstärkers 23 verbunden ist. Der Anodenkreis des zweiten Verstärkers enthält einen Telephonempfänger 24 und wird von dem Teil 25 der Batterie 21 mit Strom versorgt. Die Anode 27 des Entladungsgefäßes 26 von negativem Widerstand wird von der Batterie 21 mit konstanter positiver Spannung gespeist, während die dritte Elektrode 28 dieses Entladungsgefäßes in Reihe mit dem Widerstand 22 und der Batterie 20 liegt. . Wenn die Antenne 14 Zeichen aufnimmt, ändert sich die Spannung des Gitters 19 und entsprechend der Strom im Anodenkreis des Verstärkers 16. Wenn für einen Augenblick die Wirkung des negativen Widerstandes 26 vernachlässigt wird, dann rufen diese Stromschwankungen entsprechende Spannungsschwankungen an den Klemmen des Widerstandes 22 und in weiterer Folge Schwankungen der Gitterspannung des Verstärkers 23 und des Stromes durch den Telephonempfänger 24 hervor. Der im Anodenkreis des Verstärkers 16 fließende Strom hängt von der Spannung des Gitters 19 und dem Spannungsunterschied seiner Elektroden ab. Sowie der Strom durch den Widerstand 22 zunimmt, wächst der Spannungsabfall in diesem Widerstand und sinkt der Spannungsunterschied zwischen den Elektroden des Verstärkers 16. Daher steigt der durch den Verstärker 16 fließende Strom nicht bis zu jenem Wert an, den er bei konstant bleibender Spannung erreichen würde. Diese Wirkung wird nun jedoch durch den negativen Widerstand ausgeglichen, welcher in dieser Hinsicht gerade umgekehrt wie der Verstärker arbeitet. Wenn der Spannungsunterschied zwischen den Elektroden des Verstärkers 16 sinkt, dann sinkt in gleicher Weise auch der Spannungsunterschied zwischen der Kathode und der dritten Elektrode des negativen Widerstandes, und es wächst daher der Strom durch den negativen Widerstand. Der Spannungsabfall durch den Widerstand 22 hängt von dem ihn durchfließenden Gesamtstrom ab oder von der Summe der beiden Ströme und, da diese beiden gleichzeitig wachsen, so wächst der Gesamtstrom viel stärker, als es bei Abwesenheit des negativen Widerstandes der Fall wäre. Die Verstärkung fällt somit viel größer aus, als ohne den negativen Widerstand möglich wäre. In der Praxis zeigt es sich, daß, es am besten ist, wenn der negative Widerstand einen solchen Wert besitzt, daß er die Widerstände des Verstärkers 16 und des Widerstandes 22 möglichst ausgleicht. Wenn die Spannung des Gitters 19 stärker negativ wird und der Strom im Anodenkreise

des Verstärkers sinkt, dann ist die Wirkungsweise gerade umgekehrt wie beschrieben.

Die gegenseitige Lage der drei Elektroden kann, wie erwähnt wurde, verschieden sein. Im allgemeinen soll die dritte Elektrode nahe der Anode angeordnet sein und in solcher Lage, daß ein Teil der von der Kathode ausgehenden Elektronen die dritte Elektrode trifft, selbst wenn ihre Spannung weniger positiv als diejenige der Anode ist. Ferner soll die gegenseitige Lage der Elektroden so sein, daß die von der dritten Elektrode abgegebenen sekundären Elektronen leicht die Anode erreichen können.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   !.Elektrisches Entladungsgefäß mit Glühkathode und Hilfselektrode, welche von den von der Glühkathode ausgehenden Elektronen getroffen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode jenseits der Anode angeordnet, und daß zwischen die Glühkathode und die Hilfselektrode eine Spannung von solchem Wert angelegt ist, daß sich bei Schwankungen in der Spannung der Strom der Hilfselektrode im umgekehrten Sinne ändert und das Entladungsgefäß als negativer Widerstand wirkt.
2. 2. Einrichtung für die Verstärkung elektrischer Spannungsschwarikungen unter Benutzung eines Entladungsgefäßes nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß letzteres mit einem positiven Widerstand von zweckmäßig annähernd gleicher absoluter Größe in Reihe geschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen,