-
Entladungsröhre Die Erfindung bezieht sich auf Entladungsröhren und
besonders auf Glühkathodenröhren, die zur Verwendung in Hochfrequenzschaltungen
geeignet sind.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine Glühkathodenröhre zu bauen,
die zwei Anoden, zwei Steuerelektroden und eine einzige Kathode enthält. Es ist
weiter vorgeschlagen worden, eine Röhre dieser Bauart zur Frequenztransponierung
zu benutzen. Röhren dieser bekannten Bauart haben keine besondere Bedeutung erlangt,
weil eine verhältnismäßig große Steuerspannung zwischen den Steuerelektroden angelegt
werden mußte, um die erwünschte Steuerung der Stromverteilung zwischen den beiden
Anoden zu bewirken, so daß eine einzige Röhre dieserArt weniger leistete als zwei
getrennte Dreielektrodenröhren.
-
Gegenstand dieser Erfindung ist eine Entladungsröhre mit zwei Anoden,
bei welcher auf Grund einer neuartigen Wirkungsweise die gewünschte Steuerung der
Stromverteilung zwischen den beiden . Anoden durch verhältnismäßig kleine Steuerspannungen
bewirkt werden kann und welche besonders für den. Gebrauch in einer Transponierungsschaltung
geeignet ist.
-
Erfindungsgemäß enthält die Röhre eine Kathode, zwei nahe beieinanderliegende
Anoden und Steuermittel, die derartig angeordnet sind, daß die von der Kathode zu
den Anoden verlaufenden Entladungsbahnen in eine Anzahl von parallelen Bahnen
unterteilt
werden, welche entsprechend dem Verlauf der Steuerspannung von einer der beider.
Anoden zu der anderen abgelenkt werden, wodurch sich die gewünschte Änderung in
der Stromverteilung zwischen den beiden Anoden ergibt. Die Ablenkung der Elektronenbahnen
abwechselnd zwischen den beiden Anoden kann dadurch bewirkt werden, daß zwei Steuerelektroden
vorgesehen werden, welche zwischen der Kathode und den Anoden angeordnet sind und
welche solche Wechselspannungen erhalten, daß das elektrostatische Wechselfeld zwischen
den Elektroden die gewünschte Ablenkung der Elektronenbahnen bewirkt.
-
Eine Röhrenform, mit welcher die gewünschte Unterteilung der Entladungsbahn
in mehrere Ströme und abwechselnde Ablenkung dieser Ströme zu der einen und der
anderen Anode bewirkt werden kann, erhält man, wenn die Steuerelektroden in der
Form durchschossener oder mehrgängiger Schrauben ausgebildet sind, die koaxial zu
der Kathode liegen und von ihr entweder gleiche oder ungleiche Abstände haben, wobei
die Anoden gleichfalls ein Paar von durchschossenen Schrauben bilden, welche die
Steuerelektroden umgeben und die gleiche Steigung haben wie diese. Wenn dann noch
die einander entsprechenden Windungen der Anoden und der Steuerelektroden richtig
eingereiht sind, d. h. z. B. alle als Rechtsschrauben mit der gleichen Ganghöhe
und mit der Kathode als Achse aufgebaut sind, so kann man die Entladung als in einzelne
parallele Ströme unterteilt betrachten, welche von einer Anode zu der anderen entsprechend
den Veränderungen des elektrostatischen Feldes zwischen den Steuerelektroden und
der Kathode abgelenkt werden können. Den Steuerelektroden können dann beispielsweise
in überlagerungsschaltungen zwei verschiedene Wechselspannungen zugeführt werden,
und zwar in solcher Weise, daß eine Spannung die Stärke der Elektronenemission von
der Kathode zu den Anoden steuert und die andere Spannung die Ablenkung der Elektronenströme
abwechselnd von einer Anode auf die andere steuert. Mit dieser Anordnung kann die
Schwingung einer Frequenz durch die Schwingung einer anderen Frequenz moduliert
werden, und die resultierende Schwingung mit der Summen- oder die Differenzfrequenz
kann über einen Filterkreis an den Ausgangselektroden abgenommen werden.
-
Bei einer anderen Schaltung mit einer Röhre nach der Erfindung wird
die Elektronenemission von der Kathode zu den Anoden durch eine zusätzliche Elektrode
gesteuert, und die oben beschriebenen Steuerelektroden wirken lediglich als Mittel
zur Ablenkung der Elektronenströme von einer Anode zur anderen Anode. Die zusätzliche
Steuerelektrode ist für bestimmte Schaltungen, die im einzelnen später beschrieben
werden, besonders gut brauchbar.
-
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine einzige Steuerelektrode
innerhalb der Röhre zur Steuerung der Elektronenemission von der Kathode vorgesehen;
die Ablenkung der Elektronenströme wird dabei durch ein elektromagnetisches Feld
bewirkt, das durch einen veränderlichen Steuerstrom erregt wird. Die Einrichtung
zur elektromagnetischen Steuerung kann eine Spule sein, die außerhalb der Röhre
und koaxial zu den Röhrenelementen angeordnet ist.
-
In den Fig. i, 2 und 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
in welcher die einzelnen Elemente durch ein Preßstück gehalten sein können. Die
evakuierte Umhüllung der Röhre ist in der Zeichnung weggelassen. Die Grundelemente
der Einrichtung sind eine Kathode :2 (indirekt oder direkt geheizt), zwei Steuerelektroden
bzw. Gitter3 und 4., welche die Kathode umgeben, zwei Anoden 5 und 6; welche die
Steuerelektroden umgeben, und eine Abschirmhülle 7, welche alle Elektroden umhüllt.
Die Steuerelektroden 3 und 4 sind in der Form durchschossener oder mehrgängiger
Schrauben ausgebildet, welche koaxial zu und in gleichen Abständen von der zylindrischen
Kathode 2 angeordnet sind und zwischen der Kathode 2 und den beiden Anoden 5 und
6 liegen. Die Anoden 5 und 6 sind in gleicher Art konstruiert; sie bilden eine zweigängige
Schraube von gleicher Steigung und gleichem Windungssinn wie die Steuerelektroden;
sind in bezug auf die Kathode :2 koaxial angeordnet und umgeben die Steuerelektroden
3 und 4. Bei dieser Anordnung liegen dann die Windungen der Anoden und die Windungen
der Steuerelektroden einander gegenüber.
