DE348995C - Einrichtung zur Verstaerkung und Erzeugung ungedaempfter nieder- oder hochfrequenter Schwingungen mittels eines Entladungsgefaesses - Google Patents

Description

Bekannt ist die Beeinflussung eines Lichtbogens mittels einer dritten Elektrode (Hilfselektrode) zwecks Verstärkung schwacher Wechseströme (Weintraub, 1906). Ferner ist die selbsttätige Erzeugung von hoch- oder niederfrequenten Schwingungen mittels Rückkopplung eines solchen Lichtbogenverstärkers· mit einem schwingungsfähigen System (Barkhausen, Problem der Schwingungserzeugung, 1907, S. 28U.29, und S i egmund Strauß, 1912, österreichisches Patent 71340) bekannt. Diese letzteren Sendelampen haben das¹ Steuergitter im Lichtbogen, so daß dasselbe infolge der hohen Temperatur leicht glühend wind oder gar fortschmilzt. Vor allem läßt es sich nicht dauernd vermeiden, daß; ein Ansatzpunkt für den Lichtbogen am Gitter entsteht und dasselbe an dieser Stelle zerstört wird. Daher ist es nicht gehingen, mit diesen Lampen eine für die Zwecke der drahtlosen Telegraphic und TeIephbnie brauchbare Erzeugung ungedämpfter Schwingungen zu ermöglichen.

Die vorliegende Erfindung besteht nun darin, daß der Lichtbogen nicht zwischen der Kathode und der den verstärkten Strom aufnehmenden Anode, sondern zwischen der Kathode und¹ einer von der eben erwähnten Anode dutrch das Steuergitter getrennten vierten Elektrode erzeugt wird. Ferner wird die Röhre mit einem Edelgas oder Edelgasgemisch' gefüllt." Der entstehende Lidrt-jodgr ^ Glimmbogen_wir^JeTzt m^t~w^Fyon_t außen n5eeif2BSßt,»SQp3ern förennt in konstantem elektrischen Felde undi dient mithin nur als Quelle von Elektronen und_negat.iven Ionen,. dje

Die in einem schwingungsfahlgen~System erregten geringen Anfangsschwingungen, die beim Einschalten der Röhre entstehen, werden jetzt der Steuerelektrode des Lichtbogenverstärkers zugeführt und die verstärkten Schwingungen mittels Rückkopplung zum Schlwingungskreis wieder zurückgeleitet, analog dem Telephonsummer. Dies setzt sich so lange fort, bis der Maximalwert der Amplituden des dem Batteriestrom sich überlagernden Wechselstromes dem Batteriestrom gleich

wird. So entstehen sehr konstante ungedämpfte Schwingungen in d'em schwingungsfähigen System.

Abb. ι stellt eine Ausführungsform der erfindüngsgemäßen Sendeeinrichtung nebst Schaltung dar, wobei der Lichtbogen I beispielsweise zwischen Kohlenelektroden (Lichtbogenanode a_L und Kathode k) in einem Entladungsgefäß e brennt, welches mit Edelgas

ίο gefüllt ist. Der Lichtbogen wird durch einen Blasmagneten M nach unten gerichtet, und seine Stromstärke kann durch, den Widerstand¹ w verändert werden. Gs stellt das Steuergitter dar und α die den verstärkten Wechselstrom aufnehmende Anode. Diese Anode ist an den aus der Selbstinduktion L₁ und der regelbaren Kapazität C₁ bestehenden ScKwingungskreis angeschlossen, der seinerseits, beispielsweise induktiv mittels der Spule L₂, mit der bei B geerdeten Antenne A gekoppelt ist. (Statt dessen könnte die Erde zwischen L₁ und der Batterie B₂ angelegt und die Antenne zwischen α- und L₁ angeschlossen werden oder umgekehrt.) Die Batterie B₂

as liefert die Energie für die Entladüngsstrecke Gs-a, die von L₁ aus durch das Steuergitter Gs beeinflußt wird.

Abb. 2 stellt eine zylindrische Ausführungsform der Sendelampe dar, bei der das Steuer- gitter Gs und die Anode α als konachsiale, den Lichtbogen umgebende Hohlzylinder ausgebildet sind.

■ Abb. 3 zeigt eine Sendeeinrichtung mit einer der Abb. 1 analogen Schaltung, jedoch brennt der Lichtbogen I in Edelgas zwischen den Quecksilber- oder Alkalielektroden (z. B. Kaliumelektroden) k und a_L, aus denen ein kurzer Platindraht p hervorragt, tun für den Lichtbogen einen konstanten Ansatzpunkt zu geben.

Abb. 4 zeigt eine zylindrische Ausführungsform der Edelgasröhre mit Quecksilberkathode, bei der das Steuergitter Gs und die Anode α den Lichtbogen umgebende kon-

♦5 achsiale eiserne Hohlzylinder sind, währenddie Elektrode a_L aus Graphit oder Stahl besteht. ITm den Anodenfall herabzusetzen, ist die Elektrode a^ mit einem dünnen, schwer schmelzbaren (nicht zerstäubenden) Metalldraht p versehen, der durch die Entladung in helle Weißglut versetzt wird und so einen konstanten Lichtbogenansatzpunkt bietet. Zur Zündung ist eine besondere Zündelektrode s vorgesehen. Die Schaltung ist im übrigen die gleiche wie in Abb. 3.

Erfindungsgemäß wird! vorteilhaft die Lichtbogenanode a_L (in Abb. 1 bis 4) als ein Gitter Ga (in Abb. 5) ausgebildet, das den Lichtbogenraum gegen den übrigen Raum abgrenzt. Hierdurch wird eine wesentlich größere Ausbeute an Elektronen aus dem Lichtbogen möglieh, so daß der Anodenstrom i (in Abb. 5) um das Vielfache bei ■gleichbleibender Lichtbogenstromstärke anwächst. Da die Größe des Anodenstromes i für die Schwingungsenergie im Kreise L₁, C₁ maßgebend' ist, wächst auch die nutzbare Schwingungsenergie um das Vielfache.
Die Beeinflussung der negativen Ionen und : Elektronen, die vom Lichtbogen ausgehen, j geschieht wiederum mittels des Steuergitters Gs, welches zwischen dem Gitter Ga und der Anode α angeordnet ist.

Um hierbei den glühenden anodischen Ansatzpunkt des Lichtbogens, welcher zu Zerstörungen Anlaß geben kann, am Gitter Ga möglichst zu vermeiden, wind dieses Gitter mit einem hervorstehenden Stäbchen p' versehen, an dem der Lichtbogen sich nunmehr ^: ansetzt. Ein solcher Anodenansatzpunkt läßt sich gänzlich vermeiden, wenn man den Gasdruck so wählt, daß der Lichtbogen in einen ■ Glimmbogen übergeht, wobei nur an der Kathode ein weißglühender Bogenansatzpunkt besteht, während die Anode von einem dieselbe gleichmäßig bedeckenden positiven Glimmlicht umhüllt wird. Eine stellenweise oder gar punktförmige Erhitzung des Gitters Ga tritt Herbei nicht ein. Die Mittel zur Erzeugung eines solchen Glimmbogens g₀ ; sind in der Patentschrift 303322 angegeben. ; Um mit niedrigen Batteriespannungen für j den Betrieb der Röhre auszukommen, ist ferner als Kathodenmaterial eine elektropositive Substanz (z. B. Kalium) zu wählen, die ein niedriges Kathodengefälle beim Glimmbogen besitzt.

Die Kathode k ist in Abb. 5 becherförmig ausgebildet, um die Entladung- von der an das Gitter angrenzenden Röhrenwandung· abzuhalten. Hierfür können auch andere Vorkehrungen (z. B. eine Einziehung der Röhrenwandung) dienen,

In Abb. 6 ist statt der induktiven Rückkopplung des Steuergitters Gs mit dem Schwingungskreis L₁, C₁ eine kapazitive Rückkopplung gewählt, indem das Steuergitter über einen Kondensator C₈ und einen Gleitkontakt an die Spule L₁ angeschlossen ist. Der Glimmbogen, welcher im Räume R zwischen der Kathode k und der Gitteranode Ga entsteht, wird durch die von einem Kondensator C₂ überbrückte Batterie B₁ unterhalten. Ein Vorschaltwiderstand W mit Gleitkontakt dient zur Einregulierung der Stromstärke, die bei einer Spannung der Batterie S₁ von etwa 16 Volt 0,1 bis 10 Ampere betragen kann, wenn beispielsweise die Kathode aus Kalium und die Gasfüllung aus Argon von 1 mm Druck besteht. Die Kathode 12c zeigt einen scharfen weißglühenden Ansatzpunkt der Lichterscheinung, während das

kalt bleibende Gitter Ga₁ das für den Glimmbogen die Anode bildet, von einem positiven Glimmlicht bedeckt ist. Die Entladung wird durch vorübergehendes Niederdrücken der Taste T eingeleitet, indem dabei ein Kurzschluß der Drosselspule D aufgehoben und 'die Entladungsstrecke kurzgeschlossen wird. Der Selbstinduktionsstoß der Spule D zündet die Röhre in dem Augenblick, wo in der Schwebestellung der Taste beide Kurzschlüsse aufgehoben sind. Bemerkt sei, daß die Zündung der Röhre auch auf andere Art, z. B. durch die bei den Quecksilberdampflampen bekannten Einrichtungen oder mittels Vakuumunterbrecher, bewirkt werden kann.

Abb. 7 unterscheidet sich von der Abb. 6 durch eine Erweiterung des Raumes R der Röhre, wodurch eine höhere Strombelastung der Röhre ermöglicht wird'. Die Schaltung ist im übrigen gleich derjenigen in Abb. 6, jedoch ist die Rückkopplung induktiv durchgebildet, indem in die Verbindung vom Steuergitter Gs zum Schwingungskreis L₁, C₁ eine Übertragerspule L₃ außer dem Kondensator C₃ eingefügt ist. Der Anschluß ist beispielsweise am unteren Pol der Batterie B„ hergestellt.

Eine zweckmäßige Ausbildung der Steuerelektrode gemäß der Erfindung ist derart, daß sie von dem Gasentladungsrauim isoliert ist. Dies wird in der Weise ausgeführt, daß das Steuergitter z. B. auf d'er Außenseite der Röhre angeordnet wird. Abb. 8 zeigt beispielsweise als Ersatz des Steuergitters einen Ring Gs, der in eine Nut der äußeren Röhrenwandung eingelegt ist. Die Schaltung der Röhre ist die gleiche wie in Abb. 7, abgesehen davon, daß die Übertragerspule L₃ der Rückkopplung zwischen B₂ und L₁ angeschlossen ist. Der Ring kann auch in einer Faltung der inneren Röhrenwandung angeordnet werden, wobei er ebenfalls nicht vom Ionen- und Elektronenstrom berührt wird! und nur kapazitiv auf letzteren wirkt. Der gleiche Zweck wird erreicht, wenn das im Röhrenquerschnitt liegende Steuergitter aus" isoliertem Draht hergestellt wird.

Durch eine besondere Schaltung des Steuergitters wird erfindungsgemäß zwischen ihm! und dem den Licht- oder Glimmbogenraum abschließenden Gitter ein Gegenfeld erzeugt. Diese Schaltung ist in den Abb. 1, 3 und 5 angewendet, indem dort durch eine Teilspannung der Batterie B₁ das. erwähnte Gegenfeld zwischen den Elektroden a_L bzw. Ga und dem Steuergitter Gs hergestellt wird. Dieses Gegenfeld muß etwas kleiner als die entgegengesetzt gerichtete Ionisierungespannung des die Röhre erfüllenden Gases, ader Dampfes sein. Da dieser Ionisierungsspannung die Geschwindigkeit (in Volt) entspricht, mit der 'die Elektronen und' negativen Ionen das Gitter Ga durchfliegen bzw. verlassen, wird durch das Gegenfeld diese Geschwindigkeit so vermindert, daß sie das Gitter Gs mit sehr geringer Geschwindigkeit erreichen, oder daß sie sogar auf parabelähnlichen Bahnen zum Gitter Ga zurückg"elenkt werden. Die Zurückbiegung aller Elektronen zum Gitter Ga bzw. ihr völliger 7<J Durchtritt durch das Gitter Gs erfolgt analog der Ktirvenform der zu verstärkenden Wechselspannung, die dem Gitter Gs zugeführt wird. In dem Räume Ga-Gs findet keine Stoßionisation der Elektronen statt, dagegen werden die durch das Gitter Gs in den Raum Gs-a eintretenden Elektronen so stark beschleunigt, daß dort eine Stoßionisation durch die freien Elektronen oder in gewissen Fällen auch noch durch die negativen Ionen eintritt. Auf diese Weise kommt eine erhebliche Verstärkung der Wirkung zwischen d'em Raum Ga-Gs und dem Raum Gs-Ga zustande, wodurch der Wirkungsgrad der ganzen Einrichtung erhöht wird. Es ist dabei darauf zu achten, daß das elektrische Feld zwischen Gs und Ga nicht so stark wird, daß auch die positiven Ionen eine zur Stoßionisation ausreichende Geschwindigkeit erlangen. In diesem Falle würde eine durch die. Vorgänge zwischen Ga und Gs nur wenig beeinflußte selbständige Entladung zwischen Gs und α zustande kommen und die Verstärkung ausbleiben. Auf "andere Art kann diese Gefahr dadurch vermieden werden, daß man die

. Anode α mit möglichst kleiner Oberfläche^ ausstattet, z. B. als Stab ausbildet, der nötigenfalls noch zu seinem größten Teil mit einer Glasrohre überzogen ist, so daß ein möglichst

; hoher Anodenfall eintritt (Abb. 9 bis 11 und , Abb. 13). Hierbei ist es möglich, behufs Er-

■ höhung der im Anodenkreis (a, L₁, B„, Ga) auftretenden Energie bei derselben Gasfüllung eine bedeutend höhere PotentialdifEerenz zwischen der Anode und dem Gitter Gs anzulegen, ohne daß auch die positiven Ionen durch Stoß ionisieren.

In den Abbildungen besitzen die Röhren

; durchweg eine im wesentlichen zylindrische Form, ohne daß die Erfindung jedoch! hierauf

ι beschränkt werden soll. Ferner sind stets nur vier Elektroden in den Röhren angedeutet, ■doch können weitere Gitter für Hilfs- und Zweigstromkreise nach Bedarf eingefügt werden. Ein solcher Fall liegt z. B. vor, wenn zwischen dem Steuergitter und der Anode eine so starke Stoßionisation durch die negativen Ionen hervorgerufen wird, daß von der Anode aus durch das Gitter die Kanalstrahlen in beträchtlicher Menge in den Raum des Gegenfeldes gelangen. Um dies zu vermei-

[den, wird nach vorliegender Erfindung die

Anode mit einem gegen dieselbe negativ aufgeladenen Faradaykäfig F versehen.

Der Faradaykäfig kann im Falle einer zylindrischen Anode 'dieselbe als zylindrisches Drahtnetz, bestehend aus Zylindermantel und Grundfläche, umgeben (Abb. 9), es genügt aber auch als Faradaykäfig das Vorhandensein der Grundfläche allein (Abb. 10) oder das Vorhandensein des Zylindermantels allein (Abb·. 11). Die negative Ladung kann entweder von einer besonderen Abzweigstelle der Batterie entnommen werfen, so daß die Röhre fünf Elektroden besitzt (Abb. 9), oder der Käfig kann mit dem· Anodengitter Ga des Licht- oder Glimmbogens verbunden werden, wobei die Röhre nur vier Ausführmigsenden benötigt (Abb. 10 und' 11). Die Schaltung ist dabei die gleiche wie in den Abb. S bis 8.

Ein anderer Fall, welcher ebenfalls zur An-Ordnung einer fünften Elektrode führt, ergibt sich, wenn man bei Ausführung nach Abb. 1 bis 4 die Gegenspannung an eine besondere Netzelektrode Gg (Abb. 12 und 13) anschließt, welche zwischen dem Steuergitter Gs einerseits und! den Licht- oder Glimmbogenelektroden (k; a_L) anderseits angeordnet wird. Diese Anordnung hat den Zweck, ein gleichmäßiges Gegenfeld herzustellen, das die aus dem Lichtbogen gewonnenen Elektronen durchlaufen müssen.

Bemerkt sei, daß bei Anwendung der Röhre lediglich zu Verstärkungszwecken die Spule L₃ durch den Übertrager zu ersetzen ist, der die zu verstärkenden Ströme aufnimmt, und statt des Schwingungskreises L₁, C₁ ein Empfänger, z. B. ein Telephon, zu schalten ist.

Claims (9)

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zur Verstärkung und j Erzeugung ungedämpfter nieder- oder hochfrequenter Schwingungen mittels eines Entladüngsgefäßes, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektronenquelle ein von außen nicht beeinflußter, bei konstantem Entladungspotential in Edelgas brennender Licht- und Glimmbogen dient, der nicht zu der den verstärkten Strom aufnehmenden Anode (a), sondern zu einer von dieser Anode durch das Steuergitter getrennten vierten Elektrode übergeht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenanode (a>i in Abb. 1 bis 4) zwecks größerer Elektronenausbeute als Gitter (Ga in Abb. S bis 9) ausgebildet ist, das den Lichtbogenraum gegen den übrigen Raum der Röhre abgrenzt, wobei dieses Gitter zweckmäßig mit einem hervorstehenden Stäbchen (p¹) versehen wird, um einen konstanten Ansatzpunkt für den Lichtbogen zu schaffen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Vermeidung des störenden anodischen Lichtbogenansatzpunktes durch geeignete Wahl des Gasdrucks, der Elektrodenform und des Elektrodenmaterials an Stelle des Lichtbogens ein Glimmbogen erzeugt wird, der nur an. der Kathode (/;) einen weißglühenden Bogenansatzpunkt besitzt, während die Gitteranode (Ga) von positivem Glimmlicht gleichmäßig bedeckt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtoder Glimmbogen im Edelgas von einer Kathode aus elektropositiver Substanz

(z. B. Alkalimetall), die ein niedriges Kathodengefälle besitzt, ausgeht, zwecks großer Blektronenausbeute und Erzeugung eines möglichst niedervoltigen Glimmbogens.

5. Einrichtung nach Anspruch' 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein statt des Steuergitters (Gs) dienender Ring auf der Außenseite der Röhre (Abb. 8) oder im Inneren derselben in einer Falte angeordnet oder das Steuergitter aus isoliertem Draht ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Licht- oder Glimmbogenanode (a_L bzw. Ga) und dem Steuergitter (Gs) durch geeigneten Batterieanschluß ein Gegenfeld erzeugt wirf, dessen Spannung kleiner als die Ionisierungsspanniung des betreffenden Gases oder Dampfes ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (a) mit einer möglichst kleinen Oberfläche ausgestattet, z. B. als Stab mit Glasüberzug ausgebildet ist, zwecks Erhöhung der Anodenkreisspannung und somit auch der auszulösenden Energie, ohne Stoßionisation der positiven Teilchen hervorzurufen (Abb. 9 bis 11 und 13).

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Anordnung eines negativ aufgeladenen Faradaykäfigs (F, Abb. 9 bis 11) derart, daß das Auftreten von KanaistraMen im Gegenfeld no verhindert wird'.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenpotential an eine besondere (fünfte) Elektrode (Gg) angeschlossen ist (Abb. 12 und 13).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.