-
Elektronenröhre mit einer Glühkathode und fünf oder mehr weiteren
Elektroden Die Erfindung betrifft eine Mehrgitterelektronenröhre mit zwei von verschiedenen
Teilen der Kathode ausgehenden, zu je einer Anode verlaufenden Entladungsbahnen,
bei der mindestens zwei Gitterelektroden in der einen (Hauptentladungsbahn) und
mindestens eine Gitterelektrode in der anderen (Hilfsentladungsbahn) vorhanden sein
sollen. Die Röhre nach der Erfindung zeitigt besondere Vorteile bei Schaltungen,
bei denen in einer Röhre zwei Verstärkungsvorgänge bzw. ein Verstärkungs- und ein
Schwingungserzeugungsvorgang praktisch unabhängig voneinander durchgeführt werden
und trotzdem eine bestimmte Zusammenwirkung der beiden Vorgänge erzielt werden soll.
- Diese Verhältnisse liegen beispielsweise bei einer selbstschwingenden Mischröhre
eines Überlagerungsempfängers vor.
-
Beim Zwischenfrequenzempfang liegt die Aufgabe vor, zwei verschiedene
Schwingungen, nämlich einerseits die von der Antenne aufgenommene und gegebenenfalls
durch eine Vorstufe verstärkte Fernwelle und andererseits die im Empfänger selbst
erzeugte Überlagerungswelle miteinander derart zu kombinieren, daü daraus eine in
gleicher Weise wie die Fernwelle modulierte Zwischenfrequenz gebildet wird. Dieser
Vorgang vollzieht sich in einer sogenannten Mischröhre, von welcher bereits verschiedene
Schaltungen und Ausführungsformen bekannt sind. Um den Empfänger zu vereinfachen
war man stets bestrebt, die Funktion des örtlichen Schwingungserzeugers (Überlagerers)
und der Mischstufe in eine einzige Röhre zusammenzulegen. Dies ist bekanntlich durch
Verwendung einer Röhre, welche zwischen einer Kathode und einer Anode mehrere Gitterelektroden
enthält, möglich. Einer derselben, z. B. dem der Kathode zunächst liegenden Gitter,
wird die modulierte Fernwelle ausgedrückt. Mittels zweier weiterer aufeinander rückgekoppelter
Gitter erzeugte man die Überlagerungsschwingung, und diese bildet zusammen mit der
Eingangswelle die gewünschte Zwischenfrequenz, die im Anodenkreis abgenommen werden
kann. Hierbei ist es wichtig, den Vorgang der Schwingungserzeugung möglichst unabhängig
von der Steuerung durch die Eingangsspannung zu machen. Infolgedessen wird zwischen
dem Steuergitter und den zur Schwingungserzeugung dienenden Elektroden zweckmäßig
noch ein Schirmgitter eingebaut. Man gelangt so zu einer Röhre mit sechs Elektroden
(Hexode), wobei sich in der zwischen der Kathode und der Anode liegenden Entladungsbahn
vier stromdurchlässige Elektroden befinden. Im Bedarfsfalle kann noch ein weiteres
Schirmgitter vor der Anode untergebracht. werden; auch ist eine andere Reihenfolge
bezüglich
der mit dem Eingangskreis verbundenen -und "zur Schwingungserzeugung, dienenden
Elektroden -denkbar.
-
Dieses Verfahren, die Scliwingungserz'euP' gong und Mischung in ein
und derselben au-'-von der Eingangswechselspannung gesteül?-ten Strombahn vorzunehmen,
weist einige praktische Nachteile auf. Diese treten insbesondere dann in Erscheinung,
wenn man mit der gleichen Röhre auch eine Lautstärkeregelung, etwa zwecks Ausgleichs
der atmosphärischen Schwunderscheinungen, vornehmen will. In diesem Falle wird u.
U. der Elektronenstrom durch die Wirkung der Steuerelektrode so weit abgedrosselt,
daß die für die Schwingungserzeugung erforderliche Stromdichte nicht mehr zur Verfügung
steht.
-
Ähnliche Verhältnisse liegen auch bei anderen an sich bekannten Schaltungen
vor. Dies gilt etwa für eine durch Rückkopplung entdämpfteHochfrequenzverstärkerstufe,
deren Verstärkungsgrad gleichzeitig durch Verlagern einer Gitterspannung geregelt
wird. Auch die sogenannte Homodyne-Schaltung ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen.
