DE540480C - Vorrichtung fuer die Speisung von Roehrenapparaten mit Wechselstrom - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
19. DEZEMBER 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 540 KLASSE 21 a* GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Dezember 1925 ab

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speisung von Röhrenapparaten mit Wechselstrom, welcher insbesondere zur Heizung der Kathode diente wenn der Anodenstromkreis und der Gitterstromkreis gemeinsam mit einem Fadenende der Kathode verbunden sind.

Wenn die Kathode durch eine Gleichstromquelle gespeist wird, ergibt sich eine bestimmte Arbeitsweise .r, wenn der dem An öden- und dem Gitterstromkreis gemeinsame Punkt mit dem positiven Ende der Kathode verbunden ist, und eine Arbeitsweise y. wenn dieser Punkt mit dem negativen Ende der Kathode verbunden ist. Man erhält also beim Heizen der Kathode mit Wechselstrom abwechselnd die Arbeitsweise.\: und die Arbeitsweise y. Die so erzeugten Schwankungen sind um so stärker, je größer die Potential-

■>.a differenz an dem Fadenende ist.

Gemäß Abb. 1 besitzt die Röhre eine Kathode/ mit den Endend und B. Diese Kathode ist über einen Transformator T an eine Wechselspannung gelegt. An das Ende A der Kathode ist der Stromkreis der Anode und der Stromkreis des Gitters angeschlossen. * Bei Anwendung von Wechselstrom zur Heizung" der Kathode ist in einem bestimmten Augenblick das Ende/! des Fadens z. B.

negativ, und man erhält die Arbeitsweise y. Nach einer halben Periode des Heizstromes ist das Ende A der Kathode positiv, so daß sich die Arbeitsweise χ ergibt.

Die Erfindung bezweckt nun, soweit wie irgend möglich die Arbeitsweise.ν gleich der Arbeitsweise y zu machen.

Der Unterschied zwischen den beiden Arbeitsweisen .v und y ist einmal durch die Tatsache bedingt, daß der Gitterstromkreis mit einem Ende der Kathode verbunden ist. Bei der Arbeitsweise y, d. h. wenn der Gitterstromkreis mit dem negativen Ende der Kathode verbunden und dieses Ende als Nullpotential gewählt ist, befindet sich das Gitter auf dem Potential Null, während bei der Arbeitsweise x, d.h. wenn das Gitter mit dem positiven Ende der Kathode verbunden ist, sich das Gitter auf einem Potential Vf befindet. Dieses Potential V",- entspricht der an du· Kathode gelegten Spannung. Wenn sich nun die beiden Arbeitsweisen χ und y beim Heizen der Kathode mit Wechselstrom fortlaufend abwechseln, schwankt das Potential des Git ters zwischen Null und Vf.

Gemäß der Erfindung ist nun der Gitterstromkreis nicht nur mit einem Ende der Kathode, sondern auch mit dem positiven Pol der Anodenspannung· über einen Widerstand

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verbunden. Zur Zeit der Arbeitsweisey steht nun, da das negative Ende der Kathode das Potential Null besitzt, dieser positive Pol unter dem Potential V₁₁ (V₁, = Anodenspanniing·. während er bei der Arbeitsweise χ unter dem Potential V₁₁ -·- Vf steht. Wenn sich nun die beiden Arbeitsweisen χ und y abwechseln, d. h. wenn die Kathode durch einen Wechselstrom geheizt wird, verändert sich das ίο Potential des positiven Pols der Anodenspannung von V_n bis V₁₁ -f- Vf. Infolgedessen verändert sich der relative Wert des Potentials dieses positiven Pols nur um

Da man in der Wahl des Wertes von V_a freie Hand hat, wählt man denselben so, daß

_T; = — ist. Man erhält also bei der Heizung

Va 100 ^ö

der Kathode mit Wechselstrom und Verbinden des Gitterstromkreises mit dem positiven Pol der Anodenspannung Schwankungen des Gitterpotentials, welche nur den hundertsten Teil der .Schwankungen betragen, die sich ergeben, wenn der Gitterstromkreis mit einem Ende der Kathode verbunden ist.

Die oben beschriebene Vorrichtung kann für 3'- alle Arten von Vakuumröhrenschaltungen sowohl für die Sendung als auch für den Empfang, ferner bei Telephonic mit Draht sowohl in den Leitungsverstärkern als auch in den Leistungsverstärkern für den Betrieb eines :H5 Lautsprechers verwendet werden.

Die Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht auf die hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Abb. 2 zeigt die Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung an einer Röhre, welche als Detektor wirkt.

Abb. 3 und 3a zeigen schematisch die Wirkung der Vorrichtung gemäß Abb. 2.

Abb. 4 zeigt die Anwendung der Vorrichtung an Detektorverstärkern mit Widerständen.

Abb. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Schaltung gemäß Abb. 4.

Abb. 6 zeigt die Anwendung der Vorrichtungan einem Verstärker mit Transformatoren.

Abb. 7 zeigt die Anwendung der Vorrichtung an einem Resonanzhochfrequenzverstärker.

Gemäß Abb. 2 enthält die Röhre 1 eine Kathode 2, ein Gitter 3 und eine Anode 4. Die Kathode dieser Röhre wird durch eine Wechselstromquelle über den Transformator 5 gespeist. Auf diese Röhre wirkt eine Wellen-6a empfangsvorrichtung von bekannter Art. Auf der-Abbildung ist eine Schaltung nach Tesla dargestellt. Sie besteht aus einem x\ntennen-Erde-Stromkreis 6, 7, welcher induktiv auf einen Schwingungskreis 8 wirkt. Die eine Klemme dieses Stromkreises ist unmittelbar mit dem einen Ende 9 der Kathode 2 und das andere Ende über einen Kondensator 10 von einigen Tausendstel Mikrofarad oder weniger mit dem Gitter 3 verbunden. Der negative Pol der als Batterie 11 dargestellten Anodenstromquelle ist an das Ende 9 angeschlossen. In den Anodenstromkreis ist eine Anzeigevorrichtung, wie z. B. ein Telephon 12, eingeschaltet. Ferner kann zwischen der Anode und diesem Telephon noch in üblicher Weise eine (nicht dargestellte) Rückkopplungsspule eingeschaltet werden.

Der Erfindung gemäß ist nun in Verbindung mit der Anordnung des Kondensators 10 ein Widerstand 13 zwischen Gitter So und positivem Pol der Batterie 11 eingeschaltet. Dieser Widerstand muß einen solchen Wert haben, daß der durch ihn fließende Gitterstrom einen solchen Ohmschen Spannungsverlust hervorruft, daß das Gitter eine nur wenig erhöhte Spannung erhält und daher die Bedingungen für die Arbeitsweise der Röhre günstig sind. Auf Grund rechnerischer und praktischer Untersuchungen hat sich gezeigt, daß der Wert des Widerstandes. 13 ungefähr ioomal so groß sein muß wie der Widerstand des zwischen der Kathode und dem Gitter vorhandenen Zwischenraumes. Der Wert dieses Widerstandes kann natürlich geändert werden und muß um so größer sein, je kleiner die Schwankungen des Gitterpotentials sein sollen. Unter diesen Bedingungen tritt durch die Heizung der Kathode mit Wechselstrom irgendwelche Störung nicht auf. Das erklärt sich folgendermaßen:

Die Kurve C (Abb. 3) zeigt die Schwankung des Gitterstromes i_g in Abhängigkeit von der Gitterspannung u_e. Die Gerade O M stellt die Gitterspannung dar, wenn in der Röhre kein Elektronenstrom vorhanden ist (z. B. wenn der Strom für die Heizung der Kathode 2 ausgeschaltet ist). Das mittlere Potential des Gitters in bezug auf eine der beiden Kathodenpole ergibt sich als Schnittpunkt Λ^Γ der Kurve C mit der Geraden MN

von der Neigung—, Die Abszisse O P stellt die

mittlere Spannung des Gitters in bezug auf den negativen Pol der Kathode dar. Die Schwankungen dieses WertesO P rufen die Störungen des Gitterpotentials hervor, wenn die Kathode mit Wechselstrom geheizt wird. Während einer halben Periode des die ^cKathode speisenden Wechselstromes ist die Spannung OM gleich der Spannung E der Batterie 11, und während der folgenden Periodenhälfte ist diese Spannung gleich der An-

odeiispannung V₁, plus einer Spannung V₁, die kleiner oder gleich der Spannung V/ für die Speisung der Kathode ist. Beim Übergang von der einen Periodenhälfte zu der nächsten Periodenhälfte verschiebt sich die im Verhältnis geneigte Gerade so, daß der

Schnittpunkt dieser Geraden mit der Abszissenachse von dem Punkt M zu dem Punkt M' wandert. Diese Verschiebung ist abhängig von der Größe der Spannung V₁. Die beiden Geraden MN und M'N' schneiden die Kurve C in den Punkten N und N'. Der Unterschied der Abszissen O P, OP' entspricht der Schwankung der Gitterspannung in bezug auf den negativen Pol der Kathode, beim Übergang von einer Periodenhälfte zu der folgenden Periodenhälfte.

Wie insbesondere aus Abb. 3a ersichtlich,

ist die Neigung , der Geraden sehr klein.

Diese Neigung wird um so schwächer, je größer der Widerstand R und auch je größer die Spannung O M der Anodenbatterie ist. Die Entfernung der beiden Geraden M und AV N' ist sehr klein, so daß die beiden Punkte/³ und P' sehr nahe aneinanderliegen. Schon eine überschlägige Rechnung zeigt. daß das Potential PP' kleiner als

100

der

SpannungAl Ai' fbzvv. der Spannung Vf) des die Kathode heizenden Stromes sein kann.

Die Strecke/*/⁵' kann folgendermaßen berechnet werden (s. auch. Abb. 3a, die einen Teil der Abb. 3 in stark vergrößertem Maßstabe darstellt):

Bezeichnet man den Winkel OMN mit α und den von der Linie N N' mit der Linie O M gebildeten Winkel mit ß, so erhält man:

PP' = NN' cos ß.

ßezeichnet man nun mit N' Q die Entfernung der beiden Geraden MN und M'N', so erhält

N' Q = Al M' sin a,

sin (α + β)

man

und da

so ist

sin (ct"+" β)
Der Winkel« ist nun sehr klein, da tg et = --

und, wie schon bereits ausgeführt, R sehr groß ist. Man erhält also:

sin α = tg α ~—

Der Winkel β ist viel größer, denn die charakteristische Kurve erhebt sich sehr schnell, α -J- β ist also sehr wenig von β verschieden, und infolgedessen ist:

PP' —MM' ^tga-

Bei Gleichsetzung von tg β = , wobei R'

der Widerstand des Kathodengitterzwischenraumes im Punkte N der Kurve ist, wird

PP' = MM' —·
R

Nimmt man nun für R = 100 Megohm an und für R' 1 Megohm, so erhält man:

mm:

100

Wenn man also die Kathode mit Wechselstrom heizt, wird die Potentialdifferenz zwischen dem Gitter und dem Punkt 9 der Kathode nur um einen sehr kleinen Bruchteil, z.B. ¹ZiOo des Wertes, schwanken, welcher sich bei Fortlassung der gemäß Erfindung getroffenen Vorsichtsmaßregel ergibt.

Abb. 4 zeigt die Anwendung der Schaltung gemäß Erfindung auf einen Detektorverstärker mit Widerständen, bei welchem, um die Abbildung klarer zu halten, die Kapazität der Rückkopplung fortgelassen worden ist.

Die Kathoden der Röhren dieses Verstärkers werden mit Wechselstrom geheizt. Die Wechselstromleitung ist an die Klemmen 5,i des Transformators 5 angeschlossen. Auf diesen Detektorverstärker, wirken die durch, ein Antennen-Erde-System 6, 7 eingefangenen Schwingungen. Der Antennen-Erde-Kreis ist induktiv mit dem Schwingungskreis S gekoppelt. Die. Röhren 14 sind in Kaskade in bekannter Weise mittels der Kapazitäten 15 und den in die Anodenstromkreise der Röhren eingeschalteten Widerständen 16 miteinander verbunden. Die Rollen des Kondensators 10 (Abb. 2) übernehmen Her die Kondensatoren 15 und 17. Die Widerstände 13 verbinden ebenfalls (wie in Abb. 2) die Gitter der Röhren mit dem positiven Pol der Anodenbatterie 11.

Abb. 5 stellt eine Ausführungsform dar, bei welcher die Widerstände 13 der Gitter in zwei Teile 13« und 132, geteilt sind. Der eine Teil 132, ist allen Röhren gemeinsam und durch n₅ einen Kondensator 18 geshuntet. Die Röhren können, zu Gruppen zusammengefaßt werden. Dieser Teil τ Sb kann nun auch mir einer solchen Röhrengruppe zugeordnet werden. An die Punkte 11 ist die (nicht dargestellte; Anodenstromquelle angeschlossen. In den Anodenstromkreis der letzten Röhre ist ein

durch einen Kondensator I2„ geshuntetes Telephon eingeschaltet.

Bei der Schaltung gemäß Abb. 6 ist die Vorrichtung gemäß Erfindung mit einem Verstärker mit Transformatoren versehen. Die Röhren 14 sind in bekannter Weise mittels der Transformatoren 19 in Kaskadenschaltung verbunden. Die Kathoden der Röhren werden mit Wechselstrom geheizt. Die Zuleitung des Wechselstromes ist an die Klemmen Sa angeschlossen. Die zu verstärkenden Ströme gelangen durch den Transformator 20 in den Apparat und verlassen diesen nach Verstärkung durch den Transformator 21. Der Erfindung gemäß besitzen die Gitterstromkreise der Röhren Kondensatoren 10 (Abb. 21. Zwischen die Gitter und den positiven Pol der mit den Klemmen 22 verbundenen Anodenstromquelle sind hohe Widerstände 13 (Abb. 2¹) bzw. 13«, 13^ (Abb. 5) eingeschaltet.

Abb. 7 zeigt die Schaltung gemäß Erfindung für einen Resonanz-Hochfrequenz-Verstärker. Der Antennen-Erden-Stromkreis 6, 7 leitet die hochfrequenten Schwingungen induktiv in den Schwingungskreis 8. Die gekuppelten Resonanzkreise 23 und 24 vei-binden die Röhren 14, deren Kathoden durch eine mit den Klemmen ζ_α verbundene Wechselstromquelle geheizt werden.

Die Gitterstromkreise sind wie bei der vorher beschriebenen Vorrichtung mit Kondensatoren 10 versehen, und Widerstände 13 verbinden die Gitter mit dem positiven Pol der an die Klemmen 22 angeschlossenen Anodenstromquelle. In den Anodenstromkreis der zweiten Röhre ist ein durch einen Kondensator I2„ geshuntetes Telephon 12 eingeschaltet.
Diese Ausführungsbeispiele können beliebig erweitert werden, so kann z. B.' die Vorrichtung gemäß Erfindung zum Senden und zum Empfangen bei drahtloser Telegraphic und zur Verstärkung von Telephonströmen verwendet werden.

Als Anodenstromquelle kann eine beliebige Batterie oder auch eine beliebige Stromquelle, wie z. B. ein gleichgerichteter Wechselstrom, verwendet werden. In gewissen Fällen und bei entsprechender Wahl der Größe des Kondensators 10 kann der Widerstand 13 ersetzt werden durch den Isolationswiderstand zwischen den Stromzuführungen zur Anode und zum. Gitter.

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Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung für die Speisung von Röhrenapparaten mit Wechselstrom, insbesondere zur Heizung der Kathodenfäden, mit gemeinsamem Anschluß der Anode und. des Gitters an ein Fadenende der mit Wechselstrom geheizten Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Pol der Anodenstromquelle über einen Widerstand von ungefähr dem hundertfachen Widerstand des Zwischenraumes zwischen Kathode und Gitter mit einem Punkt des Gitterkreises verbunden ist; der zwischen Gitter und einem in den Gitterkreis eingeschalteten Kondensator Hegt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Unterteilung des zwischen den positiven Pol der Anodenstromquelle und das Gitter eingeschalteten Widerstandes in einen allen Gitterzuleitungen gemeinsamen Teil und damit in Serie, aber unter sich parallel liegenden Teilwiderständen, die den einzelnen Gitterzuführungen zugehören.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen