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Schaltung zum Verstärken elektrischer Schwingungen mit Hilfe einer
oder mehrerer in Reihe oder Kaskade geschalteter thermionischer Entladungsröhren
Die Erfindung betrifft die Verstärkung elektrischer Schwingringen mit Hilfe thermionischer
Vorrichtungen. Sind diese Vorrichtungen zu Verstärkungszwecken zu verwenden, so
ist bekanntlich eine große Steilheit erwünscht. Bei den gewöhnlichen Dreielektrodenröhren
nimmt nun die Steilheit der statischen Charakteristik nicht unerheblich ab, wenn
Schwingungen dem Steuergitter aufgedrückt werden, da diese Schwingungen verstärkt
auf die Anode übertragen werden, jedoch entgegengesetzt in der Phase, so daß bei
Zunahme des Gitterpotentials der Anodenstrom zwar unter der Einwirkung dieses ansteigenden
Potentials zunimmt, aber unter der Einwirkung des fallenden Anodenpotentials abnimmt,
so daß sich die resultierende Zunahme des Anodenstroms verkleinert. Zwecks Behebung
dieses Nachteils beim Endverstärker hat man zwischen dem Steuergitter und der Anode
ein. sogenanntes Schutzgitter verwendet, das auf konstantem ziemlich hohen positiven
Potential gehalten wird, wobei sich zugleich die für einen Endverstärker so sehr
erwünschte Möglichkeit ergibt, eine erhebliche negative Vorspannung an das Steuergitter
anzulegen.
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Verwendet man aber eine solche sogenannte Endröhre in einem Verstärker,
so tritt die Erscheinung auf, daß beim Sinken des Anodenpotentials der Schutzgitterstrom
auf Kosten des Anodenstroms zunimmt und daß, wenn dieser Abfall so stark wird, daß
das Anodenpotential unter das Potential des Schutzgitters sinkt, einesteils Sekundärelektronen
von der Anode zum Schutzgitter hinübergehen, während anderenteils ein Teil der Primärelektronen
zwischen Schutzgitter und Anode seine Richtung umkehrt und zum Schutzgitter zurückgeht.
Diese Erscheinungen haben, die eine in höherem und die andere in geringerem Maße,
zur Folge, daß der Schutzgitterstrom auf Kosten des Anodenstroms zunimmt, so daß
der Vorteil, der mit der Verwendung des Schutzgitters verbunden ist, größtenteils
wieder verlorengeht.
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Die Erfindung gründet sich auf die obenerwähnte -Erkenntnis und besteht
daher in der Anwendung von Mitteln, durch welche erreicht wird, daß, wenn das Anodenpotential
unter
das Schutzgitterpotential fällt, das Anwachsen des Schutzgitterstroms auf Kosten
des Anodenstroms nahezu vermieden wird.
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Bei' der heutigen- Lage der Technik sind mehrere Mittel verfügbar,
mit denen dieser Zweck erreicht werden kann, und diese Mittel werden somit auch
von der Erfindung umfaßt. Einige dieser Mittel, die wegen ihrer Einfachheit und
zweckdienlichenWirkung besonders empfehlenswert sind, sind die folgenden: z. Zwischen
dem Schutzgitter und der Anode des Endverstärkers wird ein Hilfsgitter angeordnet,
das auf einem konstanten Potential gehalten wird, das nicht wesentlich höher, zweckmäßig
sogar niedriger als der niedrigste Augenblickswert des Anodenpotentials ist.
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2. Dem erwähnten Hilfsgitter werden Spannungswechsel aufgedrückt,
die mit den Spannungswechseln in der Anode um i8o° in der Phase verschieden sind.
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3. Als Endverstärker wird eine Entladungsröhre mit wenigstens zwei
Hilfselektroden zwischen Kathode und Anode in solcher Anordnung verwendet, daß der
Abstand zwischen der Anode und der äußeren Hilfselektrode so groß ist, daß bei normalen
Betriebsbedingungen etwa von der Anode herrührende Elektronen durch Raumladung verhindert
werden, zur erwähnten Hilfselektrode hinüberzugehen.
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4. Man benutzt eine Entladungsröhre mit wenigstens drei zwischen Kathode
und Anode angeordneten Hilfselektroden, von denen die auf der Anodenseite liegende
direkt leitend mit der Kathode verbunden ist. Diese leitende Verbindung kann unbedenklich
im Innern der Röhre angebracht werden.
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5. Als Endverstärker wird eine Entladungsröhre mit wenigstens zwei
Hilfselektroden zwischen Kathode und Anode verwendet, welche letztere eine Anzahl
radial zur. Kathode gerichteter Scheidewände besitzt. Der Vorteil dieser Bauart
soll weiter unten näher erläutert werden.
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Zweckmäßig wird bei dieser Bauart der Entladungsröhre die auf der
Anodenseite liegende Hilfselektrode aus einer Anzahl parallel zur Kathode verlaufender
gestreckten Leiter hergestellt, die je' mit einer der Anodenscheidewände
und der Kathode in einer Ebene liegen.
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6. Als Endverstärker wird eine Entladungsröhre mit wenigstens zwei
zwischen Kathode und Anode angeordneten Hilfselektroden verwendet, von denen die
auf der Kathodenseite liegende die unmittelbar darauf folgende Hilfselektrode gegen
die von der Kathode kommenden Elektronen abschirmt. Zu diesem Zweck kann die erste
Hilfselektrode z. B. aus einer Anzahl kleiner flacher Bänder bestehen. Auch diese
Ausführung soll im nachfolgenden näher erläutert werden.
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7. Als Endverstärker wird eine Entladungsröhre mit einem Schutzgitter
verwendet, das auf der Anodenseite nahezu ganz von einem nahe bei diesem Gitter
liegenden Hilfsgitter abgedeckt wird, das leitend mit der Anode verbunden ist.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Schaltungen und Röhrenbauarten
beispielsweise erläutert.
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Abb. i zeigt eine Schaltung nach der Erfindung, bei welcher der Endverstärker
mit einem Hilfsgitter zwischen dem- Schutzgitter und der Platte versehen ist und
dieses Hilfsgitter auf konstantem, positivem Potential gehalten wird.
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Abb. 2 ist ein Diagramm, auf dem die Potentiale der verschiedenen
Elektroden des Endverstärkers nach Abb. i aufgetragen sind.
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Abb. 3 ist eine derjenigen nach Abb. i entsprechende Schaltung mit
dem Unterschied, daß das Hilfsgitter mit der Kathode leitend verbunden ist.
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Die Abb. 4, 5, 6, 7 und 8 stellen schematisch verschiedene Bauarten
der als Endverstärker nach der Erfindung zweckmäßig zu verwendenden Entladungsröhren
dar.
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Abb 9 zeigt eine Schaltung, bei der dem Hilfsgitter Wechselspannungen
aufgedrückt werden, die von den Spannungsschwankungen der Anode um i8o° in der Phase
verschieden sind.
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In Ebb. i stellt i einen Transformator mit Eisenkern dar, dessen Sekundärspule
mit ihrem einen Ende mit dem Steuergitter 2 der Endröhre verbunden ist, während
ihr anderes Ende über eine Vorspannungsbatterie 7 mit dem negativen Ende der Kathode
6 verbunden ist. Die Entladungsröhre ist ferner mit einem Schutzgitter 3 versehen,
das mit einem solchen Punkt der Hochspannungsbatterie 9 verbunden ist, daß es auf
einem hohen positiven Potential gehalten wird, das jedoch etwas tiefer als das mittlere
Potential der Anode 5 ist. In dem Stromkreis der Anode 5 liegt eine Empfangsvorrichtung
io (Fernspiecher, Lautsprecher, Schreibvorrichtung o. dgl.). Die Kathode 6 wird
von einer Batterie 8 gespeist, in deren Stromkreis ein nicht dargestellter Regulierwiderstand
vorgesehen werden kann.
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Zwischen dem Schutzgitter 3 und der Anode 5 ist nun ein Hilfsgitter
4 angeordnet, das mit einem solchen Punkt der Batterie 9 verbunden ist, daß das
Potential des Hilfsgitters 4 wesentlich niedriger als das des Schutzgitters 3 ist.
In dem Diagramm nach Abb. 2 sind die Potentiale der Elektroden 2, 3, 4 und 5 graphisch
aufgetragen, um eine bessere
Vorstellung von dem Verlauf des elektrischen
Feldes innerhalb der Entladungsröhre zu geben. Das Potential des Hilfsgitters 4
wählt man so wenig positiv, daß als sicher angenommen werden kann, daß das jeweilige
Anodenpotential auch bei Höchstwerten der Spannungsamplitude am Steuergitter 2 nie
wesentlich unter das Potential von 4 sinken wird. Auf diese Weise wird mit Sicherheit
verhütet, daß etwa von der Anode ausgesandte Sekundärelektronen zum Hilfsgitter
4 hinübergehen, da das Potential von 4 nach 5 fast durchweg steigt.
