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Verfahren zum Verstärken von elektrischen Spannungen Die Erfindung
bezieht sich auf Verfahren zum Verstärken von elektrischen Gleich- oder Wechselspannungen
unter Verwendung von Verstärkern, die zweckmäßig die Form von Mehrelektrodenröhren
haben.
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Bei den bekannten Verstärkerschaltungen für elektrische Schwingungen,
z. B. in mit Elektronenröhren arbeitenden Verstärkerstufen, wird der Anodenstrom
einer Elektronenröhre von der zu verstärkenden Größe z. B. einer an das Gitter der
Röhre gelegten Signalspannung direkt gesteuert.
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Bei den bekannten Ausführungen von solchen Verstärkerschaltungen tritt
die Erscheinung des Röhrenrauschens auf, d. h. die Röhren der Verstärkerschaltungen
haben einen bestimmten, ihnen eigenen Rauschpegel und Signalspannungen kleiner Amplitude,
welche innerhalb dieses Rauschpegels liegen, gehen in diesem unter, können also
nicht für die Wiedergabe nutzbar gemacht werden.
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Durch diesen Rauschpegel der Elektronenröhren ist auch dem Verstärkungsgrad,
der durch diese Elektronenröhren erzielt werden kann, eine bestimmte obere Grenze
gesetzt.
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Die Rauschspannung einer Elektronenröhre ist zu einem erheblichen
Teil durch statistische Schwankungen des Elektronenflusses zur Anode bzw. zum Schirmgitter
bestimmt, und diese ergeben sich aus den verschiedenen Geschwindigkeiten, die die
Elektronen infolge ihrer thermischen Energie beim Austritt aus der Kathode haben.
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Der vorliegenden Erfindung lag in erster Linie die Aufgabe zugrunde,
Verfahren zu schaffen, wodurch das Eigenrauschen solcher Elektronenröhren vermindert
wird. Ein weiterer Zweck der Erfindung
ist bei Verstärkerschaltungen,
die mit Mehrelektrodenröhren arbeiten, den Verstärkungsgrad gegenüber bekannten
Ausführungen zu erhöhen.
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Der allgemeine der Erfindung zugrunde liegende Lösungsgedanke besteht
nun darin, bei Elektronenröhren die von der Kathode zur Anode bzw. zu einem Schirmgitter
strömenden Elektronen in ihrer Geschwindigkeit sä zu homogenisieren, so daß die
zur Anode gelangenden Elektronen eine zumindest nahezu einheitliche Geschwindigkeit
aufweisen.
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Der vorerläuterte Erfindungsgedanke läßt sich auch dahin verwirklichen,
daß zugleich mit der Homogenisierung der Elektronen verschieden großer Geschwindigkeit
eine gruppenweise Zusammenfassung von Elektronen verschiedener Geschwindigkeit zu
Elektronengruppen mit gleicher oder nahezu gleicher Geschwindigkeit erfolgt.
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Der Erfindungsgedanke läßt sich an Hand eines Gleichnisses am einfachsten
dadurch erläutern, daß der Elektronenfluß mit einem Verkehrsfluß auf der Straße
verglichen wird und der Verkehrsfluß durch eine Reihe von Verkehrsampeln homogenisiert
wird, indem sich die Fahrzeuge dem Rhythmus des Farbwechsels anpassen und dadurch
innerhalb eines Verkehrsblockes zusammengefaßter Verkehr gewissermaßen mit gleichförmiger
Geschwindigkeit durch die einzelnen Verkehrsampeln hindurchgeschleust wird.
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Es wurde gefunden, daß durch diese Homogenisierung des Elektronenflusses
entweder eines stetigen Flusses oder eines gruppenweise zusammengefaßten Flusses
das Eigenrauschen der Röhre erheblich vermindert wird.
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In Übereinstimmung mit einer praktischen Ausführungsform der Erfindung
wird diese Homogenisierung dieses Elektronenflusses durch Anlegen einer genügend
hochfrequenten Wechselspannung an Steuerelektroden erreicht, so daß der Elektronenfluß
in seiner Intensität moduliert bzw. sogar gesperrt wird.
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Zu diesem Zweck kann in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung in einer Elektronenröhre eine Mehrzahl von Steuerelektroden vorgesehen
sein, welche derart gesteuert werden, daß die Geschwindigkeit des Elektronenflusses
homogenisiert bzw. eine Gruppierung von Elektronen gleicher Geschwindigkeit erreicht
wird.
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Nach einer technischen Ausführungsform der Erfindung ist es möglich,
in der Elektronenbahn einer Elektronenröhre eine Reihe von Steuergittern anzubringen,
die durch geeignete Schaltelemente miteinander verbunden werden können, um die an
den Elektroden- liegenden Spannungen in ihrer Phase zu verschieben. Es ist dabei
die Möglichkeit gegeben, diese Schaltelemente entweder innerhalb oder außerhalb
einer Elektronenröhre anzuordnen; diese Elemente können beispielsweise die Form
von Selbstinduktionen, vorzugsweise kleinen Selbstinduktionen annehmen. Dabei ist
es in Übereinstimmung mit der Erfindung möglich, die homogenisierende Modulation
mittels einer Reihe von Steuerelektroden so durchzuführen, daß die Modulation nach
einer gewünschten Kurve verläuft, z. B. und vorzugsweise nach einer Exponentialfunktion.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
und schematisch wiedergegeben.' Es bezeichnet i den Eingangskreis einer Verstärkeranordnung,
welcher mit einer Elektronenröhre 2 verbunden ist, die den üblichen Heizfaden 3,
ein Gitter 4 und eine Anode 5 aufweist. Zwischen dem Steuergitter 4 und der Anode
5 ist eine Mehrzahl von Steuerelektroden 6 in gewünschter Anzahl angeordnet, welche
jeweils durch kleine Selbstinduktionen 7 miteinander in Verbindung stehen, die gegebenenfalls
regelbar gemacht werden können, so daß die Modulation nach einer gewünschten Kurve
verläuft.
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Durch die Zwischenschaltung einer Mehrzahl von Steuerelektroden werden
die an den Elektroden liegenden Spannungen in ihrer Phase verschoben, und diesen
Spannungen wird eine Hilfsspannung aufgeprägt, deren Schwingungszeit über der Gesamtlaufzeit
der Elektronen von der Kathode zur Anode liegt.
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Dieser nach der Erfindung durchgeführten Hochfreqenzmodulation des
Elektronenstromes überlagert sich in üblicher Weise die an den Eingangskreis i gelegte
Signalspannung, die dem Steuergitter 4 der Röhre 2 zugeführt wird.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung erfolgt die Durchmodulation des
Elektronenstromes mit einer Frequenz, die wesentlich über dem zu übertragenden bzw.
zu verstärkenden Frequenzbereich liegt. Wird die Modulationsfrequenz des Elektronenstromes
hoch genug gewählt, so tritt gemäß dein Zweck der Erfindung eine Ordnung der Elektronen
in dem Sinne ein, daß die Elektronen im Rhythmus der Modulationsfrequenz zu Gruppen
von jeweils homogenisierter Geschwindigkeit zusammengefaßt werden.
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Es hat sich weiter herausgestellt, daß das Frequenzspektrum des Rauschens
eines derartig geordneten Elektronenstromes in dem unterhalb der Modulationsfrequenz
liegenden Bereich eine wesentlich geringere Intensität aufweist als der ungeordnete
Elektronenstrom. Als Folge der Anwendung des Erfindungsgedankens ergibt sich der
besondere Vorteil, daß mit einer Verstärkerschaltung nach der Erfindung bzw. einer
Elektronenröhre eine Verstärkung von Spannungen sehr kleiner Amplitude erzielt wird,
die Bisher im Rauschpegel der Röhre untergingen.
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In der vorstehenden Beschreibung wurde der Ausdruck Signalspannung
verwendet. Dieser Ausdruck soll sämtliche Arten von Spannungen erfassen, welche
durch Elektronenröhren verstärkt werden können.