DE625273C - Schaltung zur Erzeugung einer fallenden Entladungscharakteristik unter Verwendung einr Elektronenroehre - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
6. FEBRUAR 1936

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21g GRUPPE 13 oi

einer Elektronenröhre

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Juli 1932 ab

Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung und Anwendung einer fallenden Entladungscharakteristik von Hochvakuumröhren.

Es ist bekannt, daß mit Hochvakuumentladungsröhren, die eine Glühkathode und mindestens zwei weitere Elektroden enthalten, eine fallende Charakteristik erhalten werden kann, wenn mindestens eine der kalten Elektroden eine genügende Sekundärelektronenemission aufweist. Die Form einer derartigen Charakteristik, wie sie z, B. durch den Zusammenhang zwischen Gitterspannung V_g und Gitterstrom i_g bei positiver Anodenspannung in einer normalen Dreielektrodenröhre erhalten wird, ist'in Abb. 1 wiedergegeben. Der Strom steigt zunächst zu positiven Werten an, da bei kleinen Gitterspannungen noch keine Sekundärelektronen erzeugt werden, und gelangt erst bei höheren positiven Gitterspannungen in das Gebiet negativer Werte.

Gegenstand der Erfindung ist die Erzeugung einer Charakteristik, bei der der Strom nicht erst positive Werte annimmt, sondern

s5 von vornherein negativ wird> wie dies in Abb. 2 dargestellt ist. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck eine Röhre mit mindestens zwei Gittern benutzt, z. B. eine Schirmgitterröhre. Die verwendete Schaltung ist in Abb. 3 dargestellt. Das innere Gitter (Steuergitter) wird so weit negativ vorgespannt, daß ein Strom i_sg zum äußeren Gitter (Schirmgitter) und zur Anode erst bei so hohen Schirmgitterspannungen V_sg fließen kann, daß der Koeffizient der Sekundärelektronenemission des Schirmgitters wesentlich größer ist als i, d. h. daß von dem Schirmgitter mehr Elektronen ausgehen als auftreffen. Infolgedessen wird der Schirmgitterstrom bereits bei seinem Entstehen in negativer Richtung fließen, so daß der Zusammenhang zwischen Schirmgitterspannung V_sg und Schirmgitterstrom i_ss die in Abb. 2 wiedergegebene Form hat. Nimmt man an, daß der Koeffizient der Sekundäremission im wesentlichen konstant ist, so ist der resultierende negative Schirmgitterstrom dem ursprünglich primärenSchirmgitterstrom proportional und hat die Form einer normalen Raumladungskurve i = k · V^3ß mit negativem Proportionalitätsfaktor k.- .

Erfindungsgemäß wird diese Tatsache dazu benutzt, um Charakteristiken mit extrem hoher positiver oder negativer Steilheit herzustellen. Zu diesem Zwecke verwendet man eine normale Dreielektrodenröhre, deren geometrische Dimensionen und deren Gittervorspannung so bemessen sind, daß die den Anodenstrom i als Funktion der Anodenspannung V darstellende Kennlinie gerade das Spiegelbild der in Abb. 2 dargestellten fallenden Charakteristik ist. Diese Charakteristik ist in der rechten Hälfte von Abb. 4 wieder-

*) Von dem Patent sucher ist als der Erfinder angegeben worden;

Dr. Dietrich Prinz in Berlin.

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gegeben und dort mit I bezeichnet. Die Richtigkeit des in Abb. 2 dargestellten funktionalen Zusammenhangs bleibt offenbar auch dann gewahrt, wenn man die Vorzeichen beider Koordinaten vertauscht; man erhält dann die auf der linken Seite der Abb. 4 dargestellte Kurve II. Physikalisch entspricht dies einer Umpolung bzw. einer Betrachtung der Stromspannungsverhältnisse mit umgekehrter Zählrichtung, Wenn man die beiden Entladungsstrecken, deren Kennlinien in Abb. 4 dargestellt sind, hintereinanderschaltet, so erhält man eine resultierende Charakteristik, die dadurch entsteht, diß die zu einem bestimmten Stromwert gehörenden Spannungen der in der linken und in der rechten Hälfte der Abb. 4 dargestellten Kennlinien zueinander addiert werden. Da diese beiden Kennlinien voraussetzungsgemäß symmetrisch verlaufen, bildet die resultierende Kennlinie eine Gerade, welche mit der Stromachse zusammenfällt und in Albb. 4 durch die stark ausgezogene Strecke III angedeutet ist. Durch geringe Abweichungen in dem Verlauf der beiden Teilkennlinien kann man erreichen, daß die Steilheit der resultierenden Stromspannungskennlinie sehr hohe, aber endliche positive oder negative Werte annimmt.

In Abb. 5 ist die Anwendung dieser An-Ordnung zur Schwingungserzeugung dargestellt. Hierbei bedeutet 1 die Schirmgitterröhre, die die Charakteristik der Abb. 2 oder der linken Hälfte von Abb. 4 liefert, 2 die Eingitterröhre, deren Charakteristik in der rechten Hälfte von Abb. 4 dargestellt ist, 3 und 4 die Selbstinduktion und die Kapazität eines Schwingungskreises. Nun besteht bekanntlich die Bedingung für die Erzeugung von Schwingungen mit Hilfe fallender Charakteristiken vom Dynatrontyp darin, daß der absolute Betrag des negativen Widerstandes der fallenden Charakteristik kleiner sein muß als die Impedanz des Schwingungskreises. Kleiner absoluter Betrag des negativen Widerstandes ist aber gleichbedeutend mit hoher Steilheit der Charakteristik. Je höher diese Steilheit ist, desto leichter werden sich also Schwingungen auch in Kreisen mit starker Dämpfung, d. h. kleiner Impedanz, erregen lassen. ·

Es ist an sich auch möglich, die verlangten Bedingungen dadurch zu realisieren, daß man in einem Stromkreis mit beliebig fallender Kennlinie vom Dynatrontyp einen Widerstand einschaltet, dessen Größe der maximalen Steilheit des fallenden Teiles dieser Kennlinie entspricht. Infolge des krummlinigen Verlaufs der Charakteristik weist aber die durch Zuschaltung des Widerstandes entstehende neue Kennlinie eine unendlich große Steilheit nur in der unmittelbaren Umgebung jenes Punktes auf, in dem die ursprüngliche Kennlinie ihre maximale Steilheit besitzt. Infolgedessen können sich Schwingungen in einer derartigen Schaltung nur bis zu sehr kleinen Amplituden aufschaukeln. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird aber durch die Verbindung einer steigenden und einer fallenden Charakteristik von nahezu gleicher Form eine extrem hohe Steilheit für einen weiten Spannungsbereich erzielt, wie oben ausführlich auseinandergesetzt wurde. Infolgedessen lassen sich mit dieser Anordnung auch Schwingungen von erheblich höherer Amplitude erzielen.

Eine weitere Anwendung 'betrifft die Verstärkung von Wechselspannungen in der als Widerstandsverstärker bekannten Schaltung. Das Prinzip einer derartigen Schaltung ist in Abb. 6 angedeutet; R_a bedeutet den äußeren Widerstand, E_a die Anodenbatterie« Die Wirkungsweise einer solchen Schaltung läßt sich bekanntlich auf folgende Art graphisch darstellen. Man zeichnet für zwei bestimmte Gitterspannungen, z. B. — 10 und — 11 Volt, die Kennlinien, die den Zusammenhang zwischen dem Anodenstrom I_a und der Anodenspannung V_a angeben (Abb. 7). In dieses Diagramm trägt man weiter die Charakteristik des Systems ein, das aus der Anodenbatterie E_a und dem äußeren Widerstand R_a besteht. Diese Charakteristik ist eine gerade Linie (die Widerstandsgerade),die die V_a-Achse im Punkte V_a — E_a schneidet und deren Neigung umgekehrt verläuft wie die Neigung der Charakteristik des Widerstandes R_a selbst, also bei abnehmender Spannung nach zunehmenden Stromwerten hin. Die Schnittpunkte dieser Geraden mit den Röhrencharakteristiken liefern dann die Ströme I_a, und Ja₂ und die Spannungen V_ai und V_av die bei den Gitterspannungen —10 und —11 Volt durch die Röhre fließen bzw. an der Röhre liegen. Die Differenz V_a·, —V_ai gibt also den Anodenspannungsunterschied für ι Volt Gitterspannungsunterschied, d. h. direkt die erzielte Spannungsverstärkung.

Erfindungsgemäß wird nun an Stelle des Widerstandes R_a ein System nach Abb. 3 benutzt, das eine Charakteristik nach Abb. 2 hat, wobei die Dimensionien derartig gewählt sind, daß die Form dieser Charakteristik nahezu mit den Charakteristiken der Abb. 7 übereinstimmt. Die Wirkungsweise dieser in Abb. 8 wiedergegebenen Anordnungen ergibt sich aus Abb. 9. An Stelle der Widerstandsgeraden der Abb. 7 tritt hier eine Kurve, die aus der Kurve der Abb. 2 durch Umklappen entsteht; für die erste Röhre wird bei geeigneter Dimensionierung der Elemente der Schaltung keine besondere Anodenspannungsquelle benötigt. Wie man unmittelbar erkennt,

wird bei ι Volt Änderung der Gitterspannung bereits die ganze Charakteristik durchlaufen, so daß die Differenzen V_a,₂ —V_ax und /_ςΤ,—Ja₁ wesentlich größer sind als bei Verwendung eines gewöhnlichen Widerstandes. Die Röhre liefert eine wesentlich höhere Verstärkung.

Es sei noch erwähnt, daß die gemäß der Erfindung ausgeführte Anordnung vor anderen vorgeschlagenen Anordnungen, bei denen im Anodenkreis der Verstärkerröhre eine weitere als äußerer Widerstand wirkende Entladungsröhre liegt, den Vorteil voraus hat, daß die zweite Röhre nicht umgekehrt wie die erste Röhre geschaltet ist, sondern mit ihrer Kathode an der Kathode der ersten Röhre liegt, so daß schädliche Belastungen durch die Erdkapazität der Heizstromquellen nicht entstehen können.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Schaltung zur Erzeugung einer fallenden Entladungscharakteristik unter Verwendung einer Elektronenröhre mit einer Kathode, mindestens zwei Gitterelektroden und einer Anode, bei welcher wenigstens eine der kalten Elektroden genügend sekundäremissionsfähig ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anwendung sehr hoher negativer Vorspannungen des inneren, der Kathode benachbarten Gitters die Entladungsstromkennlinie der die Sekundär elektronen abgebenden Elektrode von Null an stetig fällt.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden-Kathoden-Strecke einer Dreielektrodenröhre in Reihenschaltung in dem Stromkreis der die Sekundär elektronen abgebenden Elektrode liegt.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe zur Schwingungserzeugung verwendet wird.
4. 4. Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Verstärkung einer Widerstandsverstärkerstufe an Stelle des üblichen Außenwiderstandes eine Anordnung nach Anspruch 1 eingeschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen