DE396996C - Anordnung zur Erzeugung von Wechselstrom oder elektrischen Schwingungen durch Kathodenroehren - Google Patents

Description

Es sind in letzter Zeit Anordnungen zur j Erzeugung von elektrischen Schwingungen durch Vakuumröhren bekannt geworden (vgl. z. B. die Patentschrift Nr. 291604), welche eine \ beträchtliche Leistung, bis zu mehreren Kilowatt, \ in einer Röhre in Hochfrequenz umzusetzen i gestatten. Bei dieser Methode ist eine gewisse Verlustleistung, die sich lediglich in Erhitzung ' der Elektroden umsetzt, mit in Kauf zu neh- i

men. Man kann hier je nach den Arbeits- j, bedingungen mit Verlusten von etwa 20 Pro- j zent bis 50 Prozent rechnen, die die Elektroden, : speziell die Anode, aushalten müssen, ohne durch die hohe Temperatur zerstört zu werden. Es können jedoch Fälle eintreten, die eine weit darüber hinausgehende Belastung der Anoden hervorrufen, nämlich ein Aussetzen der Schwingungen oder ein Fehler in der Bedienung. Die Röhren haben nämlich die durch ihre j

Beschickung mit Gleichstrom hervorgerufene unangenehme Eigenschaft, nicht leer zu laufen, j wenn man die Hochfrequenz-Energieentziehung unterbricht, d. h. den Schwingungskreis außer '■■ Betrieb setzt, sondern annähernd dieselbe Leistung aufzunehmen, jedoch lediglich als Wärme zu verzehren. Diese auCerordentliche Erhöhung der Verlustleistung bringt oft eine solche Temperatursteigerung hervor, daß die Röhre sofort zerstört wird. J. Langmuir sagt hierüber (s. Gen. El. Rev., Mai 1915, S. 336): »Es besteht bei hohen Spannungen keine Schwierigkeit, mit diesen Strömen zu arbeiten, vorausgesetzt, daß die Energie in einem mit der Röhre in Serie liegenden Element verzehrt wird. Andernfalls, wenn die volle Spannung an der Anode liegt, während der Anodenstrom fließt, kann die in Form von Wärme ausgelöste Energie so groß sein, daß die Anode wegschmilzt oder die Glasteile erweichen.«

Die Gründe für diese Überlastung der Röhre ^^ß im Ruhezustand und die Beseitigung dieses Ubelstandes durch vorliegende Erfindung sind an der Hand der Abb. 2 zu ersehen. Es erschien bisher als selbstverständlich, daß im Ruhezustande der Anodenstrom ungefähr gleich dem Mittelwert zwischen dem höchsten und

dem niedrigsten Strom, d. h. gleich ^- sein

müßte, damit ein ungestörter symmetrischer Verlauf des Anodenwechselstromes nach oben wie nach unten gleichmäßig bis zu den Grenzen / = Js und J = o stattfinden könnte, so daß der Anodenstrom, im Ruhezustand auf J_K ~ P stehend, den Verlauf der Kurve I (Abb. 3) hatte. Nach der vorliegenden Erfindung muß der Strom im Ruhezustand J_R gleich höchstens dem vierten Teil des Maximalstromes sein, vorzugsweise noch niedriger, etwa Jn = Q, Abb. 2, so daß der Anodenstrom die durch Kurve II Abb. 3 angegebene merkwürdige Form bekommt. Diese Form erscheint zunächst schädlich infolge der notwendig vorhandenen, speziell in der drahtlosen Telegraphie störenden Oberschwingungen. Aber dieser Einfluß läßt sich bei der Ausstrahlung der Schwingungen herausfiltrieren. Dagegen zeigt die Kurve II gegen Kurve I folgende Vorteile: In Kurve I ist der mittlere Anodenstrom im Schwingungszustand etwa gleich

Js

so daß die Batterie

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leistung gleich -^- · E_A (Ε_Λ bedeutet die Anoden-

gleichspannung in Abb. 1) und, da der Wirkungsgrad in der Nähe von 50 Prozent liegt, die

Verlustleistung gleich — · E1 wird. Im Ruhe-4

zustand wird der Anodenstrom gleich ^-, die

diese Kurvenform II etwas geringer als

Ts
Batterieleistung gleich -— · E\ und, da keine

Nutzleistung existiert, die Verlustleistung gleich dem vollen Betrag — · E,\, d. h. doppelt so

groß wie im Schwingungszustande. Im Erfindungsfalle (Kurve II) dagegen wird im Ruhezustand bei den in Abb. 3 angenommenen Verhältnissen der Strom Jr = Q etwa gleich

~- sein, so daß die Verlustleistung gleich

Ε_Λ · -~ß-, d. h. ein Drittel so groß wie im Falle I

ist. Es wird also eine sehr geringe Belastung der Anode dadurch erreicht. Der mittlere Strom im Schwingungszustande wird durch

Ja 2 ' jedoch wird dies durch eine Verbesserung des Nutzeffektes ausgeglichen. Diese Verbesserung, ein zweiter Vorteil des niedrigen Ruhestromes, ist darauf zurückzuführen, daß fast eine halbe Periode lang während der höchsten Röhrenspannung der Strom gleich Null ist, so daß keine Verlustleistung auftritt. Der Nutzeffekt läßt sich dann besonders hoch treiben, wenn man den Ruhestrom vollkommen bis Null herunterbringt, indem man im Ruhezustand die resultierende Spannung negativ macht, so daß auch im Schwingungszustand der Strom lange Zeit auf Null läuft. Es muß dann Eg + a Ea negativ sein, so daß der Ausdruck

(Eg+ o.Ea)^% imaginär wird. Zur Herbeiführung dieses kleinen Ruhestromes ist es notwendig, die Röhrenkonstante a, das Durchgreifen, welches angibt, zu welchem Bruchteil die Anodenspannung in den Kathodenraum

fc> eindringt bzw. durch das Gitter hindurchgreift, besonders klein zu machen. Es geschieht dies dadurch, daß das Gitter enge Maschen be-

• kommt, und daß die Anode weit vom Gitter entfernt ist. Die absolute notwendige Größe von α läßt sich nicht einheitlich angeben, da sie von den anderen elektrischen Größen der Sendeeinrichtung abhängt. Als Beispiel diene der Vorgang in einer Hochvakuumröhre. Bezeichnet Jr den Ruhestrom, /5 den Sättigungsstrom, ferner Eq die Gittergleichspannung, α das Durchgreifen, Ea die Spannung der Anodenbatterie sowie K eine Röhrenkonstante, die die Steilheit der Charakteristik definiert und

unabhängig von allen elektrischen Größen ebenso wie α nur durch die mechanischen Abmessungen der Röhre speziell durch den Abstand des Gitters vom Brenner gegenüber ist, so bekommen wir bei einer Hochvakuumröhre folgende Gleichung:

τ 3

Es werden nun beim Bau einer Röhre bzw. eines Senders Js und E_B aus praktischen Gründen gegeben sein, Eq wird nun wenig von Null· verschieden sein, K ergibt sich aus mechanischen Gründen, so daß α vor allen als die hauptsächlich variable Größe übrigbleibt. Erfindungsg. maß soll also die Röhre so gebaut werden, daß α so klein wird, daß wir erhalten:

= -V oder kleiner.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung von Wechselstrom oder elektrischen Schwingungen durch Kathodenröhren mit hohem Vakuum oder verdünnten Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorgegebenen Spannungen und Sättigungsstrom die Elektroden in bezug auf die Konstanten (K und α), d.h. den Anstieg des Stromes sowie das Durchgreifen der Anodenspannung, so bemessen oder angeordnet werden, bzw. daß eine solche Kombination von Spannungen, Sättigungsstrom und Konstanten getroffen wird, daß der Strom (Ruhestrom) im Ruhezustand der Röhre selbsttätig trotz angeschalteter 9" voller Anodenspannung und Betriebsgittergleichspannung auf einen Wert sinkt, der gleich einem Viertel des Sättigungs^tromes des Betriebes oder kleiner ist.

2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessung der Elektroden bzw. der Spannungen so gewählt wird, daß der Ruhestrom gleich Null ist.

3. Anordnung nach Anspruch r und 2 für die Verwendung von Hochvakuumröhren/ dadurch gekennzeichnet, daß im Ruhezustand der Ausdruck

a Ea)-

= \ oder kleiner ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.