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Verstärkeranord'nung Die Erfindung betrifft einen Verstärker, insbesondere
für sehr breite Frequenzbänder, unter Verwendung von Röhren mit einer Glühkathode
und zwei weiteren, auf positivem Potential gehaltenen Elektroden und eines konstanten
Magnetfeldes, dessen Kraftlinien senkrecht zur Elektronenbahn verlaufen.
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Es ist an sich bekannt, in Magnetfeldröhren eine Fremdsteuerung und
Verstärkung dadurch zu erzielen, daß die Steuerspannung einer der Kathode benachbarten,
auf schwach positivem Potential gehaltenen Elektrode zugeführt wird. Diese Anordnung
hat jedoch den Nachteil, daß ein beträchtlicher Strom zur Steuerelektrode fließt,
der die Steuerquelle unzulässig belastet, und daß weiterhin ein großer Potentialunterschied
zwischen Steuerelektrode und Ausgangselektrode der Röhre besteht. Aus diesem letzteren
Grunde ist es notwendig, bei Verstärkern mit mehreren Röhrenstufen die Eingangselektroden
der Röhren von der vorhergehenden Ausgangselektrode gleichspannungsmäßig zu trennen,
d. 1i. in bekannter Weise Kopplungsmittel einzuschalten, die jedoch stets frequenzabhängig
sind und eine gleichmäßige Verstärkung eines breiten Frequenzbandes unmöglich machen.
Weiterhin sind auch Magnetfeldröhren zu Verstärkungszwecken bekanntgeworden, bei
denen die Steuerströme der Magnetfeldspule zugeführt werden, so daß die Röhren mit
variablem Magnetfeld arbeiten. Wie man ohne weiteres einsieht, treten auch hier
dieselben Nachteile wie bei der obengenannten Anordnung auf, nämlich eine unzulässige
Strombelastung der Steuerquelle und eine starke Frequenzabhängigkeit der -Übertragung.
Schließlich sind auch Röhren bekannt, die eine Glühkathode und zwei annähernd auf
demselben positiven Potential befindliche Anoden besitzen und mit einem konstanten
Magnetfeld arbeiten. Diese Röhren dienten jedoch bisher nur zu Empfangszwecken in
der Weise, daß die Empfangsschwingungen den beiden Anoden im Gegentakt zugeführt
und die demodulierten Spannungen zwischen den Anoden und Kathoden abgenommen wurden.
Gegenüber dieser Schaltung, die für Verstärkungszwecke unbrauchbar ist, ist die
Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der einen der beiden kalten Elektroden, die
auf annähernd demselben positiven Potential liegen, die zu verstärkenden Spannungen
zugeführt und von der anderen die verstärkten
Spannungen abgenommen
werden. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß der Stromfluß zu der Steuerelektrode
außerordentlich klein ist, da das Magnetfell so gewählt werden kann, daß der Strom
zu der einen kalten Elektrode auf Null verringert; .wird und in voller Höhe zu der
anderen kalten Elektrode fließt. Unter diesen Umständen kann der Strom zu der letzteren
Elektrode durch Änderungen der -Spannung der ersteren Elektrode verändert werden,
ohne daß ein Stromfluß zu der ersteren Elektrode verursacht wird. Der Verstärker
kann daher vorzugsweise als Kraftverstärker Verwendung finden. Wie schon oben erwähnt,
ist die Erfindung insbesondere zur Verstärkung sehr breiter Frequenzbänder geeignet,
da Steuer-und Ausgangselektrode annähernd gleiche Spannungen führen und daher bei
Mehrröhrenschaltungen jeweils direkt miteinander verbunden werden können. Alle Schwierigkeiten
bezüglich der Frequenzabhängigkeit der Kopplungsglieder; z. B. Kapazitäten, entfallen
hierdurch. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß als Röhre jede gewöhnliche
Dreielektrodenröhre Verwendung finden kann, wobei lediglich axial zur Kathode ein
Magnetfeld zu erzeugen ist.
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Die Erfindung soll an Hand der Abbildungen näher. beschrieben werden.
In Abb. i, die eine Magnetronröhre im Querschnitt zeigt, ist der Röhrenkolben mit
ro, die Kathode mit i i, die Anode mit z2 und ein Gitter mit 13 bezeichnet. Dieses
Gitter wird zweckmäßig mit in großem Abstand voneinander angeordneten; radial verlaufenden,
flügelähnlichen Elementen versehen,- deren äußere Ränder auf einem Kreisbogen liegen,
dessen Durchmesser fast so groß wie der Anodendurchmesser ist. Hierdurch erhält
die Anode, die als Steuerelektrode- dienen soll, einen größeren Einfluß auf die
Beschleunigung der .Elektronen, wobei aber noch nahezu der gesamte Strom zum Gitter
fließt. Um den Kolben herum liegt- eine Spule 14, die das magnetische Feld parallel
zur Kathode erzeugt. Im Betrieb werden sowohl Gitter 13 als auch Anode 12 positiv
geladen, wie in Abb. 2 dargestellt ist. Wenn die Kathode auf geeigneter Temperatur
gehalten wird, werden unter gewöhnlichen Umständen Elektronen nach dem Gitter ,und
der Anode hin fließen. Bei Fehlen eines magnetischen Feldes wird der Wert dieses
Stromes durch verschiedene Faktoren bestimmt, u. a. durch die angelegte Spannung,
die Kathodentemperatur, die Größen und geometrischen Verhältnisse der Elektroden
und den Widerstand der Ausgangskreise. Die Elektronen, die diesen Strom bilden,
fließen in geraden radialen Wegen nach dem Gitter und der Anode, und es werden die
meisten von ihnen auf die Anode auftreffen. Wenn jedoch ein magnetisches Feld parallel
zur Kathode und daher rechtwinklig zu dem kapazitiven Feld zwischen den Elektroden
angelegt wird, dann werden die Elektronen abgelenkt und bewegen sich auf einem 'Spiralweg
um die Kathode auf ihrem Weg zum Gitter, wie punktiert in Abb. i dargestellt. Mit
zunehmender Feldstärke hört der Stromfluß zur Anode auf, da die flügelähnlichen
Elemente des Gitters vollständig die Wege der Elektronen abschneiden; bei einer
kritischen magnetischen Feldstärke schließlich erreichen einige Elektronen auch
nicht das Gitter infolge ihrer Ablenkung, wodurch eine Verringerung des Gitterstromes
auftritt. Wenn die Feldstärke noch weiter über diesen kritischen Wert zunimmt, fällt
der Elektronenstrom sehr schnell ab und wird schließlich gleich Null. Bei der vorliegenden
` Erfindung wird vorgeschlagen, den Wert der Feldstärke so einzustellen, daß die
Elektronen nur das Gitter erreichen, während zur Anöde kein Strom fließt. Unter
diesen Umständen werden Änderungen der Anodenspannung die Größe des Gitterstromes
verändern, ohne daß Stromfluß zur Anode stattfindet. Hierdurch kann man einen Spannungsverstärkungsfaktor
von zwei oder drei zu eins oder noch mehr erhalten, was von der Röhre und den Kreisen
abhängt.
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Abb. 2 zeigt eine Schaltung mit einer Kette von Röhren 1, 2 und 3,
die entweder Magnetronröhren gemäß Abb. i oder, wie dargestellt, gewöhnliche Dreielektrodenröhren
mit darumgelegten Wicklungen sein können. Das Steuergitter jeder Röhre ist mit der
Anode der nächstfolgenden Röhre verbunden, und es werden diese beiden Elektroden
mit gleichen positiven Spannungen über Impedanzen R von irgendeiner Quelle aus gespeist.
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Änderungen des Signalstromes, der über . einen Eingangskreis 5 erhalten
wird, werden der Anode von i zugeführt, indem sie Änderungen in der positiven Spannung,
die dieser Elektrode zugeführt wird, und damit eine Änderung des Gitterstromes verursachen,
ohne daß ein Strom zu der Anöde fließt. Solche Änderungen des Gitterstromes gemäß
den ankommenden Signalwellen verursachen eine Änderung des Spannungsabfalls an der
-Impedanz R und damit eine Änderung der Spannung an der Anode der Röhre 2, was wiederum
den Gitterstrom der Röhre 2 beeinilußt usw: Der mit der Röhre 3 verbundene Ausgangskreis
und der Nutzkreis 6 enthalten dann Stromschwankungen, ähnlich denen im Eingangskreis
von 5, die aber durch die Röhren 1, 2 und 3 verstärkt sind.
Wenn
die Röhren richtig bemessen sind, erhält man im Ausgang viel mehr Spannung. Strom
und Leistung als im Eingang. " Die eben beschriebene Schaltung kann zur Verstärkung
von Frequenzen von 2o Hz bis i ooo ooo Hz verwendet werden und eignet sich infolgedessen
besonders für Fernsehzwecke.
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Abb.3 zeigt eine Kaskadenschaltung mit Widerstandskopplung unter Verwendung
von Magnetronröhren 2o, 21 und 22 mit geteilten Anoden. Hier werden gleiche Gleichstromspannungen
den Steuergittern und den Ausgangsanoden zugeführt. Das Magnetron mit geteilter
Anode hat wegen der gekrümmten Bahnen der Elektronen im Magnetfeld die Eigenschaft,
den Strom zu der einen Anode zu vergrößern, wenn die Spannung der anderen Elektrode
vergrößert wird, und umgekehrt. Diese Schwankungen der der einen Anode zugeführten
Spannung verursachen Schwankungen in dem zu der anderen Anode fließenden Strom.
In Abb.3 ist die eine Anode jeder Röhre so geschaltet, daß sie als Eingangselektrode
dient, während die andere Anode als Ausgangselektrode dient.
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Da die beiden Anoden gewöhnlich in Größe und Konstruktion identisch
und gegenüber der Kathode symmetrisch angeordnet sind, könnte man auf den ersten
Blick annehmen, daß man mit einer solchen Schaltung keine Spannungsverstärkung erzielen
könnte. Dieses ist jedoch nicht der Fall, da in die Schaltung die Rückkopplung bzw.
der Effekt des negativen Widerstandes des Magnetrons eingeht und eine große Spannungsverstärkung
verursacht.
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Man betrachte Röhre 22 und nehme an, daß wegen der Wirkung der ersten
Röhre die Spannung der Anode 24 vergrößert sei. Sofort wird der Stromfluß zur Elektrode
23 zunehmen und damit die Spannung von 23 durch Vergrößern des Spannungsabfalles
in der Impedanz Z"' verringert. Eine Verringerung der Spannung von 23 verringert
aber den Stromfluß zu 24, vergrößert deren Spannung noch mehr, so daß eine frequenzunabhängige
Rückkopplung auftritt, wenn die Kopplungsimpedanzen Ohmsche Widerstände sind. Durch
geeignete Einstellung kann man die Spannungs-, Strom- und Leistungsverstärkung pro
Röhre sehr hoch machen und sich dem Wert Unendlich nähern lassen.
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Die Schaltung gemäß Abb.4 ist ähnlich der gemäß Abb. 3 mit der Ausnahme,
daß'sie eine Gegentaktschaltung enthält, bei der die Kopplungen zwischen den Ein-
und Ausgangskreisen neutralisiert sind, und daß sie mehr komplexe Zwischenstufenkopplungskreise
enthält, tun die Frequenzabhängigkeitskurve zu erweitern. Hierdurch erhält man eine
nahezu gleiche Verstärkung für alle Frequenzen in einem extrem breiten Band von
o Hz bis 2 5oo ooo Hz. Natürlich kann man in dieser Schaltung auch Röhren gemäß
Abb. 2 oder sonstige Röhren mit positiven Steuergittern verwenden.