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Elektronenröhre.
Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre, deren Verwendungsgebiet insbesondere Gittergleichrichterschaltungen sind.
Um die Ausgangsleistung einer Röhre ohne Erhöhung der Anodenspannung steigern bzw. eine grössere Steilheit der Kennlinien erhalten zu können, wurden verschiedene Massnahmen zur Beseitigung der in der Umgebung der Kathode auftretenden Raumladungshemmung vorgeschlagen und angewendet. Hiezu gehört beispielsweise die Verwendung einer Gasfüllung zwecks Kompensation der Raumladung durch Ionen und ferner die Anordnung von einem oder mehreren zwischen der Kathode und der Steuerelektrode liegenden, auf festem Potential gehaltenen Raumladegittern und schliesslich die Verwendung der sogenannten Verteilersteuerung (Bremsgitterschaltung). Derartige Röhren besitzen eine im Verhältnis zu gleich grossen Typen, bei denen diese Massnahmen fehlen, etwa 10mal grössere Steilheit.
Derartige Röhren wurden bisher jedoch nur in Verstärkerschaltungen, u. zw. insbesondere in Endstufen, verwendet.
Röhren mit derart grossen Steilheiten würden beim heutigen Stand des Gerätebaus ihr wertvollstes Anwendungsgebiet in Endröhren eines Rundfunkempfängers mit direkter hochfrequenter Aussteuerung als Hochleistungsgleichrichter finden. Der besondere Vorteil einer derartigen Anordnung liegt unter andern darin, dass solche Endröhren nur einen Mindestwert an Störungen aufnehmen. Für derartige Endgleichrichtersehaltungen reichen jedoch die vorgenannten Röhren mit ihrer heute bekannten Aus- führungsform noch nicht aus bzw. sie arbeiten dort sehr unwirtschaftlich. Beim augenblicklichen Stand der Röhrentechnik kommt hiefür nämlich nur die Anodengleiehrichter (Richtverstärker) Sehaltung in Frage.
Eine derartige Röhre arbeitet jedoch sehr unwirtschaftlich, da bei dem geringen Anodenstromfüllfaktor und den derzeit üblichen kleinen Modulationsgraden der Anodenstrombereich bei voller Verwertung des Gittersteuerbereiches nur schwach ausgenutzt werden kann. Gegenüber einer Nieder-
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wird aus der grossen Steilheit nur ein sehr geringer Vorteil gezogen.
Man musste daher an Gittergleiehrichtung denken, die eine gute niederfrequenzmässige Leistungsausnutzung ermöglicht. Der Verwendung von Röhren mit verminderter Raumladungshemmung in Gittergleichrichterschaltung stehen jedoch erhebliche Schwierigkeiten entgegen. Mit der hohen Anodenstromsteilheit ist zwangläufig ein starker Anstieg des Gitterstromes verbunden. Die Gitterkathodenstrecke stellt bei diesen Röhren, soweit sie im Gitterstromgebiet arbeiten, einen verhältnismässig kleinen Widerstand dar, der in der Grössenordnung von nur 1000 Ohm liegt.
Der Gitterkreis erleidet daher eine
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Bei gasgefüllten Röhren kommt als erschwerend 1 inzu, dass im Ionengitterstromgebiet die Gitterkathodenstrecke einen negativen Widerstand in der Grössenordnung von 1000-10. 000 Ohm darstellt, so dass der Anschluss eines Eingangskreises ohne besondere zusätzliche Massnahmen wegen der Gefahr der Selbsterregung überhaupt unmöglich wäre. Eine weitere Schwierigkeit, die sich der unmittelbaren hochfrequenten Aussteuerung einer als Gittergleichrichter arbeitenden Endröhre entgegenstellt, ist die, dass bei den dazu benötigten grossen Amplituden eine zusätzliche Anodengleichrichtung auftritt, die zu unerträglichen Verzerrungen führt.
Bei dem kleinen Gitteraussteuerbereieh, den Röhren mit grosser Steilheit aufweisen, wird dieser kritische Zustand sehr bald erreicht.
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Diese Überlegungen führten dazu, dass man bisher davon Abstand nahm, in Gleichrichterröhren Massnahmen zur Behebung der Raumladungshemmung zwecks Vergrösserung der Kennliniensteilheit zu treffen. Durch die Erfindung wird ein Ausweg gefunden, wobei auf eine an sich bekannte Form von Gittergleichriehterröhren zurückgegriffen wird. Unter der Bezeichnung Wunderlieh-Röhre"sind Gittergleichriehterröhren bekannt geworden, die zwei gegeneinander isolierte und in bezug auf die Steuerfähigkeit gleichwertige Gitterelektroden besitzen.
Die Erfindungbesteht in einer Elektronenröhre, diezweihinsichtlichder Steuerwirkung gleichwertige, voneinander isolierte Gitterelektroden, deren gegenseitiger Durchgriff nahezu gleich 100% beträgt, enthält und bei der ferner Massnahmen zur Verminderung der Raumladungshemmung getroffen sind.
Die Erfindung besteht demnach in einer kombinierten Anwendung zweier an sich bekannter Merkmale. Diese Kombination ergibt die Lösung ganz anderer technischer Aufgaben, als mit der Wunder- lichröhre bzw. der Raumladungsverminderung an sich lösbar sind. Diese neue Aufgabe besteht in einer technisch wirtschaftlichen, direkt hochfrequenten Aussteuerung der Endröhre, bei geringster Störempfindlichkeit und Verzerrung. Im Gegensatz dazu ist die Wunderlichröhre mit einer gewöhnlichen Audionröhre zu vergleichen, von der sie sich nur dadurch unterscheidet, dass sie infolge der Verwendung von zwei Steuergitter grössere Amplituden verarbeiten kann.
Die Verwendung zweier Steuergitter bringt bei der gasgefüllten Röhre auch den nicht vorauszusehenden Fortschritt mit sich, dass die durch die fallende Gitterstromkennlinie bedingten Schwierigkeiten um mehrere Grössenordnungen vermindert werden.
Inwiefern die geschilderten Schwierigkeiten, die bisher bei Röhren mit grosser Steilheit auftraten, durch die Erfindung beseitigt werden, ergibt sich aus folgenden Betrachtungen über die Wirkungsweise.
Die Röhre wird als Gittergleichrichter benutzt, wobei die beiden Steuergitter hochfrequent in Gegenphase arbeiten. Widerstand und Kondensator, an denen die Niederfrequenzspannung entsteht, liegen zwischen der Mitte der Schwingkreisspule und der Kathode. Die Gleichrichterströme beider Gitter addieren sich, und beide Gitter werden niederfrequent im gleichen Sinne gesteuert. Infolge der gegenphasigen Hochfrequenzsteuerung der beiden Gitter wird der Anodenstrom hochfrequent gar nicht beeinfluss, da sich die Feldwirkungen der beiden Gitter in der Entladungsbahn Kathode-Anode praktisch vollkommen kompensieren. Eine zusätzliche Anodengleichrichtung mit ihrer Verzerrung entfällt also ganz.
Die zweite Schwierigkeit, die Gitterstromdämpfung, wird durch folgende Tatsache beseitigt : Die beiden Gitter besitzen aufeinander einen Durchgriff, der bei weitgehender Symmetrie zwar nicht den Wert 1 (100%), aber einen nahe bei 1 liegenden Wert hat. Bei gegenseitigem Durchgriff 1 käme überhaupt kein Gitterstrom zustande. Bei gegenseitigem Durehgriff wenig kleiner als 1 kommt bei gegenphasiger Steuerung ein im Verhältnis zur gleichphasigen Steuerung nur minimaler Strom zustande.
Hat der gegenseitige Durchgriff den Wert D = l-, so erhält bei gegenphasiger Steuerung der Gitterstrom pro Gitter den Wert J = s. d. Vy, wenn s die Steilheit des einen Gitterstromes in bezug auf die andere Gitterspannung ist. Durch Festlegung von cl hat man also den Gitterstrom und damit auch die Dämpfung des Kreises in der Hand. Die dynamische Gitterstromkennlinie für gegenphasige Steuerung kann also im Gegensatz zur normalen beliebig flach gemacht werden. Insbesondere kann man so auch den negativen Widerstand des gasgefüllten Rohres erheblich erhöhen. Bei Verwendung eines schweren Gases (Argon) kann man dann die Gefahr der Selbsterregung schon beseitigen, ohne dass noch weitere Massnahmen, wie z. B. galvanische Kopplung mit der Vorröhre, notwendig wären.
Die Dimensionierung der Gittervorspannung, des Gitterwiderstandes und des Gitterkondensators ergibt sieh im wesentlichen nach bekannten allgemeinen Regeln. Nur bei den gasgefüllten Rohren treten neue Gesichtspunkte auf. Um eine hohe Niederfrequenzempfindlichkeit zu erlangen, muss der Arbeitspunkt im Gebiet des für Niederfrequenz negativen Widerstandes liegen, da im Gebiet des positiven Widerstandes selbst bei grossen niederfrequenten Strömen nur kleine Spannungsänderungen auftreten. Im negativen Widerstandsgebiet muss der Gitterwiderstand kleiner sein als der absolute Betrag des negativen ; die Empfindlichkeit wird am grössten, wenn man beide möglichst einander angleicht. Es muss in diesem Falle auch eine negative Gittervorspannung verwendet werden, um den Arbeitspunkt einstellen zu können.
In der Zeichnung stellt Fig. 1 schematisch eine beispielsweise Anwendung der Röhre gemäss der Erfindung dar, Fig. 2 zeigt die Gitterstromkennlinie.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 1 wirkt die z. B. von dem Antennensystem A, E aufgenommene Hochfrequenzenergie auf den Schwingungskreis L, C, dessen Enden mit den beiden Gittern G und G" verbunden sind. Die Röhre R wird als Gittergleichrichter benutzt, wobei die beiden Steuergitter G und G'
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In Fig. 2 ist für eine gasgefüllte Röhre der Verlauf des Gitterstromes Ju in Abhängigkeit von der Gitterspannung Vy dargestellt. Gleichzeitig ist auch die dem Gitterableitwiderstand Ru entsprechende
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Widerstandsgerade eingetragen, aus deren Schnittpunkt mit der Gitterstromkennlinie sich der jeweilige Arbeitspunkt im Aussteuerbereich AVy, A ermitteln lässt.
Man sieht unmittelbar, dass eine negative Gitterspannung erforderlich ist, um in den fallenden Bereich des Gitterstromes, wo die Empfindlichkeit am grössten ist, zu gelangen.
An dem Wesen der Erfindung wird nichts geändert, wenn an Stelle einer Gasfüllung andere Massnahmen zur Verminderung der Raumladungshemmung getroffen werden, z. B. die Anordnung einer oder mehrerer, auf festem Potential gehaltener Gitterelektroden zwischen der Kathode und den beiden Stenerelektroden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektronenröhre, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei, steuerungsmässig gleichwertige, voneinander isolierte Gitterelektroden, deren gegenseitiger Durchgriff nahezu gleich 1 (100%) ist, enthält und dass Massnahmen zur Verminderung der Raumladungshemmung getroffen sind.