DE740653C - Schaltung einer elektrischen Entladungsroehre fuer Hochfrequenzschwingungen mit einer reellen Kathode und mehreren Gittern - Google Patents

Description

• Schaltung einer elektrischen Entladungsröhre für Hochfrequenzschwingungen mit einer reellen Kathode und mehreren Gittern Die Erfindung bezieht sich auf. eine Schaltung einer elektrischen Entladungsröhre für Hochfrequenzschwingungen., bei der die Eingangsdämpfung und die Gitterkapazitätsänderung für verschiedene Steuergitterspannungen, herabgesetzt werden.
• Der Erfindung liegt folgender Gedanke zugrunde: Berücksichtigt man eine Triode, in der ein Elektronenstrom durch das Steuergitter von der Kathode zur Anode fließt. Infolge der durch .das Gitter fließenden: negativen Ladung wird auf dem Gitter elektrostatisch eine gewisse positive Ladung induziert, die von der Stärke der fließenden negativen Ladung und daher vom Elektronenstrom abhängig ist. Es sind dabei also die Kathode und das Steuergitter als Kondensatorbeläge zu betrachten.
• Solange kein Stromdurchgang stattfindet, ist die Ladung am Gitter negativ, und sie ändert sich in geradem Verhältnis zur Gitterspannung, so daß sie einen geradlinigen Verlauf hat. Findet jedoch Stromdurchgang statt, so entsteht eine Raumladung, wodurch eine positive Ladung auf dem Gitter induziert wird, während, falls die Triode Sättigungserscheinungen zeigt, bei einem gewissen Wert der Steuergitterspannung k,#ineStromzunahme mehr auftritt, so daß auch die induzierte Ladung wieder abnimmt, da die Elektronen mit größerer Geschwindigkeit zu wandern anfangen und daher weniger Raumladung ergeben.
• Die Kapazitätsänderungen bei einer Änderung der Gitterspannung sind also infolge der Raumladung und der Sättigungserscheinungen nicht konstant, wie es der Fall sein würde, wenn sich die induzierte Ladung proportional zur negativen Gitterspannung ändern würde, die Änderung der Ladung ist aber im Anfang, also bei hoher negativer Gitterspannung, groß und nimmt schließlich ab, um im Sättigungsgebiet des Elektronenstromes einen Mindestwert zu erreichen.
• Bei hohen Frequenzen stößt man infolge der Laufzeit der Elektronen auf Schwierigkeiten, weil dadurch die Raumladung den hohen Frequenzen nicht mehr vollkommen folgen kann. Die Kapazität zwischen dein Gitter und der Kathode führt infolgedessen nicht mehr einen rein wattlosen Strom, sondern es findet vielmehr eine Phasenverschiebung statt, so daß eine Wattkomponente entsteht. In Abhängigkeit von der Kapazitätsänderung zwischen Gitter und Kathode ist die Dämpfung des Eingangskreises daher positiv oder negativ. Diese Erscheinungen führen jedoch Schwierigkeiten herbei, unter anderem im Zusammenhang mit der Abstimmung des Gitterkreises, und es ist möglich, daß infolge der negativen Dämpfung unerwünschte Selbsterregungserscheinungen auftreten.
• Diese Erscheinungen sind in den Fig. ia bis id zur näheren Erläuterung graphisch veranschaulicht.
• In Fig. ia bezeichnet i die AnodenstrGtngitterspannungskennlinie einer gesättigten Triode, während in Fig. ib die Ladung O im Elektronenraum in Abhängigkeit von der Gitterspannung -L'" .dargestellt ist. Wenn keine Raumladungs- und Sättigungserscheinungen auftreten., so würde die Ladung gemäß der Linie :2 verlaufen. In der Praxis jedoch entsteht, wenn ein Elektronenstrom zu fließen anfängt, eine Raumladung, so daß D schneller zunimmt, also nicht proportional zu -t'bt. In der Nähe des Sättigungsgebietes jedoch nimmt der Elektronenstrom nicht mehr zu, wodurch auch D weniger stark zunimmt.
• In Fit-, . ic stellt die Linie q. die konstante Kapazität dar, die dem Fall entspricht, für den auch die Linie 2 gilt. Infolge des Auftretens der Raumladung ist die Kapazität C jedoch nicht -konstant, sondern sie verläuft gemäß der Linie 5, die das Maß der Änderung der Kapazität zeigt, in Zusammenhang mit der Unregelmäßigkeit in der Zunahme der Ladung O. Diese nimmt anfangs stark, dann langsamer zu als gemäß der Linie 2. Es gilt hierfür die Formel der Grenze des Sättigungsgebietes des Kathodenstromes, wo die Raumladung konstant wird, so daß die Kurve 3 wieder parallel zur Linie -- verläuft, ist die Kapazitätsabweichung in bezug auf die Linie q. wieder Null geworden (Punkt 0), worauf sie infolge des schwächeren Anstiegs der Linie 3 negativ wird.
• In Fig. id stellt die Linie i die Dämpfungsänderung dar, die in geradem Verhältnis zur