-
Es können beliebige Stützmittel für den Elektrodenaufbau verwendet
werden, wenn sie nur die notwendige Starrheit des Aufbaus sichern, so daß die einzelnen
Elektroden unverrückbar in der richtigen Lage zueinander gehalten werden. Die Zeichnung
zeigt vier metallische Stäbe 8, 9, io und i i, weiche die Anoden 5 und 6 und die
Isolierstücke 12 tragen; jeder Stab ist mit Rillen an den Kanten versehen, in denen
die Windungen der Anoden 5 und 6 und die Windungen der Steuerelektroden 3 und 4
liegen.
-
Die in der Röhre einander gegenüberliegenden Stäbe 8 und 9 können
mit den Windungen der Anode 5 punktgeschweißt sein und sind dann mit ausgeschnittenen
Teilen 13 gegenüber den Windungen der Anode 6 versehen, so daß eine elektrische
Verbindung zwischen den Anoden innerhalb der Röhre verhindert ist. Ebenso sind die
metallischen Stäbe zo und i i, welche die Anode 6 tragen, mit Ausschnitten 13 gegenüber
der Anode 5 versehen. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann der Schirm 7 mit Vertiefungen
14 versehen sein, um die vier Stützen 8 bis i i aufzunehmen und einen gleichmäßigen
Abstand des Schirmes von den Anoden ohne Kurzschlußgefahr zu schaffen.
-
Die Stellung der Elektroden ist am besten in dem Querschnitt nach
Fig.3 zu erkennen. Man sieht, daß die Windungen j e einer Steuerelektrode und einer
Anode in der gleichen Schraubenfläche liegen, so daß die Schnittflächen der Steuerelektrode
3 und der Anode 5 auf einer Senkrechten zur Kathode 2 liegen. Ebenso liegen die
Schnittflächen der Steuer- i elektrode 4 und der Anode 6 auf einer Senkrechten
zur
Kathode 2. Diese Lage der Elektroden sei durch den Ausdruck gekennzeichnet, daß
die Windungen der Anoden und der Steuerelektroden einander gegenüber stehen.
-
Bei dieser Anordnung der Elemente bewirken die beiden Steuerelektroden
eine Aufteilung des zu den Anoden fließenden Elektronenstromes in mehrere Teilströme,
wobei jede Windung der Anoden und Steuerelektroden als ein Teil der zugehörigen
Elektrode betrachtet werden kann und wobei die einzelnen Teile an ihren Enden miteinander
verbunden sind. Bei dieser Betrachtungsweise kann jede Schraubenfläche, welche im
wesentlichen zur Kathode senkrecht steht und zwischen je zwei einander benachbarten
Windungen der Steuerelektroden hindurchtritt, als Entladungsweg für einen Elektronenstrom
angesehen werden. Bei dieser Anordnung kann die Stärke der Elektronenemission durch
die resultierende Einwirkung beider Steuerelektroden auf die Kathode gesteuert werden;
wenn z. B. die Augenblickspotentiale der Elektroden 3 und q. in bezug auf die Kathode
2 gleich sind und sich auch gleichmäßig und gleichzeitig ändern wie beim Anlegen
der gleichen Augenblickskomponente einer periodischen Spannung an beide Elektroden,
so ändert sich die Elektronenemission und damit die Größe des Stromes zu den Anoden
5 und 6 in gleicher Weise. Ebenso kann die Richtung der Teilentladungsströme durch
Veränderungen des elektrostatischen Feldes zwischen den Elektroden 3 und q. verändert
werden, wodurch die Aufteilung des Gesamtstromes auf die beiden Anoden beeinflußt
wird. Man erkennt daher, daß der Entladungsstrom abwechselnd von einer Anode zur
anderen abgelenkt wird, wenn eine Wechselspannung zwischen den Steuerelektroden
3 und q. angelegt wird.
-
Es ist natürlich klar, daß die Verteilung der Elektronen zwischen
den beiden Anoden zu einem gewissen Grade auch durch die Potentiale an den Anoden
beeinflußt wird. Zum Beispiel werden die Elektronen, wenn die Anode 5 positiver
in bezug auf die Kathode ist als die Anode 6, mit größerer Intensität zur Anode
5 gezogen werden und umgekehrt. Weil nun die Anoden in einem größeren Abstand von
der Kathode liegen als die Steuerelektroden, haben Veränderungen der Anodenpotentiale
eine geringere Wirkung auf die Elektronenverteilung zwischen den Anoden als Veränderungen
der Steuergitterpotentiale.
-
Es ist klar, daß die Elektronen, welche zwischen den Anoden 5 und
6 hindurchgehen, wenigstens teilweise zu diesen Anoden zurückgezogen werden; einige
können auch den Schirm 7 erreichen, wenn das Potential des Schirmes nicht hinreichend
negativ ist, um die Geschwindigkeit der Elektronen bis auf null abzubremsen, bevor
sie den Schirm erreichen. Daher ist der Schirm 7 vorzugsweise in bezug auf die Kathode
2 leicht negativ vorgespannt, um die Elektronen zu den Anoden zurückzutreiben. Wenn
die Austrittsgeschwindigkeit der Elektronen aus der Kathode hinreichend klein ist,
kann die negative Vorspannung weggelassen werden und der Schirm 7 direkt mit der
Kathode 2 verbunden werden. Als eine weitere Ausführungsform der Röhre nach derErfindung
mit verbesserterAblenkwirkung, bei welcher auch eine vollständigere Erfassung der
ausgesandten Elektronen durch die eine oder die andere der Anoden erreicht wird,
kann die in Fig. q. gezeigte Bauart verwendet werden. Bei diesem Elektrodenaufbau
sind die als zweigängige Schraube angeordneten Steuerelektroden 3' und q.' aus Bandmaterial
hochkant gewickelt, so daß die flachen Seiten parallel zu der Entladungsrichtung
liegen. Die Anoden 5' und 6' sind flach gewickelte Bänder und durch einen verhältnismäßig
kleinen, gleichfalls schraubenförmigen Zwischenraum getrennt. Infolge dieser Bauart
wird durch die Kanten der Elektroden 3' und q' für den Durchgang der Elektronen
in Richtung zu den Anoden 5' und 6' nur eine kleine versperrende Oberfläche gebildet
und gleichzeitig erhöht die verhältnismäßig große Ausdehnung der flachen Steuerelektroden
die ablenkende Wirkung. Ferner wird durch die Vergrößerung der Anodenoberfläche
der von den Anoden aufgefangene Anteil der Entladung vergrößert und der durch den
schraubenförmigen Zwischenraum zwischen den Anoden zum Schirm 7 hindurchgehende
Anteil vermindert.
