DE428994C - Gluehkathodenroehre, bei welcher der Elektronenstrom durch ein Magnetfeld gesteuert wird - Google Patents

Description

428Ö94

Die Erfindung betrifft eine Glühkathodenröhre, bei welcher der Elektronenstrom durch ein Magnetfeld gesteuert wird; welche man mit Magnetron bezeichnet.

Bei einem solchen Magnetron sind Kathode und Anode derart gegeneinander angeordnet, daß durch ein magnetisches Feld der Elektronenstrom geändert oder unterbrochen werden kann. Beispielsweise kann die Kathode aus. einem einfachen geradlinigen Faden und die Anode aus einem darum angeordneten Zylinder bestehen. Bei Verwendung als Detektor liegt das magnetische ~ Steuerfeld parallel zur Anode und wird durch eine vom Steuerstrom durchflossene Wicklung um die Röhre erzeugt. Angenommen, es liege zwischen der Kathode und Anode eine gegebene Spannung und das magnetische Feld wachse von Null ab an, dann wird der Elektronenstrom in der Röhre zuerst über einen Bereich der Feldstärke nicht wesentlich beeinflußt; wenn jedoch das magnetische Feld einen kritischen Wert überschreitet, der von der Bauart der Röhre und der angewendeten Spannung abhängt, dann nimmt der Elektroiienstrom plötzlich schnell ab und wird bei genügend hoher Feldstärke Null.

Wenn der Durchmesser des Fadens verhältnismäßig klein ist, kann das magnetische Feld des Heizstromes der Glühkathode vernachlässigt werden. Wenn beispielsweise in einem Magnetron der Wolframfaden einen Durchmesser von ungefähr 0,125 ^mm ha-t, genügt der Heizstrom nicht, um den Elektronenstrom zu verringern, gleichgültig wie klein die zwischen Kathode und Anode liegende Spannung ist. Die Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen überwindet, selbst wenn keine Spannung zwischen "Kathode und Anode angelegt wird, die ablenkende Kraft des Heizstromes, der gebraucht wild, um einen derart dünnen Faden zum Glühen zu bringen. Bei einer Spannung von etwa 1 Volt ist der Heizstrom in einem Draht von 0,175 ^mm Durchmesser genügend, um ein merkliches Abnehmen des Elektronenstromes zu bewirken. Dieses wird als magneto-striktiver Effekt bezeichnet. Im allgemeinen ist die zur Überwindung des magnetostriktiven Effektes nötige Spannung proportional der dritten Potenz des Durchmessers der Kathode. Dieser magneto-striktive Effekt soll nach der Erfindung zur Steuerung des Elektronenstromes ausgenutzt werden.

Die Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt.

Abb. ι zeigt schaubildlich ein Magnetron. Abb. 2 zeigt in Kurvenform die Beziehung zwischen dem Strom durch die Kathode und dem Strom zwischen den Elektroden. Abb. 3 zeigt eine Verstärkerschaltung, Abb. 4 eine Gleichrichterschaltung. Abb. 5 stellt in Kurvenform die Charakteristik für die Anordnung nach Abb. 4 dar. Abb. 6 gibt ein Schaltungsschema für die Erzeugung elektrischer Schwingungen mittels einer Röhre gemäß der Erfindung. Die Kurven der Abb. 7 geben die magnetische und elektrische Charakteristik der Anordnung nach Abb. 3 und 6.

Die Röhren enthalten zweckmäßig Wolframkathoden mit einem Durchmesser, der größer als 0,175 ^mm istj beispielsweise von ungefähr ι mm bei einer Anodenspannung von 60 bis 80 Volt. Bei einer Spannung von etwa 1000 Volt muß der Kathodendurchmesser 2,5 mm

und bei ioooo Volt etwa 5 mm betragen. Bei Herstellung der Kathoden aus einem Material anderer Leitfähigkeit ändert sich entsprechend ihr Durchmesser.
Um die starken. Heizströme der Kathode führen zu können, ohne die Einschmelzstellen zu beschädigen, sind die Zuleitungen geeignet ausgebildet.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 ist eine Kathode 8 mit einem Leiter 9 verbunden, der in das Gefäß eingeschmolzen ist. Die Kathode selbst wird dabei mit einer Molybdänhülse verbunden, die in einen Kupferbolzen 11 eingeschraubt ist. Dieser Bolzen ist durch eine Wolframfeder mit einem Bolzen 12 am Ende des Leiters 9 verbunden. Der Heizstrom fließt im wesentlichen zur Kathode durch die biegsamen Kupferleiter 13. Die Kathode ist umgeben von einer zylindrischen Anode 14 j aus Molybdän, Kupfer, Wolfram o. dgl., die i von Spiralringen 15 durch Reibung im Ge- ;

häuse 10 gehalten wird. j

Bei der Kurve in Abb. 2 sind die Elektro- j

nenströme bei konstanter Spannung als Ordinaten und die Heizströme als Abszissen aufgetragen. Bis zu einem Wert C₁ des Heizstromes wird der Elektronenstrom zwischen den Elektroden 8 und 14 für eine gegebene Spannung nicht wesentlich beeinflußt. Ein Anwachsen des Kathodenstromes über C₁ hinaus ruft ein plötzliches, schnelles Abnehmen des Elektronenstromes hervor. Bei einem WertC> wird der Elektronenstrom Null.

Wenn der Kathodenstrom zwischen den Werten C₁ und C₂ schwankt, schwankt also der Elektronenstrom zwischen seinem Höchstwerte und Null. Diese Eigenschaft wird, wie Abb. 3 zeigt, gemäß der Erfindung zur Verstärkung eines veränderlichen Stromes benutzt.

Der Glühfadenkreis 16, 17 enthält eine Gleichstromquelle 18 und eine Wechselstromquelle, z. B. die Sekundärspule eines Transformators

19. Der Anodenkreis 20, 21 enthält gleichfalls eine· Gleichstromquelle 22. 23 ist ein j Transformator, dessen Primärwicklung durch den Kreis 20, 21 gespeist wird; dieser Transformator kann auch weggelassen werden. Bei dieser Anordnung liefert die Batterie 18 einen Strom, der um die Kathode ein derartiges Magnetfeld erzeugt, daß der Strom im Kreise

20, 21 verringert wird. Diesem Strom ist der durch den Transformator 19 gelieferte Wechselstrom überlagert. Die Beziehung zwischen den magnetischen Feldern und dem Elektronenstrom ist in der Abb. 7 gezeigt. Hier ist das magnetische Feld um die Kathode 8, das durch die Gleichstromquelle 18 erzeugt wird, durch eine punktierte Linie H₀ dargestellt. Als Ordinaten sind die Werte des magnetischen Feldes, als Abszisse die Zeit eingetragen. Das überlagerte Wechselstromfeld wird durch die punktierte Linie H₁ dargestellt. H ist das resultierende Feld. Wenn das magnetische Feld unter den Wert fällt, bei dem der Elektronenstrom abgeschnitten wird, beginnt der Strom in dem Kreis 20, 21 zu fließen, wie die strichpunktierte Linie C in Abb. 7 darstellt. Der Strom steigt schnell zu einem Maximum an in dem Maße, wie das magnetische Feld abnimmt, bleibt dann im wesentlichen konstant und fällt mit Ansteigen des magnetischen Feldes, zu Null ab. Während der Zeit, wo das magnetische Feld ein Maximum ist, fließt im Kreise 20,21 kein Strom.

In einigen Fällen kann man von der Gleichstromquelle absehen. Der Transformator 19 muß dann einen genügenden Strom liefern, um den Faden zum Glühen zu bringen und ein Steuerfeld zu erzeugen. In diesem Falle hat der Strom in dem Kreis. 20, 21 die doppelte Frequenz des Stromes in dem Kreise 16, 17.

Bei Verwendung der Anordnung als Gleichrichter gemäß Abb. 4 werden die Anoden der Magnetrons 25 und 26 mit den Enden der Sekundärwicklung eines Transformators 27 und die Kathoden durch die Leitung 28 untereinander und über den Verbraucher 29 mit dem Nullpunkt der Sekundärspule des Transformators verbunden. Den Kathoden der beiden Magnetrons. 25 und 26 wird der Strom durch die Sekundärwicklungen der Transformatoren 30 und 31 geliefert, deren Primärwicklungen durch die Hauptleitungen 32 ebenso wie die Primärwicklungen des Transformators 27 gespeist werden.

Mit Ausnahme des magnetischen Feldes der Kathodenströme entspricht die dargestellte Vorrichtung vollkommen einem normalen Kenotrongleichrichter. Wegen der Ablenkung der Elektronen durch die magnetischen Felder ioo muß man den Kathodenstrom verringern oder abschneiden, um das Fließen der Elektronen zur Anode zu ermöglichen.

Zu diesem Zwecke wird der Strom in den Kathodenkreisen der Magnetrons 25 und 26 abwechselnd unterbrochen, beispielsweise durch einen umlaufenden Schalter 33, der durch einen Motor 34 synchron mit dem Stromwechseln im Kreise 32 betrieben wird. Der Motor 34 kann z. B. von der Hauptleitung 32 her über einen Transformator und die Leiter 35 gespeist werden. Der dargestellte umlaufende Schalter hat ein leitendes und ein isolierendes Segment. Während eines halben Wechsels kann der Strom durch die Leiter 40, 41 zur Kathode des. Magnetrons 26 fließen und dadurch ein magnetisches Feld um die Kathode erzeugen, welches stark genug ist, um den Stromfluß zwischen Anode und Kathode zu unterbrechen. Während des anderen halben Wechsels fließt kein Strom durch die Kathode, jedoch bleibt diese genügend heiß, um Elek-

tronen zu liefern, die einen Strom durch die Röhre zu dem Verbraucher führen.

Die Beziehung zwischen Heizstrom und Elektronenstrom zeigt Abb. 5. Während der Heizstrom fließt ,(voll ausgezogene Linie 1), kann kein Strom zwischen den Elektroden durch das Magnetron fließen, da die Spannung der Anode gegenüber der Kathode negativ ist (punktierte Kurve); während der nächsten halben Welle, sobald der Heizstrom Null geworden ist, fließt jedoch, da kein magnetisches Feld vorhanden ist, ein Strom, wie die voll ausgezeichnete Kurve darstellt.

Wenn der Verbraucher 29 durch eine Gleichstromquelle ersetzt und der Schalter 33 mit einer gewünschten Frequenz betrieben wird, beispielsweise von einer unabhängigen Wechselstromquelle aus, dann werden Stromimpulse durch die Magnetrons abwechselnd dem entgegengesetzten Ende der bisherigen Sekundärwicklung des Transformators 27 zugeführt. Sie wird dann zur Primärwicklung und liefert über ihre Sekundärwicklung in den Kreis 32 Wechselstrom. In diesem Falle ist' es allein der Strombegrenzungseffekt des magnetischen Feldes, der den Stromfluß steuert, da anderenfalls gleichzeitig Strom durch beide Röhren fließen und keine Umformung stattfinden würde.

Abb. 6 zeigt eine Anordnung für drahtlose Nachrichtenübermittlung.

In dieser Schaltung sind die Elektroden der Röhre 14 und 8 über einen Schwingungskreis, bestehend aus der Spule 54 und dem Kondensator 56, durch die Zuleitung 48 mit der Stromquelle 50 verbunden. Der Stromquelle ist ein Blockkondensätor 51 parallel geschaltet. Bei 49 erfolgt der Anschluß des Heizkreises, welcher die Glühkathode 8, die Leitung 47, j eine Drosselspule 46 und die Heizbatterie 45 enthält. Der Teil 57 stellt gleichzeitig die Erdleitung dar. An die Kathode ist ferner die Antenne 55 angeschlossen. Diese Antenne enthält die Abstimmspule 53, die über die Leitung 52 mit einer Spule, welche zur Kopplung mit den Schwingungskreisen dient, verbunden ist. -Hochfrequenzströme in der An- ' tenne nehmen den Weg vom Luftdraht über die Spulen, den Glühdraht 8 und die Erdleitung 57 zur Erde, da durch die Drossel 46 j der Weg über die Leitung 47 und die Batterie 45 für Hochfrequenz gesperrt ist. Die Wirkungsweise, einer solchen Schaltung ist folgende:

Beim Einachalten entsteht eine Schwingung im Schwingungskreise 56, 54. Die Schwingung induziert auf die Antenne, und die Schwingung der Antenne geht durch den Glühdraht. Die aus dem Glühdraht austretenden Elektronen stehen also unter dem Einfluß des konstanten magnetischen Feldes, welches durch den von der Gleichstrombatterie 45 hervorgerufenen Strom entsteht und des magnetischen Wechselfeldes der Antennenströme. Bei richtigem Kopplungssinn muß eine Rückkopplungswirkung auftreten, durch welche der Elektronenstrom derart im Rhythmus der Frequenz des. Schwingungskreises verstärkt bzw. geschwächt wird, daß eine Aufrechterhaltung der Schwingungen erfolgt.

Claims (5)

Pa tent-Ansprüche:

1. Glühkathodenröhre, bei welcher der Elektronenstrom durch ein Magnetfeld gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit der Kathode so gewählt ist, daß der Heizstrom eine genügende Stärke besitzt, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, welches, den Elektronenstrom wirksam beeinflußt.

2. Glühkathodenröhre nach Anspruch 1 zur Verstärkung schwacher Wechselströme, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizstromstärke und die Elektrodenspannung, gegebenenfalls mittels zusätzlicher Gleichstromquelle im Heizkreise., so gewählt sind, daß eine schwache Änderung des Heizstromes eine starke Änderung des Elektronenstromes bewirkt.

3. Glühkathodenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Elektronenstrom beeinflussende magnetische Feld periodisch geschwächt wird.

4. Glühkathodenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstrom so schnell unterbrochen wird, daß die Kathode genügend heiß bleibt, um auch während der Stromunterbrechung Elektronen zu liefern.

5. Glühkathodenröhre nach -Anspruch 1 zur Schwingungserzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen eines mit einem in der Verbindungsleitung Anode-Glühdraht liegenden Schwingungskreise gekoppelten Schwingungskreises die Stärke des Heizstromes verändern und dadurch die Schwankungen des, Magnetfeldes des Heizstromes und den Elektronenstrom durch die Röhre im Rhythmus der Frequenz des Schwingungskreises steuern, so daß ungedämpfte Schwingungen aufrechterhalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.