  Kapazitätsänderung 5 steht oder wenigstens

  eng mit ihr zusammenhängt.

  In den meisten Fällen wird mit ungesättig-

  ten Trioden gearbeitet, deren Arbeitsgebiet

  also zur Linken der Linie 8 liegt, so dal3

  man auf keine nennenswerten Schwierigkeiten

  infolge des obenerwähnten Effektes stößt.

  In Röhren, in denen eine virtuelle Kathode

  entsteht, deren Elektronenmenge von einet]

  vorhergehenden Steuergitter abhängig ist,

  machen sich jedoch solche Sättigungserschei-

  nungen bemerkbar, so daß man in diesem Fall

  im Gebiet zur Rechten der Linie (- ) arbeitet.

  Bei einer derartigen Röhre, z. B. einer Ver-

  stärkerhexode, die als zwei Trioden aufgeialit

  werden kamt, von denen die eine im unge-

  sättigten Gebiet einer Glühkathode, die andere

  im gesättigten Gebiet einer virtuellen Kathode

  arbeitet, ergibt sich also, daß die genannten

  Erscheinungen für die entsprechenden Steuer-

  gitter der beiden Triodensysteme einen gerade

  entgegengesetzten Verlauf haben.

  Es ist nun in einer Schaltung einer elek-

  trischen Entladungsröhre für Hochfrequenz-

  schwingungen mit .einer reellen Kathode und

  mehreren Gittern, von denen mindestens zwei

  Steuergitter sind, und mit einer durch die

  Schaltung in der Röhre gebildeten virtuellen

  Kathode erfindungsgemäß den beiden Steuer-

  gittern dieselbe Steuerspannung zugeführt,

  und weist das erste Steuergitter eine der-

  artige Vorspannung auf, daß es im unge-

  sättigten Gebiet der reellen Kathode wirkt und

  die von der reellen Kathode herkommenden

  Elektronen direkt beeinflußt, und weist Glas

  zweite Steuergitter eine derartige VorspIlli-

  nung auf, daß es im Sättigungsgebiet der

  virtuellen Kathode wirkt und die von

  der virtuellen Kathode herkommenden Elek-

  tronen beeinflußt. Es ist dadurch mög-

  lich, eine wesentliche Herabsetzung oder #z()-

  gar eine vollkommene .Aufhebung der Kapa-

  zitätsänderungen und/oder Eingangsdämpfun-

  gen für sämtliche Frequenzen zu erzielen.

  So können z. B. in einer Hexode. die zur

  Verstärkung von Hochfrequenzschwingungen

  dienen kann, von der Glühkathode an gerech-

  net, das erste und das dritte Gitter uninittl-

  bar miteinander verbunden @verdett. Es ist

  auch möglich, diese Gitter über `I'iderstänrie.

  Selbstinduktionen und Kondensatoren zti

  koppeln, wobei die Möglichkeit besteht, an

  die Gitter verschiedene Vorspannungen anzu-

  legen.

  Es ist eine Röhrenbauart bekannt, geniiiii

  der die Anode teilweise undurchbrochen tni(l

  teilweise durchbrochen ausgebildet wurde.

  Die durchbrochenen Teile bildeten dann eine

  Art von Schirmgitter, die zwischen verschie-

  denen Teilen des Steuergitters angeordnet

  waren. Wiewohl also mehrere Steuergitter-

  teile miteinander verbunden waren, so daß in gewisser Hinsicht auch das erste und dritte Gitter direkt miteinander verbunden waren, sollten die Elektroden derart ausgebildet sein, daß die Anordnung einer Zwei- oder Mehrgitterröhre äquivalent wurde. - Zufolge der großen Steuergitteranodenkapazität war diese Anordnung für das Arbeiten mit hohen Frequenzen nicht geeignet und müßte die Eingangsdämpfung sehr groß sein. Die Anord-. nung kann deshalb die- besondere Wirkung gemäß der vorliegenden Erfindung, nämlich eine Kompensierung der Eingangsdämpfung, nicht aufweisen.
• Es sind auch Mischröhren bekannt, bei denen eine virtuelle Kathode benutzt wird. Den Steuergittern einer solchen Röhre sollen aber verschiedene Steuerspannungen zugeführt werden, welche miteinander gemischt werden sollen. Diese Steuergitter erhalten daher nicht dieselbe Steuerspannung aufgedrückt, wie bei einer Röhre gemäß ,der Erfindung, so daß die Eingangsdämpfung nicht kompensiert werden kann-.
• Schließlich ist eine Üb-erlagerungsempfangsschaltung mit einer zum Gleichrichten der empfangenen Schwingungen und gleichzeitig zur Erzeugung der örtlichen Schwingungen dienenden Mehrgitterröhre bekannt, bei der zwischen den zwei Steuergittern ein Kondensator geschaltet ist, der derart bemessen: ist, daß die Oszillatorspannungen des einen Steuergitters nicht dem anderen Steuergitter zugeführt werden können. In dieser Röhre sind also nicht zwei Steuergitter vorhanden, denen dieselte Steuerspannung zugeführt wird, so daß auch hierdurch das der Erfindung zugrunde liegende Problem und dessen Lösung nicht nahegelegt wird.
• Eine Röhre gemäß der Erfindung ist in Fig.2 schematisch dargestellt, in der io die Glühkathode bezeichnet, während 11, 12, 13 und 14 Gitter sind und 15 die Anode darstellt. Die Gitter 12 und 14 können Schirmgitter sein und auf einem positiven Potential gehalten werden. Diese Gitter können auf die übliche Weise innerhalb der Röhre verbunden werden, und die als Steuergitter dienernden Gitter i i und 13 können gleichfalls miteinander verbunden werden.. Es entsteht zwischen den: Gittern 12 und 13 während des Betriebes eine virtuelle Kathode, so daß also die Elektroden io, i i und 12 das eine ungesättigte Triodensystem und die Elektroden 13, 1.4 und 15 das andere Triodensystem bilden, das im Sättigungsgebiet der virtuellen Kathode wirkt.
• Durch genaue Bemessung der Elektroden kann auf diese Weise- die infolge der Laufzeit der Elektronen entstehende Dämpfung sowie die Kapazitätsänderung vollkommen aufgehoben werden.
• Obwohl ein bestimmtes Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist es klar, ,daß die Erfindung an mehreren Ausführungsformen. anwendbar ist. So ist es nicht erforderlich, nur vier Gitter zu benutzen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltung einer elektrischen Entladungsröhre für Hochfrequ.enzschwingungen mit einer reellen Kathode und mehreren Gittern, von denen mindestens zwei Steuergitter sind, und mit einer durch die Schaltung in der Röhre gebildeten virtuellen Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden .Steuergittern dieselbe Steuerspannung zugeführt wird und .das erste Steuergitter eine derartige Vorspannung aufweist, daß es im ungesättigten Gebiet der reellen Kathode wirkt und die von der reellen Kathode herkommenden Elektronen direkt beeinflußt und daß das zweite Steuergitter eine derartige Vorspannung aufweist, daß es im Sättigungsgebiet der virtuellen Kathode wirkt und die von der virtuellen Kathode herkommenden Elektronen beeinflußt.
2. 2. Schaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere nicht aufeinanderfolgende Gitter innerhalb der Röhre miteinander verbunden sind. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren in Betracht gezogen «-orden: österreichische Patentschrift Nr. 139 242, 14300i; deutsche Patentschrift ..... Nr. 539 869; schweizerische Patentschrift - 178 376; amerikanische Patentschrift Nr. 2 1 i4 6i5.