-
Der Zweck des Schirmes 7 ist bei allen Bauarten ein dreifacher. Erstens
verhindert er, daß die zwischen den Anoden hindurchgehenden Elektroden sich an der
inneren Oberfläche der Röhre ansammeln und dadurch eine elektrostatische Rufladung
dieser Oberfläche hervorrufen. Zweitens vermindert er die Sekundäremission von der
im Augenblick weniger positiven Anode zur positiveren Anode. Drittens wirkt er als
elektrostatischer Schirm und verringert die kapazitive Kopplung zwischen dem Eingangskreis
und dem Ausgangskreis. Der Schirm vermindert besonders wirksam die kapazitive Kopplung
zwischen den Steuerelektroden und den Anoden.
-
Um die Sekundäremission von einer Anode zur anderen Anode und die
Kapazität zwischen den Elektroden weiter zu vermindern, kann der Schirm 7 mit einwärts
gebogenen, schraubenförmigen Ansätzen oder Flossen (nicht dargestellt) versehen
sein, welche zwischen die beidenAnoden eingreifen. Es kann auch die in Fig. 5 dargestellte
Bauart verwendet werden, welche schraubenförmige Hilfsabschirmelektroden 15 und
16 enthält, die zwischen den Windungen der beiden Anoden angeordnet sind. Die Elektroden
15 und 16 können mit dem Schirm 7 innerhalb der Röhre verbunden sein; ferner brauchen
die beiden Elektroden 15 und 16 nicht in derselben Zylinderfläche zu liegen wie
die Anoden 5 und 6, sie sollen jedoch koaxial zur Kathode 2 angeordnet sein mit
einem Radius, der entweder größer oder kleiner als der Radius der Anoden ist. Wenn
diese Hilfselektroden oder Flossen mit der Kathode verbunden sind, ist ihre Wirkung
im wesentlichen dieselbe wie die eines Fanggitters in einer Pentodenröhre.
-
Die Wirkungsweise der beschriebenen Röhre wird am besten an Hand der
Fig.6 erklärt, in welcher sie als Mischröhre verwendet ist.
Die
Eingangselektroden 3 und q. sind mit den Klemmen der Sekundärwicklung
17 eines Transformators 18 verbunden, an dessen Primärwicklung 1g eineWechselspannung
der Frequenz f1 zugeführt wird. Der Mittelpunkt 2o der Sekundärwicklung
17
ist mit der Kathode 2 über einen Nebenschlußkondensator 21 und die Sekundärwicklung
22 eines Transformators 23 verbunden. An der Primärwicklung 2:I des Transformators
23 wird eine zweite Wechselspannung der Frequenz f2 zugeführt. Um die Steuerelektroden
3 und q: mit einer negativen Vorspannung gegenüber der Kathode 2 zu versehen, kann
eine (in dem Schaltbild nicht dargestellte) Batterie zwischen den Klemmen25 und
26 eingeschaltet werden; der negative Pol dieser Batterie wird mit der Klemme 25
verbunden. Die Anöden 5 und 6 sind mit den Eingangsklemmen eines Filters 28 verbunden.
In dem Kreis zwischen den Anoden 5 und 6 und der Kathode 2 wird eine Anodenspannungsquelle
zwischen den Klemmen - 26 und -h B eingeschaltet, die durch einen Nebenschlußkondensator
27 überbrückt ist.
-
Man erkennt, daß die Spannung von der Frequenz f2 beiden Steuerelektroden
3 und q. gleichsinnig zugeführt wird, so daß sich das mittlere Potential aus den
Steuergitterpotentialen in bezug auf die Kathode 2 verändert. Auf diese Weise wird
die Elektronenemission von der Kathode 2 zu den Anoden 5 und 6 entsprechend dem
Verlauf der Wechselspannung f2 gesteuert. Gleichzeitig mit der Steuerung der Elektronenemission
werden die zwischen den Steuergitterwindungen hindurchtretenden Entladungsströme
abwechselnd von der einen Anode zu der anderen durch das elektrostatische Feld zwischen
den beiden Steuerelektroden 3 und q. abgelenkt; dieses Feld wird durch die Wechselspannung
f1 erzeugt, welche über den Transformator 18 den Steuergittern gegenphasig zugeführt
wird. Wenn man die Verhältnisse während einer halben Periode der Spannung f1 betrachtet,
so bewirkt die Richtung des elektrostatischen Feldes zwischen den Steuerelektroden
3 und d., daß die Entladung beispielsweise auf die Anode 5 gelenkt wird, während
in der zweiten Halbperiode infolge der Umkehr des elektrostatischen Feldes die Entladung
auf die Anode 6 gelenkt wird. Auf diese Weise rührt der Anodenstrom, der über die
Kathode 2 fließt, abwechselnd hauptsächlich von der einen und dann von der anderen
Anode her, und diese Ablenkung wechselt mit einer Periodizität, die durch die Frequenz
der auf den Transformator 18 aufgedrückten Spannung bestimmt wird. Gleichzeitig
wird nun die Größe dieses Anodenstroms entsprechend der Steuerung der Emission durch
die Spannung f2 verändert, die auf die Eingangsklemmen des Transformators 23 aufgedrückt
wird. Die Anodenströme bilden an den Impedanzen des Filters 28 zwischen den Anoden
5 und 6 eine Potentialdifferenz aus, welche die Frequenz f 1 hat und gleichzeitig
mit der Frequenz f2 moduliert ist. Auf diese Weise entstehen zwei Potentialdifferenzen
mit den Frequenzen f1 -f- f2 und f1- f2, die an den Eingangsklemmen des Filters
vorhanden sind. Das Filter 28 kann nun so ausgebildet sein, daß es nur eine Spannung
der einen Frequenz überträgt. Man erkennt, däß wegen der Symmetrie der Anordnung
keine Spannung der Frequenz f2 zwischen den Anoden 5 und 6 auftritt.
