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Elektronenröhre Es ist neuerdings der Weg beschritten worden, einen
Teil der Schaltung, z. B. Spulen, hochohmige Widerstände und Übertragungs-Kapazitäten,
in die Empfangsröhren einzubauen. Ein wesentlicher Teil der zu stellenden Aufgabe
blieb jedoch bisher ungelöst. Es. war nämlich nicht möglich; abgestimmte Elemente
derart in die Röhre einzubauen, daß die Röhre nur die Übertragung einer ganz bestimmten
Frequenz ermöglicht, für andere Frequenzen jedoch mehr oder weniger unwirksam ist.
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Die Erfindung gibt mehrere Lösungen für diese Aufgabe an, die an Hand
der Figuren erläutert sind.
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In Fig. i ist eine Vakuumröhre dargestellt mit Glühkathode i, Gitter
2 und Anode g. Es ist nun innerhalb der Vakuumröhre, und zwar entweder zwischen
Kathode und Gitter oder zwischen Gitter und Anode die Einrichtung eingebaut, welche
die Selektion einer bestimmten Frequenz bewirkt. Diese besteht aus einem Quarzstück
oder sonstigen piezoelektrischen Körper 3, welcher durch eine Stütze q., die vorzugsweise
metallisch ist und an die Kathode oder Anode angeschlossen ist, getragen wird. Die
piezo-elektrische Erregung des Quarzes erfolgt durch die zugeführten oder in der
Röhre erzeugten Wechselspannungen von annähernd derjenigen Frequenz, auf welche
das. Quarzstück abgestimmt ist. Zur Erregung wird vorzugsweise ein Teil der Gitter-
oder Anodenleitung plattenförmig ausgestaltet, wie dies durch 5 angedeutet ist,
so daß das Quarzstück sich in einem elektrischen Felde befindet. Werden nun zwischen
den Klemmen 6 und 7 Wechselspannungen zugeführt, so erhält das Gitter 2 eine zusätzliche
starke Erregung, wenn die ankommende Frequenz annähernd gleich der Eigenschwingung
oder Oberschwingung des Quarzstückes ist.
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Die Anordnung läßt sich derart umgestalten, wie in Fi.g. 2 angedeutet
ist. Die Gitterleitung 6 führt im Innern der Röhre zu einer frei endigenden Elektrode
5, welche dem Quarzstück 3 gegenübersteht. Das Gitter selbst ist mit einem Punkte
der Quarzoberfläche, beispielsweise durch einen nahe an diese herangebrachten Draht
8 verbunden. Es erhält dann bei Erregung des Quarzes starke Ladungen, welche den
Stromfluß durch die Röhre zur Anode g steuern. Man erzielt dann sehr starke periodische
Wechselspannungen von annähernd der Schwingungsfrequenz des Quarzes an dann Verbraucher
io, der beispielsweise zwischen der Anode und dem Pluspol der Anodenbatterie i i
liegt. Durch Anschluß eines Blockkondensators 12 an das Gitter und durch Überbrückung
des Blockkondensators, durch einen hochohmigen Widerstand 13 kann der bekannte Audioneffekt
hervorgerufen werden, so daß das Gitter, wenn es durch die piezo-elektrischen Spannungen
stark positiv gemacht wird, Ladungen vom Faden aufnimmt, welche die Gitterspannungen
allmählich negativ machen und dadurch eine starke Änderung des
Anodenstromes
verursachen. Die Teile 12. 13 können in die Röhre mit eingebaut sein.
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In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform dargestellt. Hier ist das
Gitter in der üblichen Weise ausgestaltet, jedoch ist die Anode 9 mit einem Quarzstück
14 derart belegt, daß es frei schwingen kann und seine piezo-elektrischen Spannungen
sich zu der Anodenspannung addieren. Die Anode umgreift beispielsweise in Form ringförmiger
Spangen.. 15
die der Kathode zugewandte Quarzoberfläche. Ist nun die ankommende
Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des Quarzes, so addiert sich die piezo-elektrische
Wechselspannung zur Spannung der Anode. Bei der Resonanzfrequenz tritt dann bei
geeigneter Einstellung der konstanten Anodenspannung eine starke Änderung des Anodenstromes
ein, und zwar kann: man es nach den bei Elektronenröhren bekannten Grundsätzen so
einrichten, daß die positiven piezo-elektrischen Spannungen eine wesentliche Steigerung
des Anodenstromes herbeiführen, während die negativen Spannungen keine wesentliche
Verminderung desselben bewirken. Bei anderen Einstellungen ändert sich der Mittelwert
des Anodenstromes- nicht, dagegen tritt eine wesentlich verstärkte Wechselstromamplitude
im Anodenstrom auf, jedoch nur dann, wenn die erregende Frequenz der Schwingungsfrequenz
des Quarzes oder einer seiner Oberschwingungen annähernd gleich ist.
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Von besonderer Bedeutung ist die Weiterbildung nach Fig.4, in welcher
ein in eine Röhre eingebautes Mehrfachsystem dargestellt ist, welches infolge der
Verwendung eines piezo-elektrischen Kristalls hochselektiv für bestimmte den Eigenschwingungen
des Quarzes annähernd entsprcehende Frequenzen gemacht ist. Es ist hier wiederum
eine andere Anordnung des Quarzes gezeigt, jedoch kann auch eine der in den Fäg.
i bis 3 beschriebenen Anordnungen für den gleichen Zweck benutzt werden.
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In ein einziges Vakuumgefäß 16 ist das Mehrfachsystenn eingeschmolzen,
welches die Kathoden 17, 18 (vorzugsweise in Reihe geschaltet), die Gitter ig, 2o,
die Anoden 2i, 22, den Blockkondensator 23 und den Ableitewiderstand 24 enthält.
Als Kopplungsglied zwischen beiden Systemen dient der piezoelektrische Kristall
25, welcher beispielsweise durch die Elektrode 26 erregt wird. Die Durchschmelzungen
sind mit 27, 28, 29 und 3o bezeichnet und führen zum ersten Gitter, zu den Heizdrähten,
zur ersten und zweiten Anode. In die erste Anodenleitung kann der punktiert angedeutete
hochohnlige Widerstand 31 gleichfalls in die Röhre eingefügt werden. An seiner Stelle
kann jedoch auch außerhalb der Röhre ein Wechselstromwiderstand, z. B. eine Drosselspule
oder ein hochohmiger Gleichstromwiderstand vorgesehen werden. Wird das Gitter ig
durch eine Wechselspannung erregt, so entsteht eine starke Spannung an der Elektrode
26 infolge der piezo-elektrischen Erregung dann, wenn die zugeführte Frequenz mit
einer der Schwingungszahlen des Quarzes annähernd übereinstimmt. Diese Spannungen
bewirken eine Aufladung des Übertragungskondensators 23 und eine Steuerung dies
Gitters 2o, womit eine entsprechende Steuerung des Anodenstromes in dem zweiten
System bewirkt wird. Im Gegensatz zu den bekannten widerstandsgekoppelten Mehrfachsystemen
erfolgt hier eine äußerst scharfe Selektion durch die Röhre selbst.
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In der drahtlosen Telegraphie und in der sonstigen elektrotechnischen
Praxis ergibt sich ein großes Anwendungsfeld für derartige frequenzelektive Elektronenröhren.
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Es ist bereits bekannt geworden, zwei Elektrodensysteme unter Verwendung
eines piezoelektrischen Kristalls miteinander zu koppeln. Diese Kopplung erfolgt
bei einer bekannten Anordnung in der Weise, daß eine Seite eines längsgestreckten
piezo-elektrischen Kristalls mit einem Elektrodenpaax verbunden ist, das im Anodenkreis
der ersten Röhre liegt, während das andere Ende des Kristalls mit einem zweiten
Elektrodenpaar belegt ist, das im Gitterkreis der folgenden Röhre liegt.
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Ein weiterer Erfindungsgedanke ergibt sich aus der übersichtlichen
Beschreibung von Fig. i bis 4. Für diese Anordnung ist nämlich gemeinsam, daß. in
der Resonanzlage eine Erhöhung der Spannung an den Elektroden des Piezokristalls
auftritt. Dieser Umstand fordert eine nähere Betrachtung. Diese Betrachtung hat
festzustellen, durch welche Schaltelemente ein piezo-elektrischer Kristall ersetzt
werden kann, welches also das Ersatzschema ist.
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Nun zeigt sich., daß von einem solchen einheitlichen Ersatzschema
bei einem pä.ezo-elektrischen Kristall nicht gesprochen werden kann, sondern daß
die elektrische Charakteristik des Piezokristalls im besonderen davon abhängig ist,
ob es mit anderen Schaltelementen zusammengeschaltet ist Mit großer Annäherung kann
ein piezoelektrischer Kristall, der in einer Schaltung für sich allein Verwendung
findet, aufgefaßt werden als eine Serienschaltung von einer großen. Induktivität,
einer sehr kleinen Kapazität und einem Widerstande von etwa 5oooo@Ohm. Wird der
PieZOkrisiall in einer seiner Eigenwellen erregt, so erhält man die als Stromresonanz
bezeichneten, Verhältnisse, d. h. die Schaltung ist für die Resonanzfrequenz ein
rein Ohmscher Widerstand. Die Impedanz beträgt also ein Minimum.
Bei
den Anordnungen von Fig. i bis q. soll aber die Impedanz ein Maximum betragen. Dies
ist auch in der Tat der Fall. Hier ist nämlich parallel zu dem Piezokristall eine
Zusatzkapazität geschaltet, die vorzugsweise aus den Streulinien besteht, die beispielsweise
bei der Anordnung von Fig. i von der Elektrode 5 zu der Stütze 4 führen, ohne den
Piezokristall 3 zu treffen. Die Impedanz einer solchen Schaltanordnung, die außerhalb
der Resonanz im wesentlichen gleich dem Widerstand der Zusatzkapazität ist, nimmt
beim Fortschreiten von niedrigen zu höheren Frequenzen mit Annäherung an die Resonanzfrequenz
zunächst wie beim Fehlen der Zusatzkapazität ab. Sie erreicht jedoch schon vor der
Resonanz des Piezokristalls ein Minimum, nimmt bei weiterer Frequenzsteigerung wieder
zu und erreicht bei Frequenzen oberhalb der Resonanz ein Maximum, das größer als
der kapazitive Widerstand außerhalb des Resonanzbereichs ist. Bei Steigerung über
die Resonanzfrequenz hinaus nimmt die Impedanz wieder auf den der Zusatzkapazität
entsprechenden Betrag ab. Auf dieser merkwürdigen Erscheinung, die den Charakter
der Spannungsresonanz besitzt, beruht die Wirkungswelse von Fig. i bis 4.