DE518295C - Entladungsrohr zur Nachweisung, Verstaerkung oder Erzeugung elektrischer Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Steuern, Verstärken und Erzeugen elektrischer Wechselströme durch Vakuumröhren.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine elektrische Entladung in einer teilweise evakuierten Röhre mittels eines magnetischen Feldes zu steuern. Hierbei hängt der Strom von der Gasionisierung ab, und die Wirkung eines Ansteigens des magnetischen Feldes äußert sich in einem Anwachsen des Stromes.

Der Erfinder hat nun festgestellt, daß man

bei einer geeignet gebauten Röhre mit reiner Elektronenentladung in ähnlicher Art mittels eines magnetischen Feldes eine Verringerung des Stromes zwischen den Elektrode» erzielen kann, und daß bei geeigneter Anordnung und Größe eines dauernd auf die Röhre wirkenden Magnetfeldes der Strom durch eine ge-

ao ringe Verstärkung dieses Magnetfeldes von einem hohen Wert nahezu auf den Null wert verringert werden kann.

Um letztere Wirkung zu erzielen, benötigt man eine hochevakuierte Röhre, welche eine

as Elektronen aussendende Kathode und eine Anode enthält. Der Elektronenstrom durch diese Röhre wird dauernd durch ein parallel zur Kathode wirkendes Magnetfeld beeinflußt, und die Stärke dieses Feldes ist derart gewählt, daß bei einer geringen Verstärkung des Feldes durch gemäß der Erfindung vorgesehene Steuervorrichtungen der Strom durch die Röhre nahezu Null wird.

In den Abbildungen sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.

Abb. ι zeigt die Benutzung der Erfindung zur Verstärkung drahtloser Zeichen.

Abb. iA und iB sind Schnitte durch die Anode.

Abb. 2, 3 und 4 stellen Kurven zur Veranschaulichung der elektrischen Charakteristik der neuen Vorrichtung dar.

Abb. 5 zeigt eine Anwendung der Erfindung bei einem Telephonverstärker.

In Abb. 6 "ist eine Reihenschaltung von Verstärkern unter Benutzung von Wechselstrom zur Kathodenheizung dargestellt.

Abb. 7 veranschaulicht eine Anordnung zur Erzeugung modulierter Hochfrequenz- 5a Schwingungen für Zwecke der drahtlosen Telephonie.

Abb. 8 ist eine Empfangsanordnung für drahtlose Telegraphic oder Telephonie, bei welcher die neue Vorrichtung als Verstärker und Detektor wirkt, und welche noch weitere Merkmale der Erfindung verkörpert.

Abb. 9 und 10 sind schematische Darstel-

lungen besonderer Ausführungsformen von Röhren, welche sich für die Anordnungen der Erfindung eignen.

Bei der Ausführungsform nach Abb. ι ist ein längliches Glasrohr ι verwendet, das eine fadenförmige Kathode 2 enthält, die bis auf helle Glut geheizt werden kann. Diese Kathode wird von einem geschlitzten Zylinder 3 konzentrisch umhüllt, der die Anode bildet. to Die Kathode hat an allen Punkten über ihre ganze Länge hin im wesentlichen gleichen Abstand von der Anode, und im allgemeinen wird diese Ausbildung bei der Erfindung bevorzugt. Die Kathode 2 ist imstande, unabhängig von der Entladung durch die Röhre Elektronen auszusenden. Sie besteht aus schwer schmelzbarem Stoff, vorzugsweise Wolfram, und ist durch die Leiter 4, 5 mit einer Stromquelle, z. B. mit einer Batterie 6, verbunden. Ein regelbarer Widerstand 7 kann in Reihe mit der Batterie und dem Glühdraht vorgesehen sein, um den Heizstrom und dadurch die Temperatur und Elektronenaussendung der Kathode zu regeln. Der Raum innerhalb des Glasrohrs ist hoch evakuiert, und die Teile in dem Rohr sind in solchem Maße entgast, daß eine Elektronenentladung im wesentlichen unabhängig von der Gasionisation in der Röhre auftritt. Eine geringe Gasionisation ist unschädlich und vermag die Wirkung der Vorrichtung durch Verringerung der Raumladung zu verbessern. Die Anode besteht zweckmäßig ebenfalls aus Wolfram, doch sind auch mannigfache andere Stoffe, wie Molybdän, Kupfer oder Nickel, brauchbar. Die zylindrische Anode ist geschlitzt, wie dies die Abb. τA und iB zeigen, um zu verhindern, daß die Anode den Raum zwischen Anode und Kathode gegen das durch die Spule 10 erzeugte veränderliche Feld abschirmt. Statt eines metallischen Zylinders kann als Anode auch ein metallischer Niederschlag auf der Glaswand der Hülle benutzt werden.

Die Elektroden bei der Vorrichtung nach Abb. ι sind konzentrisch zueinander angeordnet. Eine solche Anordnung ist bei der neuen Vorrichtung erwünscht, wenn auch nicht notwendig. Unter der konzentrischen Anordnung ist hier eine Anordnung zu verstehen, bei welcher die Oberflächen der Kathode und der Anode im wesentlichen Umdrehungsflächen um eine gemeinsame Achse sind, die vorzugsweise die größere Achse des Behälters ist. Beispielsweise ist eine solche Kathodenanordnung in den Abb. 5 und 7 dargestellt.

Gemäß Abb. 5 hat die Kathode die Form einer Schraube und gemäß Abb. 7 die Form einer Doppelschraube. Wenn die Anode verhältnismäßig groß ist, so kann die Kathode eine von einer Umdrehungsfläche erheblich abweichende Gestalt haben, ohne die Wirkung der konzentrischen Anordnung zu beeinträchtigen. Beispielsweise kann, wie in Abb. 9 gezeigt, die Kathode aus zwei Drähten in Form eines V bestehen, ohne daß das Wesen der konzentrischen Anordnung verlorengeht, vorausgesetzt, daß die Drähte nahe genug aneinander sind, so daß das elektrische Feld zwischen der Kathode und der Anode inl wesentlichen radial ist. Ebenso kann die Anode mannigfache Formen annehmen, ohne diese Symmetrie zu opfern. Beispielsweise kann die Anode, wie in Abb. 10 gezeigt, aus einer wesentlich kreisförmigen Drahtschleife bestehen, welche die Kathode umgibt.

Das Rohr 1 wird von Mitteln zur Erzeugung eines veränderlichen magnetischen Feldes umgeben. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. ι wird das Rohr von einem Solenoid 10 umhüllt, das mit den Leitern 11,12 verbunden ist, welche Strom aus der Sekundärwicklung eines Transformators 13 aufnehmen. Die Primärwicklung des Transformators 13 ist in Reihe mit einem geerdeten Luftleiter 14 geschaltet. Zwischen die Leiter 11, 12 ist ein veränderlicher Kondensator 15 geschaltet, durch welchen die Abstimmung des Stromkreises IT, 12 nach Wunsch geändert werden kann.

Das Rohr 1 wird ferner von einer zweiten Magnetspule 16 umgeben, welche durch die Leiter 17, 18 von einer Batterie 19 mit Gleichstrom gespeist wird. Der speisende Strom kann mittels eines regelbaren Widerstandes 20 eingestellt werden. Die Spule 16 hat ein Feld von dem gewünschten Werte zu erzeugen, über welches das veränderliche magnetische Feld der Spule 10 überlagert too wird, wodurch sich der Elektronenstrom, wie nachstehend erläutert wird, ändert. Eine Drosselspule 21 verhindert das Entstehen von induzierten Hochfrequenzströmen in der Spule 16. Der Netzstromkreis 22 enthält eine Gleichstromquelle, z.B. die Batterie23, den Kristalldetektor 24 und einen Empfangsapparat, z.B. ein Telephon 25.

Wenn die Kathode 2 durch den Heizstrom auf richtiger Glut gehalten wird und eine geeignete Spannung an die Elektroden gelegt wird, so fließt ein Strom im Nutzstromkreise 22. Ist kein magnetisches Feld vorhanden, so wird der Wert dieses Stromes in der Hauptsache durch die aufgeprägte Spannung. die Kathodentemperatur, die Gestalt und die Anordnung der Elektroden zueinander sowie den Widerstand des Nutzstromkreises bestimmt. Wird ein magnetisches Feld im wesentlichen parallel zur Kathode erzeugt, so werden die Elektronen abgelenkt und veranlaßt, in spiralförmig um die Kathode ge-

krümmten Bahnen zur Anode zu wandein. Wird die Feldstärke gesteigert, so wird der Weg der Elektronen verlängert, bis schließlich bei einer kritischen magnetischen FeIdstärke, die für jede besondere Vorrichtung charakteristisch ist, ein Teil der Elektronen infolge der Ablenkung die Anode nicht mehr erreicht, so daß eine Verringerung des Stromes eintritt. W^rird die Feldstärke über diesen

ίο kritischen Wert weitergesteigert, so fällt der Elektronenstrom rasch und wird schließlich nahezu Null.

Diese Beziehung zwischen dem magnetischen Feld und dem durch die Röhre fließenden Strom ist für verschiedene Kathodentemperaturen durch die Kurven der Abb. 2 dargestellt, worin die Werte des magnetischen Feldes als Abszissen und die entsprechenden Stromwerte als Ordinaten aufgetragen sind.

Die zwischen den Elektroden liegende Spannung ist als konstant vorausgesetzt. Man ersieht, daß bei einer gegebenen Fadentemperatur, wenn die Stärke des magnetischen Feldes von Null aus gesteigert wird, der Strom zunächst im wesentlichen konstant bleibt, bis das magnetische Feld einen Wert oa erreicht. Eine weitere Steigerung der Feldstärke bewirkt eine rasche Verringerung des Stromes, bis bei einer Feldstärke ob der Strom im wesentlichen auf Null gefallen ist. Die mit t¹, t- und f bezeichneten Kurvenzüge gehören zu verschiedenen Temperaturen der Kathode. Der Höchstwert des Stromes kann entweder durch die Elektronenemissionsfähigkeit der Kathode oder durch die Raumladung begrenzt sein, ohne daß sich hierdurch die charakteristischen Kurven der Abb. 2 ändern. Beispielsweise kann man annehmen, daß die Kurven t¹ und t" zu solchen Temperaturen gehören, daß der Strom durch die Elektronenemissionsfähigkeit begrenzt wird, während die Kurve t" zu einer so hohen Temperatur gehören möge, daß der Strom durch die Raumladung begrenzt wird.

Wenn das durch die Spule 16 erzeugte konstante Feld auf einem Wert zwischen oa iind ob liegt, so bewirkt schon eine geringe Änderung der Feldstärke durch Andern des von der Spule 10 erzeugten Feldes eine verhältnismäßig starke Änderung des durch die Röhre fließenden Stromes.

Die Volt-Ampere-Charakteristik der Vorrichtung bei konstantem magnetischen Felde ist in Abb. 3 dargestellt. Man ersieht, daß kein Strom durch das Rohr fließt, bis die Spannung auf einen kritischen Wert op gestiegen ist, der von dem Werte des aufgewendeten magnetischen Feldes abhängt. Eine Steigerung der Spannung über den Wert op bewirkt ein sehr rasches Wachsen des Stromes bis zu einem kritischen Stromwerte, der für die Vorrichtung charakteristisch ist. Bei einer weiteren Steigerung der Spannung steigt der Strom mit der 3/2. Potenz der Spannung bis zum Sättigungsstrome, der in der Abbildung nicht mit dargestellt ist.

Abb. 4 veranschaulicht durch die drei Kurven die Beziehung zwischen Strom und magnetischem Feld bei verschiedenen konstanten Spannungen V¹, V² und V³ zwischen den Elektroden. Die Kathodentemperatur ist derart hoch gewählt, daß der Strom durch Raumladung begrenzt wird. Die vom Nullpunkte durch die Knicke der Kurven V¹, V² und V^s gezogene punktierte Linie hat im wesentlichen die Form einer Parabel.

Bei der Empfangsschaltung für drahtlose Telegraphie nach Abb. 1 rufen die durch den Luftleiter 14 aufgefangenen Zeichen eine Änderung des Stromes im Anodenstromkreise 22 in verstärktem Maße hervor, vorausgesetzt, daß das konstante Magnetfeld richtig eingestellt ist. Ein geeigneter gleichrichtender Detektor 24 macht die Zeichen in einem Telephon 25 hörbar. Wie nachstehend noch in Verbindung mit Abb. 8 beschrieben ist, kann die neue \^orrichtung auch selbst als Detektor für drahtlose Zeichen benutzt werden.

Abb. 5 veranschaulicht eine Anordnung zur Verstärkung eines Stromes von hörbarer Frequenz, welche z. B. bei der Drahttelephonie verwendet werden kann. Die Enden 11, 12 der Spule 10 sind mit der Sekundärwicklung eines Transformators 27 verbunden, dessen Primärwicklung mit einem Mikrophon 28 verbunden ist, welches in einem Stromkreis mit einer Batterie 27 liegt. Der Nutzstromkreis 22 der Röhre ist mit der Primärwicklung eines Transformators 30 verbunden und enthält eine Batterie 23 und einen einstellbaren Widerstand 31. Ein Kondensator 32 ist parallel zu der Batterie und dem Widerstand 31 gelegt, um einen Weg von geringem Widerstände für den Sprechstrom zu erhalten. Die Sekundärwicklung des Transformators 30 ist mit einem Telephon 33 verbunden.

Bei der Anordnung zur Verstärkung von Sprechströmen nach Abb. 6 sind mehrere weitere Merkmale der Erfindung verkörpert. Bei dieser Anordnung sind zwei Verstärker A und B in Reihe geschaltet, um die durch das Mikrophon 28 erzeugten Stromschwankungen zu verstärken. Die Kathodenfäden beider Verstärker^ und B werden durch Wechselstrom geheizt, der durch Transformatoren 34, 35 geliefert wird, mit deren Sekundärwicklungen die Zuleitungen 4, 5 zu den Kathoden unmittelbar verbunden sind.

Bei den in dieser Abbildung dargestellten Verstärkern A und B dienen zum Erzeugen des konstanten sowie des veränderlichen

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Magnetfeldes dieselbe Wicklung 36 und 36'. Das konstante Feld der Röhre A wird durch eine Batterie 37 erzeugt, die in Reihe mit einer Drosselspule 38 und einem einstellbaren Widerstand 39 zwischen die Leiter 40, 41 geschaltet ist. Ein Mikrophon 28 ist über eine Batterie 42 und einen Kondensator 43 mit den Zuleitungen 40* 41 der Feldspule 36 verbunden. Strom von hörbarer Frequenz geht durch den Kondensator 43 hindurch, wird aber dem Stromkreis, welcher das konstante Magnetfeld erzeugt, durch die Drosselspule 38 ferngehalten, während der konstante Gleichstrom am Durchfließen des Beeinflussungsstromkreises durch den Kondensator 43 gehindert wird. Die Gleichstromkomponente des Mikrophonstroms fließt durch die Drosselspule 44.

Der Stromkreis 45, 46, welcher den vom Verstärker A ausgehenden Stromkreis mit dem beeinflussenden Stromkreise des Verstärkers B verbindet, ist mit dem Mittelpunkte der Sekundärwicklung des Transformators 34 verbunden, so daß die Anode 3 eine mittlere Spannung in bezug auf die Kathode besitzt. Das konstante Feld des Verstärkers B wird durch eine Batterie 47 erzeugt, die in Reihe mit einer Drosselspule 48 und einem Widerstand 49 zwischen die Leiter 45, 46 geschaltet ist. Der Nutzstromkreis 50, 51, der zwischen die Anode des Verstärkers B und den Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Transformators 35 geschaltet ist, enthält eine Batterie 52 und ein Telephon 53·

Abb. 7 zeigt den neuen Verstärker in Verbindung mit einer Anordnung für drahtlose Telephonie. Die magnetisch gesteuerte Röhre dient hier dazu, Hochfrequenzschwingungen zu erzeugen, die durch einen hörbaren Frequenzstrom moduliert werden.

Die Anordnung nach Abb. 7 hat zwei magnetische Wicklungen 55 und 56. Die Wicklung 55 ist der Übersichtlichkeit wegen getrennt von der Röhre gezeichnet; es ist aber zu beachten, daß das Feld dieser Wicklung mit dem Feld der Wicklung 56 verkettet ist, wie z. B. in Abb. 1 gezeigt wurde. Die Wicklung 55 hat sowohl die Aufgabe ein konstantes Magnetfeld als auch das steuernde Magnetfeld zu erzeugen, wie es bereits bezüglich der Wicklungen 36 und 36' der Abb. 6 beschrieben wurde. Da die Verbindung des Mikrophons 28 mit der Wicklung 55 genau wie mit der entsprechenden Verbindung nach Abb. 6 ist, so ist hierzu keine weitere Erläuterung nötig.

Die Wicklung· 56 ist in Reihe mit den Elektroden 2, 3 durch die Leiter 57, 58 mit einer nichtgezeichneten Gleichstromquelle verbunden. In den Leiter 57 ist eine Drosselspule 59 und die Primärwicklung eines Übertragers 60 eingeschaltet. Ein einstellbare!' Kondensator 61 liegt im Nebenschluß zur Spule 56 und der Primärwicklung des Übertragers. Die Sekundärwicklung des Übertragers ist in Reihe mit einer Drosselspule 62 in eine geerdete Antenne 63 eingeschaltet. Bei geeigneter Abstimmung werden Hochfrequenzschwingungen durch die Einwirkung der Spule 56 auf den Elektronenstromkreis erzeugt. Die Spule 56 ist so angeordnet und mit der nicht dargestellten Gleichstromquelle derart verbunden, daß der aus dieser Quelle durch sie hindurchfließende Strom ein magnetisches Feld erzeugt, so daß das konstante magnetische Feld, welches durch die Wicklung 5 5 erzeugt wird, verstärkt wird. Unter diesen Umständen wird, wenn die Stromkreise geschlossen werden, ein Strom im Anodenstromkreise zu fließen beginnen, welcher jedoch nicht bis zum Höchstwerte ansteigt, sondern nur bis auf einen Zwischenwert. Beim Anstieg bis zu diesem Werte, bei welchem die zusammenwirkenden, durch die Spulen 56 und 55 erzeugten magnetischen Felder ein ferneres Anwachsen des Stromes verhindern, wird der Kondensator 61 geladen. Wenn der Strom im Anodenstromkreise den Höchstwert erreicht, bis zu dem er unter diesen Umständen gesteigert werd?n kann, so entlad sich der Kondensator 61 durch die Spule 56 und erzeugt'einen Strom, dessen Richtung derjenigen des durch die Gleichstromquelle erzeugten Stromes entgegengesetzt ist. Das durch diesen Strom hervorgerufene magnetische Feld wirkt dem konstanten magnetischen Felde entgegen und bewirkt so einen erneuten Anstieg des Gleichstromes durch die Spule 56. Dieser Strom erzeugt wiederum ein magnetisches Feld, das zu demjenigen der Spule 55 hinzutritt und eine Verminderung des Stromes bewirkt. Die Frequenz dieser Stromwechsel hängt von der Eigenschwingung des Kreises ab, der aus dem Kondensator 61 und den Spulen 56 und 60 besteht. Diese Schwingungen können durch die Spule 55 moduliert werden. Werden unmodulierte Schwingungen gewünscht, so kann die Spule 55 nebst ihren Stromkreisgliedern weggelassen werden.

Die Empfangsanordnung für drahtlose Telegraphic der Abb. 8 verwendet zwei magnetisch gesteuerte Röhren, nämlich eine Röhre C, die als Verstärker, und eine Röhre D, die als Detektor dient.

Der beeinflussende Stromkreis 65, 66 der Röhre C ist mit der Sekundärwicklung eines Übertragers 67 verbunden, dessen Primärwicklung in Reihe mit einer geerdeten Antenne geschaltet ist. Ein einstellbarer Kondensator 69 liegt im Nebenschluß zur Steuerwicklung70. Die das konstante Magnetfeld

erzeugende Wicklung 71 wird mit gleichgerichtetem Strome gespeist, der von der Transformatorwicklung 72 über die Leiter 73, 74 entnommen wird, welche einen Gleichrichter 75, zwei in Reihe geschaltete Widerstände 76, γγ und einen den Strom beruhigenden Ballastwiderstand 78 enthalten. Zwischen die Leiter dieses Stromkreises sind Kondensatoren 79, 80, 81 geschaltet, die mit dem Widerstand 76, yy, 78 einen Kapazitätswiderstandsfilter bilden, um die Schwankungen des gleichgerichteten Stromes abzuschwächen. Auf dem Kerne 83 des Umformers befindet sich eine Primärwicklung 84, die durch eine Wechselstrommaschine 85 gespeist wird. Die Sekundärwicklung 86 des Transformators versorgt die Kathode 2 der Röhre C mit Heizstrom, und die Wicklung 87 versorgt die Kathode des Glühkathodengleich-

so richters 75 mit Heizstrom.

Der Nutzstromkreis 89, 90 ist mit der Wicklung 91 der Röhre D verbunden, und der Leiter 90 ist durch den Leiter 92 an den Mittelpunkt der Wicklung 86 angeschlossen.

Abgestimmt wird dieser Kreis mittels eines einstellbaren Kondensators 93. Die Kathode der Röhre D wird durch Wechselstrom von einem Umformer 95 über den Transformator 94 geheizt. Ihr Nutzstromkreis 96, 97 ist in Reihe mit einer nicht dargestellten Gleichstromquelle mit einer Anzeigevorrichtung 98, beispielsweise einem Telephon, verbunden.
Die Amperewindungen der Wicklung 91 sind so gewählt, daß das dadurch erzeugte magnetische Feld sich auf dem kritischen Werte, wie in Verbindung mit Abb. 1 beschrieben, befindet, bei welchem eine Steigerung der Feldstärke eine Schwächung des Stromes bewirkt. Infolgedessen ruft ein durch die Antenne aufgenommenes und durch die Röhre C verstärktes Zeichen ein Anwachsen des magnetischen Kraftflusses der Wicklung 91 und eine Verminderung des Stromes im Stromkreise 96, 97 hervor, die hörbar oder auf sonstige Art wahrnehmbar gemacht wird.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Entladungsrohr zur Nachweisung, Verstärkung oder Erzeugung elektrischer Schwingungen mit nahezu reiner Elektronenentladung, dadurch gekennzeichnet, daß die beispielsweise zu verstärkenden elektrischen Schwingungen den Wert des Magnetfeldes zwischen demjenigen, bei dem eine geringe Steigerung der Feldstärke eine große Verringerung des Stromes hervorruft, und demjenigen, bei dem der Elektronenstrom unterbrochen wird, ändern.
2. 2. Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem auf die Elektronenbahn rechtwinklig wirkenden magnetischen Felde ein durch den Elektronenstrom erzeugtes magnetisches Feld überlagert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen