DE406534C - Anordnung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen mit einer Raumladungsgitterroehre - Google Patents

Description

(GS2SI7

Es ist bekannt, durch eine Entladungsröhre mit Gitter elektrische Schwingungen zu erzeugen, indem ein schwingungsfähiger Kreis in geeigneter Phase Energie aus idem Anodenkreise entnimmt und einen kleinen Teil davon (Rückkopplung) an den Gitterkreis abgibt. Eine ganz entsprechende Schaltung kann bei einer Raumladungsgitterröhre angewendet werden. Hier erhält das der Kathode nächste

ίο Gitter eine hohe positive Gleichspannung, während das zweite Gitter zur Rückkopplung benutzt wird.

Vorliegende Erfindung gibt eine andere Schaltung zur Erzeugung von Schwingungen an, die sich auf Raumladungsgitter röhren oder generell auf Röhren mit einer besoaderen positiven Elektrode im Kathodenraum bezieht.

Sie soll an einer Raumladungsgitterröhre auseinandergesetzt werden, d. h. an einer Röhre, die unmittelbar an der Kathode ein Gitter von hoher positiver Spannung, darauffolgend ein Gitter von kleiner, evtl. negativer Spannung und darauffolgend eine Anode von hoher positiver Spannung besitzt (Abb. 1).

Es ist in der Elektrodynamik üblich, von

einer »negativen Charakteristik« zu sprechen und bei Vorhandensein einer solchen eine Schwingungserzeugung unter gewissen Bedingungen, die die Dimensionen eines Kapazität und Selbstinduktion enthaltenden Schwingungskreises betreffen, für möglich zu halten.

Eine »negative Charakteristik« besteht nun darin, daß ein Elektrizitätsleiter bei erhöhter Spannung einen erniedrigten Strom hindurchläßt und umgekehrt.

Es soll daher hier gezeigt werden, inwiefern bei vorliegender Erfindung eine negative Charakteristik vorhanden ist. Es handelt sich hierbei um den Kreis (Abb. 1), der durch die Kathode Ιζ, die Batterie E_z und das Gitter Q₂ gebildet wird, wobei Speziell die Strecke K-G₂ in der Röhre die negative Charakteristik besitzt.

Diese negative Charakteristik, die weder mit sekundärer Kathodenstrahlung noch mit Ionisation o. dgl. etwas zu tun hat, ist erkennbar aus Abb. 2, welche eine Charakteristikenschar darstellt. Für alle Kurven bedeuten die Abszissen die variabel gedachte Gitterspannung^. Die ebenfalls variable Spannung E₂ des Raumladungsgitters ist als Parameter verwendet, so daß jede Kurve mit je einer bestimmten Raumladungsgitterspannung E₂ aufgenommen ist. Die Anodenspannung Ea ist für alle Punkte aller Kurven unverändert dieselbe.

In Abb. 2 sind nun drei Arten von Kurven gezeichnet, nämlich mit /4, mit I₂ und mit I_g bezeichnete. Sie bedeuten die Ströme nach

der Anode I_A, dem Raumladungsgitter I₂ und dem Gitter I_g. Jede Kurve zeigt ferner an der Strombezeichnung einen Index (20, 3O₃ 40 usw.); welcher den Parameter, d.h. die zugehörige Raumladungsgitterspannung E₂ in Volt angibt.

Obgleich jede der Kurven I₂₂₀,I₂^, I₂^ usw. nun umgekehrt geneigt ist als die Kurven/4, so stellen sie nicht etwa an sich negative Charakteristiken vor, da nämlich die Ordinaten zwar ihre eigenen Ströme, dagegen die Abszissen die Spannungen des Steuergitters anzeigen, so daß keine Selbstabhängigkeit besteht.

Vielmehr läßt sich die negative Charakteristik erst erkennen, wenn bei einer bestimmten konstanten Gitterspannung E_g und einer bestimmten kontstanten Anodenspannung (die ja in Abb. 2 überall konstant ist) die Zuao samrnengehörigkeit von I₂ und E₂ festgestellt wird. Dies ist z.B. für den Punkt Eg=— 6VoIt (siehe punktierte Linie P) geschehen kann in Abb. 3 besonders gezeichnet. Man sieht hier zwischen E₂= 20 Volt und E₂= 100 Volt die fallende Charakteristik (bzw. negative Charakteristik). Die Ursache dieser negativen Charakteristik ist folgende:

Bei der Raumladungsgitterröhre besteht zwischen Ea, E₂, Ia, Iz ein komplizierter Zusammenhang, da ja stets der Strom sich zwischen Anode und Raumladungsgitter ver- j teilt, so daß sowohl Einflüsse auf den einen | als auch auf den anderen bestehen, die aber, j da die Summe beider Ströme etwa konstant \ ist, hierdurch wieder einander beeinflussen. So ist eine Erhöhung der Raumladungsgitterspannung zunächst unmittelbar eine Ursache zu einer Raumladungsgitterstromerhöhung und dadurch einer Anodenstromerniedrigung. In zweiter Reihe ist eine Erhöhung der Raumladungsgitterspannung. aber ,die Ursache zur Erhöhung des mittleren Potentials in der Gitterfläche und dadurch gleichzeitig eine Ursache zur Erhöhung des Anodenstromes, somit zur Verminderung des Raumladungsgit- I ters. Der zweite Einfluß pflegt nun, insbe- j sondere wenn man mit Spannungen oberhalb j der Sättigung arbeitet, zu überwiegen. Dies läßt sich so ausdrücken, daß die Raumladungsgitterspannung ebenfalls einen Durch- ] griff durch das Gitter ausübt, welcher die eigentliche Ursache der negativen Charakteristik ist. I Die negative Charakteristik läßt sich zu- j nächst so verwerten, daß mit ihr in Serie ι ein Schwingungskreis, z. B. in Schwungradschaltung, gelegt wird (Abb. 4), der dann von der Röhre unter noch näher auseinanderzusetzenden Bedingungen erregt wird. j Erfindungsgemäß soll nun diese Eigen- 1 schaft zu Schaltungen zur Schwingungserzeu- :

gung noch etwas allgemeiner verwertet werden, indem _v durch ein Organ genügenden Spannungsabfalles in der Raumladungsgitterleitung eine den ganzen Vorgang von selbst aufrechterhaltende Wechselspannung hervorgebracht wird.

Dies läßt sich folgendermaßen ausdrücken, wenn Ia einen Anodenwechselstrom, i₂ den Raumladungsgitterwechselstrom, €a die Anodenwechselspannung, e_g die Gitterwechselspannung, e_z die Raumladungsgitterwechselspannung, α das Durchgreifen der Anodenspannung durch die Gitterfläche, ζ das Durchgreifen der Raumladungsgitterspannung durch die Gitterfläche bedeuten:

ΰ — f (%■ + «· e_A -f ζ e_K), (1)

wobei / eine einfache Funktion bedeuten soll. Nun liegen in der Anodenleitung der Widerstand R (z. B. gebildet durch einen schwingungsfähigen Kreis in der Schwungradschalr

tung, so daß R = -^n ist), ferner in der

Raumladungsgitterleitung der Widerstand Z. Dann ergibt sich aus (1)

(2)

Hier sei die Abhängigkeit des Stromes von den Spannungen, d.h. die Funktion / als linear angenommen, was z. B. bei kleinen Amplituden vollständig zutreffend ist, daher auch ausreicht, um den Vorgang des Einsetzens der Schwingungen darzulegen. Es sei also gesetzt:

(3)

iA=Q-{^ee~^aRiA—

(4)

Hieraus ergibt sich:

Da, wie oben gesagt, Anodenstrom und Raumladungsgitterstrom fast genau einander entgegengesetzt gehen, da der Gesamtstrom konstant ist, (der Sättigungsstrom), so kann man setzen:

,■—__; fei

so daß

i_A = -^(e_g —

(6)

Der Erfindungsgedanke kann nun in mancherlei verschiedenen Schaltungen zum Aus- _ druck gebracht w.erden. In den betreffenden Abb. 4 bis 8, welche solche Schaltungen zeigen, ist auf eine Gitterwechselspannung verziehtet, indem das Gitter unmittelbar an die Kathode gelegt ist. Es kann auch vollstän-

dig isoliert bleiben. Daher wird in Gleichung (6) die Gitterwechselspannung fortfallen bzw. wird

In Abb. 5 wird im Anodenkreis ein schwingungsfähiger Kreis benutzt, für den R — -=^

ist, in der Raumladungsgitterleitung ein reiner Widerstand Z. Die Bedingung dafür, daß der Vorgang sich selbst aufrecht erhält, lautet aus (6) demnach:

i_A — p'(—

ζΖϊ_Λ)

und hieraus:

■ = Q + nR

(8)

(9)

In Abb. 6 ist R ein reiner Widerstand, dagegen Z =

= 7=r-

C₁ K₁

Kreis.

Dann ergibt sich als Bedingung für die Selbsterhaltung:

und hieraus:

L₁

ζ >· ρ =Q -\- 0.R- (11)

C₁R₁

In Abb. 7 sind beide Widerstände schwingungsfähige Kreise, und eine einfache Ableitung zeigt, daß sie möglichst genau aufeinander abgestimmt sein sollen, jedoch eine gegenseitige Kopplung überflüssig ist.

Dann ergibt sich als Bedingungsgleichung:

C₁R₁

(12)

Diese letztere Schaltung hat den Vorteil, daß die nutzbare Energie sich vergrößert, da beide Kreise Energie liefern, während bei Abb. 5 und 6 ein Teil der Energie im reinen Wider stand R bzw. Z vernichtet wird.

Ferner kann der Widerstand in der Anodenleitung weggelassen werden (Abb. 4), wofür sich die Bedingung ergibt:

(13)

Die Impedanz in der Raumladungsgitterleitung, die ja die Basis der Erfindung ist, kann dagegen nicht weggelassen werden, denn es würde sich ergeben:

ein schwingungsfähiger was nicht realisierbar ist, da Q,· a, L, C, R sämtlich unbedingt positiv sind.

Die beiden Kreise der Abb. 7 können auch, ohne daß dies notwendig wäre, zur Vereinfachung vereinigt werden, wie Abb. 8 zeigt.

Man kann auch das geschilderte Erregungsprinzip nur teilweise verwenden, indem man die obengenannten Bedingungsgleichungen nicht ganz erfüllt, jedoch einen kleinen Zusatz der bekannten Gitterrückkopplung anwendet, indem man z. B. auf eine in der wahren Gitterleitung liegende Spule von einem der Kreise induziert.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung elektrischer Schwingungen mit einer Raumladungsgitterröhre bzw. einer Röhre, die eine stark positive Elektrode in Kathodennähe hat, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung die negative Charakteristik, welche durch den Einfluß der positiven Elektrode auf das mittlere Potential in der Fläche eines wahren Gitters und dadurch auf den Anodenstrom entsteht, benutzt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, da- go durch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zu der positiven Elektrode ein schwingungsfähiger Kreis angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zur positiven Elektrode ein Ohmscher Widerstand angeordnet ist, wobei in den Anodenkreis schwingungsfähige Elemente eingeschaltet sind und die Energieentziehung aus dem Anodenkreise geschieht.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieentziehung entweder allein aus dem Raumladungsgitterkreis oder allein aus dem Anodenkreis oder gleichzeitig aus beiden erfolgt, und zwar entweder durch zwei getrennte Organe oder durch ein gemeinsames.

5. Schaltung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß das wahre Gitter unmittelbar an die Kathode angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.