-
Es ist bekannt, daß die Eigenkapazität zwischen der Anode und der
Steuerelektrode einer Röhre eine Kopplung zwischen dem Eingangskreis und dem Ausgangskreis
verursacht, die sehr störend sein kann und gewöhnlich durch Anordnung eines Schirmgitters
zwischen der Steuerelektrode und der Anode genügend klein gemacht werden kann. Bei
den beschriebenen Röhren nach dieser Erfindung ist dieser Notbehelf unnötig, insoweit
die Kopplung zwischen dem Eingangs- und Ausgangskreis in Betracht kommt, weil diese
Schaltungen sich fast vollständig selbst neutralisieren. Dies kommt zum Teil daher,
daß jede Steuerelektrode die andere Steuerelektrode und jede Anode die andere Anode
abschirmt und weil jede Anode nahezu gleiche Kapazitäten, welche entgegengesetzte
Wirkungen haben, gegenüber den beiden Steuerelektroden hat und jede Steuerelektrode
nahezu gleiche Kapazitäten gegenüber den beiden Anoden.
-
Wenn auch bei der in Fig. 6 dargestellten Schaltung gleichzeitig Ablenkungs-
und Emissionssteuerung verwendet werden, so kann doch die beschriebene Röhre auch
in Schaltungen verwendet werden, bei denen nur eine der beiden Steuerungsarten benutzt
wird. Wenn nur Emissionssteuerung verwendet wird, ist die Wirkungsweise im wesentlichen
die gleiche wie bei einer normalen Dreielektrodenröhre. Die Verwendung der Ablenksteuerung
allein ist in Fig. 7 gezeigt in Verbindung mit einer Gegentaktverstärkungsstufe
zur Verstärkung der Niederfrequenz- oder Hochfrequenzschwingungen. In dieser Schaltung
sind die Steuerelektroden 3 und q. mit der Sekundärwicklung 29 eines Transformators
30 verbunden, an dessen Primärwicklung 31 eine Hochfrequenzschwingung zugeführt
wird. Die Kathode 2 ist durch einen Nebenschlußkondensator 32 mit dem Mittelpunkt
33 der Sekundärwicklung a9 verbunden. Über die Klemme 34 kann eine geeignete Vorspannung
an die Steuerelektroden angelegt werden. Der Ausgangskreis des Verstärkers liegt
an den Anoden 5 und 6, die mit der Primärwicklung 35 eines Transformators 36 verbunden
sind; der Mittelpunkt 37 der Wicklung 35 ist mit der Anodenspannungsquelle -I- B
verbunden, die durch einen Kondensator 38 überbrückt ist. Die Sekundärwicklung
39 des Transformators 36 kann mit irgendeinem Kreis, z. B. mit dem Eingangskreis
einer nachfolgenden Verstärkerstufe, verbunden sein.
-
Die Steuerung des Anodenstroms wird nun bei der Schaltung nach Fig.
7 durch die Ablenkung der Entladung von der einen auf die andere Anode und umgekehrt
bewirkt; die Elektronenemission wird durch die negative Vorspannung an den Steuerelektroden
3 und ¢ bestimmt. Die Funktion der Ablenkungssteuerung ist die gleiche, wie sie
schon beschrieben wurde. Die Ablenkung der Entladung von der einen zur anderen Anode
verläuft im
wesentlichen proportional zur Potentialdifferenz zwischen
den Steuerelektroden bis zu dem Punkt, an welchem die Entladung vollständig von
einer Anode zur anderen abgelenkt ist, und außerdem ist die Gesamtemission im wesentlichen
konstant; daher ist die Verstärkung im wesentlichen linear, wenn die Aussteuerung
innerhalb der erwähnten Grenze gehalten wird. Die Schaltung der Fig. 7 hat noch
den Vorteil, daß die Anodenströme sich gegenseitig in der Primärwicklung des Transformators
36 magnetisch ausgleichen und auf diese Weise die Sättigung des Kernes bei der Verwendung
von Eisentransformatoren vermieden wird.
-
Die Röhre nach der Erfindung kann auch vorteilhaft in einer Art Reflexverstärkerschaltung
verwendet werden, wobei eine Röhre oder ein Röhrenelement gleichzeitig zur Niederfrequenz-
und Hochfrequenzverstärkung dient. In der Schaltung nach Fig. 8 wird nach diesem
Prinzip die Ablenkungssteuerung zur Niederfrequenzverstärkung und die Emissionssteuerung
zur Hochfrequenzverstärkung benutzt. Um diese beiden Steuerwirkungen gleichzeitig
zu erhalten, werden dem Eingangskreis der Steuerelektroden 3 und 4 Niederfrequenzschwingungen
und Hochfrequenzschwingungen gleichzeitig zugeführt, und zwar über die Transformatoren
40 und 41. Der Transformator 41 besitzt zwei Sekundärwicklungen, nämlich 4a und
43, von denen jede mit der zugehörigen Steuerelektrode 3 bzw. 4 und mit der Kathode
2 über den Hochfrequenznebenschlußkondensator 44 bzw. 45 verbunden ist. Die Niederfrequenzspannung
wird durch die Sekundärwicklung 46 des Transformators 4o auf die Steuerelektroden
aufgedrückt; die Enden der Wicklung 46 sind mit den zugehörigen Elektroden 3 und
4 über die Sekundärwicklungen 42 und 43 verbunden. Um für die Steuerelektroden 3
und 4 eine geeignete negative Vorspannung gegenüber der Kathode 2 zu erzeugen, kann
zwischen der Klemme 47 und der Kathode eine Vorspannungsquelle angeschlossen werden.
Der Ausgangskreis des Verstärkers liegt zwischen den Anoden 5 und 6 und wird im
wesentlichen durch die Transformatoren 48 und 49 gebildet. Der Hochfrequenzzweig
dieses Ausgangskreises enthält die Primärwicklungen 50 und 5 i des Transformators
48, die mit den Anoden 5 und 6 verbunden sind, und zwei Hochfrequcnzüberbrückungskondensatoren
52 und 53, die eine gemeinsame Verbindung 54 zur Kathode 2 haben. Der Niederfrequenzzweig
des Ausgangskreises enthält die Primärwicklung 55 des Transformators 49, deren Enden
mit den Anoden 5 und 6 über die Wicklungen 50 und 51 verbunden sind und deren
Mittelpunkt 56 mit einer Anodenspannungsklemme + B verbunden ist, welche über einen
Kondensator 57 mit der Kathode verbunden ist.
-
Bei dieser Schaltung steuert die am Transformator 4i angelegte Hochfrequenzspannung
die Emission, d. h. den von der Kathode 2 zu den Anoden 5 und 6 fließenden Gesamtstrom.
Die Niederfrequenzspannung, welche über den Transformator 40 zugeführt wird, bewirkt
die Ablenkungssteuerung, wie es bereits beschrieben wurde. Wie die Trennung der
Hochfrequenzkomponente von der Niederfrequenzkomponente im Ausgangskreis erfolgt,
dürfte ohne weitere Beschreibung klar sein. Bei dieser Schaltung werden die Hochfrequenzschwingungen
nicht nennenswert durch die Niederfrequenzschwingungen moduliert, wie dies bei Verwendung
bekannter Röhren eintritt, wenn eine gleichzeitige Verstärkung von zwei Schwingungen
verschiedener Frequenz in einer Röhre bewirkt werden soll; diese vorteilhafte Wirkungsweise
entsteht als Folge der gegenseitigen Unabhängigkeit der beiden Steuerwirkungen,
nämlich der Emissionssteuerung und der Ablenkungssteuerung.
-
Die Ablenkungssteuerung kann natürlich auch in Rückkopplungsschaltungen
benutzt werden, bei denen ein Ausgangskreis mit einem Eingangskreis gekoppelt ist,
um einen Teil der Ausgangsenergie zu einem Eingangskreis zurückzuführen. Eine Schaltung
dieser Art ist in Fig. 9 dargestellt; das Schaltbild zeigt einen Gegentaktoszillator
mit einem abstimmbaren Eingangskreis 58, der eine Induktivität 59 und einen dazu
parallel geschalteten Abstimmkondensator 6o enthält, dessen Klemmen mit den Steuerelektroden
3 und 4 verbunden sind. Über die Klemme 6o' kann den beiden Steuerelektroden eine
negative Vorspannung zugeführt werden. Der Anodenkreis des Oszillators enthält die
Widerstände 61 und 62, deren eines Ende je mit einer Anode 5 bzw. 6 verbunden ist
und deren andere Enden miteinander und mit dem positiven Pol einer Anodenspannungsquelle
+ B verbunden sind. Die Rückkopplungsenergie wird von den Ausgangselektroden zum
abgestimmten Eingangskreis durch die Rückkopplungswege übertragen; welche die Blockkondensatoren64
und 65 enthalten. Jeder Rückkopplungsweg verbindet eine Anode mit einem solchen
Punkt an der Induktivität 59 des Frequenzbestimmungskreises, der die entgegengesetzte
Polarität zu der Steuerelektrode hat, welche der betrachteten Anode entspricht.
Der Kondensator 64 verbindet also die Anode 6 mit einem Punkt 66 an der Induktivität
59, der eine entgegengesetzte Augenblickspolarität hat wie die Steuerelektrode 4,
und der Kondensator 65 verbindet die Anode 5 mit einem Punkt 67 an der Induktivität
59, der eine entgegengesetzte Polarität zu der Steuerelektrode 3 besitzt: Bei dieser
Schaltung wird die Rückkopplung vollständig durch die Ablenkungssteuerung erreicht.
-
Die Ablenkungssteuerung eignet sich auch gut für Oszillatoren mit
abstimmbarem Anodenkreis; ein derartiger Oszillator ist in Fig.' io dargestellt.
Der Frequenzbestimmungskreis 167 mit der Induktivität 68 und dem variablen Kondensator
69 liegt im Anodenkreis zwischen den Anoden 5 und 6. Die Rückkopplungsenergie wird
zu den Steuerelektroden 3 und 4 über die Kondensatoren 70 und 71 übertragen.
-
Es ist natürlich klar, daß bei den in Fig. 9 und io dargestellten
Schaltungen die erzeugten Schwingungen in irgendeiner geeigneten Weise mit einem
Verbraucherkreis gekoppelt werden können, z B.
durch induktive Kopplung
dieses Kreises mit der Induktivität des Frequenzbestirnmungskreises.Wenn die Rückkopplung
genügend fest ist, wird die Entladung in jeder Periode fast vollständig von einer
Anode zur anderen abgelenkt. Die Stärke der Schwingungen kann durch Einstellung
der bei 6o' oder 72 angelegten Vorspannung eingestellt werden, da durch die Vorspannung
die Elektronenemission bestimmt wird. Ein wesentlicher Vorteil dieser Oszillatorschaltung
liegt darin, dah die Gesamtemission im wesentlichen konstant bleibt. Auch ist die
erforderliche Maximalemission nur gleich dem Maximalwert jeder Halbwelle, während
doch bei bekannten Schaltungen die Maximalemission den doppelten Wert haben muh.
-
Es wurde bisher vorausgesetzt, dah die Röhre nach der Erfindung zwei
als zweigängige Schraube gewickelte Anoden enthält; eine dieser Anoden kann jedoch
auch weggelassen werden, und der Schirm, welcher die anderen Elemente der Röhre
umgibt, kann als zweite Anode verwendet werden. Diese Bauart ist in Fig. i i dargestellt,
bei welcher der Metallzylinder 75 als zweite Anode geschaltet werden kann. Diese
Röhre stimmt sonst mit derjenigen nach Fig. i überein.
-
Durch den Wegfall einer der schraubenförmigen Anoden verändert sich
die Wirkungsweise der Röhre nicht wesentlich; infolge der Ablenkung durch die Steuerelektroden
3 und ,4 wird die Entladung abwechselnd in Richtung auf die Anode 5 und dann auf
die Anode 75 gelenkt. Diese Röhre kann daher in irgendeiner der vorstehend beschriebenen
Schaltungen ohne wesentliche Veränderung verwendet werden,.
-
Die in Fig. 12 dargestellte Mischrohrschaltung ist der Schaltung nach
Fig. 6 ziemlich gleich mit der Ausnahme, dah nur die Anode 75 direkt in den Ausgangskreis
geschaltet ist und die Anode 5 auf einem festen positiven Potential gehalten wird.
In diesem Kreis wirkt die Anode 5 als Schirmgitter zwischen den Steuerelektroden
3 und q. einerseits und der Anode 75 andererseits. Das positive Potential der Elektrode
5 ist dabei im allgemeinen niedriger zu wählen als das der Anode 75. Die Anode 5
dient in der Weise eines Schirmgitters dazu, um die Kapazität zwischen der Anode
75 und den Steuerelektroden herabzusetzen; außerdem bewirkt die symmetrische Anordnung
der Steuerelektroden eine Selbstneutralisation, wie es schon beschrieben wurde.
-
Die Steuerelektroden 3 und q. sind in Form einer zweigängigen Schraube
konzentrisch zur Kathode 2 auf einer Kreiszylinderfläche angeordnet. Es kann jedoch
aus Fabrikationsgründen auch vorteilhaft sein, die beiden Gitter mit verschiedenem
Durchmesser herzustellen, jedoch so, dah sie im @vesentlichen die Schnittlinien
zweier zur Kathode 2 senkrechter, ineinandergewundener Schraubenflächen mit zwei
Zylindern verschiedenen Durchmessers sind. Daher ist in Fig. 13 die Steuerelektrode
q. ein Solenoid von größerem Durchmesser als das Solenoid der Elektrode 3; beide
liegen konzentrisch zur Kathode 2; auf diese Weise ergibt sich eine unsymmetrische
Bauart, bei welcher dieWindungen der Elektrode q. die Windungen der Elektrode 3
umgeben.
-
Die Unsymmetrie der Röhre nach Fig. 13 verändert die Wirkung
der Ablenkungssteuerung j grundsätzlich nicht; es ist aber vorteilhaft, für diese
Röhre einen unsymmetrischen Eingangskreis zu verwenden. Eine derartige unsymmetrische
Schaltung ist in Fig. 1q: dargestellt, welche der Mischrohrschältüng nach Fig. 6
entspricht, sich jedoch von ihr dadurch unterscheidet, dah die Sekundärwicklung
des Transformators 18 in zwei Teile 77 und 78 aufgeteilt ist, die eine ungleiche
Windungszahl haben. Die Spule 77 hat die größere Windungszahl und ist mit der Steuerelektrode
q. verbunden, die weiter von der Kathode 2 entfernt ist; der Teil 78 mit der kleineren
Windungszahl ist mit der Steuerelektrode 3 verbunden, die der Kathode 2 näherliegt.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist im Grunde genommen die gleiche wie die der
Schaltung nach Fig. 6. Das Verhältnis der Windungszahlen der Wicklungen 77 und 78
ist so gewählt, dah erstens die Potentialschwankungen an den Steuerelektroden 3
und q. keine: Veränderung der Gesamtemission hervorrufen und zweitens die durch
den Transformator 23 an die Steuerelektroden 3 und q. angelegte Wechselspannung
keine Ablenkungswirkung hervorruft. Es ist klar, dah bei dieser Schaltung auch die
Gittervorspannungen für die Steuerelektroden 3 und q. verschieden gewählt sein können
und z. B. durch getrennte Klemmen 79
und 8o angelegt werden. Zur Vereinfachung
wird nur die Steuerelektrode 3 zunächst der Kathode für die Emissionssteuerung verwendet;
in ihrem Kreis liegt daher die Sekundärwicklung 22 des Transformators 23.
-
In der Röhre von Fig: 15 ist die Anode 6 weggelass,en, und die zylindrische
Elektrode 75 wirkt als zweite Anode in derselben Weise, wie es bei Fig. i i beschrieben
wurde; dazu wird noch die unsymmetrische Anordnung der Steuerelektroden wie in Fig.
13 verwendet. Eine Röhre dieser Bauart kann in einer unsymmetrischenMischrohrschaltung
verwendet werden, wie es in Fig. 16 dargestellt ist. In dieser Schaltung wird eine
Spannung der Frequenz f1 durch den Transformator 8i übertragen und zur Ablenkung
der Entladung zwischen den Anoden 5 und 75 benutzt. Der Transformator 81 enthält
zwei Sekundärwicklungen 82 und 83, die zwischen den Steuerelektroden 3 und q. über
den Kopplungskondensator 84 in Serie geschaltet sind. Gleichzeitig wird eine Spannung
der Frequenz f2 an die Elektroden 3 und q. angelegt und dient zur Emissionssteuerung.
Diese Spannung der Frequenz f2 wird den Steuerelektroden über den Transformator
85 zugeführt, der eine Primärwicklung 86 und zwei Sekundärwicklungen 87 und 88 besitzt.
Der zwischen den Anoden 5 und 75 und der Kathode 2 eingeschaltete Ausgangskreis
enthält die Primärwicklung eines Transformators 89, mit welcher durch eine
Anzapfung go die positive Klemme der Anodenspannungsquelle +B verbunden ist.
Rein
grundsätzlich ist die Wirkungsweise der in Fig. 16 gezeigten Schaltung derjenigen
nach Fig. 6 gleich; die Windungsverhältnisse der Kopplungstransformatoren sind so
gewählt, daß sie die Unsymmetrie infolge der unsymmetrischen Ausbildung der Steuerelektroden
3 und q, und der Anoden 5 und 7 5 kompensieren. Außerdem sind in beiden Fällen die
Verhältnisse der Windungszahlen so bestimmt, daß die Spannung der Frequenz f1 nicht
auf die Emission einwirkt und keine Spannung der Frequenz f2 zwischen den Anoden
erscheint.
-
In Fig.17 ist eine weitere Modifikation der Röhre nach der Erfindung
dargestellt, bei welcher zwei zusätzliche Elektroden vorgesehen sind, und zwar ein
schraubenförmiges Schirmgitter gi und ein gleichfalls schraubenförmiges Fanggitter
92, die zu den in Fig. 15 beschriebenen Elementen hinzutreten. Eine Mischrohrschaltung
mit einer solchen Röhre ist in Fig. 18 dargestellt. Das Fanggitter 9,2 ist dabei
innerhalb der Röhre mit der Kathode 2, und das Schirmgitter ist mit der positiven
Klemme »-h Schirm« verbunden, so daß das letztere Gitter auf einem positiven Potential
unterhalb desjenigen derAnoden 5 und 75 gehalten wird. Die Wirkungsweise dieser
Schaltung ist im wesentlichen die gleiche wie die der vorstehend beschriebenen Mischrohrschaltungen.
-
In der Röhre nach Fig. ig wirkt der Metallzylinder 75 als Einzelanode
und die schraubenförmige Elektrode 93 als Schirmgitter. Ein schraubenförmiges
Fanggitter 9q. befindet sich zwischen der Elektrode 93 und der Anode 75.
Die Anwendung dieser Röhre in einer Mischrohrschaltung ist in Fig. 2o dargestellt;
die Schaltung unterscheidet sich von Fig. 18, abgesehen von der anderen Anschaltung
des Ausgangskreises, nur darin, daß eine Einzelanode verwendet wird, das Schirmgitter
durch die Elektrode 93 gebildet wird und die Elektrode 9q. mit der Kathode
2 verbunden ist, um so als Fanggitter zu wirken.
-
In der Röhre nach Fig. 21 ist eine zusätzliche Steuerelektrode
95 zwischen der Kathode 2 und den beiden ineinandergewundenen schraubenförmigen
Steuerelektroden 3 und q. vorgesehen. Diese Elektrode wirkt unabhängig von den Steuerelektroden
3 und q. auf die Größe des Entladungsstromes von der Kathode 2 zu den Anoden 5 und
6 ein; die Steuerelektroden 3 und q. bewirken nur, die Ablenkung der Entladung.
Es ist hierbei nicht wesentlich, daß die Windungen der Steuerelektrode
95 mit denjenigen der Steuerelektroden 3 und q. in denselben, senkrecht zur
Kathode beschriebenen Schraubenflächen liegen; wenn dies jedoch der Fall ist und
sie wie in Fig. 21 den Windungen der Steuerelektroden genau gegenüberliegen, so
trägt dies dazu bei, daß weniger Elektronen auf die Elektroden 3 und q. auflaufen,
selbst wenn diese eine geringe positive Spannung besitzen. Dies gestattet es, sehr
kleine oder gar keine negative Vorspannungen an den Steuerelektroden 3 und q. zu
verwenden, und ergibt eine Vergrößerung der nutzbaren Emission. Eine Mischrohrschaltung
mit der Röhre der Fig. 21 ist in Fig.22 dargestellt; man erkennt, daß die einzigen
Unterschiede zwischen dieser Figur und der Fig. 6 darin bestehen, daß ein Ende der
Wicklung 22 mit der zusätzlichen Elektrode 95 anstatt mit den Elektroden
3 und q, über die Wicklung 17 verbunden ist und daß das andere Ende der Wicklung
22 mit einer besonderen Vorspannungsquelle (Klemme 25') in Verbindung steht.
-
Die in Fig. 23 dargestellte Röhre enthält die beiden Anoden 5 und
6, die Kathode 2 und eine einzige Elektrode 96 zur Steuerung der Elektronenemission
von der Kathode zu den Anoden. Diese Röhre wirkt in bezug auf die Emissionssteuerung
wie eine normale Dreielektrödenröhre. Eine Ablenkungssteuerung wird nicht benutzt;
die Röhre wird vorzugsweise wie ein Gleichrichter benutzt. In der Schaltung nach
Fig. 24 ist eine Röhre nach Fig. 23 verwendet; die Anoden 5 und 6 sind durch Blockkondensatoren
97 und g8 mit dem Sekundärteil eines Transformators 9g verbunden, an dessen
Primärseite eine Hochfrequenz f1 zugeführt wird. Durch einen Transformator ioo kann
eine Spannung der Frequenz f2 auf die Elektrode 98 aufgedrückt werden, so
daß die Emission mit einer Frequenz f2 gesteuert wird; infolgedessen ändert sich
auch der Widerstand zwischen den Anoden 5 und 6 mit dergleichen Frequenz f2. Diese
Frequenz wirkt daher als Modulationsfrequenz. Es ergibt daher eine zusammengesetzte
Potentialdifferenz zwischen den Anoden 5 und 6 von einer Frequenz gleich der Summe
oder Differenz der Frequenzen f1 und f2. Bei geeigneter Bemessung des mit den Anoden
5 und 6 verbundenen Filters ioi kann eine Spannung einer dieser Frequenzen ausgewählt
und auf die Ausgangsklemmen des Filters übertragen werden.
-
In Fig. 25 ist eine Ausführungsform der Röhre nach der Erfindung dargestellt,
welche besonders zur Verwendung in einer Frequenzvervielfachungsschaltung geeignet
ist. Die Röhre enthält die Kathode 2, die von zwei ineinandergewundenen schraubenförmigen
Steuerelektroden 3 und q. und in einem größeren radialen Abstand von zwei ineinandergewundenen
schraubenförmigen Anoden 5 und 6 umgeben ist. Diese Elemente werden von dem zylindrischen
Schirm 75 umgeben. Die Anwendung dieser Röhre in einer Frequenzverdopplungsschaltung
ist in Fig. 26 dargestellt, worin die Steuerelektroden 3 und q. mit der Sekundärwicklung
eines Transformators io2 verbunden und die beiden Anoden miteinander direkt verbunden
sind, so daß eine einzige Elektrode 103 gebildet wird, welche als Schirmgitter
zwischen den Steuerelektroden und dem Metallzylinder 75 angeordnet ist. Der Ausgangskreis
enthält die Primärwicklung eines Transformators 104, der zwischen dem als Anode
wirkenden Schirm 75 und der Kathode :2 über die Kondensatoren io5 und io6 eingeschaltet
ist. Die Klemmen 107 und io8 werden an Spannungsquellen zur Erzeugung der Vorspannung
für die Steuergitter bzw. für das Schirmgitter angeschlossen.
-
Beim Betrieb dieser Frequenzverdopplungsschaltung wechselt die Richtung
des elektrostatischen
Feldes zwischen den Steuerelektroden periodisch
und lenkt die Entladung abwechselnd auf die eine und die andere der Elektroden 5
und 6, die das Gitter 103 bilden. Bei jeder Umkehr des Feldes zwischen den Steuerelektroden
wird die Entladung zwischen den Elektroden 5 und 6 hindurch auf die Anode 75 gelenkt.
Daraus folgt, daß die Entladung während jeder vollen Periode der Steuerspannung
zweimal zwischen den Anoden 5 und 6 hindurchgeht und die Anode 75 trifft. Daher
ist die Frequenz des Anodenwechselstromes doppelt so groß wie die Frequenz der Steuerspannung
am Transformator ioa. Solche Schaltungen können vorteilhaft in Übertragungseinrichtungen
verwendet werden, welche mit Frequenzmodulation arbeiten.
-
Busher wurde die Steuerung der Elektronenablenkung durch zwei Steuerelektroden
bzw. durch ihre elektrostatische Wirkung auf den Elektronenstrom beschrieben; es
ist jedoch auch möglich; eine ähnliche Wirkungsweise durch die Steuerung mit Hilfe
eines sich verändernden magnetischen Feldes zu erhalten. In Fig. 27 ist eine für
magnetische Steuerung verwendbare Röhre nach dem Prinzip der Erfindung dargestellt;
sie enthält eine Kathode zog und dazu konzentrisch mehrere Gitter mit axial gerichteten
Stäben; die Stäbe iio sind alle miteinander verbunden und bilden eine Steuerelektrode,
während die gleichfalls axial gerichteten Stäbe i i i innerhalb der Röhre abwechselnd
miteinander verbunden sind und auf diese Weise zwei ineinandergeschobene, sozusagen
durchschossene Gitter bilden, wobei die Stäbe des einen Gitters mitten in dem Zwischenraum
zwischen den Stäben des anderen Gitters liegen; diese beiden Gitter können als Anoden
dienen. Die Anzahl der Steuergitterstäbe ist gleich der Hälfte der Anzahl der Anodenstäbe,
wobei jeder Steuergitterstab dem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Anodenstäben
gegenüberliegt. Eine Abschirmung 112 umgibt diese Elemente; um die Wirbelströme
in der Abschirmung zu verringern, ist darin ein Schlitz 112` vorgesehen. Zur Ablenkung
der Entladung abwechselnd auf eine der beiden Anoden ist eine Wicklung
114 außerhalb des Vakuumgefäßes vorgesehen, durch welche ein Steuerstrom
fließt.
-
Eine Modulationsschaltung mit einer Röhre nach Fig. 27 ist in Fig.
28 gezeigt. In dieser Schaltung wird eine Wechselspannung von der Frequenz f1 der
Wicklung 114 und eine Wechselspannung von der Frequenz f2 über den Transformator
116 der Emissionssteuerelektrode 115 zugeführt, die durch die zusammengeschalteten
Gitterstäbe izo gebildet wird. Die Anoden iig und i2o, welche durch die abwechselndverbundenen
Stäbe i i i gebildet werden, sindmitdemAusgangskreisverbunden. DieKlemme
117 wird an eine Vorspannungsquelle für das Steuergitter 115 angeschlossen.
Die Anodenvorspannung wird über eine Klemme -1-B zugeführt. Die Klemmen sind durch
Überbrückungskondensatoren 118 und 122 für Wechselstrom geerdet. Am Ausgang der
Stufe liegt ein an die Anoden i 1g und i2o angeschlossenes Filter 121 zum Ausfiltern
der erwünschten Frequenzen. Beim Betrieb dieser Schaltung wird die Emission der
Kathode iog zu den Anoden durch die Spannung von der Frequenz f2 gesteuert, die
an die Steuerelektrode 115 angelegt ist. Die durch die Steuergitterzwischenräume
hindurchtretenden Entladungen werden durch das magnetische Wechselfeld der Spule
114 abwechselnd auf die eine und dann auf die andere Anode gelenkt.
-
Wenn auch bei der Betrachtung der einzelnen Ausführungsformen der
Röhre nach der Erfindung eine schraubenförmige Ausführung der Steuerelektroden und
Anoden angenommen wurde, so ist doch ohne weiteres klar, daß eine andere Ausbildung
dieser Elektroden möglich ist, ohne daß man sich vom Geist der Erfindung entfernt.
Sie können z. B. aus koaxialen Ringen aufgebaut sein, wobei jeder einzelne Ring
in einer Ebene liegt und alle Ringe einer Elektrode den gleichen Durchmesser haben.
Natürlich müssen die einzelnen Ringe jeder Elektrode elektrisch miteinander verbunden
sein; man muß sich natürlich vorstellen, daß bei einer ineinandergreifenden bzw.
durchschossenen Ausführung zweier Elektroden je ein Ring der einen und ein Ring
der anderen Elektrode nebeneinanderliegen würden.
-
Ganz allgemein können die Elektroden in der letztgenannten Form oder
schraubenförmig oder in irgendeiner anderen Gestalt ausgeführt sein, z. B. auch
nach der Form abgeflachter oder elliptischer Zylinder. Die Paare der ineinandergreifenden
Elektroden können auch coplanar, d. h. als Teil paralleler Ebenen, z. B. in der
Form einer Leiter ausgebildet sein, wobei die Teile einer Elektrode mit den entsprechenden
Teilen der anderen Elektrode abwechseln. Es ist demnach klar, daß viele Modifikationen
der Röhre nach der Erfindung möglich sind, die alle von dem Erfindungsgedanken Gebrauch
machen. Die Erfindung ist daher keineswegs auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
-
Es sei darauf hingewiesen, daß die Ausdrücke ineinandergreifend und
durchschossen, welche in der Beschreibung vielfach auftauchen, zur Kennzeichnung
der relativen Lage der Elektroden in ihrem weitesten Sinne zu verstehen sind, ohne
Rücksicht darauf, ob die einzelnen Elektrodenteile tatsächlich in demselben Abstand
von der Kathode liegen. Es kommt nur darauf an, daß von der Kathode aus gesehen
die Oberflächen der Teile so erscheinen, als ob die Teile der beiden ineinandergreifenden
Elektroden abwechselnd nebeneinanderliegen. So sollen beispielsweise die Steuerelektroden
auch bei demjenigen Ausführungsbeispiel als durchschossen angesehen werden, wo sie
verschiedenen Durchmesser besitzen, ihre Windungen aber zueinander auf Lücke stehen.
-
Auch bei der Ausführungsform mit nur einer schraubenförmigen Anode,
wobei der umgebende Zylinder als zweite Anode dient, können die der Kathode zugewendeten
wirksamen Oberflächen der beiden Anoden als durchschossen oder ineinandergreifend
angesehen werden, da von der Kathode aus gesehen die in den Zwischenräumen der
schraubenförmigen
Anode sichtbaren Teile der zylindrischen Anode genau so betrachtet werden können,
als läge .eine aus ihnen gebildete zweite schraubenförmige Anode in den Zwischenräumen
der ersten schraubenförmigen Anode.