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Schaltung zur Verminderung des Röhrenklingens Die Erfindung befaßt
sich mit der Verminderung des Röhrenklingens, das auch als Mikrofoneffekt bezeichnet
wird und das insbesondere in Verst:ärkerschaltungen häufig störend wirkt. Diese
Erscheinung tritt auf, wenn infolge starker Erschütterungen der Heizfaden und das
Steuergitter relativ zueinander Schwingungen ausführen, die eine Modulation des
Anodenstromes zur Folge haben.
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Es sind bereits verschiedene konstruktive Maßnahmen bekanntgeworden,
die geeignet sind, den Mikrofoneffekt zu verringern. So hat man beispielsweise der
Befestigung des Elektrodensystems, insbesondere der Spannfeder des Heizfadens bei
direkt geheizten Röhren, besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Bei indirekt geheizten
Röhren tritt der Effekt nicht so leicht auf, und es genügt in vielen Fällen, die
Röhre auf ein Polster oder in einen Federsockel zu setzen. Auch hat man die Röhren
mit Schwammgummi umhüllt, wenn die Erschütterungen durch Luftschall (Lautsprecher)
hervorgerufen werden. In sehr schwierigen Fällen hat man die Masse von Röhre -I-
Sockel erhöht und diesem abgefederten System eine tiefe Eigenschwingung gegeben,
damit es von den in der Frequenz höher liegenden Erschütterungen nicht angeregt
wird. Alle diese Lösungen des Problems laufen auf konstruktive Maßnahmen an Röhre
oder Halterung hinaus und erfordern einen zusätzlichen Aufwand an Gewicht, Bauraum
und Montagekosten.
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Trotz dieser Maßnahmen ist der Erfolg nicht völlig befriedigend. Im
Gegensatz zu den vorstehend genannten Mitteln, die ausschließlich konstruktive Maßnahmen
zum Gegenstand haben, löst vorliegende Erfindung die Aufgabe erstmalig durch Verwendung
einer neuen Schaltung. Bei Anwendung des Erfindungsgedankens können daher die gebräuchlichen
Röhren, und zwar sogar auch direkt geheizte Röhren, benutzt werden, deren Fassung
in der
üblichen Weise auf dem Chassis starr befestigt werden kann.
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Die Erfindung geht von der Betrachtung der Verhältnisse aus; die im
Innern einer Röhre auftreten, und zwar insbesondere vom Verlauf der Äquipotentiallinien
und der Feldlinien. Das wesentliche Merkmal der neuen Schaltung; das auf den bei
dieser Betrachtung gewonnenen Erkenntnissen beruht, besteht darin, daß eine Röhre:
mit mindestens einem positiv vorgespannten Gitter (Schirmgitter) verwendet wird,
und daß das zwischen der Kathode und dem Schirmgitter befindliche Gitter (Steuergitter)
eine verhältnismäßig schwache positive Vorspannung erhält, die etwa dem Potential
entspricht, das sich an der Stelle des Steuergitters-bei ungestörtem Feldverlauf
zwischen Kathode und Schirmgitter von selbst einstellen würde.
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Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens bringt die Zeichnung
einige Darstellungen des Äquipotentiallinien- und des Feldlinienverlaufs sowie ein
Schaltungsbeispiel. Es zeigt Fig. r den Verlauf der Äquipotentiallinien bei einer
Röhre mit sehr engen Gittern, Fig. 2 und 3 den Verlauf der Äquipotentiallinien und
der Feldlinien bei einer Röhre mit normalem, d.. h. durchlässigem Gitter, Fig. 4
den Verlauf der Feldlinien bei einer solchen Röhre mit weitmaschigem Gitter unter
bestimmten Betriebsverhältnissen, während Fig. 5 schließlich eine Schaltung nach
vorliegender Erfindung darstellt, bei der eine Hexode benutzt ist.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in der Nähe des Steuergitters
einer Röhre die Äquipotentiallinien sich drängen, d. h: daß der Feldgradient hier
sehr steil ist. Er nimmt auf beiden Seiten, nach Kathode und Schirmgitter bzw. Anode
zu, stark ab. In Richtung auf das Steuergitter stauen sich die Äquipotentiallinien.
Fig. z versucht dies in schematischer Weise darzustellen, und zwar bei einer Röhre
mit sehr engen Gittern St und Sg bzw. P. Die Äquipotentiallinien
AL drängen sich in der Nähe des Steuergitters St mit dem niedrigsten Potential
stark, zusammen.. Bei einer Röhre mit normalen, d. h.. durchlässigen. Gittern sieht
der Verlauf etwas anders aus; wie Fig. 2 .und 3 zeigen. Es sind hier nur jeweils
drei Gitterdrähte -angedeutet, die senkrecht zur Kathode K verlaufen. Die Äquipotentiallinien
AL umsäumen bzw. umschließen die Drähte St je nach dem augenblicklichen Wert
der Steuergitterspannung. Die Feldlinien FL stehen senkrecht auf den Äquipotentiallinien.
Längs dieser Linien FL laufen die [Elektronen von der Kathode K zur Anode P bzw.
zum Schirmgitter Sg.
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Wenn sich nun das Steuergitter mechanisch gegen die Kathode bzw. das
Schirmgitter bewegt, so verändern sich die Bilder der Linien AL und
FL :ähnlich, wie wenn sich das Potential des Steuergitters ändern würde.
Die Bewegungen auf die Kathode zu sind dabei viel wirksamer als die Bewegungen auf
das Schirmgitter zu. Es kommt dabei eine (quantitative) Modulation des Emissionsstromes
zustande Solche Bewegungen des Steuergitters und der Kathode können durch die anfangs
genannten konstruktiven Maßnahmen wohl verringert, aber nicht völlig ausgeschaltet
werden. Man kann das Elektrodensystem mit wirtschaftlich und elektrisch tragbaren
Mitteln kaum so starr bauen, daß es klingfest ist:.
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Die Erfindung geht nun nicht darauf aus, die Ursache, sondern vielmehr
ihre Auswirkung zu unterdrücken. Geometrisch gedacht, kann man das Steuergitter
aus bestehendenRöhrentypen nicht entfernen, aber man kann es neutral machen, indem
man dem Steuergitter eine schwach positive Vor-I spannung erteilt, derart, daß'sich
zwischen Schirm-Bitter und Kathode ein Linienverlauf ergibt, als wenn das Steuergitter
nicht vorhanden wäre. Der unter diesen Voraussetzungen auftretende Verlauf der Feldlinien
ist in Fig.4, eine in dieser Weise arbeitende Schaltung in Fig. 5 dargestellt. Wenn
sich hier das Steuergitter bzw. die Kathode bewegt, so wird der Linienverlauf und
damit der Anodenstrom nur wenig geändert; - jedenfalls minimal im Vergleich zu vorher,
so daß praktisch keine Klingmodulation auftritt. Das dazugehörige Potential des
Steuergitters ist ziemlich kritisch (im Bereich von 3 bis 6 Volt je nach Röhre und
Schirmgitterspannung), aber nicht so kritisch, als daß man ihm nicht noch eine sehr
kleine Steuerspannung von, einigen Millivolt überlagern könnte. Man muß dabei allerdings
den Nachteil in Kauf nehmen; däß die Steuerung nicht mehr leistungslos erfolgen
kann. Legt man aber Wert auf Steuerung im normalen Sinne, insbesondere mit Regelmöglichkeit,
so muß man sich als Steuerelektrode eine ändere Elektrode hinter dem ersten Schirmgitter
suchen. Sehr geeignet dafür ist das zweite Steuergitter einer Hexode. Mit Rücksicht
auf die Strombelastung des nunmehr positiv vorgespannten Steuergitters muß man die
Schirmgitterspannung, zumindest die des ersten Schirmgitters, möglichst niedrig
wählen, da damit auch die für das Steuergitter erforderliche positive Spannung abnimmt.
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Es soll also an der Stelle des Steuergitters ein Potential herrschen,
wie es sich bei ungestörtem Feldverlauf zwischen. Kathode und Schirmgitter dort
von selbst ausbilden würde. Um nun beispielsweise bei Schwankungen der Netzspannung
-keine Veränderung der kritischen Spannungen zu bekommen, empfiehlt es sich, die
Vorspannung von Schirmgitter und Steuergitter dem gleichen Spannungsteiler zu entnehmen.
Befolgt man diese Vorschriften, so erhält man mit einem an sich so empfindlichen
Elektrodensystem einer Hexode eine erstaunlich klingfeste Verstärkeranordnung, selbst
in einem vierstufigen Meßv erstärker, der den gefürchteten Klingbereich von 2oobis
300ö Hz umfaßt.
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Die vorstehend beschriebene Maßnahme zur Verminderung des Röhrenklingens.
ist bei Schaltungen mit mehreren Röhren im allgemeinen nur bei der ersten Röhre
urid höchstens noch bei der zweiten Röhre erforderlich, wo die Eingangsspannungen
unter Umständen kleiner sein können als die Klingspannungen, wenn nicht uesondereVorkehrungen
dagegen getroffen werden.
Bei der Erläuterung der Fig. 2 und 3 ist
der Einfachheit wegen angenommen worden, daß im wesentlichen sich die Kathode bewegt.
Dieses trifft aber nicht immer zu, insbesondere nicht bei indirekt geheizten Kathoden.
Hier spielen vielmehr die Bewegungen des Steuergitters die Hauptrolle.
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Der Erfindungsgedanke darf nicht mit denjenigen Maßnahmen verglichen
werden, die bei einer Schirmgitterröhre mit Raumladegitter getroffen werden. Rein
formal ist zunächst folgender Unterschied festzustellen: Da's Raumladegitter ist
deshalb vorgesehen, damit die Röhre mit verhältnismäßig niedriger Anodenspannung
betrieben werden kann. Das kathodennahe erste Gitter dient als Zuggitter. Es wird
mit einer positiven Vorspannung betrieben, die etwa in der gleichen Höhe liegt wie
die Schirmgitterspannung. Die Anodenspannung ist etwas höher, liegt aber in der
gleichen Größenordnung. Abgesehen davon folgt hinter dem Raum= Ladegitter das Steuergitter,
das normalerweise eine negative Vorspannung erhält. Das kathodennahe, positiv vorgespannte
kaumladegitter ist also auf beiden Seiten von negativ vorgespanntenElektroden eingesäumt.
Um das kathodennahe Gitter drängen sich die Potentiallinien, ähnlich wie in Fig.
2 und 3 dargestellt, um das Steuergitter. Eine Bewegung dieses Gitters bewirkt ebenfalls
eine Modulation des Anodenstromes, d. h. in unserem Fall eine Klingmodulation.
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Bei der Schaltung gemäß der Erfindung ist es wichtig, dem kathodennahen
Gitter eine solche Vorspannung zu geben, daß zwischen der Kathode und dem zweiten
Gitter sich ein Feldverlauf ergibt, der praktisch durch das dazwischenliegende Gitter
nicht gestört wird. Will man eine Röhre mit Schirmgitter und Raumladegitter im Sinne
des Grundgedankens vorliegender Erfindung betreiben, so muß das erste Gitter eine
verhältnismäßig niedrige und das zweite Gitter eine verhältnismäßig hohe positive,
und zwar möglichst konstante Vorspannung erhalten. Das dritte Gitter, das an sich
als Schirmgitter gedacht ist, könnte dann die Rolle des Steuergitters übernehmen.
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Wie aus vorstehendem hervorgeht, ist das erste Steuergitter zur !Erzielung
einer klingunempfindlichen Schaltung gar nicht erforderlich. Es könnte also fortgelassen
werden, wenn es nicht aus anderen Gründen notwendig wäre. Eine im Hinblick auf die
Verminderung des Klingens besonders geeignete Röhre ist eine Hexode, bei der das
erste Steuergitter fortgelassen ist. Das Schirmgitter jedoch ist erforderlich. Es
muß in einem verhältnismäßig großen Abstand von der Kathode angeordnet sein, der
dem normalen Schirmgitterabstand entspricht. Man kann also bei Konstruktion der
Röhre die Stelle des ersten Gitters unbesetzt lassen und mit einem Gitter in größerem
Abstand beginnen. Dieses zuletzt genannte Gitter (das also tatsächlich das erste
Gitter ist, wenn es sich auch an derjenigen Stelle befindet, die sonst von dem zweiten
Gitter eingenommen wird) wird zweckmäßigerweise mit einer festen positiven Vorspannung
betrieben, wenn dieses auch nicht unbedingt erforderlich ist. Der übrige Teil des
Röhrensystems kann. in der üblichen Weise beliebig ausgebildet werden.
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Wenn die Erschütterungen sehr stark sind, z. B. in motorisch angetriebenen
Fahrzeugen, empfiehlt es sich, Röhren zu verwenden, bei denen die nach außen wirkende
Abschirmung der Anode nicht innerhalb des Röhrenkolbens nahe bei der Anode angeordnet
ist, da dann bei sehr starken Erschütterungen ein Kondensatormikrofoneffekt dazukommt.
Auch diesen könnte man unter Anwendung des vorliegenden Grundgedankens vermindern,
aber es ist einfacher, Röhren mit Außenmetallisierung zu verwenden, bei denen dieser
Kondensatoreffekt gering ist.