DE905284C - High vacuum amplifier tubes - Google Patents

Description

Hochvakuumverstärkerröhre Die Erfindung betrifft eine Hochvakuumverstärkerröhre, im besonderen die Bemessung der einzelnen für die Eigenschaften der Röhre maßgebenden Größen im Zusammenhang mit den Verhältnissen, unter welchen die Röhre betrieben werden soll. Der Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der sogenannten Kubischen Verzerrung. Es ist bekannt, daß die Charakteristik einer Röhre, welche den Zusammenhang zwischen dem Anodenstrom und der Gitterspannung gibt, nicht, wie es eigentlich den wünschenswerten Idealfall darstellt, streng geradlinig verläuft, sondern eine gewisse Krümmung besitzt. Infolgedessen wird eine dem Gitter aufgedrückte sinusförmige Wechselspannung nicht formgetreu verstärkt, sondern die verstärkte Spannung im Anodenkreis besitzt eine gegenüber der sinusförmigen verzerrte Kurvenform. Diese verzerrte Kurve enthält dann nicht nur die Grundwelle, sondern besteht aus einer Überlagerung der Grundwelle mit mehreren Oberwellen. Die Oberwellen zweiter Ordnung lassen sich durch geeignete Schaltmaßnahmen, z. B. durch Gegentaktschaltung, oder durch andere in der Telefonie übliche Schaltungsanordnungen unterdrücken. Nicht so günstig liegen die Verhältnisse bezüglich der Oberwellen dritter Ordnung, welche durch äußere Schaltmaßnahmen ohne Verstärkungsverlust nicht kompensierbar sind, ohne daß eine Schwächung der Grundwelle damit im Zusammenhang bewirkt würde.High vacuum booster tube The invention relates to a high vacuum booster tube, in particular the dimensioning of the individual decisive for the properties of the tube Sizes related to the conditions under which the tube operated shall be. The purpose of the invention is to eliminate the so-called cubic Distortion. It is known that the characteristic of a tube, which is the connection between the anode current and the grid voltage, not as it actually does desirable ideal case, runs strictly in a straight line, but a certain Possesses curvature. As a result, a sinusoidal alternating voltage is impressed on the grid not amplified true to shape, but has the increased voltage in the anode circuit a distorted curve shape compared to the sinusoidal. This distorted curve contains then not only the fundamental wave, but also consists of a superposition of the fundamental wave with multiple harmonics. The second order harmonics can be determined by suitable Switching measures, e.g. B. by push-pull circuit, or by others in telephony suppress common circuit arrangements. The circumstances are not so favorable with regard to the third-order harmonics, which by external switching measures without Loss of gain cannot be compensated without weakening the fundamental wave related to it would be effected.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß es bei Einhaltung ganz bestimmter Bedingungen beim Aufbau der Röhre möglich ist, die Verzerrungen dritter Ordnung für einen bestimmten Verwendungszweck, d. h. einen gegebenen Arbeitskreis; völlig oder nahezu völlig zu beseitigen. Erfindungsgemäß werden diejenigen Röhrendaten, welche maßgebend sind für die Art der Abhängigkeit des Durchgriffes von den an die Elektroden der Röhre gelegten Spannungen, so bemessen, daß die Kubische Verzerrung für ein bestimmtes Verhältnis des Außenwiderstandes zum Innenwiderstand der Röhre zu Null wird bzw. innerhalb des gegebenen Bereiches dieses Verhältnisses eine vorgegebene obere Grenze nicht überschreitet. Es hat sich gezeigt, daB für die Größe der Kubischen Verzerrung der Durchgriffsgang, d. h. die Art der Abhängigkeit des Durchgriffes von dem Verhältnis der Gitterspannung zur Anodenspannung maßgebend ist. Diese Erkenntnis gibt die Möglichkeit, bei der Konstruktion der Röhre von vornherein den Durchgriffsgang in einer bestimmten Weise zu wählen, d. h. die maßgebenden Faktoren so festzulegen, daß sich ein bestimmter Durchgriffsgang ergibt, der es erlaubt, die Kubische Verzerrung zu Null zu machen. Der Durchgriff ist ganz allgemein durch eine Gleichung gegeben, welche lautet: In dieser Gleichung bedeutet D den Durchgriff, U, die Gitterspannung, U" die Anodenspannung; a, b, c sind Koeffizienten, deren Größe von der Anordnung, den Abmessungen und Abständen der Elektroden abhängig ist. Die Potenzreihe, welche den Durchgriff in Abhängigkeit von dem Quotienten aus Gitter- und Anodenspannung darstellt, kann, je nachdem, ob sich der Durchgriffsgang mehr oder weniger einem linearen nähert, früher oder später abgebrochen werden. Im allgemeinen wird man zur Darstellung des- Durchgriffsverlaufes mit wenigen Gliedern der Potenzreihe auskommen.The invention is based on the knowledge that, if very specific conditions are observed in the construction of the tube, it is possible to reduce third-order distortions for a specific purpose, ie a given working group; to be completely or almost completely eliminated. According to the invention, those tube data which are decisive for the type of dependency of the penetration on the voltages applied to the electrodes of the tube are dimensioned so that the cubic distortion for a certain ratio of the external resistance to the internal resistance of the tube is zero or within the given range The range of this ratio does not exceed a predetermined upper limit. It has been shown that the penetration path, ie the type of dependence of the penetration on the ratio of the grid voltage to the anode voltage, is decisive for the size of the cubic distortion. This knowledge gives the possibility to choose the penetration passage in a certain way from the start when designing the tube, ie to define the decisive factors in such a way that a certain penetration passage results, which allows the cubic distortion to be made zero. The penetration is generally given by an equation which reads: In this equation, D denotes the penetration, U, the grid voltage, U "the anode voltage; a, b, c are coefficients, the size of which depends on the arrangement, dimensions and spacing of the electrodes the quotient of grid and anode voltage can be terminated earlier or later, depending on whether the penetration path is more or less linear.