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Die Schaltung kann, wie sich aus Abb. 3 erkennen läßt, durch Verbindung
des Hilfsgitters 4 unmittelbar mit einem der Enden des Heizdrahtes 6 etwas vereinfacht
1N erden. Das Hilfsgitter .4 kommt infolgedessen auf das Potential o, so daß das
mit Bezug auf die etwa von der Anode ausgehenden Sekundärelektronen Gesagte hier
in noch stärkerem Maße gilt; außerdem wird dadurch ermöglicht, das Gitter 4. innerhalb
der Röhre oder gegebenenfalls innerhalb der Röhrenhülse mit der Kathode zu verbinden.
Die Anzahl der an der Röhre anzubringenden Kontaktschrauben oder Stifte wird daher
um eins verringert. Als zweiter Unterschied gegenüber Abb. i ist zu bemerken, daß
das Schutzgitter 3 mit dem positiven Ende der Batterie g verbunden ist und auf diese
Weise das gleiche Gleichstrompotential wie die Anode 5 erhält. Die von der Endröhre
abzugebende Leistung wird hierdurch gesteigert.
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In Abb. 4 sind die wichtigsten Teile einer Röhre nach der Erfindung
dargestellt, bei der zwischen der Kathode und der Anode drei Hilfselektroden angeordnet
sind, deren äußerste mit der Kathode leitend verbunden ist. Die verschiedenen Elektroden
sind hier in bekannter Weise mit ihren Trägern, die zum Teil gleichzeitig als Stromzuleitungsdrähte
wirksam sind, in den Quetschfuß 13 eingeschmolzen, von dem nur der obere Teil dargestellt
ist. Auch der Glaskörper, mit dem der Glasfuß verschmolzen wird, ist auf der Zeichnung
fortgelassen.
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Die Kathode 6 besteht aus einem gestreckten Draht, der zwischen zwei
Zuleitungen i-i gespannt ist, deren linke nach oben hin verlängert und dort leitend
mit einem Metallsteg 12 verbunden ist, der zur Versteifung und Unterstützung des
äußersten Gitters 4 dient. Dieses Gitter ist im Sinne der Erfindung als Hilfsgitter
wirksam und ist zwischen der Anode 5 und dem Schutzgitter 3 angeordnet. Letzteres
wird in bekannter Weise von einem Tragsteg und zwei in den Quetschfuß 13 eingeschmolzenen
Trägern unterstützt, deren rechter durch den Quetschfuß hindurch nach außen geführt
ist. Zwischen dem Schutzgitter 3 und der Kathode 6 befindet sich schließlich ein
Steuergitter 2, das ebenso wie die beiden Gitter 3 und 4 als ein schraubenförmig
gewundener Draht dargestellt ist, der auf der Unterseite an einem Tragsteg befestigt
ist, der mittels zweier Träger in den Quetschfuß 13 eingeschmolzen ist. Von
diesen zwei Trägern ist nur der linke nach außen geführt. Die Anode 5 wird in bekannter
Weise von einem starren mittleren Träger unterstützt, der in den Quetschfuß 13 eingeschmolzen
und durch diesen hindurch nach außen geführt ist. Insgesamt hat man somit fünf nach
außen führende Drähte, von denen z. B. vier mit Kontaktstiften des Röhrensockels
verbunden werden können, während der fünfte, z. B. der Draht des Schutzgitters,
nach einer Kontaktschraube auf der Seitenwand des Sockels geführt werden kann.
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Abb.5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Elektroden einer
Entladungsröhre von geänderter Bauart. Die Kathode 6 besteht auch hier aus einem
gestreckten Draht, der von dem Steuergitter :2 umgeben wird, das beliebig ausgebildet
sein kann. Rings um das Steuergitter ist ein Schutzgitter 3 angeordnet, das aus
einer Anzahl parallel zur Kathode 6 in Radialflächen angeordneter schmalen Metallbändchen
besteht, die an den Enden durch Metallringe gegenseitig vereinigt sind. Diese Ringe
sind in Abb. 6, die einen Längsschnitt durch eine solche Röhrenbauart darstellt,
mit ig bezeichnet. Die Anode 5 enthält eine Anzahl radialer Scheidewände 15, die
in den gleichen Radialflächen wie die Bändchen 3 liegen, , jedoch viel breiter als
letztere sind. Diese Scheidewände sind an den Stirnenden durch flache Ringe 1.4
zu einem starren Ganzen vereinigt. Der Zwischenraum zwischen dem Gitter 3 und der
Anode 5 ist zweckmäßig nur gering, und auch die Zwischenräume zwischen den Scheidewänden
5 untereinander werden zweckmäßig dadurch klein gehalten, daß die Anzahl der Scheidewände
groß gewählt wird. Der Zweck dieser Vorrichtung ist, die durch das Gitter 3 hindurchgetretenen
Elektronen, die eine Neigung zeigen, anstatt zu der Anode hinüberzugehen, zum Gitter
3 zurückzukehren, und die zu diesem Zweck seitwärts aus ihren geradlinigen Bahnen
abweichen, durch die Scheidewände 15 abzufangen, so daß sie doch wieder zur Anode
gelangen. Die Anordnung unterscheidet sich also nach Zweck und Wirkung von einer
bekannten Röhrenkonstruktion, bei der Anode und Steuergitter selbst nur aus radialen
Flächen bestehen.
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Eine andere Bauart, die gleichfalls den Zweck hat, die durch das Schutzgitter
hindurchgetretenen Primärelektronen an einer Rückkehr zum Schutzgitter zu hindern,
ist in
Abb.7 dargestellt. Diese Abbildung ist ein schematischer
Querschnitt durch die Elektroden einer Entladungsröhre nach der Erfindung, bei der
das Gitter :2 aus einer Anzahl kleiner, parallel zum Heizdraht 6 verlaufenden flachen
Bänder besteht, die senkrecht zu der Ebene liegen, die durch ihre Längenachse und
durch die Kathode geht. Auf der von der Kathode abgewandten Seite dieser Bänder
liegen die Elemente, z. B. Drähte, des Schutzgitters 3, die somit von den Bändchen
2 ziemlich vollständig abgeschirmt werden. Die Wirkung dieser Anordnung ist, daß
die Elektronen unter dem gemeinsamen -Einfluß der Gitter .2 und 3 nur wenig abgelenkt
werden, so daß sie weniger Neigung zeigen, zum Gitter 3 zurückzukehren. Außerdem
werden infolge der abschirmenden Wirkung des Steuergitters 2 auf das Schutzgitter
3 so gut wie gar keine Primärelektronen unmittelbar zum Schutzgitter gelangen. Wird
dann rings um das Schutzgitter 3 noch ein Hilfsgitter q. angeordnet, _ das die Emission
von Sekundärelektronen von der Platte r5 zum Gitter 3 in schon beschriebener Weise
verhütet, so werden alle drei im Eingang der Beschreibung erwähnten nachteiligen
Erscheinungen -ausgeglichen.
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Bei Anwendung der Erfindung ist es möglich, einen Endverstärker zu
verwenden, der in Verbindung mit einer großen Leistung einen inneren Widerstand
hat, der so groß in bezug auf die Impedanz der Wiedergabevorrichtung (Lautsprecher
o. dgl.) ist, daß die Stromschwankungen in dieser Vorrichtung genau denselben Verlauf
wie die Spannungsschwankungen des Steuergitters der Endlampe haben, so daß die Wiedergabe
unverzerrt ist.
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In Abb. 8 ist noch eine dritte Bauart= angegeben, bei der die Elektronen
an -einer Rückkehr zum Schutzgitter gehindert werden. Zu diesem Zweck ist unmittelbar
außerhalb des Schutzgitters ein gegen letzteres isoliertes Gitter 16 angeordnet,
das mit der Anode 5 leitend verbunden ist (bei 17 ist schematisch eine leitende
Verbindung angegeben) und dessen Elemente den Elementen des Schutzgitters entsprechen.
Kehren nun Elektronen in dem Raum zwischen 16 und 5 ihre Bewegungsrichtung
um, so gelangen diese Elektronen zum größten Teil auf die Außenflächen der Elemente
16 und nicht auf das Gitter 3.
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Abb. 9 schließlich zeigt eine Schaltung für eine Fünfelektrodenröhre,
bei der das zwischen der. Anode 5 und dem Schutzgitter 3 vorhandene Schutzgitter
q. mit einem Punkt verbunden ist, dessen Spannungsschwankungen denjenigen der Anode
in der Phase entgegengesetzt sind. Zu diesem Zweck liegt im Anodenkreis die Primärspule
eines Transformators 18, in dessen Sekundärstromkreis die Wiedergabevorrichtung
io geschaltet ist. Das Hilfsgitter q. ist nun leitend mit dem Ende der Sekundärspule
verbunden, dessen Potential von dem der Anode um i8o° in der Phase verschieden ist.
Dies führt zu dem Ergebnis, daß bei passender Wahl der Abmessungen der Elektroden
und des übersetzungsverhältnisses von 18 das elektrische Feld zwischen den Gittern
3 und q. von Potentialschwankungen an der Anode nicht beeinflußt wird.
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Zusammenfassend umfaßt daher die Erfindung Mittel, die entweder für
sich oder in Verbindung angewendet werden können, durch die bei einem mit einem
Schutzgitter zwischen dem Steuergitter und der Anode versehenen Endverstärker ganz
oder teilweise verhütet wird, daß bei Heruntersinken des Anodenpotentials unter
das Schutzgitterpotential der Schutzgitterstrom auf Kosten des Anodenstroms zunimmt.