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Elektronenröhre mit vier Dreielektrodensystemen, von denen jedes eine
Kathode, eine Anode und ein Steuergitter enthält Die Erfindung richtet sich auf
Elektronenröhren und insbesondere auf solche Röhren, die zur Erzeugung, Gleichrichtung
und Verstärkung von.Ultrahochfrequenzimpulsen, beispielsweise mit Frequenzen von
300 mHz und mehr, geeignet sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Kapazitäten zwischen
den Elektroden eines Paares von in Gegentaktschaltung betriebenen Dreielektrodenröhren
zu neutralisieren. Ferner soll der Aufbau einer derartigen Röhrenanordnung vereinfacht
werden.
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Es ist -zwar bereits bekanntgeworden, die Anoden-Gitter-Kapazitäten
in einem G egentaktverstärker zu neutralisieren. Die vorliegende Anordnung richtet
sich jedoch auf eine besonders zweckmäßige Anordnung :einer aus vier verschiedenen
Elektrodensystemen bestehenden Mehrfachröhre. Gemäß .der Erfindung sind bei einer
Elektronenröhre mit vier Dreielektrodensystemen, von denen -jedes eine Kathode,
eine Anode und ein Steuergitter enthält, die sämtlich in einem gemeinsamen Kolben
angeordnet sind, die Anoden und die Gitter paarweise miteinander verbunden, und
zwar derart, daß die miteinander verbundenen Gitter zu Anoden gehören, die nicht
miteinander verbunden sind.
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Die verschiedenen Elektroden jedes der Systeme können im wesentlichen
gleiche Abmessungen besitzen, so daß die Gitter-Anoden-Kapazitäten dieser Systeme
im wesentlichen gleich sind. Die Elektroden können in der Weise geschaltet sein,
-daß zwei der Systeme in Gegentakt arbeiten und daß die Gitter-Anoden-Kapazitäten
der anderen beiden Systeme die entsprechenden Kapazitäten der
ersten
beiden Systeme in) wesontlichen neutr; lisiereif. -Die Elektroden können, wie noch
später beschrieben wird, auch auf andere Art geschaltet sein, so daß sie beispielsweise
Teile von Detektoren oder verschiedenartigen Oszillatoren darstellen.
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Durch die vorliegende Anordnung wird eine einwandfreie Neutralisation
der unerwiinschtett Kapazitäten erzielt, außerdem wird der Aufbau einer derartigen
Mehrs@-stenirölire wesentlich vereinfacht.
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. Der Erfindungsgegenstand soll an Hand der Abbildungen näher erläutert
werden. Die in den Abb. i und 2 dargestellte Elektronenröhre bestellt aus einem
hochevakuierten Lfuladungsgefäl:, io mit im wesentlichen ebenen Abschlußwandungen
i i und 12. In der Wandung i i wird beispielsweise durch teste metallische Träger
13 die in diese Wandung eingeschmolzen sind, ein Paar von Anoden 14 und 15 gehaltert,
die aus Metall oder Graphit bestehen können. Die Anoden 14 und 15 sind vorzugsweise
parallel zueinander angeordnet und besitzen parallcle Einschnitte t61, 162 und 171,
172. Diese Einschnitte können, wie ab b. 2 zeigt, annähernd Ifalbkreisförniigen
12uerschnitt haben.
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Innerhalb der Einschnitte 16 und 17 und vorzugsweise koaxial zu diesen
ist eine Anzahl von Kathoden 181, 18= und 191, 192 angeordnet, die als gerade Heizfäden
oder als "@quipotentialkathoden ausgebildet sein können. jede der Kathoden wird
an einem Ende von einem entsprechenden Lförmigen federnden lIetallteil2o gehaltert,
das von einem festen in die Wandung 12 eingeschmolzenen Metallstab 2 1 getragen
wird. Die Kathoden werden an ihrem anderen Ende durch eine Anzahl von federnden
Metallteilen 23 gehaltert, die gemeinsam von einem festen Metallständer 24 getragen
werden, der in die Wandung 12 des Gefäßes eingeschmolzen ist.
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Den Kathoden 181, 182 und 1g!, 1c= sind die Steuerelektroden 251,
a5" und 261, 262 zugeordnet. Sie bestehen beispielsweise aus einer Anzahl von parallelen
U-förmigen Drähten, deren untere Teile vorzugsweise halbkreisförmig ausgebildet
sind und koaxial zu den entsprechenden Kathoden liegen. Die parallelen Drähte können
mit ihren Enden an verhältnismäliig groben. Metallplatten 27 und 28 zusammen mit
Haltedrähten 29 angeschweißt sein. Die Platten werden von festen metallischen Stäben
3o und 31 getragen, die in die Wandung 12 des Gefäßes eingeschmolzen sind.
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Die beschriebene Konstruktion ergibt vier Dreielektrodensvsteme, von
denen jedes eine Kathode 16 oder i;, ein entsprechendes Gitter 25 oder 26 und eine
Anode 14 oder 15 enthält. Bei der Hcrstclluitg der Röhre werden die verschiedenen
Elektroden so ausgebildet und befestigt, daß die vier Dreielektrodensysteme in mechanischer
und elektrischer Bcziehut:g soweit wie möglich identisch sind. Infolgedessen sind
die Impedanzen der Systeme und insbesondere die Kapazitäten zwischen den Gittern
25 oder 26 und der entsprechenden Anode gleich.
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Die in den Abb. i und 2 dargestellte Entladungsröhre kann, wie die
Abb.3 und q -zeigen, in einem Gegentaktverstärker verwendet werden. Wie aus diesen
Abbildungen hervorgeht, sind die Gitter 251 und 262 miteinander und mit einem Ende
einer Spule 32 verbunden, die die Sekundärwicklung eines Eingangstransformators
sein kann. In ähnlicher Weise sind die Gitter 252 und 261 miteinander und mit dein
anderen Ende der Eingangsspule 32 verlitnideif. Der Spule 32 kann ein geeigneter
fester oder veränderlicher Kondensator 33 parallel geschaltet sein. Den Gittern
25 und 26 kann von einer Spannungsquelle, wie z. B. einer Batterie 34, deren einer
Pol geerdet ist und deren anderer Pol über eine Induktivität oder Drosselspule 35
mit dem Mittelpunkt der Spule 32 verbunden ist, eine geeignete Vorspannung zugeführt
werden.
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Die Anoden können, wie dargestellt, an entgegengesetzten Enden einer
Spule 36 liegen, die z. B. die Primärwicklung eines Ausgangstransformators sein
kann. Von einer Spannungsquelle, wie z. B. einer Batterie 37, deren einer Pol geerdet
und deren anderer Pol über eine Induktivität oder Drosselspule 38 mit dem Mittelpunkt
der AusgangssPule 36 verbunden ist, wird den Anoden ein geeignetes Potential aufgedrückt.
Der Spule 36 kann ein fester oder veränderlicher Kondensator 39 parallel geschaltet
sein.
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Bei Verstärkern, in denen die Erzeugung von Harmonischen nicht erwünscht
ist, können die Drosselspulen 35 und 38, wie in Abb.4 dargestellt, fortgelassen
werden.
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jede der fadenf=örmigen Kathoden 18 und i 9 kann mit einem Ende über
die Metallteile 23 und den Ständer 24 zur Vervollständigung des Gitter-Kathoden-
und des Anoden-Kathoden-Kreises an Erde liegen. Die diagonal gegenüberliegenden
Kathoden 181 und 19l sind mit ihrem anderen Ende durch Leitungen 42 mit den Kontakten
eines vierpoligen Umschalters verbunden, dessen Schaltarme 4o an den efitgegofigcsetztcti
Polen einer Batterie 41 liegen. In ähnlicher Weise sind die diametral gegenüberliegenden
Kathoden 18E und 192 mit ihrem anderen ungeerdeten Ende über Zuleitungen 43 mit
den Kontakten 39E des Umschalters verbunden. Wenn der Schalter in einer Stellung
liegt, so daß beispielsweise
die Schaltarme q.o auf den Kontakten
391 liegen, werden die Kathoden 181 und i91 von der Spannungsquelle q.1 über
einen Serienkreis, der aus den Schaltarmen 4.o, den Zuleitungen 4.2, den Kathoden
i 81 und i 91 und den mit diesen Kathoden verbundenen Metallteilen besteht, mit
Heizstrom gespeist. Wenn der Schalter in der entgegengesetzten Stellung liegt, werden
die Kathoden i82 und 192 über einen aus den Schaltarmen .4ö, den Zuleitungen q.3,
den Kathoden i 8' und 192 und dem mit diesen Kathoden direkt verbundenen Metallteilen
23 gebildeten Serienkreis mit Heizstrom gespeist. Beim Arbeiten des Verstärkers
ist in jedem Augenblick nur ein Paar von diametral gegenüberliegenden Kathoden in
Betrieb. Die Phase des Ausgangsstromes 'ist davon abhängig, welches der beiden Kathodenpaare
gerade in Betrieb ist, und eine Phasenumkehr läßt sich durch Änderung der Speisung
von einem Paar gegenüberliegender Kathoden auf das andere Paar erzielen.
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Bekanntlich ergibt sich bei mit Elektronenröhren arbeitenden Apparaten,
wie z. B.- Gegentaktverstärkern, infolge der Kapazität zwischen dem Gitter und der
Anode der Elektronenröhre eine Energierückkopplung von der Anode zum Gitter. Infolgedessen
treten unerwünschte veränderliche Potentiale am Gitter auf, so daß Verzerrung eintritt
und, wenn die Rückkopplung ausreichend erhöht wird, unerwünschte Schwingungen erzeugt
werden. Diese unerwünschten Wirkungen werden in der vorliegenden Anordnung durch
Neutralisierung der Gitter-Anoden-Kapazitäten beseitigt.
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Die Kapazitäten zwischen den verschiedenen Gittern 25 und 26 und den
Anoden 14 und 15 sind. in Abb. .l durch die gestrichelt gezeichneten Kondensatoren
Cl, Cl und C2, C2' dargestellt. Diese Kapazitäten sind, wie im Zusammenhang mit
der Beschreibung der Abb. i und 2 erwähnt wurde, im wesentlichen gleich.
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Wenn der in den Abb. 3 und 4 dargestellte Verstärker betrieben wird
und nur ein diametral gegenüberliegendes Kathodenpaar, beispielsweise die Kathoden
181 und i91, gespeist werden, so werden infolge der Kapazität Cl dem Gitter 261
Wechselspannungspotentiale aufgedrückt. Andere Potentiale werden dem Gitter 261
durch die Kapazität C,' aufgedrückt, da das Gitter 252 mit dem Gitter 261elektrisch
identisch ist. Die dem Gitter 261 durch die Kapazitäten Cl und Ci aufgedrückten
Potentiale sind gleich, aber entgegengesetzter Phase. Infolgedessen heben sie sich
vollkommen oder nahezu vollkommen auf, und die durch die Kapazität Cl hervorgerufenen
unerwünschten Wirkungen werden auf ein Minimum tierabgesetzt oder beseitigt. In
gleicher Weise neutralisiert die KapazitätC, die Wirkung der KapazitätCs'.
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Wenn nur die Kathoden 182 und 192 gespeist werden, so neutralisieren
in gleicher Weise die Kapazitäten Cl und Ci und C2 und C.,' einander.
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Die y gewünschte Kapazitätsneutralisation wird im Elektrodenaufbau
selbst ohne die Einführung von zusätzlichen Leitungen, welche unnötig hohe Impedanzen
in den Systemen ergeben würden, in denen die Elektronenröhre arbeitet, erreicht.
Die Vermeidung von hohen Impedanzen, insbesondere von verhältnismäßig hohen Induktivitäten,
ist besonders bei Ultrakurzwellenröhrenschaltungen vorteilhaft, weil die maximale
Frequenzgrenze, bei der die Schaltung zufriedenstellend und mit gutem Wirkungsgrad
arbeiten kann, dadurch erhöht wird.
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Wie vorher auseinander gesetzt, braucht, , wenn die Elektronenröhre
in einer Verstärkersch.altung nach Abb. 3 und q. verwendet wird, nur ein Paar von
'diagonal gegenüberliegenden Kathoden gespeist zu werden. Selbstverständlich kann
jedes der beiden diametral gegenüberliegenden Kathodenpaare benutzt werden. Es ist
infolgedessen klar, daß die vorliegenden Röhren nicht nur eine verhältnismäßig lange
Lebensdauer besitzen, sondern, auch eine Verringerung der Unterbrechungsperiode
des Kreises, in dem die Röhren liegen, -ermöglichen, falls eine der Kathoden schadhaft
ist. Wenn z. B. die Kathoden 181 und 191 bei dem in den Abb.3 und 4. dargestellten
Verstärker in Betrieb sind und eine dieser Kathoden schadhaft werden sollte, so
kann die Röhre und damit die Schaltung bereits dadurch wieder voll betriebsfähig
gemacht werden, daß man den Schalter in die zur Speisung der Kathoden 182 und 192
erforderliche Stellung umlegt. Es sind keine weiteren Änderungen in der Schaltung
der Röhre notwendig, wenn die im Ausgang eintretende Phasenumkehr ohne Bedeutung
ist, so daß die Zeit, während der der Betrieb des Verstärkers unterbrochen wird,
sehr gering ist.
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Ferner haben bei den Röhren der vorliegenden Art die Anoden verhältnismäßig
große Abstrahlunggfläch:en, so daß die Wärme von diesen lin hohem Maße abgestrahlt
wird. In gleicher Weise wird infolge der großen Flächen der Platten 28 und 29 die
Wärme von den verschiedenen Gittern schnell abgeleitet. Infolgedessen lassen sich
mit diesen Röhren mit Sicherheit hohe Leistungen erzielen. Die in den Abb. i und
2 dargestellte Elektronenröhre kann auch vorteilhaft in Oszill.atoren verwendet
werden, wie es z. B. in
den Abb.5.6 und 7 gezeigt ist. Abb.S stellt
einen Oszillator mit gesteuerter Rückkopplung dar, bei dein die Spulen 32 und 36
die Schwinginduktivitäten darstellen, deren Kopplung verändert werden kann. Es braucht
gleichzeitig nur ein Paar von diagonal gegenüberliegenden Kathoden gespeist zu werden.
Dies erfolgt. wie in Abb. 3 gezeigt. mit Hilfe einer Batterie 4i.
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Die in Abb. 5 dargestellte Schaltung kann zu einem Verstärker mit
negativer Rückkopplung gemacht werden. u-enn man die Kopplung -zwischen den Spulen
32 und 36 umkehrt und im Gitterkreis ein Phasenschiebernetzwerk zur Erzielung der
erforderlichen Phasenbezieliungen zwischen den Wechselspannungen an den Gittern
und den Anoden einschaltet.
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Abb.6 erläutert die Verwendung von Entladungsröhren nach Abb. i und
2 in einem kristallgesteuerten Oszillator, wobei der Steuerkristall :15 der Gitterspule
32 parallel geschaltet ist. Die Kathoden können in der gleichen Weise wie bei Abb.
3 gespeist werden,.
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Bei dem in Abb. 7 dargestellten Oszillator werden alle Kathoden gleichzeitig
auf irgendeine geeignete Art gespeist, die Anoden sind direkt miteinander verbunden,
und die vier Gitter sind parallel geschaltet, so daß die vier Dreipolröhrensystetne
der Entladungsröhre parallel geschaltet sind. Auf diese Weise läßt sich eine große
Ausgangsleistung erzielen.