Sie ist bekanntlich durch eine Überlagerung des Empfangsspektrums mit einer im Empfänger
erzeugten Schwingung, deren Frequenz mit der Schwingungszahl der Trägerwelle übereinstimmt,
gekennzeichnet. Diese beiden Anordnungen unterscheiden sich von der vorhin erörterten
Mischschaltung in Zwischenfrequenzempfängern lediglich durch die Höhe der Frequenz,
mit welcher eine Selbsterregung bzw. Entdämpfung hergestellt wird.
-
Um die erwähnten, bei der Verstärkungsregelung auftretenden Nachteile
zu verhindern und gleichzeitig auch eine bessere elektrische Trennung zwischen der
Schwingungserzeugung und dem eigentlichen Mischvorgang zu erhalten, als dies bei
den bisher bekannten Röhrenkonstruktionen der Fall war, wird erfindungsgemäß eine
neuartige Röhre mit zwei zu je einer Anode verlaufenden Entladungsbahnen vorgeschlagen,
deren Kennzeichen darin bestehen, daß die beiden Entladungsbahnen in voneinander
abweichenden Richtungen verlaufen, daß außer der Glühkathode mindestens eine Gitterelektrode
der Hauptentladungsbahn mit einer Gitterelektrode der Hilfsentladungsbahn elektrisch
verbunden ist, und daß die beiden Anoden, sei es durch zusätzliche Abschirmmittel,
sei: es vermöge ihrer geometrischen Anordnung, voneinander praktisch vollkommen
entkoppelt sind.
-
Es sind bisher Mehrgitterröhren bekanntgeworden, bei denen entweder
alle Elektroden in der gleichen Entladungsbahn liegen, und welche die oben erwähnten
Nachteile aufweisen. Es wurde ferner bereits die An-
| regung gegeben, über einer durchgehenden |
| Kathode zwei Elektrodensysteme nebenein- |
| '@;der anzuordnen und je eine oder mehrere |
| verschiedenen Entladungsbahnen gehörige |
| Jektroden leitend miteinander zu verbinden |
öder auch konstruktiv zu vereinigen. Gegenüber einer derartigen Anordnung weist
der Erfindungsgegenstand den Unterschied auf, daß die beiden Entladungsbahnen nicht
nebeneinander liegen, sondern nach verschiedenen, im allgemeinen um r8o° versetzten
Richtungen verlaufen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die beiden Entladungsbahnen
und die ihnen zugeordneten Elektroden bereits durch ihre Lage weitgehend voneinander
entkoppelt sind, obwohl durch die elektrische Verbindung oder konstruktive Vereinigung
zweier zu verschiedenen Entladungsbahnen gehöriger Gitterelektroden, die an eine
Mischröhre zu stellenden Bedingungen erfüllt sind. Insbesondere ist die Bedingung
der Entkopplung für die beiden Anoden erfüllt, an denen bei normalen Schaltungen
die höchsten Wechselspannungen auftreten. Infolge der günstigen Lage der Anoden
zu den übrigen Elektroden können leicht auch noch besondere Abschirmmittel angebracht
werden. Es ist also eine Kombination einer in bestimmter Weise definierten Verbindung
der Elektrodensysteme mit einer weitgehenden räumlichen Trennung der Entladungsbahnen,
die besondere Vorteile bedingt.
-
Außer der Vermeidung störender Streufelder von der einen zur anderen
Entladungsbahn wird noch- eine störende Erscheinung vermieden, die bei entsprechenden
Röhren mit in gleicher Richtung (parallel) verlaufenden Entladungsbahnen auftritt,
und die darin besteht, daß sich auf der gemeinsamen Glühkathode eine Indifferenzzone
ausbildet, innerhalb der die emittierten Elektronen nicht deutlich zu der einen
oder anderen Entladungsbahn streben. Bei in verschiedenen Richtungen verlaufenden
Entladungsbahnen kann dies, beispielsweise durch entsprechende Ausbildung des Kathodenquerschnittes,
vollkommen verhindert werden.
-
Es wird für die Zählung der Elektroden darauf hingewiesen, daß auch
zwei konstruktiv miteinander vereinigte Elektroden, die also äußerlich das Bild
einer Elektrode abgeben, im Sinne des Hauptanspruches als zwei Elektroden aufzufassen
sind, wenn sie verschiedenen Entladungsbahnen angehören.
