DE500727C

DE500727C - Electron tubes

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Publication number: DE500727C
Application number: DEL64438D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1925-11-04
Filing date: 1925-11-05
Publication date: 1930-06-26

Description

Elektronenröhre Es ist neuerdings der Weg beschritten worden, einen Teil der Schaltung, z. B. Spulen, hochohmige Widerstände und Übertragungs-Kapazitäten, in die Empfangsröhren einzubauen. Ein wesentlicher Teil der zu stellenden Aufgabe blieb jedoch bisher ungelöst. Es. war nämlich nicht möglich; abgestimmte Elemente derart in die Röhre einzubauen, daß die Röhre nur die Übertragung einer ganz bestimmten Frequenz ermöglicht, für andere Frequenzen jedoch mehr oder weniger unwirksam ist.Electron tube The path has recently been taken, one Part of the circuit, e.g. B. coils, high-ohmic resistances and transmission capacities, to be built into the receiving tubes. An essential part of the task at hand however, remained unsolved so far. It. namely was not possible; coordinated elements to be built into the tube in such a way that the tube only transmits a very specific one Frequency allows, but is more or less ineffective for other frequencies.

Die Erfindung gibt mehrere Lösungen für diese Aufgabe an, die an Hand der Figuren erläutert sind.The invention provides several solutions to this problem that are on hand of the figures are explained.

In Fig. i ist eine Vakuumröhre dargestellt mit Glühkathode i, Gitter 2 und Anode g. Es ist nun innerhalb der Vakuumröhre, und zwar entweder zwischen Kathode und Gitter oder zwischen Gitter und Anode die Einrichtung eingebaut, welche die Selektion einer bestimmten Frequenz bewirkt. Diese besteht aus einem Quarzstück oder sonstigen piezoelektrischen Körper 3, welcher durch eine Stütze q., die vorzugsweise metallisch ist und an die Kathode oder Anode angeschlossen ist, getragen wird. Die piezo-elektrische Erregung des Quarzes erfolgt durch die zugeführten oder in der Röhre erzeugten Wechselspannungen von annähernd derjenigen Frequenz, auf welche das. Quarzstück abgestimmt ist. Zur Erregung wird vorzugsweise ein Teil der Gitter- oder Anodenleitung plattenförmig ausgestaltet, wie dies durch 5 angedeutet ist, so daß das Quarzstück sich in einem elektrischen Felde befindet. Werden nun zwischen den Klemmen 6 und 7 Wechselspannungen zugeführt, so erhält das Gitter 2 eine zusätzliche starke Erregung, wenn die ankommende Frequenz annähernd gleich der Eigenschwingung oder Oberschwingung des Quarzstückes ist.In Fig. I a vacuum tube is shown with hot cathode i, grid 2 and anode g. It is now inside the vacuum tube, either between Cathode and grid or between grid and anode the device installed, which causes the selection of a certain frequency. This consists of a piece of quartz Or other piezoelectric body 3, which by a support q., which is preferably is metallic and is connected to the cathode or anode, is worn. the Piezo-electric excitation of the quartz occurs through the supplied or in the Tube generated alternating voltages of approximately the frequency on which the. Quartz piece is matched. Part of the grid is preferably used for excitation or plate-shaped anode line, as indicated by 5, so that the piece of quartz is in an electrical field. Are now between AC voltages are supplied to terminals 6 and 7, so the grid 2 receives an additional one strong excitation when the incoming frequency is approximately equal to the natural oscillation or harmonic of the quartz piece.

Die Anordnung läßt sich derart umgestalten, wie in Fi.g. 2 angedeutet ist. Die Gitterleitung 6 führt im Innern der Röhre zu einer frei endigenden Elektrode 5, welche dem Quarzstück 3 gegenübersteht. Das Gitter selbst ist mit einem Punkte der Quarzoberfläche, beispielsweise durch einen nahe an diese herangebrachten Draht 8 verbunden. Es erhält dann bei Erregung des Quarzes starke Ladungen, welche den Stromfluß durch die Röhre zur Anode g steuern. Man erzielt dann sehr starke periodische Wechselspannungen von annähernd der Schwingungsfrequenz des Quarzes an dann Verbraucher io, der beispielsweise zwischen der Anode und dem Pluspol der Anodenbatterie i i liegt. Durch Anschluß eines Blockkondensators 12 an das Gitter und durch Überbrückung des Blockkondensators, durch einen hochohmigen Widerstand 13 kann der bekannte Audioneffekt hervorgerufen werden, so daß das Gitter, wenn es durch die piezo-elektrischen Spannungen stark positiv gemacht wird, Ladungen vom Faden aufnimmt, welche die Gitterspannungen allmählich negativ machen und dadurch eine starke Änderung des Anodenstromes verursachen. Die Teile 12. 13 können in die Röhre mit eingebaut sein.The arrangement can be redesigned as shown in Fi.g. 2 indicated is. The grid line 6 leads inside the tube to a free-ended electrode 5, which faces the piece of quartz 3. The grid itself is with a point the quartz surface, for example by a wire brought close to it 8 connected. When the quartz is excited, it then receives strong charges which cause the Control current flow through the tube to the anode g. Very strong periodic ones are then obtained AC voltages of approximately the oscillation frequency of the quartz to then consumers io, for example between the anode and the positive pole of the anode battery i i lies. By connecting a blocking capacitor 12 to the grid and by bridging of the blocking capacitor, through a high-resistance resistor 13, the well-known audio effect caused so that the grid when it is due to the piezo-electric voltages is made strongly positive, takes up charges from the thread, which the lattice tensions gradually make it negative and thereby a strong change in the Anode current cause. The parts 12, 13 can be built into the tube.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform dargestellt. Hier ist das Gitter in der üblichen Weise ausgestaltet, jedoch ist die Anode 9 mit einem Quarzstück 14 derart belegt, daß es frei schwingen kann und seine piezo-elektrischen Spannungen sich zu der Anodenspannung addieren. Die Anode umgreift beispielsweise in Form ringförmiger Spangen.. 15 die der Kathode zugewandte Quarzoberfläche. Ist nun die ankommende Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des Quarzes, so addiert sich die piezo-elektrische Wechselspannung zur Spannung der Anode. Bei der Resonanzfrequenz tritt dann bei geeigneter Einstellung der konstanten Anodenspannung eine starke Änderung des Anodenstromes ein, und zwar kann: man es nach den bei Elektronenröhren bekannten Grundsätzen so einrichten, daß die positiven piezo-elektrischen Spannungen eine wesentliche Steigerung des Anodenstromes herbeiführen, während die negativen Spannungen keine wesentliche Verminderung desselben bewirken. Bei anderen Einstellungen ändert sich der Mittelwert des Anodenstromes- nicht, dagegen tritt eine wesentlich verstärkte Wechselstromamplitude im Anodenstrom auf, jedoch nur dann, wenn die erregende Frequenz der Schwingungsfrequenz des Quarzes oder einer seiner Oberschwingungen annähernd gleich ist.Another embodiment is shown in FIG. Here the grid is designed in the usual way, but the anode 9 is covered with a piece of quartz 14 in such a way that it can vibrate freely and its piezoelectric voltages add up to the anode voltage. The anode embraces, for example in the form of ring-shaped clips .. 1 5, the quartz surface facing the cathode. If the incoming frequency is now the same as the resonance frequency of the quartz, the piezoelectric alternating voltage is added to the voltage of the anode. At the resonance frequency, with a suitable setting of the constant anode voltage, a strong change in the anode current occurs.This can be done according to the principles known from electron tubes so that the positive piezoelectric voltages bring about a substantial increase in the anode current, while the negative Tensions do not bring about any substantial diminution of the same. With other settings, the mean value of the anode current does not change, but there is a significantly increased alternating current amplitude in the anode current, but only if the exciting frequency is approximately the same as the oscillation frequency of the quartz or one of its harmonics.

Von besonderer Bedeutung ist die Weiterbildung nach Fig.4, in welcher ein in eine Röhre eingebautes Mehrfachsystem dargestellt ist, welches infolge der Verwendung eines piezo-elektrischen Kristalls hochselektiv für bestimmte den Eigenschwingungen des Quarzes annähernd entsprcehende Frequenzen gemacht ist. Es ist hier wiederum eine andere Anordnung des Quarzes gezeigt, jedoch kann auch eine der in den Fäg. i bis 3 beschriebenen Anordnungen für den gleichen Zweck benutzt werden.The development according to FIG. 4, in which a multiple system built into a pipe is shown, which as a result of the Use of a piezo-electric crystal highly selective for certain natural vibrations of the quartz is made approximately corresponding frequencies. It is here again another arrangement of the quartz is shown, but one of the in the Fäg. i to 3 described arrangements can be used for the same purpose.

In ein einziges Vakuumgefäß 16 ist das Mehrfachsystenn eingeschmolzen, welches die Kathoden 17, 18 (vorzugsweise in Reihe geschaltet), die Gitter ig, 2o, die Anoden 2i, 22, den Blockkondensator 23 und den Ableitewiderstand 24 enthält. Als Kopplungsglied zwischen beiden Systemen dient der piezoelektrische Kristall 25, welcher beispielsweise durch die Elektrode 26 erregt wird. Die Durchschmelzungen sind mit 27, 28, 29 und 3o bezeichnet und führen zum ersten Gitter, zu den Heizdrähten, zur ersten und zweiten Anode. In die erste Anodenleitung kann der punktiert angedeutete hochohnlige Widerstand 31 gleichfalls in die Röhre eingefügt werden. An seiner Stelle kann jedoch auch außerhalb der Röhre ein Wechselstromwiderstand, z. B. eine Drosselspule oder ein hochohmiger Gleichstromwiderstand vorgesehen werden. Wird das Gitter ig durch eine Wechselspannung erregt, so entsteht eine starke Spannung an der Elektrode 26 infolge der piezo-elektrischen Erregung dann, wenn die zugeführte Frequenz mit einer der Schwingungszahlen des Quarzes annähernd übereinstimmt. Diese Spannungen bewirken eine Aufladung des Übertragungskondensators 23 und eine Steuerung dies Gitters 2o, womit eine entsprechende Steuerung des Anodenstromes in dem zweiten System bewirkt wird. Im Gegensatz zu den bekannten widerstandsgekoppelten Mehrfachsystemen erfolgt hier eine äußerst scharfe Selektion durch die Röhre selbst.The multiple system is melted into a single vacuum vessel 16, which the cathodes 17, 18 (preferably connected in series), the grids ig, 2o, the anodes 2i, 22, the blocking capacitor 23 and the bleeder resistor 24 contains. The piezoelectric crystal serves as the coupling element between the two systems 25, which is excited by the electrode 26, for example. The meltdowns are marked with 27, 28, 29 and 3o and lead to the first grid, to the heating wires, to the first and second anode. The dotted line can be inserted into the first anode lead highly profitable resistor 31 can also be inserted into the tube. In his place however, an alternating current resistance, e.g. B. a choke coil or a high-value direct current resistor can be provided. If the grid is ig When excited by an alternating voltage, a strong voltage is generated on the electrode 26 as a result of the piezo-electric excitation when the supplied frequency with one of the oscillation numbers of the quartz corresponds approximately. These tensions a charge of the transfer capacitor 23 and a control effect this Grid 2o, with which a corresponding control of the anode current in the second System is effected. In contrast to the well-known resistance-coupled multiple systems there is an extremely sharp selection by the tube itself.

In der drahtlosen Telegraphie und in der sonstigen elektrotechnischen Praxis ergibt sich ein großes Anwendungsfeld für derartige frequenzelektive Elektronenröhren.In wireless telegraphy and in other electrical engineering In practice, there is a large field of application for such frequency-selective electron tubes.

Es ist bereits bekannt geworden, zwei Elektrodensysteme unter Verwendung eines piezoelektrischen Kristalls miteinander zu koppeln. Diese Kopplung erfolgt bei einer bekannten Anordnung in der Weise, daß eine Seite eines längsgestreckten piezo-elektrischen Kristalls mit einem Elektrodenpaax verbunden ist, das im Anodenkreis der ersten Röhre liegt, während das andere Ende des Kristalls mit einem zweiten Elektrodenpaar belegt ist, das im Gitterkreis der folgenden Röhre liegt.It has already become known to use two electrode systems a piezoelectric crystal to couple with each other. This coupling takes place in a known arrangement in such a way that one side of an elongated piezo-electric crystal is connected to a pair of electrodes in the anode circuit the first tube lies, while the other end of the crystal is connected to a second Electrode pair is occupied, which lies in the grid circle of the following tube.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ergibt sich aus der übersichtlichen Beschreibung von Fig. i bis 4. Für diese Anordnung ist nämlich gemeinsam, daß. in der Resonanzlage eine Erhöhung der Spannung an den Elektroden des Piezokristalls auftritt. Dieser Umstand fordert eine nähere Betrachtung. Diese Betrachtung hat festzustellen, durch welche Schaltelemente ein piezo-elektrischer Kristall ersetzt werden kann, welches also das Ersatzschema ist.Another inventive idea arises from the clear Description of Fig. I to 4. This arrangement has in common that. in the resonance position an increase in the voltage at the electrodes of the piezo crystal occurs. This fact calls for a closer look. This consideration has determine which switching elements replace a piezo-electric crystal which is the substitute scheme.

Nun zeigt sich., daß von einem solchen einheitlichen Ersatzschema bei einem pä.ezo-elektrischen Kristall nicht gesprochen werden kann, sondern daß die elektrische Charakteristik des Piezokristalls im besonderen davon abhängig ist, ob es mit anderen Schaltelementen zusammengeschaltet ist Mit großer Annäherung kann ein piezoelektrischer Kristall, der in einer Schaltung für sich allein Verwendung findet, aufgefaßt werden als eine Serienschaltung von einer großen. Induktivität, einer sehr kleinen Kapazität und einem Widerstande von etwa 5oooo@Ohm. Wird der PieZOkrisiall in einer seiner Eigenwellen erregt, so erhält man die als Stromresonanz bezeichneten, Verhältnisse, d. h. die Schaltung ist für die Resonanzfrequenz ein rein Ohmscher Widerstand. Die Impedanz beträgt also ein Minimum. Bei den Anordnungen von Fig. i bis q. soll aber die Impedanz ein Maximum betragen. Dies ist auch in der Tat der Fall. Hier ist nämlich parallel zu dem Piezokristall eine Zusatzkapazität geschaltet, die vorzugsweise aus den Streulinien besteht, die beispielsweise bei der Anordnung von Fig. i von der Elektrode 5 zu der Stütze 4 führen, ohne den Piezokristall 3 zu treffen. Die Impedanz einer solchen Schaltanordnung, die außerhalb der Resonanz im wesentlichen gleich dem Widerstand der Zusatzkapazität ist, nimmt beim Fortschreiten von niedrigen zu höheren Frequenzen mit Annäherung an die Resonanzfrequenz zunächst wie beim Fehlen der Zusatzkapazität ab. Sie erreicht jedoch schon vor der Resonanz des Piezokristalls ein Minimum, nimmt bei weiterer Frequenzsteigerung wieder zu und erreicht bei Frequenzen oberhalb der Resonanz ein Maximum, das größer als der kapazitive Widerstand außerhalb des Resonanzbereichs ist. Bei Steigerung über die Resonanzfrequenz hinaus nimmt die Impedanz wieder auf den der Zusatzkapazität entsprechenden Betrag ab. Auf dieser merkwürdigen Erscheinung, die den Charakter der Spannungsresonanz besitzt, beruht die Wirkungswelse von Fig. i bis 4.It now appears that such a uniform substitute scheme in the case of a pezo-electric crystal, one cannot speak, but that the electrical characteristics of the piezo crystal is particularly dependent on whether it is interconnected with other switching elements can be very approximate a piezoelectric crystal that is used in a circuit by itself finds, to be understood as a series connection of a large. Inductance, a very small capacitance and a resistance of about 5oooo @ ohms. Will the PieZOkrisiall excited in one of its own waves, this is obtained as a current resonance designated, conditions, d. H. the circuit is for the resonance frequency one pure ohmic resistance. The impedance is therefore a minimum. at the arrangements of FIGS. i to q. but the impedance should be a maximum. this is indeed the case. Here is namely one parallel to the piezo crystal Additional capacitance switched, which preferably consists of the scatter lines, for example lead in the arrangement of Fig. i from the electrode 5 to the support 4, without the Piezo crystal 3 to meet. The impedance of such a switching arrangement, the outside the resonance is essentially equal to the resistance of the additional capacitance, increases as it progresses from low to higher frequencies as the resonance frequency approaches initially as with the lack of additional capacity. However, it reached before the Resonance of the piezo crystal is a minimum, decreases with further frequency increase and reaches a maximum at frequencies above the resonance that is greater than the capacitive resistance is outside the resonance range. When increasing over the resonance frequency also reduces the impedance to that of the additional capacitance corresponding amount. On this strange appearance that character which has voltage resonance, is based on the mode of action of FIGS. 1 to 4.

Claims

PATENT CLAIMS: x. Electron tube, characterized in that it is made selective for certain frequencies by incorporating a piezoelectric crystal in the vacuum space.

2. Electron tube according to claim i, characterized characterized that by the exciting voltage the grid of the tube is not directly, but is excited by means of the piezoelectric voltage.

3. Electron tube according to claims i and 2, characterized in that the piezo-electric body is brought to the anode, for example, in such a way that the piezoelectric voltages add to the anode field.

4. Electron tube according to claim i Ms 3, characterized in that characterized in that a multiple amplifier system is built into the tube, at which the coupling between the two systems through a piezo-electric Crystal is made ..