DE389168C - Schaltungsanordnung fuer zwei Kathodenroehren mit drei Elektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Schaltungsanordnungen für die Verwendung von Kathodenröhren mit drei Elektroden als Verstärker oder Relais und als Gleichrichter und Erzeuger von Wechselströmen. Solche Röhren enthalten eine.Kathode, die aus einem glühenden Draht besteht, oder eine Elektrode, die man auf andere Weise zur Ausstrahlung von Elektronen bringt, eine Anode und ein Gitter, alles in einer luftleeren oder fast luftleeren Umhüllung. -

Ein einfaches bekanntes Verfahren, eine Verstärkung durch solche Röhre zu erhalten, besteht darin, daß das eintreffende Signal auf den Gitterkreis einwirkt, wodurch ein verstärktes Signal im Anodenkreis ausgelöst ! wird. Sofern keine Rückwirkung zwischen Anoden- und Gitterkreis besteht, ist das Verhältnis von Anoden- und Gitterspannung oder der Ströme durch die Charakteristiken der Röhre beschränkt. Wenn jedoch das Signal periodisch ist Und eine passende Rückwirkung zwischen. Anoden- und Gitterkreis auf bekannte Weise vorgesehen ist, kann die Verstärkung unendlich gesteigert werden.

Man kann sich die Wirkung eines solchen rückwirkenden Verstärkers söi erklären, daß negative Widerstände eingeführt sind, so daß der Gesamtwiderstand eines Kreises die algebraische Summe aus dem inneliegenden (positiven) und dem infolge der Rückwirkung hinzugefügten (negativen) Widerstand ist. Unter

geeigneten Bedingungen kann so der Gesamtwiderstand um jeden gewünschten Betrag bis Null zu verkleinert werden. In den bekannten Kreisen für periodische Ströme, die viel in der drahtlosen Telegraphic gebraucht werden, und wo die Rückwirkung gewöhnlich in magnetischer oder elektrischer Induktion besteht, kann der Widerstand eines Kreises so beliebig für die bestimmte Frequenz oder die Frequenzen, auf die die Kreise abgestimmt sind, herabgesetzt werden.

Negativer Widerstand kanu in einem Kreis durch eine Kathodenröhrenart eingeführt werden, die unter dem Namen »Dynatron« bekannt ist, in der die Wirkung nicht durch äußere Rückwirkung zwischen Gitter und Anode hervorgerufen wird, sondern durch die Emission sekundärer Elektronen von einer Elektrode, die dem heftigen Bombardement primärer Elektronen unterworfen ist. Das »Dynatron« ist in periodischen und unperiodischen Kreisen anzuwenden und kann zur Verstärkung von Spannung und Strom jeder Form gebraucht werden.

Die Erfindung besteht in einer Vereinigung von Kreisen, die zwei Kathodenröhren enthalten, in denen eine sekundäre Emission von Elektronen nicht eintritt oder keine wichtige Rolle spielt, und durch die ebenfalls ein »negativer Widerstand« eingeführt wird, wie bei Verwendung des »Dynatron« mit einer sekundären Emission. Der Widerstand eines Kreises kann nach der Erfindung beliebig dicht an Null angenähert werden, und die Kreise können so sein, daß tatsächlich die einzigen Impedanzen, die bei der Rückwirkung in Betracht kommen, Widerstände sind, so daß die Impedanz für Ströme jeder Form, einschließlich Gleichströme, beliebig reduziert ist. Dieses Ergebnis erreicht man durch Widerstandsrückwirkung zwischen der Anode der Röhre 1 und dem Gitter der Röhre 2 und zwischen der Anode 2 und dem Gitter von 1. Ein Potentialanstieg des Gitters der Röhre 1 erzeugt ein Anwachsen des Stromes zur Anode der Röhre 1, wodurch ein Abfall des Gitterpotentials 2 bewirkt wird und ein Abnehmen des Stromes zur Anode der Röhre 2 mit folgendem Anstieg des Gitterpotentials 1. So kann jede Änderung im Potential des Gitters oder der Anode sich mehr oder weniger selbst aufrechterhalten.

Dieses Prinzip kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden und Verwendung finden, um Verstärkung einer elektromotorischen Kraft oder eines Stromes beliebiger Form, Gleichrichtung von Wechsel- oder Schwingungsströmen, Regulierung von elektrischen Kreisen durch Veränderung ihres Widerstan- , des und um Erzeugung· von dauernden ! Schwingungen in jeder beliebigen Weise zu erhalten, in der andere Vorrichtungen zur Einführung eines negativen Widerstandes zu diesen Zwecken gebraucht werden. Außerdem können die Kreise nach der Erfindung, durch die eine Verstärkung oder eine Gleichrichtung oder beides erhalten wird, so eingestellt werden, daß, während die Stärke des angewendeten Signals anwächst, die hervorgerufene Wirkung schnell aufhört, dem Signal proportional zu sein, so daß die Kreise als für schwache Zeichen sehr empfindliche Begrenzungsvorrichtung gebraucht werden können, die aber für starke Zeichen unempfindlich oder weniger empfindlich sind; der Sättigungs- oder unempfindliche Zustand wird bei passender Wahl der Werte mit sehr viel schwächeren Zeichen erreicht als man braucht, um einen entsprechenden Grenzeffekt in Verstärk- oder Gleichrichtapparaten gewöhnlichen Gebrauchs zu erzeugen. Die Erfindung in dieser Form kann als strombeschränkender Verstärker für drahtlose Signale benutzt werden, um Interferenz atmosphärischer oder anderer Zeichen abzuschneiden.

In den Zeichnungen sind Schaltungsanordnungen nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Abb. ι zeigt eine Anordnung zur Ausführung des Verfahrens, mit dem man die Rückwirkung zwischen den beiden Röhren erhält, mit besonderer Rücksicht auf die theoretische Erklärung der Erfindung als \"erstärker elektromotorischer Kräfte.

Abb. 2 zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Abb. 1 in bezug auf die verschiedenen Batterien in den Kreisen.

Abb. 3 zeigt eine Art, solch einen Verstärker elektromotorischer Kraft anzuwenden, um einen durch einen Strom betätigten Indikator, xoc wie ein Telephon oder ein Relais, in Gang zu setzen.

Abb. 4 zeigt eine Abänderung der Anordnung von Abb. 3, die sich dazu eignet, die Zahl der notwendigen Batterien zu verringern:

Abb. 5 zeigt einen Weg, die Erfindung als Schwingungserzeuger zu benutzen.

In Abb. ι sind 1 und 2 die zwei Kathodenröhren mit drei Elektroden mit ihren üblichen Glühdrähten, Gittern und Anoden. Die Glühdrähte sind verbunden und können von einer gemeinsamen, nicht dargestellten Batterie geheizt werden. Der Kreis: Anode—Glühdraht von ι umfaßt die Batterie B₁ und die beiden Widerstände R₁ und r_lt alles hintereinandergeschaltet. Ähnlich enthält der Kreis: Anode— Glühdraht von 2 die Teile JS₂, R₂ und r₂, in Reihe geschaltet. Der Kreis: Gitter—Glühdraht von ι enthält den Widerstand r₂, die Quelle der Signalspannung e und die Batterie b_t. Entsprechend umfaßt der Kreis: Gitter—Glühdraht von 2 die Teile r-, und b...

Die Potentiale (in bezug auf das negative Ende der Drähte) der Anoden und der Gitter sind mit V₁, V₂ und V₁, V₂ und die Anodenströme mit I₁ und I₂ bezeichnet. Die Gitterpotentiale können auf jeden passenden Wert durch die Batterien b_L, b* eingestellt werden. Die Gitterströme werden vorteilhaft, aber nicht notwendig gleich Null gemacht oder zu vernachlässigend im Vergleich mit den Anodenströmen.

Man kann theoretisch zeigen und experimentell finden, daß der Widerstand gegen Änderung des Anodenstromes in einer Röhre durch das Dazwischenwirken der anderen t5 Röhre auf einen Betrag reduziert wird, der von den Charakteristiken der Röhren abhängt und der anwächst mit dem Produkt Y₁ X r„. Eine elektromotorische Kraft wird so erzeugt, die aus der elektromotorischen Kräfte des Signals besteht, multipliziert mit einem Faktor, der ohne Grenzen mit r_t X r₂ anwächst.

Weil Änderungen von ν und V die Werte der Röhrencharakteristiken ändern müssen, muß man beim Einstellen der Kreise Vorsichtsmaßregeln gegen Unbeständigkeit ergreifen. Eine geeignete Art einzustellen ist, r, und (oder) r₂ und die Batterien b_x und b₂ zu verändern, während man Milliamperemeter, die I₁ und I₂ anzeigen, als Anzeiger der Instabilität beobachtet. Genaue Einstellung von V₁ und ν., kann man mit den Potentiometern nach Abb. 4 machen. Wenn (T₁ X r₂) zu groß wird, während man V₁ oder v₂ allmählich [ ändert, tritt ein plötzlicher Anstieg von I₁ ' und Abfall von I₂ ein oder umgekehrt. Dann verkleinert man T₁ oder r₂ schrittweise, bis ^; die plötzliche Änderung von I₁ und I₂ aufhört, einzutreten, während man V₁ allmählich ändert. Kleine Änderungen von V₁ erzeugen ! dann große von I₁ und I₂ (in entgegengesetz- , tem Sinn), und die Anordnung arbeitet als j ein sehr empfindlicher Verstärker von elektromotorischer Kraft. -

Wenn V₁ in der Mitte der empfindlichen j Stelle liegt, ist die Anordnung annähernd I gleich empfindlich, für Änderungen von V₁ durch positive und negative Werte des Signals e\ aber sie wird weniger empfindlich, wenn e an Größe zunimmt. Um einen großen empfindlichen Bereich zu erhalten, müssen die darstellenden Punkte auf der Charakteristik Anoden-Kreis-Anoden-Potential und Anoden-Kreis-Gitter-Potential-Kurven gleich liegen, so daß Änderungen in a_± oder g_x so viel wie möglich von Änderungen im entgegengesetzten Sinne in a₂ oder entsprechend g₂ kompensiert werden, und¹ es ist gut, die Punkte auf Stellen ■ von nur geringer Krümmung zu legen. Ein _: geeigneter Weg, diese Bedingungen für einen , großen Empfindlichkeitsbereich zu erlangen, ist, zwischen den beiden Röhren und ihren Kreisen so genau wie möglich Symmetrie herzustellen. Umgekehrt, will man den Empfindlichkeitsbereich sehr eng machen, um den hierin beschriebenen Grenzeffekt zu erhalten, so müssen die darstellenden Punkte, für die beiden Röhren an Stellen der Charakteristiken liegen, wo die Krümmungen sehr ungleich sind; deshalb sind unsymmetrische Kreise am besten. Wenn V₁ von der Mitte des empfindlichen Bereiches entfernt liegt, erzeugen gleiche positive und negative Werte von e ■ ungleiche Wirkungen, und der Apparat kann als Gleichrichter benutzt werden.

Die elektromotorische Kraft des Signals legt man vorteilhaft an das Gitter, wie die Abbildungen zeigen, sie kann aber auch wo anders in einem der Gitter- oder Anodenkreise ^: gebraucht werden. Sie kann auf jede Art benutzt werden, z. B. zum Überbrücken der Enden 7, 8 mit einem Widerstand, durch den der Signalstrom fließt.

Abb. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform von Abb. 1 und zeigt, wie die beiden Anodenbatterien B₁, B₂ durch eine Anodenbatterie ersetzt werden können. Diese Anordnung mag größere Gitterbatterien b_lt b₂ erfordern, aber man muß bemerken, daß Gitterbatterien keinen Strom führen oder zu führen brauchen, so daß eine Voltasäule oder ein anderer geschlossener Typ von Batterie gebraucht werden kann.

Die Anodenspannung, die als eine Änderung der Potentialdifferenz zwischen den beiden Anoden erscheint oder zwischen zwei anderen Punkten, die durch einen Teil oder die Gesamtheit der Anodenwiderstände (r_x + R₁) und (r₂ + R₂) getrennt sind, kann auf irgendeine Weise benutzt werden. Aber im allgemeinen darf kein beträchtlicher Strom im Anodenkreis fließen. Es wird oft angebracht sein, die Anodenspannung an den Gitterkreis einer dritten Röhre 3 (Abb. 3) zu legen, deren Anodenkreis, gespeist von der Batterie B_s, das Anzeigeinstrument T, z. B. ein Telephon, enthält. Das Gitter von 3 kann durch eine Batterie b₃ auf ein geeignetes Potential gebracht werden. Die Verbindungen^ 5 kann man an Klemmen von B₁ und uo (oder) B₂ vornehmen. Genaue Einstellung des Gitterpotentials von 3 kann man durch Einführung eines Potentiometers erhalten. Röhre 3 kann zurückwirken und als schwingendes Röhrenrelais arbeiten.

Abb. 4 zeigt eine Abänderung der Abb. 3 und erlaubt die Benutzung einer gemeinsamen Heizbatterie 9 für alle drei Röhren. R₂ ist fortgelassen, und Batterie B₂ ist klein oder kann sogar fortbleiben. R₁ kann auch fortgelassen und B₁ klein gemacht werden. Die Verstärkung durch jede einzelne Röhre an

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sich ist dann klein, aber dank der Rückwirkung kann die \'erstärkung der Vereinigung groß werden. A'erbindung 6 kann man an eine Klemme von B₁ legen. In der Anordnung der Abb 4 ist die Anodenspannung die Änderung von V₁ allein, und für hohe Empfindlichkeit muß (V₁ + K₁) 1:, weit übertreffen.

Es kann gezeigt werden, daß der Widerstand des Kreises irgendeines äußeren Appato rates, der in den /ij-Kreis geschaltet ist, von dem angewendeten Signal abhängt. Solch äußerer Apparat kann die Gestalt eines Galvanometers oder eines anderen stromdurchflossenen Instrumentes haben; in diesem Fall wird der Strom da hindurch aus der Batterie B₁ geregelt. Oder es kann ein Schwingungskreis, der aus parallelgeschalteter Induktion und Kapazität Ixisteht, wie L, C in Abb. 5 zeigt, der auf irgendeine Weise getrennt angeregt wird, mit R₁ oder r_x in Reihe geschaltet sein; in diesem Falle wird die Dämpfung des Schwingungskreises und deshalb der Wert des Schwingungsstromes darin von dem Signal abhängig sein. Jeder Schwingungskreis, dessen nicht schwankender Widerstand unter Null reduziert ist, wird in dauernde Schwingungen auf wohl verständliche Weise versetzt. Die Erfindung kann, da sie ein negativer Widerstandsapparat ist, an einen Schwingungskreis auf verschiedene bekannte Weise gelegt werden,

in ihm Schwingungen erzeugt werden. Abb. 5 zeigt eine Art. Der Kreis L C wird in Schwingungen versetzt mit annähernd seiner unabhängigen Eigenfrequenz, wenn die hierin erwähnten Bedingungen für einen negativen Gesamtwiderstand des Anodenkreises ι erreicht worden sind.

Mit Ausnahme des Kreises LC in Abb. 5 sind im allgemeinen die Kreise und im besonderen die Widerstände C₁, R₁ und r.,, R.. als Ohmsche Widerstände angenommen. Der Gebrauch von induktiven Widerständen kanu störende anhaltende Schwingungen verursachen und sollte vermieden werden; aber der Versuch zeigt, daß Kapazität enthaltende Widerstandsspulen, wie sie in der gewöhnlichen Drahttelegraphie gebraucht w^rerden, geeignet für Signale niedriger Frequenz sind.

Wenn die Erfindung für Hochfrequenzströme gebraucht wird, z. B. für die der drahtlosen Telegraphic, müssen die Widerstände besonders frei von Eigenkapazität sein, so daß so viel wie möglich des Hochfrequenzstromes zwischen den Enden eines Widerstandes den Widerstand durchfließt. Ebenso soll die Gesamtkapazität von Batterien an Stellen stark wechselnden Potentials, wie Gittern und Anoden, so klein wie möglich gehalten werden.

Es ist wünschenswert, Batterien zu gebrauchen, deren elektromotorische Kräfte sich nur wenig mit der Temperatur ändern. -Weston-Kadmium-Elemente oder ähnliche sind für die Gitterbatterien in Abb. 2- geeignet. Temperaturänderungen der elektromotorischen Kraft einer Batterie, können jedoch mehr oder weniger vollständig durch den Gebrauch von Widerständen mit passenden Temperaturkoeffizienten kompensiert werden.

Claims (4)

1. 70 Patent- An Sprüche:

   ι . Schaltungsanordnung für zwei Kathodenröhren mit drei Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren so miteinander durch Batterien und Wider-

   • stände verbunden sind, daß ein Anstieg des Gitterpotentials in der ersten Röhre einen Abfall des Gitterpotentials in der zweiten erzeugt, was wiederum einen Anstieg des Gitterpotentials in der ersten hervorruft, wobei Vorrichtungen zum

   - Regeln der Größe dieser Rückwirkung vorgesehen sind, so daß jede in dem System durch eine angelegte elektromotorische Kraft erzeugte Änderung verstärkt wird und anzudauern strebt, aber trotzdem keine Instabilität erzeugt und aufhört, wenn die angewendete E. M.K. entfernt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende go Änderung der Widerstände im Anoden-Kathodenkreis der Röhren und entsprechende Einstellung des Gitterpotentials einer Röhre sehr große entgegengesetzte Änderungen der Anodenströme beider Röhren erzeugt werden, wodurch eine sehr empfindliche \^ferstärkung der elektromotorischen Kräfte erzeugt wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitterpotential so eingestellt wird, daß die beiden Röhren an Punkten der Charakteristik mit verschiedener Krümmung arbeiten, wodurch es möglich ist, einen unsYjmmetrischen Verstärker oder einen Gleichrichter für Schwingungen oder Wechselströme zu erhalten.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Gitterpotential einer Röhre etwa in der Mitte des empfindlichen Charakteristikbereiches eingestellt wird, wodurch ein schwaches Signa! relativ größere Wirkungen auslöst als ein stärkeres Signal.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.