Es hat sich nun herausgestellt, daß man die Quotienten der einzelnen Glieder der den Durchgriffsgang darstellenden Reihe so wählen kann, daB die Kubische Verzerrung verschwindet. Besonders vorteilhaft läßt sich diese Beseitigung der Kubischen Verzerrung in solchen Fällen durchführen, in denen der Durchgriffsgang wenigstens annähernd linear ist. In diesem Falle sind nämlich nicht nur die Verhältnisse bedeutend übersichtlicher, sondern es verschwindet auch die Kubische Verzerrung innerhalb eines Intervalls des Verhältnisses zwischen dem Außen- und dem Innenwiderstand, wie es für praktische Erfordernisse vielfach in Frage kommt. Insbesondere ist es bei einer Röhre mit linearem Durchgriffsgang ohne weiteres möglich, den Außenwiderstand an den Innenwiderstand anzupassen und damit die maximale Leistungsabgabe der Röhre zu erreichen.It has now been found that the quotients of the individual Members of the series representing the passageway can be chosen so that the cubic Distortion disappears. This elimination of the cubic can be particularly advantageous Perform distortion in cases where the pass-through passage at least is approximately linear. In this case it is not only the circumstances that are important clearer, but the cubic distortion inside also disappears an interval of the ratio between the external and internal resistance, as it often comes into question for practical requirements. In particular it is in the case of a tube with a linear pass-through, the external resistance is easily possible to adapt to the internal resistance and thus the maximum power output of the tube to reach.

Die Kubische Verzerrung setzt sich aus zwei Gliedern zusammen. Das erste Glied rührt davon her, daß die Kennlinie nicht geradlinig verläuft, sondern dem bekannten Langmuir-Schottkyschen-Raumladungsgesetz folgt. Das zweite Glied kommt dadurch zustande, daß der Durchgriff nicht konstant ist, sondern von dem Quotienten aus Gitter- und Anodenspannung abhängt: Das erste Glied pflegt man als Steilheitsverzerrung und das zweite als Durchgriffsverzerrung zu bezeichnen. Es wird angestrebt, daß sich für ein bestimmtes Verhältnis des Widerstandes im Außenkreis zum Innenwiderstand der Röhre diese beiden Glieder gegenseitig aufheben, d. h. wenn die Steilheitsverzerrung mit aas und die Durchgriffsverzerrung mit ä3D bezeichnet wird, muß die Summe aus beiden verschwinden, d. h. cc3s + a3D --- o sein. Es findet also eine innere Kompensation der Kubischen Verzerrung statt, und zwar auf Grund einer geeigneten Wahl der Röhrendaten, welche für den Durchgriffsgang maßgebend sind.The cubic distortion consists of two terms. That The first link is due to the fact that the characteristic is not straight, but rather follows the well-known Langmuir-Schottky space charge law. The second link comes comes about because the penetration is not constant, but depends on the quotient depends on the grid and anode voltage: The first term is used as a slope distortion and refer to the second as penetration distortion. It is sought that for a certain ratio of the resistance in the outer circle to the inner resistance of the tube cancel these two limbs, d. H. when the slope distortion is denoted by aas and the penetration distortion by ä3D, the sum of both disappear, d. H. cc3s + a3D --- o be. So there is an inner compensation the cubic distortion takes place on the basis of a suitable choice of the tube data, which are decisive for the passage.

Für den Fall, daß ein linearer Durchgriffsgang vorhanden ist, d. h. ist (dieser Fall ist im allgemeinen der übersichtlichere), besitzen die beiden erwähnten Verzerrungsglieder folgende Werte: In diesen Formeln bedeuten: b den Quotienten von in der Formel für den linearen Durchgriffsgang Rd den Außenwiderstand, Ri den Innenwiderstand der Röhre, Ido den Röhrengleichstrom, Uao die Anodengleichspannung im Arbeitspunkt auf der Kennlinie. Man sieht also, daß die Größe der die Kubische Verzerrung bestimmenden Glieder aas und a3D bei Wahl bestimmter Betriebsverhältnisse wesentlich von der Größe b abhängt: Die Größe b ist aber lediglich durch die geometrischen Verhältnisse im Elektrodensystem bedingt. Man kann daher die Geometrie der Röhre so wählen, daß die angestrebte Kompensation der Kubischen Verzerrung erreicht wird.In the event that there is a linear pass-through, ie is (this case is generally the clearer one), the two mentioned distortion elements have the following values: In these formulas: b is the quotient of in the formula for the linear passage Rd the external resistance, Ri the internal resistance of the tube, Ido the tube direct current, Uao the anode direct voltage at the operating point on the characteristic curve. It can thus be seen that the size of the elements aas and a3D which determine the cubic distortion depends essentially on the size b when certain operating conditions are selected: The size b, however, is only determined by the geometric conditions in the electrode system. One can therefore choose the geometry of the tube so that the desired compensation for the cubic distortion is achieved.

Diese Verhältnisse werden durch die Figur veranschaulicht. Die Figur zeigt die Abhängigkeit des Kubischen Klirrkoeffizienten a3 in Abhängigkeit von - wobei b den Parameter darstellt. Für verschiedene Parameter ergibt sich die dargestellte Kurvenschar. Man erkennt beispielsweise, daß im vorliegenden Falle für einen Wert von b =-0,2 die innere Kompensation der Kubischen Verzerrung gerade für ---- i erreicht ist.These relationships are illustrated by the figure. The figure shows the dependence of the cubic distortion coefficient a3 as a function of - where b represents the parameter. The set of curves shown results for various parameters. It can be seen, for example, that in the present case for a value of b = -0.2 the internal compensation of the cubic distortion is precisely for ---- i is reached.

Die Verhältnisse, die für das einfachere Beispiel des linearen Durchgriffsganges erläutert wurden, lassen sich sinngemäß auch auf den Fall übertragen, daß ein nichtlinearer Durchgriffsgang vorhanden ist. Auch für diesen Fall ergeben sich feste Beziehungen zwischen den erwähnten Werten sowie den Quotienten c, d usw., welche in die Formel für den nichtlinearen Durchgriffsgang eingehen und ebenfalls nur von der Geometrie der Röhre abhängen. Für viele Fälle wird man jedoch auch bei nichtlinearem Durehgriffsgang damit auskommen, daß man für einen gewissen Bereich von - die gekrümmte Kurve des Durchgriffsganges durch eine gerade Linie ersetzt und bei der Berechnung bzw. Bemessung der Röhrendaten zum Zwecke der gewünschten Kompensation der Kubischen Verzerrung so rechnet, als ob überhaupt nur ein linearer Durchgriffsgang vorhanden wäre. Auch in diesem Falle gelingt es stets, den Kubischen Klirrkoeffizienten zum Verschwinden zu bringen oder auf eine unwesentliche Größe herabzudrücken. Die besprochenen Verhältnisse gelten zunächst für Eingitterröhren (Trioden). Die entwickelten Gedankengänge lassen sich natürlich auch auf Schirmgitterröhren erweitern, wobei D den Durchgriff der Schirrrigitterspannung durch das Steuergitter bedeutet und das Schirmgitter auf einem besonderen Außenwiderstand arbeitet.The relationships that were explained for the simpler example of the linear pass-through passage can also be applied analogously to the case that a non-linear pass-through passage is present. In this case, too, there are fixed relationships between the mentioned values and the quotients c, d, etc., which are included in the formula for the non-linear penetration passage and likewise only depend on the geometry of the tube. In many cases, however, even with a non-linear through-grip, one can get by with the fact that for a certain range of - the curved curve of the penetration passage is replaced by a straight line and when calculating or dimensioning the tube data for the purpose of the desired compensation of the cubic distortion, it calculates as if there were only a linear penetration passage at all. In this case, too, it is always possible to make the cubic distortion coefficient disappear or to reduce it to an insignificant size. The relationships discussed apply initially to single-conductor tubes (triodes). The thought processes developed can of course also be extended to screen grid tubes, where D means the penetration of the screen grid voltage through the control grid and the screen grid works on a special external resistance.

In der Praxis wird vielfach die Aufgabe vorliegen, für gegebene Verhältnisse im Verbraucherkreis, z. B. für einen bestimmten Außenwiderstand, eine Röhre so zu bemessen, daß die Kompensation der Kubischen Verzerrung erzielt wird. Wie bereits ausgeführt, ist dabei der Durchgriffsgang von wesentlicher Bedeutung, d. h. die Koeffizienten der einzelnen Potenzen von welche die Formel für den Durchgriffsgang enthält. Es kommt also letzten Endes darauf hinaus, einen bestimmten Durchgriffsgang herzustellen, welcher die Kompensation der Kubischen Verzerrung für ein gegebenes Verhältnis des Außenwiderstandes zum Innenwiderstand der Röhre ermöglicht. Um diesen gewünschten Durchgriffsgang zu erhalten, stehen grundsätzlich diejenigen konstruktiven Mittel zur Verfügung, welche beim Bau von Regelröhren Anwendung finden und die auf das vorliegende Problem sinngemäß übertragen werden können, wobei der von - also dem Quotienten der Röhrenspannungen abhängige Durchgriffsgang in einen ortsveränderlichen, d. h. längs der Kathode veränderlichen Durchgriffsgang übersetzt werden muß. Der gewünschte Durchgriffsgang läßt sich beispielsweise durch eine Anordnung der Elektroden erzielen, bei welcher der Durchgriff nicht über die ganze Kathodenlänge konstant ist, sondern an verschiedenen Punkten der Kathode verschieden groß ist. Der gesamte Durchgriff ergibt sich dann aus den Einzeldurchgriffen der verschiedenen Abschnitte des Elektrodensystems, in welchen der Durchgriff annähernd konstant angenommen werden kann. Man kann beispielsweise die Kathode konisch ausbilden oder auch den anderen Elektroden eine konische Gestalt geben bzw. gewisse Elektroden aus einzelnen Teilen mit verschiedenem Durchmesser aufbauen. Auf diese Weise ist eine beliebige Beeinflussung des Durchgriffsganges möglich. Auch kann man von dem bekannten Mittel einer längs der Kathode veränderlichen Steigung des Gitters Gebrauch machen.In practice, there is often the task, for given conditions in the consumer group, z. B. for a certain external resistance to dimension a tube so that the compensation of the cubic distortion is achieved. As already stated, the penetration passage is of essential importance, ie the coefficients of the individual powers of which contains the formula for the pass-through passage. So in the end it comes down to creating a certain penetration passage which enables the compensation of the cubic distortion for a given ratio of the external resistance to the internal resistance of the tube. In order to obtain this desired passage, there are basically those constructive means available which are used in the construction of control tubes and which can be transferred to the problem at hand, whereby the that is to say, the passage which is dependent on the quotient of the tube voltages must be translated into a passage which is variable in position, that is to say which is variable along the cathode. The desired penetration passage can be achieved, for example, by an arrangement of the electrodes in which the penetration is not constant over the entire length of the cathode, but is of different sizes at different points on the cathode. The entire penetration then results from the individual penetrations of the various sections of the electrode system, in which the penetration can be assumed to be approximately constant. For example, the cathode can be designed to be conical or the other electrodes can also be given a conical shape or certain electrodes can be constructed from individual parts with different diameters. In this way, any influencing of the passage is possible. Use can also be made of the known means of a gradient of the grid which can be varied along the cathode.

Von besonderem Vorteil ist die Möglichkeit, den Durchgriffsgang auf diese Weise zu beeinflussen, in Fällen, in welchen beispielsweise ein im großen und ganzen vorgegebenes Elektrodensystem so abgeändert bzw. ausgebildet werden soll, daß die Kubische Verzerrung kompensiert wird. Es läßt sich nämlich ohne grundsätzliche Änderung des Elektrodensystems durch Anwendung der oben beschriebenen Mittel der für die Kompensation notwendige Durchgriffsgang erzielen.The possibility of opening the passageway is of particular advantage to influence this way, in cases in which, for example, a large and the entire predetermined electrode system is to be modified or designed in such a way that that the cubic distortion is compensated. It can be done without fundamental Modification of the electrode system by applying the means described above achieve the penetration passage required for compensation.

