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Anordnung zur Vermeidung des Rauschens bei hochfrequenzverstärkenden
Röhren in Empfängern Wenn man bei einem empfindlichen Empfänger zur Erhöhung der
Lautstärke die Rückkopplung so weit festigt, daß Schwingungen einsetzen, so bemerkt
man, daß zwar die Empfangsintensität stark wächst, daß aber mit der Empfangsintensität
zugleich das bekannte Rauschen des Empfängers so stark anwächst, daß der erzielte
Gewinn an Lautstärke illusorisch wird. Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist
es nun, dieses Rauschen zu beseitigen.
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Dieses Rauschen ist eine Folge des von Schottky gefundenen Schroteffektes.
Dieser Schroteffekt kommt dadurch zustande, daß in gleichen Zeiten nicht die gleiche
Anzahl von Elektronen den Glühdraht verlassen, sondern dann die Elektronenzahl und
damit die Stromstärke schwankt. Für derartige Schwankungen atomistischer Vorgänge
hat man ganz allgemein durch Wahrscheinlichkeitsbetrachtungen folgendes Gesetz aufgestellt:
j-2 = 'zE Hierin bedeutet j die Stromschwankung, j-4 das mittlere Quadrat der Stromschwankung,
a den mittleren Elektronenstrom, E die Ladung eines Elektrons und a die Beobachtungszeit.
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Ist z groß, d. h. die Frequenz klein, so ist nach dieser Formel die
Schwankung klein, d. h. man hört im Empfänger kein bzw. nur ein sehr leises Rauschen.
Ist z dagegen klein, die Frequenz hoch, so wird, da t im Nenner steht, die Schwankung
sehr stark verstärkt. Will man also das Rauschen beseitigen, so muß man vermeiden,
daß der die erste oder die ersten Röhren durchfließende Strom hochfrequent schwankt.
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Eine Röhre wird von zwei Seiten her von Hochfrequenzspannungen getroffen;
einmal von .dem Eingangskreis der Empfangsanordnung, d. h. der Antenne. Die hiervon
herrührenden hochfrequenten Schwankungen müssen natürlich erhalten bleiben, denn
die Anordnung soll ja zum Empfang dienen. Diese Hochfrequenzimpulse sind auch nicht
schädlich, denn sie sind nur sehr schwach und erregen auch nur einen schwachen,
nicht störenden Schroteffekt. Die Röhre wird aber auch andererseits von rückwärts
von Hochfrequenzspannungen getroffen, die an dem nachgeschalteten Kreis auftreten.
Diese Schwingungen rühren von einer Selbsterregung der Röhre beim Schwebungsempfang
und beim Mitnahmebereichempfang her und sind schätzungsweise einige hundertmal stärker
als die von der Antenne herkommenden Empfangsschwingungen. Sie rufen daher auch
einen starken Schroteffekt hervor. Der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen,
daß bei Telephonieempfang mit dem rückkopplungsentdämpften Audion dieTrägerwelle
so
weit verstärkt wird; daß sie gegenüber den Seitenbändern dieselbe Rolle spielt wie
die durch Selbsterregung entstehenden Wellen beim Schwebungs- und Mitnahmebereichempfang.
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Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die
Einwirkung der an der Anode wirksamen, am nachgeschalteten Kreis auftretenden Hochfrequenzspannungen
auf die Kathodenemission zu kompensieren. Dies ist ohne weiteres statthaft, da .die
Empfangslautstärke nicht beeinflußt wird. Der Vollständigkeit halber sei noch darauf
hingewiesen, daß die Schwingungen am nachgeschalteten Kreis beim Schwebungsempfang,
beim Arbeiten im Mitnahmebereich und auch beim gewöhnlichen entdämpften Empfang
auftreten.
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Auf Grund dieses prinzipiellen Erfindungsgedankens wird dann folgende
technische Maßnahme vorgeschlagen.
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An ein der Anode benachbartes Gitter wird eine Spannung gelegt, die
gegenphasig ist zu der vom nachgeschalteten Kreis herrührenden Wechselspannung,
die an der Anode liegt. Diese Gegenspannung wird so bemessen, daß ihr Verhältnis
zu der vom nachgeschalteten Kreis herrührenden Spannung dem Durchgriff der Anode
durch das der Anode benachbarte Gitter gleicht, und außerdem wird das der Anode
benachbarte Gitter durch Heranrücken an- das von -der Anode aus gesehene zweite
Gitter (Steuergitter) und durch eine Vorspannung stromlos gehalten, die niedriger
als die Spannung ist, die an der Stelle des der Anode benachbarten Gitters in der
Röhre herrschen würde, wenn dieses Gitter nicht vorhanden wäre: Im nachstehenden
ist der Erfindungsgedanke im einzelnen näher erläutert. Es sei zunächst beispielsweise
angenommen, daß die erste Röhre eine Schirmgitterröhre sei, an deren Anode eine
durch den nachgeschalteten Kreis ?" 3 (Abb. i) hervorgerufene hochfrequente
Wechselspannung liegt. Die hochfrequente -Wechselspannung wird durch die Rückkopplung
mit der Spule i hervorgerufen. Die Gitter dieser Röhre numerieren wir von der Anode
aus, nennen also in dem vorliegenden Beispiel das Schirmgitter Gitter I, das Steuergitter
Gitter Il. Unter Zugrundelegung des Grundprinzips der vorliegenden Erfindung soll;
wie dargelegt, im Raume zwischen Gitter I und II kein von dem nachgeschalteten Kreis
herrührendes Wechselfeld sein. Ist dies der Fall, dann ist der das Gitter II durchsetzende
Strom von hochfrequenten Schwankungen frei. Das genügt allerdings noch nicht, denn
dieser Strom verteilt sich auf Gitter I und Anode. Es muß daher noch dafür gesorgt
werden-, daß diese Verteilung- von :der hochfrequenten vom nachgeschalteten Kreis
herrührenden Spannung unabhängig ist. Das kann z. B. dadurch geschehen, daß man
dafür sorgt, daß das Gitter i gar keinen Strom aufnimmt. Das Verteilungsverhältnis
ist dann immer gleich Null.
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Eine technische Maßnahme zur Erzeugung eines wechselfeldfreien Raumes
zwischen den Gittern I und II kann man z. B. aus folgender Überlegung ableiten:
Anode und Gitter II bilden eine kleine Kapazität. Liegt an der Anode' eine Wechselspannung,
so fließt durch diese Kapazität ein Strom; dieser erregt in dem zwischen Gitter
II und Kathode liegenden Schwingungskreis eine Wechselspannung. Vermeidet man diese
Spannung am Gitter II, was man z. B. durch Neutrodynisierung erreichen könnte -
es wird das auch, wie später dargestellt werden soll, ohne die übliche Neutrodynisierung
möglich, sein -, so wird nach der ersten Barkhausenschen Röhrenformel der Strom.,
welcher durch die Maschen des Gitters II hindurchfließt, zwar nicht durch eine Spannungsschwankung
des Steuergitters, sondern durch eine Steuerspannung gesteuert, die sich durch u
- DAS (u" + us) berechnet, wobei u" die Anodenspannung, u, die Spannung des
Gitters I, .in. unserem Beispiel des Schirmgitters, und DAS der Durchgriff der Anode
durch das Schirmgitter ist. u wird also zu Null gemacht werden können, wenn man
-u, und- u, im Verhältnis DAS gegeneinanderschwingen läßt. - Dies kann beispielsweise
wieder dadurch erreicht werden, daß man die Schwingkreisspule 2 teilt, wie in Abb.
z -dargestellt, das obere Ende an, die Anode, das untere an das Schirmgitter und
den Teilungspunkt an Erde legt und -las Teilungsverhältnis so bemißt, daß die Spannungsabfälle
-in. der unteren und oberen Hälfte sich wie DAS verhalen.
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Wenn dieses- Verteilungsverhältnis beim Abstimmen-des Empfängers erhalten
bleiben soll, so mu'B des weiteren noch dafür gesorgt werden, daß auch der Strom
in beiden Spulenteilen derselbe ist. Das- wird von vornherein nicht der Fall sein,
denn -der obere Spulenteil wird noch von den Kapazitätsströmen il und i2, der untere
von dem Strom i3 durchflossen, und il -f- i2 ist im allgemeinen nicht gleich
i3. Da es sich aber bei diesen drei Strömen um Kapazitätsströme handelt, so kann
man für alle Frequenzen ihre Gleichheit z. B. durch den. Doppelkondensator q. einregulieren.
. -Schließlich ist noch auf einen weiteren Punkt zu achten. Auch -die Rückkopplungsspule
erregt in der Spule .2 eine Spannung. Die Rückkopplungsspule muß so angeordnet werden,
daß die von ihr in den beiden Spulen= teilen .induzierten Spannungen-ebenfalls im
Verhältnis
DAS stehen. Damit ist der Spannungsabgleich vollständig, denn der Anodenstrom der
ersten Röhre stört ihn nicht, da er keine Hochfrequenz enthält.
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Als zweite zur Beseitigung des Rauschens notwendige Bedingung hatten
wir im Anfang aufgestellt: Stromlosigkeit des Gitters I, damit das Stromverteilungsverhältnis
irümer konstant gleich Null bleibt. Um die technischen Maßnahmen hierüber zu finden,
stellen wir folgende Betrachtung an. Wir vergleichen die elektrischen Potentiallinien
mit den Höhenniveaulinien einer Landkarte, auf der ein Gebirge dargestellt ist.
Gitter II stellt den Gebirgskamm, die Anode das Tal dar. Die Elektronen werden mit
Kugeln verglichen, die vom Kamm des Gebirges zu Tal rollen. Bilden jetzt die Stäbe
des Gitters I Potentialberge, die auf den Berghang aufgesetzt sind, so werden die
Elektronen um die Gitterstäbe herumrollen. Es wird erreicht werden, daß der Strom
auf das Gitter I dauernd Null bleibt. Bilden die Drähte des Gitters I aber Gruben,
die in den Abhang des Gebirges eingegraben sind, so werden die Elektronen hineinrollen.
Wir müssen also das Potential des Gitters I so weit senken (oder in unserem Bilde:
die von dem Gitter I dargestellten Berggruppen so weit erhöhen), daß es niedriger
ist, als das Potential an dieser Stelle der Röhre sein würde, wenn das Gitter I
nicht da wäre; wir müssen das Gitter I dem Gitter II möglichst nahe rücken, damit
wir seine Spannung nicht allzusehr zu senken brauchen. Absolut sicher geht man,
wenn man eine Penthode benutzt und Gitter I negativ gegen den Glühdraht vorspannt.
Abb. q. zeigt einen als erste Röhre eine Penthode benutzenden Empfänger mit der
nötigen Kapselung. In der schwingenden zweiten Röhre kann der Hochfrequenzschroteffekt
natürlich nicht vermieden werden. Ist der Empfang so schwach, daß die Verstärkung
durch eine Hochfrequenzstufe noch nicht genügt, so kann man natürlich in üblicher
Weise weitere Hochfrequenzstufen vorschalten.