-
Ein Ausführungsbeispiel für eine Röhre nach der Erfindung ist in der
Abb. i schematisch dargestellt. In einem Glaskolben 1 befindet sich eine Glühkathode
2, welche direkt oder indirekt geheizt sein kann. Die Kathode wird von der beispielsweise
in einer
geschlossenen Fläche liegenden Elektrode 3 von zylindrischer
Form umschlossen, die im Sinne der Erfindung als aus zwei Einzelelektroden gebildet,
aufgefaßt werden muß. Die übrigen Elektroden gehören verschiedenen Strombahnen an.
Auf der einen Seite befindet sich eine Anode q., während nach der anderen Richtung
beispielsweise ein Schirmgitter 5, die Steuerelektrode 6, ein weiteres Schirmgitter
7 und die Hauptanode 8 folgen.
-
Mit einer derartigen Röhre kann man u. a. die in der Abb. 2 dargestellte
Schaltung ausführen. Der Eingangskreis LC, welcher von der Antenne A oder einer
Vorstufe gespeist wird, liegt zwischen der Kathode 2 und dem Gitter 6, welches durch
die Batterie Eg negativ vorgespannt wird. Die Gitterv orspannung kann auch in an
sich bekannter Weise zum Zwecke einer automatischen Lautstärkeregelung in Abhängigkeit
von der Eingangsamplitude variabel gemacht werden; für diesen Fall wird das Gitter
5 mit veränderlichem Durchgriff ausgeführt. Die beiden Schirmgitter 5 und 7 . können
an derselben positiven Vorspannung liegen und werden daher, um eine Einschmelzung
bzw. einen Sockelstecker einzusparen, zweckmäßig bereits im Innern des Vakuumgefäßes
oder des Sockels miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Hilfsanode q, welche
über eine Selbstinduktionsspule L' mit dem positiven Pol der Anodenbatterie EQ verbunden
ist, wird auf den im Stromkreis des Gitters 3 liegenden Schwingungskreis L1, Cl
rückgekoppelt. Da das Gitter 3 voraussetzungsgemäß sich auch in der zwischen der
Kathode 2 und der Hauptanode 8 verlaufenden Hauptstrombahn befindet, wird der dort
übergehende Entladungsstrom im Takte der im Hilfsentladungskreis erzeugten Schwingung
gesteuert. Gleichzeitig unterliegt der zur Anode 8 fließende Strom auch der Steuerwirkung
des Gitters 6. Bezüglich der Wirkungsweise ist zu bemerken., daß die Spannung der
Elektrode 6 die Stromverteilung zwischen der Anode 8 und dem ersten Schirmgitter
5 regelt. Mit anderen- Worten: Es ,wird dadurch die Steilheit S der Anodenstromkennlinie
beeinflußt. Da man mit Rücksicht auf die Anwesenheit des zweiten Schirmgitters 7
eine Rückwirkung der Anodenwechselspannung auf den Steuervorgang vernachlässigen
darf, kann man den Ansatz machen, daß der Anodenwechselstrom Ja gleich dem Produkt
aus der dem Gitter 3 aufgedrückten Überlagererspannung E,, und der Steilheit S sei
(Ja = S # Eü). Da jedoch S eine Funktion f
(Eg) (E, = Eingangswechselspannung)
ist, liegt eine multiplikative Einwirkung der Überlagererspannung E;t und der Eingangsspannung
Eg auf den Entladungsstrom vor. Auf diese Weise wird die Summen- bzw. Differenzschwingi#ng
äus-Eingangswelle und Überlagererfrequenz gebildet, .welche im .Anodenkreis abgenommen
und'durch den auf -'die übliche Zwischenfrequenz abgestimmten S-thwingungskreis
L., C2 auf den nachgeschalteten Verstärker übertragen wird.
-
Im Gitterschwingungskreis L1, Cl wird zweckmäßig noch ein von einem
Kondensator C3 überbrückter Ohmscher Widerstand R in Reihe mit der Spule L1 eingeschaltet,
mit dem es folgende Bewandtnis hat: Es ist einerseits erwünscht, daß' die Überlagerungsschwingungen
leicht einsetzen, anderseits aber wird verlangt, daß die Schwingungsamplitude sich
von selbst auf einen möglichst konstanten Wert einstellt; beide Eigenschaften vermittelt
der Widerstand R. Bevor die Schwingungen auftreten, liegt das Gitter 3 auf Kathodenpotential,
und da dann die Steilheit am größten ist, tritt leicht eine Schwingungsanfachung
ein. Sobald die Schwingungen im Gange sind, fließt ein Gitterstrom, der an dem Widerstand
R einen Spannungsabfall erzeugt, demzufolge der Arbeitspunkt sich in das Gebiet
negativer Gitterspannungen verschiebt und dadurch die Schwingungsamplitude stabilisiert
und begrenzt.
-
Es kann weiterhin von Vorteil sein, den beiden Hälften des Gitters
3 verschiedene Durchgriffseigenschaften zu erteilen. Für die Schwingungserzeugung
ist ein kleiner Durchgriff am Platze, da dann kleine Rückkopplungsspannungen ausreichen,
und die stationäre Sch-Nvingungsamplitude sich, insbesondere durch die Wirkung des
oben eriwähnten Widerstandes R, auf kleine Werte festlegen läßt. Für die andere
Entladungsbahn spielt dagegen der Aussteuerbereich eine ausschlaggebende Rolle;
dieser muß groß sein gegenüber dem Aussteuerbereich .der zur Schwingungserzeugung
dienenden Entladungsstrecke, damit durch die Überlagererschwingungen keine Übersteuerungen
und keine damit verbundenen Verzerrungen eintreten, welche wegen der dadurch entstehenden
Oberwellen unbedingt vermieden werden müssen. Aus diesem Grunde wählt man für die
beiden Gitterhälften verschiedene Durchgriffe, wobei der Durchgriff auf der .Seite
des Mischsystems etwa 5- bis i omal so groß wie der Durchgriff auf der Seite des
Schwingungssystems sein soll. Der Durchgriff ist hierbei auf die unmittelbar auf
die betreffende Gitterhälfte folgende Elektrode zu beziehen, also in dem einen Fall
auf den Durchgriff der Hilfselektrode q. auf die Kathode und im anderen Fall auf
den Durchgriff des Schirmgitters 5 auf die Kathode. Die Forderung eines verschiedenen
Durchgriffs
ist insbesondere dann leicht zu erfüllen, wenn das Gitter '3 aus zwei miteinander
leitend verbundenen Hälften zusammengesetzt wird, da man dann sowohl die Stromdurchlässigkeit-
(Maschenweite oder Gittersteigung) als auch die Abstände von der Kathode verschieden
groß wählen kann.
-
Über die konstruktive Ausführung des Elektrodensystems gibt die Abb.
3 Aufschluß. Diese zeigt als Ausführungsbeispiel einen Querschnitt durch ein gemäß
der vorliegenden Erfindung gebautes Elektrodensystem. In dem Glaskolben i befindet
sich die beispielsweise indirekt geheizte Kathode 2, welche von einem zylindrischen
Gitter 3 umschlossen wird. Um die Gitterfläche möglichst nahe an die Kathodenoberfläche
heranzubringen, ist .die angedeutete Form gewählt worden, derzufolge der auf einer
Zylinderfläche liegende Teil der Elektrode 3 mittels zweier Rippen io an den Haltestreben
ii befestigt ist. Dadurch wird die Erzeugung eines homogenen Feldes in der Nähe
der Kathode ermöglicht. Gleichzeitig verbessern die Rippen io auch die Entkopplung
der beiden Entladungsbahnen. Auf der einen Seite des Steuergitters befindet sich
die Hilfsanode 4 in Gestalt einer ebenen oder gekrümmten Platte. Auf der anderen
Seite folgen auf die Elektrode 3 das erste Schirmgitter 5, das Steuergitter 6, das
zweite Schirmgitter 7 und die Hauptanode B. Diese Elektroden sind beispielsweise
als planparallele Flächen ausgebildet. Da die beiden Schirmgitter 5 und 7, wie bereits
oben bemerkt wurde, an das gleiche Potential gelegt werden können, können diese
auch baulich vereinigt werden und beispielsweise die angedeutete Form eines aus
einem Metallnetz hergestellten Kastens erhalten, welcher an zwei seitlich stehenden
Stützen 12 befestigt ist. Innerhalb desselben wird die von zwei Haltestreben 13
getragene Steuerelektrode 6 angeordnet. Um eine Ablenkung der Elektronen in Richtung
der Streben 12 zu verhindern, werden die Stützen 13 aus Vollblechstreifen hergestellt.
-
Eine andere Elektrodenausbildung ist in der Abb. 4 dargestellt. Das
in dem Glaskolben 2o aufgebaute Elektrodensystem enthält eine sog. Flachkathode
2i von vorzugsweise rechteckigem Querschnitt. Der Vorteil von Flachkathoden besteht
darin, daß sich eine höchst homogene Feldverteilung ausbildet und vor allem die
Steuerelektrode infolge der guten Verspannungsmöglichkeit zwischen den Haltestreben
sehr nahe an die Kathode herangebracht werden kann; außerdem ergibt sich bei der
Flachkathode zwangsläufig eine gute Entkopplung der beiden Entladungsbahnen. Das
Steuergitter 22 hat die Form eines - Kastens. von rechteckigem Querschnitt,
der aus zwei Hälften mit verschiedener Maschenweite zusammengesetzt werden kann.
Auch das Doppelschirmgitter 23, dessen Flächen zweimal vom Elitladungsstrom durchsetzt
werden, bat dieselbe Kastenform. Das zweite Steuergitter 24 weist ebenso wie die
Anode z5 einen U-förmigen Querschnitt auf, der einerseits die Ausbildung eines homogenen
Feldes unterstützt und anderseits auch die Befestigung dieser Elektroden in der
Mittelebene des Systems gestattet. Die Hilfselektrode 26 ist als ebene Platte ausgebildet.
-
In der Abb. 5 ist eine Weiterbildung dieses Elektrodensystems durch
ein Fanggitter angedeutet. Für die mit der Abb.4 übereinstimmenden Elektroden wurden
der Einfachheit halber die gleichen Bezeichnungen gewählt. Neu kommt ein Fanggitter
27 hinzu, welchem mehrere Funktionen zufallen. Das Fanggitter wird in an sich bekannter
Weise auf ein gegenüber der Anode 25 negatives, vorzugsweise auf Kathodenpotential
gebracht. Es verhindert dadurch einerseits den Übergang von Sekundärelektronen von
der Anode auf das vorhergehende Schirmgitter 23. Gleichzeitig wird der Durchgriff
der Anodenspannung durch das Steuergitter 22 und damit auch die Anodenrückwirkung
verringert bzw. der innere Widerstand dieser Entladungsbahn erhöht. Das Fanggitter
gibt auch die Möglichkeit, dem Schirmgitter 23 dieselbe Gleichspannung wie
der Anode :25 zuzuführen, während man sonst bekanntlich an das Schirmgitter eine
niedrigere Spannung anzulegen hatte, die gewöhnlich erst durch einen Spannungsteiler
gewonnen werden muß. Wie die z'#bb.5 zeigt, ist auch das Fanggitter in Kastenform
ausgebildet und umschließt gleichzeitig die andere Entladungsbahn mit der Hilfselektrode
26. Dadurch kommt eine gute Abschirmung nach außen zustande, so daß der Entladungsvorgang
durch äußere Störfelder nicht mehr beeinflußt werden kann.
-
Eine weitere Ausführung einer in den Rahmen der Erfindung fallenden
Röhre ist in dem in Abb. 6 dargestellten Schaltbild schematisch angedeutet. In diesem
werden der Einfachheit halber für die mit der Abb. 2 übereinstimmenden Elemente
die gleichen Bezugszeichen verwendet. An der Röhre ist dabei neu, daß die beiden
Hälften 3', 3" des innersten Gitters 3 nicht mehr leitend,- sondern durch einen
Kondensator K kapazitiv miteinander verbunden sind. Der Kondensator K @vird.zweckmäßig
gleich im Innern der Röhre oder des Sockels eingebaut und jede Gitterhälfte mit
einer isolierten Ausführung versehen. Diese Maßnahme erscheint dann am Platze, wenn
die beiden Hälften 3', 3" wohl die gleichen Wechselspannungen, aber verschiedenen
Gleichspannungen
aufgedrückt werden sollen. Dieser Fall tritt ein, wenn das innerste Gitter 3' zur
Verstärkungsregelung verwendet werden soll. Die von dem Eingangskreis L, C_ gelieferte
Hochfrequenzspannung wird dem zweiten Steuergitter 6 allein zugeführt, während die
durch das Symbol Er angedeutete Regelspannung sowohl an die Gitterhälfte 3', als
an das zweite Steuergitter 6 oder auch nur an das Gitter 3' allein gelegt wird.
Im ersten Fälle wird die Regelwirkung naturgemäß nachhaltiger. In die Zuleitung
zur Gitterhälfte 3' ist ein Widerstand W eingeschaltet, an welchem sich die gleiche
Hochfrequenzspannung wie am Schwingungskreis L1, Ci ausbildet. Es ist zweckmäßig,
den Anschluß an die Gitterhälften 3', 3" zu vertauschen; dabei ist es dann möglich,
den Widerstand W innerhalb der Röhre anzuordnen und zwischen der Gitterhälfte 3"
und der Kathode anzuschließen und so eine besondere Zuleitung zum Gitter 3" zu sparen.