Hochvakuumröhren nach der Erfindung können besonders vorteilhaft in Gegentaktschaltung betrieben werden. In diesem Falle werden sowohl die Verzerrung zweiter Ordnung als auch die Verzerrungen dritter Ordnung zum Verschwinden gebracht.High vacuum tubes according to the invention can be particularly advantageous in Push-pull circuit can be operated. In this case both the distortion second order as well as the third order distortions disappeared.

Besonders günstig ist die Anwendung des Erfindungsgegenstandes für Wechselstromtelegrafie.The application of the subject matter of the invention is particularly favorable for AC telegraphy.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Hochvakuumverstärkerröhre, insbesondere Triode, mit spannungsabhängigem Durchgriff, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Abmessungen und die Betriebsdaten, welche für die Abhängigkeit des Durchgriffes von den Röhrenspannungen maßgebend sind, so gewählt sind, daß für ein bestimmtes Verhältnis des Außenwiderstandes zum Innenwiderstand die Kubische Verzerrung verschwindet bzw. innerhalb eines gewissen Bereiches dieses Widerstandsverhältnisses einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet. PATENT CLAIMS: i. High vacuum booster tube, especially triode, with voltage-dependent penetration, characterized in that the geometric Dimensions and the operating data for the dependency of the penetration of the tube voltages are decisive, are chosen so that for a certain Ratio of external resistance to internal resistance the cubic distortion disappears or a predetermined one within a certain range of this resistance ratio Does not exceed the maximum value. 2. Hochvakuumverstärkerröhre nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine derartige Wahl der geometrischen Abmessungen der Röhre, daß sich eine lineare Abhängigkeit des Durchgriffes von dem Quotienten aus Gitter- und Anodenspannung ergibt. 2. High vacuum booster tube according to claim i, characterized by such a choice of the geometric dimensions of the tube that a linear dependence of the penetration on the quotient of grid and anode voltage results. 3. Hochvakuumverstärkerröhre nach Anspruch i und 2, gekennzeichnet durch eine derartige Wahl der Röhrenabmessungen, daß der Verlauf des Durchgriffes in Abhängigkeit von dem Quotienten aus der Gitterspannung und der Anodenspannung für den gewünschten Betriebsbereich annähernd als linear angenommen werden kann. q.. Hochvakuumverstärkerröhre nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der einzelnen Elektroden bzw. Elektrodenabstände so gewählt sind, daß der Durchgriff an verschiedenen Steflen der Kathode verschieden groß ist, derart, daß sich im ganzen der gewünschte Durchgriffsgang für die Röhre ergibt. 5. Hochvakuumverstärkerröhre nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenabstände an verschiedenen Stellen des Elektrodensystems verschieden groß sind. 6. Hochvakuumverstärkerröhre nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte der Gitterelektroden eine längs des Elektrodensystems sich ändernde Steigung bzw. einen sich ändernden Abstand voneinander besitzen. 7. Schaltanordnung mit Hochvakuumverstärkerröhren nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Röhren in Gegentakt geschaltet sind. 8. Verwendung einer Hochvakuumverstärkerröhre bzw. einer Schaltanordnung nach Anspruch i bis 7 für Wechselstromtelegrafie.3. High vacuum booster tube according to claim i and 2, characterized by such a choice of the tube dimensions that the course of the penetration as a function from the quotient of the grid voltage and the anode voltage for the desired Operating range can be assumed to be approximately linear. q .. high vacuum booster tube according to claim i to 3, characterized in that the dimensions of the individual Electrodes or electrode spacings are chosen so that the penetration at different The size of the cathode is different, so that the desired Passage for the tube results. 5. High vacuum booster tube according to claim i to q., characterized in that the electrode spacings at different points of the electrode system are of different sizes. 6. High vacuum booster tube according to claims i to 6, characterized in that the wires of the grid electrodes a slope that changes along the electrode system or one that changes Have a distance from each other. 7. Switching arrangement with high vacuum booster tubes according to claims i to 6, characterized in that two tubes each are connected in push-pull are. 8. Use of a high vacuum booster tube or a switching arrangement according to Claims i to 7 for alternating current telegraphy.